현장 투기시험과 수리시험을 이용한 불포화 단열암반 수리지질 특성화 연구 (Hydrogeological characterization using pneumatic test and hydraulic test methods in unsaturated fractured rock)

근래 대규모 지하공간 이용시설의 건설에 따른 지하수 유출은 국지적으로 수십 m의 불포화대 암반을 형성시키고 있어 이에 적합한 수리지질특성 조사방법의 정립이 요구되고 있다. 현재 국내 불포화 암반의 수리지질조사는 수압시험이 주로 이용되고 있으나, 불포화대는 대부분 공기로 채워져 있으므로 투기시험이 자연적인 단열조건에서 수리지질특성을 조사하는데 유용하게 이용될 수 있다. 이에 불포화 단열암반에 시추공을 굴착하여구간별 투기시험을 실시하였으며, 수압시험을 병행하여 투기시험 결과의 적절성을 비교·검토하였다. 투기시험과 수압시험 결과의 비교에 의하면, 투기시험으로 평가된 투과도가 수×10-13 m2 수준으로 상대적으로 높은 구간에서는 투기시험 결과가 수압시험보다 2 ~ 4배 크게 나타났으며, 투과도가 수×10-15 m2으로 낮은 구간에서는수압시험으로 평가된 값이 오히려 투기시험보다 2 ~ 10배 가량 크게 나타났다. 이는 투과성이 높은 불포화 암반에서의 수압시험이 해석가정조건인 완전한 포화상태의 지하수 흐름을 만족시키지 못하고, 투과성이 낮은 구간에서는 미세단열의 모세관압에 의해 투기시험시 기체의 흐름이 제한되기 때문으로 추정된다. 따라서 유체가빠르게 이동하는 투수성 단열구간에서 투기시험이 투과도를 조사하는데 효과적으로 활용될 수 있으며, 단열의발달이 미약한 저투수성 구간에서는 수압시험이 더 적합할 수 있다. 그러나 단열암반의 투과도는 심도에 따라크게 변하여 개별 현장시험 방법은 불포화 암반의 투과도 분포를 조사하는데 한계를 가질 수밖에 없으므로 현장 투기시험과 수리시험 병행되어 상호보완되어야 할 것으로 판단된다.

Recently, the groundwater drainage by large-scale underground facilities forms unsaturated fractured rock of several tens of meters locally. It is necessary to establish the hydrogeological characterization method for unsaturated fractured rock. As unsaturated fracture rock is mostly filled with air, a pneumatic test can be a useful method to investigate the hydrogeological characteristics under natural fracture condition. In this study, pneumatic tests had been performed in unsaturated fractured rock, and the suitability of pneumatic test was examined with comparison to a hydraulic test. Results of pneumatic tests showed a wide range of permeability changes depending on fracture characteristics. According to the comparison between the results of pneumatic and hydraulic test, the permeability values by pneumatic tests were 2 ~ 4 times larger than those by hydraulic test in the sections where permeability values are larger than 10-13 m2. But, hydraulic test results were 2 ~ 10 times larger in the sections with the permeability of lower than 10-14 m2. This is because hydraulic tests in highly permeable unsaturated fractured rock did not satisfy the saturated groundwater flow condition. In case of pneumatic tests in the low permeability section, the injected gas could not enter into the aperture filled with pore water by capillarity. As field test methods to investigate the hydrogeological properties of unsaturated fractured rock, it is confirmed that a pneumatic test is suitable for the permeable sections, and a hydraulic test is suitable for the sections with low permeability. However, because the permeability of fractured rock varies greatly depending on the depth of field, a single field test method has limitations in investigating the permeability distribution of unsaturated fractured rock. Therefore, it is considered that both pneumatic test and hydraulic test should be complemented for effective investigation.