암석 강도특성

암석 강도 개요

암석 강도특성은 암석 시료에 하중을 가했을 때 나타나는 성질이다.

압축강도, 전단강도, 파괴 거동을 시험 조건과 함께 본다.

이 조건이 바뀌면 같은 암석이라도 측정 강도가 달라진다.

파괴 기준

암석의 파괴는 Mohr-Coulomb 기준으로 설명한다.

전단강도는 파괴면의 수직응력, 점착력, 내부마찰각으로 결정된다.

구속압 σ3가 커지면 파괴 Mohr 원이 커져 강도가 증가한다.

구속압 효과

구속압은 공시체에 가하는 측압이다. 구속압이 커지면 강도가 커진다.

구속압은 파괴 시 최소 주응력을 높여 파괴 포락선의 전단강도를 키운다.

그래서 구속압이 커지면 파괴 시 축차응력이 증가하고 연성 거동이 강해진다.

재하속도와 공시체 치수

재하속도는 시료에 하중을 가하는 속도이며, 응력 속도 또는 변형률 속도로 나타낸다.

재하속도가 빠르면 균열이 자랄 시간이 짧아 강도가 높게 나타난다.

공시체 치수는 클수록 내부 결함이 많아 측정 강도가 낮게 나타나는 것이 일반적이다.

그래서 시험 결과를 비교할 때는 직경과 높이/직경 비를 함께 기록한다.

계산 예제

먼저 공시체 단면적을 구한다. 지름 54mm의 반지름은 27mm다.

단면적으로 최대 하중을 나누면 일축압축강도가 된다. 단위는 MPa다.

길이 대 직경 비가 일반적인 권장 범위 2.0~2.5 안에 있는지 확인한다.

정답은 2.0이다. 높이 108mm를 직경 54mm로 나누면 2.0이 된다.

시험 포인트 정리

시험 조건은 구속압, 재하속도, 공시체 치수 세 가지로 정리된다.

구속압이 커지면 강도와 연성이 함께 커진다. 재하속도가 빠르면 강도가 커지지만 취성이 강해진다.

공시체 치수는 클수록 강도가 낮게 측정되므로 치수를 기록하고 보정한다.

기출에서는 세 조건이 강도특성에 미치는 영향을 각각 설명하라고 물었다.