암반 불연속면의 종류와 특징

암반 불연속면의 종류와 특징 

구 분		내 용
성인에 따른 구분	절리(joint) 및 단층(fault)	암반에 작용한 응력으로 형성된 분리면
	층리(bedding)	퇴적암의 단위퇴적경계면
	벽개(cleavage)	지층의 변형작용으로 퇴적암의 층리를 따라 평행 또는 방사상으로 할렬 되는 경향을 가진 면
	편리(schistosity)	변성암의 변성과정에서 발달된 편상구조
형상 또는 형태에 따른 구분	균열(fissure)	절리면이 완전히 분리된 상태
	단층(fault)	절리면이 상대적으로 이동한 흔적이 있는 면
	성층(stratification)	층리면이 완전히 분리된 상태
	엽리면(lamina)	얇게 형성된 성층
	엽리(foliation)	층리면에 평행하게 발달된 벽개면
	정합(conformity)	이층퇴적층에서 하위층위에 연속적으로 새로운 지층이 퇴적된 것
	부정합 (unconformity)	상위층이 퇴적하기 전에 하위층이 세굴 또는 침강작용을 받은 후에 새로운 지층이 퇴적된 것
	박층(seam)	암층에 얇은 이질암층이 끼어 있는 것
	파쇄대 (fracture zone)	단층면을 따라 암석이 파쇄되어 풍화된 두꺼운 띠를 형성한 것
	구조선(tectonic line)	지각의 구조운동에 의하여 광역에 걸쳐 형성된 단층선
	습곡(fold)	층상구조의 암반이 지각운동으로 소성유동을 일으켜 파상으로 변형된 구조

※ 절리(joint)

암반에 큰 응력이 작용하면 소성변형 또는 취성파괴가 일어나며, 취성파괴가 일어나는 조건은 응력조건, 구속조건, 지하수의 존재, 온도, 변형속도 등에 따라 결정된다. 일반적으로 저온, 저구속하에서 항복점 이상의 응력이 작용하면 취성파괴가 일어나고, 이 때 응력조건에 따라 규칙적인 파괴면이 형성되는 것을 절리라 한다.

절리형성(jointing)에 관계되는 힘은 암석의 자중, 지각구조의 운동력, 지진력, 마그마의 냉각에 의한 수축력, 퇴적암의 건조에 의한 수축력, 온도경사에 의한 열응력 등과 같이 매우 다양하며, 힘의 작용상태는 오랜 지질연대에 걸쳐 연속적 또는 단속적으로 작용하여, 힘의 크기, 방향, 속도 등의 변화를 겪었으므로, 한 암반에서도 성인을 달리하는 여러계통(system or set)의 절리가 복잡하게 혼재하는 것이 일반적인 상황이다.

절리를 성인에 따라 분류하면 냉각수축 및 건조수축으로 인한 수축절리(contraction joint), 신장절리(extension joint) 및 전단절리(shere joint) 등으로 나눌 수 있다.

절리면은 상대적으로 변위가 전혀 또는 거의 발생하지 않는 것으로 정의되고, 단층이나 파쇄대와 같이 건설공사에 중대한 문제를 야기시키지 않는 대신에, 절리의 성인은 단층에 비하여 매우 다양하고 복잡하여 거의 모든 암반에 여러 계통의 절리군이 존재하고, 이에 따라 암반전체의 물리적 성질과 역학적 거동에 크게 영향을 미친다. 실제문제에서 절리는 암반사면의 안정검토, 터널의 지보공 설계 등에 매우 중요한 요소가 되므로, 암반을 조사할 때는 절리계의 방향, 밀도, 간격, 면의조도, 지하수의 존재 등을 명확하게 파악할 필요가 있다.


※ 단층(fault)

지각변동에 따른 내부응력에 의하여 암반중에 파괴면이 형성되어 상대적 변위를 일으킨 것을 단층이라 하며, 단층면을 따라 암석이 파쇄되어 지하수 등으로 풍화된 띠를 형성한 것을 파쇄대라 한다. 단층은 지각의 습곡운동(folding)으로 지층이 수평방향의 압축력을 받을 때, 또는 기반암의 융기 및 침강으로 인장력을 받을 때 형성되는 경우가 많으며, 단층의 형태에 의한 종류는 암반이 단층면을 따라 전단변위를 일으킬 때 주응력의 방향에 의해 구분된다.

최대주응력이 연직이면 지층은 인장응력을 받으므로 단층면은 연직과 45°- Ψ/2의 경사를 이루면서 상반(hanging-wall block)이 하향으로 활동하는 정단층(normal fault)이 되고, 최대주응력축이 수평이고 최소주응력축이 연직이면 지층은 압축응력을 받으므로 단층면은 연직과 45°+ Ψ/2의 경사를 이루면서 상반이 상향으로 활동하는 역단층(reverse fault)이 된다. 또한 최대 및 최소주응력축이 모두 수평면상에 있으면 지층은 전단응력을 받으므로 단층면의 경사는 연직을 이루면서 암반이 수평방향으로 활동하는 수평단층(strike-slip fault)이 된다.

그리고 일단 단층면이 형성되면 이 면과 90°- Ψ의 각도를 이루는 면은 공역관계가 되어 역시 파괴조건을 만족하므로 대응하는 단층이 형성되며 이를 공역단층(conjugate fault)이라 하며, 단층 중에서도 현재에 활동 중이거나 근래에 운동한 흔적이 있는 것을 활단층(live fault), 운동한 흔적이 전혀 없는 것을 사단층(dead fault)이라 한다.

아무리 사단층이라 할지라도 지반응력의 불균형, 지진동, 인공적인 대폭발 등이 일어나면 단층이 활동을 재개하여 활단층이 되는 경우가 있으며, 만약 단층을 가로질러 중요한 구조물이 설치되는 경우에는 단층면을 따라 전단변형이 미소하게 일어나는 경우에 있어서도 불의의 사고를 겪게 되므로 계획 및 조사단계에서 단층을 피하는 것이 효과적이며, 부득이한 경우에는 피해를 최소화 하도록 위치 및 방향을 적절히 선정할 필요가 있다.


※ 습곡(fold)

암석은 고온 및 고구속압 하에서는 사소한 편차응력의 작용에도 쉽게 항복하여 소성유동을 일으킨다. 층상구조의 암반이 이와 같은 소성유동에 의하여 파곡상으로 변형된 구조의 형태를 습곡이라 한다. 일반적으로 수평퇴적된 지층이 심부의 구조운동으로 인하여 큰 횡압력을 받았을 때, 또는 융기, 침강할 때 형성된 것으로서 중력변성암이 분포된 지역에 거의 국한된다.

습곡의 구조는 凸 모양의 배사(anticline) 구조와 凹 모양의 향사(syncline) 구조로 구분되며, 습곡의 형성과정에서 축부근에는 변형이 집중되므로 작게는 벽개 또는 편리를 따라 균열이 많이 분포되고, 크게는 단층 및 파쇄대가 형성되는 경향이 있다. 따라서 이 부위의 암석은 취약화되어 침식이 촉진되므로 계곡을 형성하는 경우가 많다.

습곡은 변형의 기본형태에 따라 분류하면 지층의 축방향압축력에 의하여 톼굴된 굴곡습곡(flexure fold), 지층의 융기 및 침강에 의하여 형성된 전단습곡(shere fold), 고온 및 고압하에서 가소성이 탁월한 지층이 유동하여 형성된 유동습곡(flow fold)으로 구분된다.

굴곡습곡은 각 층의 두께가 습곡운동으로 변화하지 않고 거의 일정한 것이 특징 이며, 배사축부근에는 인장절리가 발달되어 강도저하가 현저하고 가소성이 작은 사암 등에서 많이 볼 수 있다. 전단습곡은 축면에 평행으로 취약한 벽개면을 따라 활동한 결과 각 층의 두께가 정부에서는 두껍고 날개부에서는 얇게 보이는 것이 특징이며, 축면을 따라 유사한 습곡형태를 이루고 있어 역학적인 이방성이 탁월 하다. 유동습곡은 축면에 평행으로 재결정광물이 배열되어 편리면이 발달되고 습곡구조를 세부적으로 관찰하면 복배사 및 복향사 뿐 아니라 무수한 미습곡들이 집성된 습곡을 이루는 것을 볼 수 있다.

습곡이 구조물에 미치는 영향을 살펴보면, 터널의 경우 배사축면을 횡단하여 굴착되는 경우에는 아치작용으로 갱문부근에 지압이 집중되고, 향사축면을 횡단할 때는 반대로 터널의 중앙부에 지압이 집중된다. 한편 향사축 부근에서 축과 평행하여 터널을 굴착하는 경우에는 터널의 측벽에 횡압이 크게 작용하여 측벽지보에 어려움이 있을 뿐 아니라 지하수의 집중으로 용수량이 많고, 배사축과 향사축의 중간에서는 편압이 크게 작용하는 것을 흔히 볼 수 있다.

댐의 경우 댐축이 배사축부근에 있으면 기초의 활동에 대한 안정성이 우려되는 반면, 향사축부근에 있으면 양압력의 증대와 누수가 우려된다.