암석의 합리적인 비율에 관한 실험적 연구

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9288(2023) 이 기사 인용

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물로 인한 암반의 강도 저하는 암반 사면 불안정성에 중요한 요소입니다. 암석 사면의 물-암석 상호 작용의 분해 과정을 더 잘 보여주기 위해 벤토나이트를 물에 민감한 조절제로 사용하여 시멘트-석고 결합 재료를 기반으로 하는 물에 의한 강도 저하 특성과 일치하는 새로운 암석 같은 재료를 만들었습니다. 5가지 가변 수준의 4가지 요소를 고려한 직교 설계 방법을 사용하여 재료 혼합 비율에 대한 25가지 방식을 설계했으며, 물리-기계적 매개 변수를 얻기 위해 다양한 실험을 수행했습니다. 또한 암석 같은 물질 비율의 한 그룹을 선택하여 대규모 물리적 모델 테스트에 적용했습니다. 실험 결과는 다음과 같은 사실을 보여줍니다. (1) 이 암석 같은 물질의 파괴 모드는 자연 암석 덩어리의 파괴 모드와 매우 유사하며 물리-기계적 매개변수는 넓은 범위에 걸쳐 다양합니다. (2) 벤토나이트 함량은 암석과 같은 재료의 밀도, 탄성 계수 및 인장 강도에 중요한 영향을 미칩니다. (3) 암석질의 비율을 결정하기 위해 선형회귀분석에 기초한 회귀식을 구하는 것이 타당하다. (4) 적용을 통해 새로운 암석 유사 재료는 물로 인한 분해 시 암석 경사면의 시작 메커니즘과 불안정성 특성을 효과적으로 시뮬레이션하거나 드러낼 수 있습니다. 이러한 연구는 다른 모델 테스트에서 암석과 같은 재료를 제작하기 위한 지침 역할을 할 수 있습니다.

경사면 불안정성은 막대한 경제적 손실과 인명 피해를 초래하는 경우가 많으므로 경사면 불안정성 메커니즘은 지질학 공학에 대한 국제 연구에서 항상 중요한 문제였습니다1,2. 물과 암석의 상호 작용으로 인한 약화 효과는 암석 경사면의 안정성에 큰 영향을 미칩니다3,4. 수많은 엔지니어링 연구에 따르면 우기5,6,7 동안 경사 불안정이 일반적으로 관찰되는 것으로 나타났습니다. 대규모 암석 산사태는 일반적으로 복잡한 구조, 강한 갑작스러움, 강력한 은폐성으로 인해 조사하기가 어렵습니다8,9. 물리적 모델 테스트는 암석 공학의 복잡한 지질 조건에서 암석의 변형 및 진화 법칙을 효과적으로 밝힐 수 있으며, 이는 높은 조작성, 짧은 주기 및 직관적인 결과라는 장점이 있습니다10,11,12,13. 재료와 혼합량이 물리적 모델의 특성에 중요한 영향을 미치기 때문에 과학적이고 수용 가능한 유사한 재료를 선택하는 것이 모델 테스트의 전제 조건입니다14,15.

물리적 모델 테스트가 개발된 이후 암석과 같은 물질의 비율에 대한 많은 연구가 수행되었습니다. 암석과 같은 물질을 선택하고 혼합하는 기본 원리를 발견하기 위해 수많은 예비 연구가 수행되었습니다. 그 후, 다양한 유형의 암석을 모방하기 위해 점점 더 많은 재료가 사용되었으며, 이는 단단한 암석, 연암 및 유체-고체 결합 재료의 세 그룹으로 분류될 수 있습니다. 강도와 취성을 포함한 물리-기계적 특성은 단단한 암석과 같은 재료의 유사성을 나타내는 주요 지표입니다. 시멘트-석고 결합 재료는 단단한 암석을 시뮬레이션하는 데 가장 일반적으로 사용되며 기계적 거동은 자연 암반의 거동과 일치합니다. 그러나 경화 기간은 더 길다19,20,21. 로진과 알코올류 소재의 생성으로 암석류 소재의 경화 시간이 획기적으로 단축되었으며, 이러한 소재는 높은 부피 중량, 낮은 탄성률, 안정적인 성능을 자랑합니다. 그러나 동시에 취성도 감소합니다22,23,24. 연약한 암석과 같은 재료의 경우 모델 테스트의 타당성을 향상시키기 위해 연화 효과를 고려해야 합니다. 앞서 언급한 암석 유사 물질은 암석 유사 물질에 대한 연구를 크게 풍부하게 하고 향후 모델 테스트 연구의 기반을 마련했습니다.