팽창성 연암

정의

팽창성 연암은 점토광물을 함유해 물을 흡수하면 체적이 증가하는 연약한 암석이다.

쉽게 말하면 물을 먹고 부풀어 오르는 연한 암석이다. 핵심어를 먼저 짚어 둔다.

발생 메커니즘

굴착으로 지중 응력이 풀리면 암반 내부 변화가 시작된다.

물이 들어와 유효간극을 채우고 점토광물 층 사이에 흡착된다.

체적이 늘어나고, 구속이 있으면 팽창압으로 바뀌어 구조물에 작용한다.

굴착으로 구속이 풀린 면에서 흡수팽창이 먼저 일어난다.

두 현상 구분

팽창성 연암의 팽창은 흡수팽창과 팽윤성으로 나뉜다.

흡수팽창은 유효간극이 물로 채워져 체적이 늘어나는 물리적 현상이다.

팽윤성은 실질 광물이 물을 흡수해 결정 구조가 바뀌며 체적이 변하는 현상이다.

두 현상은 원인이 달라 대책도 달라지므로 답안에서 반드시 나눠 쓴다.

팽창 능력과 광물

팽창 능력은 광물 종류에 따라 크게 달라 광물 조성을 먼저 확인한다.

몬트모릴로나이트는 층간 흡수가 활발해 팽창이 가장 크다.

버미큘라이트는 중간 정도이고, 일라이트는 팽창성이 낮다.

대책과 실무 판단

팽창성 암반은 물 흡착으로 팽압이 커서 구조물에 안정성 문제를 일으킨다.

따라서 배수와 함수비 관리가 핵심 대책이다.

치환은 확실하지만 비용과 공기가 크고, 안정처리는 장기 내구성이 불확실하다.

현장에서는 굴착 후 노출 시간을 줄이고 보호층을 빨리 설치하는 방향이 현실적이다.

흡수두께팽창률 계산

흡수두께팽창률은 흡수 전후 두께 변화를 초기 두께로 나눠 구한다.

가상의 예로 초기 두께 50mm, 흡수 후 두께 52.5mm인 시험편을 본다.

두께 차이 2.5를 50으로 나누고 100을 곱하면 5%가 된다.

이 정도 값은 점토 함량이 많은 이암에서 상식적인 범위다.

핵심 정리

정리하면 채점은 원인, 발생 조건, 대책의 세 축으로 이루어진다.

첫째는 원인으로 점토광물과 물 흡착이다.

둘째는 발생 조건으로 굴착에 의한 응력 해방이다.

셋째는 대책으로 배수, 피복, 치환을 든다.