화강암의 손상과정에 따른 투수계수 특성 연구

Permeability Characteristics related with Damage Process in Granites

암석 내 응력에 의한 손상 진행과정을 관찰하고, 손상 정도에 따른 투수특성에 파악하기 위한 일련의 실내시험을 실시하였다. 백악기 중립질 화강암으로 제작한 암석공시체는 일축압축시험을 통해 압축강도의 65∼95% 범위의 손상응력(damage stress)를 받았으며, 이 공시체의 손상상태를 측정하고자 탄성파 속도시험을 실시했다. 또한, 손상된 공시체에 대한 실내 투수시험을 통해 손상정도에 따른 투수성의 변화를 관찰하였다. 시험결과에 따르면, 암석 손상은 일축압축강도의 80%에 해당하는 응력이 가해질 때부터 암석 전체에 걸쳐 전반적으로 발달하고, 이에 따라 탄성파 속도가 감소한다. 80%수준 이상의 손상응력을 받은 암석공시체들은 0.6이상의 균열밀도를 나타내며, 균열의 연장과 상호연결성이 좋은 것으로 관찰되었다. 또한, 이 공시체들은 균열밀도 0.6미만의 공시체들보다 상대적으로 높은 투수계수를 보였다. 이상의 내용을 통해 본 연구에 사용된 암석 공시체들은 주로 압축강도의 80% 이상의 응력단계에서부터 공시체 전반에 걸쳐 본격적인 손상이 진행되어 다수의 균열이 발생하고, 이들이 성장함에 따라 균열 상호간의 연결도가 높아져 비교적 원활한 물의 유동경로가 확보되므로 높은 투수계수를 갖는 것으로 생각할 수 있다.

A series of laboratory tests was conducted to observe damage process by stress and to understand characteristics of permeability related with rock damage. Rock specimens which were composed of the Cretaceous medium grained granites were experienced of damage stress between 65% and 95% of the compressive strength. Rock deformation by damage process was identified with the elastic wave velocity test. Relationship between rock damage and permeability change was also analyzed by water injection test in the laboratory. According to the results of the tests, damage tends to be occurred from stress level of 80% of the compressive strength and it reduces elastic wave velocity. The damaged specimens with stress more than 80% of the compressive strength showed crack density more than 0.6 and persistent length with good connectivity of cracks. They also have higher permeability than that of specimens with crack density less than 0.6. Considered with the above results, the rock specimens used in this study were fully damaged from stress level of 80% of the compressive strength. Crack initiation and propagation by damage caused good connectivity of cracks through rock specimen. These damage process, therefore, brought high permeability coefficient through water flow conduit in the rock specimen.