Estimation of Deterioration Depth of Rock Slope due to Freezing-thawing

동결융해에 의한 암반사면의 열화심도 산정

  • Baek Yong (Korea Institute of Construction Technology, Dept. Ceo-technical Engineering) ;
  • Seo Yong-Seok (Dept. of Earth & Environmental Sci. & Institute for Basic Science Research, Chungbuk National University) ;
  • Jeong Ja-Hyea (Korea Institute of Construction Technology, Dept. Ceo-technical Engineering) ;
  • Kwon O-Ii (Korea Institute of Construction Technology, Dept. Ceo-technical Engineering)
  • 백용 (한국건설기술연구원 지반연구부) ;
  • 서용석 (충북대학교 지구환경과학과 기초과학연구소) ;
  • 정자혜 (한국건설기술연구원 지반연구부) ;
  • 권오일 (한국건설기술연구원 지반연구부)
  • Published : 2005.09.01

Abstract

Deterioration depths of rock slope due to freezing-thawing were calculated using the 1-D heat conductivity equation. The temperature distribution analysis was carried out using temperature distribution data for last two years of the five major cities such as Seoul, Daejeon, Pohang, Gwangju and Cangneung. The analysis was performed based on three different types of rocks, sandstone, granite and gneiss. This study has found that the deterioration depths tend to be greater with the increase of the thermal conductivity coefficient in Seoul, Daejeon and Pohang where showing relatively greater temperature deviations. Regarding the influence of rock types, deterioration depths turned out to be greater in Gwangju and Gangneung where show relatively smaller temperature deviations among the five cities, assuming these cities are on the granite with thermal conductivity of $55,200\;cal/m\timesday\times^{\circ}C$. In contrast, for the other rock types, cities of relatively geater temperature deviations show deeper deterioration depth than the others. Deterioration depths of rock slope in Korea due to freezing-thawing fumed out to be around 8.4 m to 10.7 m.

일차원 열전도 방정식을 이용하여 동결융해 작용에 의하여 발생하는 국내 암반사면의 열화심도를 산정하였다. 계산에 적용된 기온분포는 국내의 주요5개 도시의 최근 2년간의 기온분포를 분석하여 사용하였으며, 국내에 많이 분포하는 암종인 사암. 화강암, 편마암을 대상으로 하였다. 본 연구에서 고려 한 5개 지역 중 2년간의 최고기온과 최저 기온의 편차가 큰 지역인 서울, 대전, 포항은 열전도계수(Coefficient of thermal conductivity)가 클수록 암반 열화심도(deterioration depth)가 깊어지는 경향을 보이는 것으로 계산되었다. 암종별로 분석한 결과 열전도계수가 $55,200\;cal/m\timesday\times^{\circ}C$인 화강암이 분포할 때는 5개 지역 중 기온편차가 작은 광주와 강릉 지역의 영향심도가 기온편차가 큰지 역들보다 높게 예측되었다. 이 암석을 제외하면 기온 편차가 큰 지역에 분포하는 암석일수록 암반의 열화심 도가 크다. 국내의 동결융해에 의한 열화심도는 약 $8.4\sim10.7m$내외 인 것으로 나타났다.

Keywords

References

  1. 백용, 1999, 凍結融解を受けゐ岩盤の安定性評価法に 関する 硏究, 동북대학교 박사논문
  2. 백용, 2001, 동결융해 심도를 고려한 암반사면의 안정성해석에 관한 연구, 지질공학, 11, 1, 13-23
  3. 이부경, 1999, 암석역학의 원리, 도서출판 대윤
  4. 이재영, 1996, 동결/융해에 따른 폐기물 매립지 복토층 연구, 한국토양환경학회지, 1,1, 103-109
  5. 장현식, 장보안, 이준성, 2004, 강원도 횡성군 풍암분지 백악기 셰일의 동결-융해에 따른 지질공학적 특성변화, 지질공학, 14, 4, 401-416
  6. 한국건설기술연구원, 2004, '시간 열화 특성을 고려한 터널 갱구사면 안정성 기법 및 상시 계측 시스템 개발' 연구보고서, 건설교통부
  7. Hori, M., 1998, Micromechanical analysis on deterioration due to freezing and thawing in porous brittle materials, Int. J. Engng. Sci., 36,4,511-522 https://doi.org/10.1016/S0020-7225(97)00080-3
  8. Li, D., Christians, N., Volterrani, M. & Minner, D., 2002, Freeze-thaw cycles and soil amendments, Techwell, 103, 117, 110-113
  9. Mutluturk, M., Altindag, R. & Turk, G., 2004, A decay function model for the integrity loss of rock when subjected to recurrent cycles of freezing-thawing and heating-cooling, Tnt. J. Rock Mech. Min. Sci., 41, 237-244 https://doi.org/10.1016/S1365-1609(03)00095-9
  10. Neaupane, K.M., Yamabe, T. & Yoshinaka, R., 1999, Simulation of a fully coupled thermo-hydra-mechanical system in freezing and thawing rack, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 36, 563-580 https://doi.org/10.1016/S0148-9062(99)00026-1
  11. Prick, A., 1995, Dilatometrical behaviour of poraus calcareous rock samples subjected to freeze-thaw cycles, Catena, 25, 7-20 https://doi.org/10.1016/0341-8162(94)00038-G
  12. Topal, T. & Sozmen, E., 2003, Deterioration mechanisms of tuffs in Midas monument, Engineering geolohy, 68, 201-223 https://doi.org/10.1016/S0013-7952(02)00228-4