Variations of Physico-Mechanical Properties of the Cretaceous Mudstone in Haman, Gyeongnam due to Freeze-Thaw Weathering

경남 함안군 백악기 이암의 동결-융해에 따른 물성변화 및 미세균열 발현특성

An experimental study of accelerated weathering on mudstone sample specimens from Haman, Gyeongnam was performed to investigate the variations of physico-mechanical properties of deteriorated rocks due to freeze-thaw weathering. Each complete cycle of freeze and thaw lasted 24 hours, comprising 2 hours of saturating in vacuum chamber, 8 hours of freezing at $-16{\pm}1^{\circ}C$ and 14 hours of thawing at room temperature. Total of 55 cycles of freeze-thaw were completed with measuring the index properties as well as geometries of microfractures. The measured specific gravity and P-wave velocity found to decrease with increasing freeze-thaw cycles. On the other hand, absorption ratio and effective porosity were continuously increased with increasing freeze-thaw cycles. It was found that the index properties of deteriorated sample specimen depend on its initial properties and flaws in rock. The size and density of the traces of the microfracture on slab specimen exhibited abrupt changes after 30 cycles of freeze-thaw weathering. The results obtained in this study show that the box fractal dimension($D_B$) given in this paper has the strong capability of quantifying the size and density of the microfracture.

이 연구는 경상남도 함안군 일대에 분포하는 백악기 이암에 대하여 동결-융해 시험을 수행하고 동결-융해 반복 횟수의 증가에 따른 암석의 물리 역학적 특성변화를 고찰하였다. 동결-융해의 한 사이클은 24시간이며 진공 챔버에서 2시간 동안 포화시킨 시료를 $-16{\pm}1^{\circ}C$로 8시간 동결하고 상온에서 14시간 동안 융해하였다. 총 55 사이클의 동결-융해 시험 중에 물리적인 특성을 측정한 결과 비중, P파 속도는 지속적으로 감소하였으며 흡수율, 공극률은 지속적으로 증가하였다. 시험 전 풍화를 많이 받은 암석일수록 동결-융해에 따른 물성의 변화가 크며 풍화에 취약한 것으로 나타났다. 슬랩 시편에서 취득한 미세균열 트레이스의 크기 및 면적밀도는 30사이클 이후부터 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 이는 30사이클 이후 급격히 감소하는 P파 속도의 특성과도 부합하며 암석 내부에 미세균열이 급격히 발현 확장하고 특히 층리면의 결합력이 약화되는 암석 풍화에 기인한 것으로 사료된다. 미세균열의 밀집도와 크기를 동시에 고려할 수 있는 박스 프랙탈 차원($D_B$)은 미세균열 트레이스의 변동성을 효과적으로 반영하며 중 장기적인 풍화 예측을 위한 새로운 풍화지수로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.