Abstract
This study focuses on having a temperature and water pressure effects on the change of material properties of rocks. Granite and limestone specimens from Gagok Mine were thermally treated with predetermined temperatures of 200, 300, 400, 500, 600 and $700^{\circ}C$ (excepting $700^{\circ}C$ for limestone) to estimate the reduction of material properties of rocks caused by heat. Specific gravity, effective porosity, elastic wave velocity, uniaxial compressive strength, Young's modulus and Poisson's ratio for pre-heated specimens were measured. With increasing temperature, material properties of both rock specimens change sequentially. Significant changes of specific gravity, effective porosity and elastic wave porosity occur above $400^{\circ}C$ for granite and $300^{\circ}C$ for limestone. Changes of uniaxial compressive strength, Young's modulus and Poisson's ratio seem to be similar to those of physical properties. GSI of 500, 600 and $700^{\circ}C$ specimens inferred by using uniaxial compressive strength and Young's modulus of preheated granite specimens is found to be 81, 66 and 58 each. In case of pre-heated limestone specimens of 400, 500 and $600^{\circ}C$, the corresponding GSI is 76, 71 and 65 each. 500, 600 and $700^{\circ}C$ granite specimens and 400, 500 and $600^{\circ}C$ limestone specimens were pressurized to 7.5 MPa and their effective porosity, elastic wave velocity, uniaxial compressive strength and Young's modulus were measured. The average value of material properties (mentioned above) of 500, 600 and $700^{\circ}C$ granite specimens under water pressure compared with material properties of non-pressurized pre-heated specimens exhibits the reduction of 7.6, 11.3 and 14.9%, respectively. In case of 400, 500 and $600^{\circ}C$ limestone specimens under water pressure, the average value of material properties decreases by 8.2, 13.8 and 21.9%, respectively.
본 연구에서는 온도와 수압이 암석의 물성 변화에 미치는 영향을 평가하였다. 온도가 암석의 물성에 미치는 영향을 평가하기 위하여 가곡광산에서 채취한 화강암과 석회암 시험편에 200, 300, 400, 500, 600, $700^{\circ}C$(석회암의 경우 $700^{\circ}C$는 제외하였음)의 열을 가하여 예열시험편을 제작하였다. 예열시험편에 대한 실내실험을 통해 비중, 유효공극률, 탄성파속도, 일축압축강도, 탄성계수, 포아송비를 측정한 결과 온도가 증가함에 따라 화강암과 석회암 예열시험편의 물성이 변하는 것으로 나타났다. 비중, 유효공극률, 탄성파속도의 급격한 변화는 화강암의 경우 $400^{\circ}C$ 이상에서 발생하였으며, 석회암의 경우에는 $300^{\circ}C$ 이상에서 나타났다. 온도에 따른 일축압축강도, 탄성계수, 포아송비의 변화도 물리적 특성의 변화와 유사한 것으로 나타났다. 예열시험편의 일축압축강도와 탄성계수로부터 유추한 500, 600, $700^{\circ}C$ 화강암 예열시험편의 GSI는 각기 81, 66, 58로 나타났으며, 400, 500, $600^{\circ}C$ 석회암 예열시험편의 GSI는 각각 76, 71, 65로 나타났다. 500, 600, $700^{\circ}C$ 화강암 예열시험편과 400, 500, $600^{\circ}C$ 석회암 예열시험편에 7.5 MPa의 수압을 가하였다. 수압을 적용한 예열시험편의 유효공극률, 탄성파속도, 일축압축강도, 탄성계수를 측정하여 평균한 결과 수압을 가하기 전 예열시험편에 비해 평균 감소량이 화강암 500, 600, $700^{\circ}C$ 예열시험편 각각에 대해서 7.6, 11.3, 14.9%로 나타났고, 석회암 400, 500, $600^{\circ}C$ 예열시험편에 대해서는 각기 8.2, 13.8, 21.9%로 평가되었다.
