A Micro-observation on the Wing and Secondary Cracks Developed in Gypsum Blocks Subjected to Uniaxial Compression

Wing and secondary cracks are unique types of cracks observed in rock masses subjected to uniaxial and biaxial compressive loading conditions. In this study, morphological features of wing and secondary cracks developed in gypsum specimens are investigated in the macro and micro scales. Along the path of wing crack, microtensile cracks are observed. Microtensile cracks coalesce with pores and show branch phenomenon. From the onset of the wing crack, multiple initiations of microtensile cracks are observed. Microtensile cracks show tortuous propagation paths and relatively constant aperture of the cracks during the propagation. It is shown that microtensile cracks propagate by splitting failure. At the micro scale, microfsults are observed in the path of the secondary cracks. Along the path of the secondary cracks, separation of grains and conglomerate grains, oblique microfaults, and irregular aperture of microfault are observed. These features show that the secondary cracks are produced in shear mode. The measured sizes of fracture process zone across the propagation direction near the tip of wing and secondary cracks range from 10$\mu{m}$ to 20$\mu{m}$ far wing cracks and from 100$\mu{m}$ to 200$\mu{m}$ for secondary cracks, respectively.

일축압축상태의 석고 실험체에서 발생하는 날개크랙과 이차크랙에 대한 미시적 관측

날개크랙과 이차크랙은 암석의 일축압축 및 이축압축 조건에서 관측되는 특정한 형태의 크랙이다. 본 연구에서는 석고로 제작된 실험체내에 발생하는 날개크랙과 이차크랙의 형태적 측면을 미시적 및 거시적 관점에서 관측하였다. 날개크랙의 진행방향을 따라 미소인장크랙이 관측되었으며 미소인장크랙은 공극간의 연결과 분지현상을 통하여 진전되었다. 날개크랙의 개시점에서 다중의 미소인장크랙의 개시가 관측되었으며 미소인장크랙은 굴곡진 진행을 보인다. 또한 이차크랙과는 달리 미소인장크랙은 상대적으로 일정한 크랙의 틈을 보이며 인장에 의한 할렬파괴에 의해 진행되는 것으로 나타났다. 이차크랙의 미시적 관측에서는 미소파쇄대가 관측되었다. 이차크랙의 파괴구간 내에서는 입자 및 집괴의 분리, 경사진 미소파쇄대의 형성 및 불규칙한 크기의 틈을 가진 미소파쇄대가 관측되었다. 이러한 결과는 이차크랙이 전단에 의해 형성됨을 보이고 있다 날개크랙과 이차크랙은 서로 다른 크기의 파괴진행구간을 보이고 있으며 각각의 크랙의 진행 방향에 직각방향으로 측정된 파괴진행구간의 폭은 날개크랙의 경우 10$\mu{m}$에서 20$\mu{m}$ 정도이며 이차크랙은 100$\mu{m}$에서 200$\mu{m}$ 정도이다.