해외의 암반분류(RMR,Q시스템,SMR)

그랜드케니언

 

 

O RMR에 의한 암반의 분류

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1) 현재 국내에서 사용되고 있는 암반의 공학적 분류기준은 RMR(Bien-iawski, 1976, 1989) 및 Q-System(Barton et al, 1974) 등의 외국분류 기준과 서울지하철, 고속도로, 한국도로공사 등의 국내기준이 있으며 본조사에서는 RMR을 적용하여 Basic RMR을 산정하고 불연속면의 방향성에 따른 점수보정(RMR, 1989)을 실시한다.

 

2) 비탈면의 경우 불연속면의 방향성이 매우 중요하며 절리면의 상태에 주로 지배를 받게 되나 깊은 기초의 경우 암반의 파쇄 정도 및 암석의 공학적 특성에 영향을 받게 된다.

 

3) 국내 분류기준은 터널에 적용할 때의 주된 기준이며 암반등급을 연암, 경암 등으로 분류한 것은 사용의 편의성에 기인한 것이 크므로 본 과업에서는 RMR을 기준으로 암반의 공학적 특성을 결정한다.

 

① RMR 분류기준(분류변수 및 평점)

분류변수			평점범위
1	무결 암의 강도	점하중강도 (MPa)	> 10	4 ~ 10	2 ~4	1 ~2	이 범위에서는 일축압축강도 시험이 필요
		일축압축강도 (MPa)	> 250	100 ~ 250	50 ~ 100	20 ~ 50	5~25	1~5	<1
	평 점		15	12	7	4	2	1	0
2	RQD(%)		90 ~ 100	75 ~ 90	50 ~ 75	25 ~ 50	< 25
	평 점		20	17	13	8	3
3	절리간격		> 2m	0.6 ~ 2m	200 ~ 600mm	60 ~ 200mm	< 60mm
	점 수		20	15	10	8	5
4	절리면의 상태		매우 거친 표면 연속성이 없음  벌어짐이 없음 절리면이 풍화되지 않음	약간거친 표면 분리틈새 < 1mm 절리면이 심하게 풍화	약간거친 표면 분리틈새 < 1mm 절리면이 심하게 풍화	매끄러운 표면 또는 충진물 두께 > 5mm 또는 분리틈새 1~5mm 연속적인 절리	연한 충진물 두께 > 5mm 또는 분리틈새 > 5mm 연속적인 절리
	평 점		30	25	20	10	10
5	지 하 수	터널길이 10m당 출수량 (L/min)	없음	< 10	10 ~ 25	25 ~ 125	> 125
		절리수압/ 최대주응력	0	< 0.1	0.1 ~ 0.2	0.2 ~ 0.5	> 0.5
	일반상태		완전건조	습기	젖은상태	물방울이  떨어짐	흘러내림
	평 점		15	10	7	4	0

 

② 불연속면의 방향에 따른 평가보정

절리의 주향과 경사			매우유리	유리	양호	불리	매우불리
6	평점	터널	0	-2	-5	-10	-12
		기초	0	-2	-7	-15	-25
		사면	0	-5	-25	-50	-60

 

③ 분류평점 합계(1+2+3+4+5+6)에 의한 암반등급

RMR 평점	100 ~ 81	80 ~61	60 ~ 41	40 ~ 21	< 20
암반등급	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ
암반상태	매우양호	양호	보통	불량	매우불량

 

 

 

 

O SMR에 의한 평가

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1) Bieniawski가 제안한 방법인 The Geomechanics Classification 또는 RMR(Rock Mass Ratio) 분류법을 바탕으로 Romana(1985)는 특별히 암반비탈면의 절리에 대해 조정할 수 있는 분류체계를 만들었다. 이 방법은 기존 RMR 분류법에서와 마찬가지로 비탈면의 암반을 평가 시 5가지 변수, 즉 신선한 암반으로서의 일축압축강도,  RQD, 불연속면의 간격 및 상태, 지하수에 대한 영향 등의 변수에 점수를 주어 평가된 Basic RMR값을 기본으로 한다.

 

2) RMR 평가에서 구한 평점에서 불연속면의 방향에 대한 보정을 할 때 SMR(Romana,1985)은 절리 방향에 의한 3개의 Factors를 산출하여 이들의 곱과 비탈면 굴착방법에 의한 보정값을 더하는 방법으로 Basic RMR의 값에 이들의 조정된 평점을 더하는 방법을 통하여 암반비탈면을 평가한다.

 

① 불연속면에 대한 보정

불연속면의 인자들의 값과 굴착방법에 따른 조정인자의 보정값

 

 

F1 : 절리와 비탈면 주향 사이의 평행성에 관한 인자

F2 : 절리 경사각에 대한 인자

F3 : 비탈면 경사각과 절리경사각 사이에 관한 인자

F4 : 굴착방법에 따른 조정 인자

 

② 굴착방법에 따른 조정인자의 보정

공법	자연비탈면	Prespliting	Smooth Blasting	보통의  발파	부적절한 발파
F4	+15	+10	+8	0	-8

 

③ SMR 분류에 의한 비탈면의 등급

분류	SMR	암반상태	안정성	붕괴	보강
Ⅰ	81 ~ 100	매우좋음	완전히 인정함	없음	필요없음
Ⅱ	61 ~80	좋음	안정	일부 블록	때때로 필요
Ⅲ	41 ~60	보통	부분적으로 안정함	일부 절리 혹은 많은 쐐기 파괴	쳬계적인 보강
Ⅳ	21 ~ 40	나쁨	불안정함	평면 또는 대규모 쐐기파괴	중요/보완
Ⅴ	0 ~ 20	매우나쁨	완전히 불안정함	대규모 평면파괴 또는 토층과 유사한 파괴	재굴착

 

 

 

O Q - System

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1) Q 분류법은 1974년 노르웨이 NGI(Norwegian Geotechnical Institude) 의 Barton, Lien, Lunde 등에 의해 개발되었다. 이 분류법은 암반 등급 분류 분야에서 다방면에 걸쳐서 지대한 공헌을 했다. Q 분류법은 스칸디나비아 212개 터널 사례연구를 근거로 제안된 정량적인 분류체계이며 , 터널지보의 설계를 용이하게 해주는 공학적인 분류체계이다.

 

2) Q 분류법은 ISRM에서 제안하는 불연속면의 상태를 표현하는 10가지 항목 모두에 대해 정량적인 평가를 하는 것은 아니다. 특히 RMR 분류법과 비교할 때 문제되는 점은 불연속면의 방향성에 대한 고려가 생략되어 있다는 점이다. 그러나 Barton은 RMR 등에서 중시되고 있는 불연속면의 방향성을 직접적으로 고려하지 않는 이유는 터널 노선을 설정할 때 그 노선방향이 불연속면의 방향성에 영향을 받지 않도록 설계되고 있는 점을 들고 있다. 또 불연속면의 방향성을 고려해 넣는다면 그 검토가 복잡하게 되고, 일반성이 적어져서 가장 필요한 분류평가의 목적을 잃어버리게 된다고 설명하고 있다.

 

3) 불연속면의 방향성에 대한 문제를 정량적으로 평가하는 것은 대단히 어렵다. 예를 들면 어느 탁월한 불연속면을 가지는 암반 중에 건설되는 터널이나 도로가 곡선을 그릴 경우에는 어느 장소에서는 설계자에게 유리한 성향을 가지는 불연속면도 어느 장소에서는 불리하게 될 수도 있다. 

 

4) 국토가 좁은 국내에서 터널통로의 설정에 있어 불연속면의 방향성의 영향을 받지 않도록 하는 것도 쉬운 일이 아니다. 결국 정량적인 암반분류 평가를 위해서는 여기에서 설명한 Q 분류법은 비교적 간편화되어 이해하기 쉬운 방법이지만, 이 같은 문제점을 가지고 있다는 것을 잘 이해해서 활용하는 것이 바람직하다.

 

5) Q 분류법은 6개의 서로 다른 요소를 사용하여 암반을 정량적으로 평가하는 방법이다.

① RQD

② 절리군의 수

③ 가장 상태가 나쁜 절리나 불연속면의 거칠기

④ 취약 절리면의 충전물 또는 절리 정도

⑤ 지하수의 유압 상태

⑥ 응력조건

 

 

여기서, 

RQD = 암질지수

Jn = 절리군의 수

Jr = 절리의 거칠기 계수

Jw = 지하수에 의한 저감 계수

SRF = 응력 저감 계수

 

따라서, 암반의 특성 Q는 

1) 암괴의 크기(RQD / Jn),  2) 암괴 간의 전단강도, 3) 작용응력 Jw / SRF의 세 변수로 된 함수라 볼 수 있으며, 다음과 같이 표시할 수 있다.

 

Q = (암괴의 크기) × (암괴 간의 전단강도) × (작용응력)

 

 

건설공사와 지반지질 - 백용, 정재형 저