1️⃣폭약의 폭발시 발생되는 에너지

폭약이란 열역학적으로 불안정한 평형상태에 있는 화합물 또는 혼합물로서 경미한 자극에도 물리적 혹은 화 학적 변화를 일으켜 주위에 급격한 압력 상승을 일으키는 물질을 말한다. 따라서 폭약의 일부분에 경미한 작용(가열 또는 충격, 마찰 등)을 가하여 순간적으로 폭약의 화학적 변화에 의해 막대한 가스방출과 동시에 고온의 열이 발생되게 하므로써 주위의 물체를 파괴하도록 한다. 폭약의 폭발에너지는 다음과 같이 일 에너지와 소비 에너지로 구분되며 일에너지는 충격에너지, 가스에너지 로 소비에너지는 열, 빛, 소리, 탄성파 에너지로 구분된다.

2️⃣발파진동

1) 발파진동의 발생개요

발파를 통한 암반굴착에서는 폭약의 폭발시 발생하는 폭발에너지를 이용하여 굴착단면의 암석을 제거하게 된다. 폭약이 암반내 천공된 장약공내에서 폭발하면 폭굉압은 기폭 후 수 usec에서 최고치에 달하고 그 압력은 수 만수십 만 기압(보통 5~20만)으로 추정되는데 이 값은 주위의 암반 강도보다 훨씬 높다. 이와같은 초고압의 충격하 중을 받은 암석은 그 충격점 가까이에서는 유동적 성격을 나타내고 이 유동파(고차소성유동파)는 전파와 함 께 감쇠하고 탄성파에 가가운 충격파로 이행된다. 이 때 Fig 2와 같이 초고압의 충격압과 3000°C이상의 고온에 의해 발파공에서 수 mm 이내에는 파쇄대를 형 성하고, 연속되는 가스압과 충격파의 전달로 인해 파쇄대 외부의 암반에는 균열이 발생 전파되어 균열대를 형성하게 된다.

파쇄영역을 통과해서 주위 암반에 3차원적으로 방사된 충격파동은 암반중에 균열을 주면서 전파해 가지만 거리에 따라 현저히 감쇠되어 암반에 파괴작용 조차 없는 탄성파로 된다. (충격파동의 전파영역이 소성영역)

탄성파 전파영역은 탄성영역) | 장약공내 폭약의 폭발로 발생한 총 에너지중 대부분은 주위 암석을 파괴, 이동시키는데 소비되지만 이 에너 지중 0.5~20%가 탄성파의 형태로 변화되어 균열대 외부의 암반중으로 전파해가면서 진폭과 주기를 갖는 진동으로 나타나는데 이를 발파진동 (blast vibration)이라 한다.

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2) 진동의 전파

폭약의 폭발에 의하여 주변 암반으로 전달되는 에너지는 발파공 주변암반을 파쇄시키고 균열과 파괴 네트워 크를 형성하는데 소모되고 암반 중으로 전파 되면서 Viscous Damping, 마찰 손실과 같은 에너지 손실로 인하여 급격히 감쇠하게 된다.

응력의 크기가 탄성 한계수준 이하로 감소하게 되면서 탄성파의 형태로 변화하고 탄성파는 에너지 전달양상에 따라 여러 가지 형태로 전파되어 간다. 탄성파는 전파되는 방법에 따라 암반 내부를 전파하는 P파(종파, 압축파, Primary wave), S파 (횡파, 전단 파, Shear wave)와 암반 표면을 따라 전파하는 표면파인 R파 (Rayleigh wave)로 주로 나눈다. R따는 P파 와 S파에 비하여 전파 속도가 느리나, 상대적으로 저주파의 진동이므로 진폭의 감쇄가 적어 멀리까지 전파된

다. | 발파 진동의 전형적인 기록이 Fig 3에 잘 나타나 있으며 발파원으로 부터 지표까지의 거리가 멀어질수록 표 면파인 레일리파가 더욱 중요하게 된다.

입체파 중 종파는 여러가지 면에서 단순진동을 유발하며 P파가 정면이외의 어떤 방향으로든 자유면을 만나게 되면 진행방향과 수직되게 진동하는 횡파(S파)를 발생시킨다. 종파는 압축을 저지하는 물체내의 방향으로 진행하 고 횡파는 형태변화에 저항하는 방향으로 진행하므로 이 두 입체파는 고체내에서만 존재할 수 있다. R파에 의한 입자운동은 회귀성타원의 경로를 따르게 되며, 전단방향의 변위가 없으므로 종파(P파)와 유사한 성질을 갖는 표면파인 반면, Q파는 횡파(S파)와 마찬가지로 전단방향으로 운동한다. R파와 Q파는 쉽게 검출할 수 있고 수학적으로 규명되어 있는 반면, H파와 파는 기원이 모호하고 수학적으 로는 아직 규명되어 있지 않다.

폭발위치가 깊지 않거나 암반이 대단히 균질한 경우가 아니라면 입체파는 보통 방출 에너지의 절반이하로 나 타나고 나머지는 암석의 표면이나 내부의 자유면을 따라 이동하는 표면파가 된다. 그러므로 지표 가까이서 실시한 발파작업에 의한 진동에는 입체파보다 표면파에 더 많은 에너지가 실려 있음 을 알 수 있다. 그러나 진동을 검출하는 지점이 발파점에서 가까우면 이러한 모든 파는 각각 구분되지 않고 합성되어 함께 복합파 형태로 나타난다.

3) 지반 진동의 세 성분

지표면상에 도달하는 진동파는 측정하는 방향에 따라 3가지로 나눈다. 수직방향(Vertical)의 성분, 진행방 향의 (Radial=Longitudinal)의 성분, 진행방향에 대한 접선방향(Transvers)의 성분이다. 진행성분에는 P파(종파)가, 접선성분에는 S파(횡파)와 파(Love waves)가 수직성분에는 R파(Rayleigh |waves)가 우세하다. 그래서 이 3성분은 크기 및 진동주파수가 각각 다르며 복합파이기 때문에 모양이 대단히 불규칙하고 복잡하다.

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