암반 분류법: RMR 분류법과 Q-System의 비교 및 상관관계

1. 개요

암반(rock mass)의 공학적 특성을 평가하는 것은 지반공학 및 터널 설계에서 필수적인 과정입니다. 이를 위해 다양한 암반 분류법이 개발되었으며, 대표적으로 RMR(Rock Mass Rating) 분류법과 Q-System이 널리 사용됩니다. 본 글에서는 이 두 가지 분류법의 개념과 차이점을 살펴보고, 상관관계를 분석하겠습니다.

 

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2. RMR 분류법 (Rock Mass Rating, 암반등급 분류법)

RMR 분류법은 **Bieniawski(1989)**에 의해 제안된 방법으로, 암반의 전반적인 강도와 안정성을 평가하는 데 사용됩니다. RMR 값은 다음 6가지 요소를 기반으로 계산됩니다.

1. 암석의 일축압축강도 (UCS, Uniaxial Compressive Strength)
2. RQD (Rock Quality Designation, 암질지수)
3. 불연속면 간격 (Spacing of Discontinuities)
4. 불연속면 상태 (Condition of Discontinuities)
5. 지하수 상태 (Groundwater Condition)
6. 굴착 방향과 불연속면 방향의 관계 (Orientation of Discontinuities)

각 요소에 대한 점수를 합산하여 최종적인 RMR 값을 산정하며, 해당 값에 따라 암반을 5개 등급(1~5등급)으로 구분합니다.

RMR 값암반 등급암반 상태

81~100	1등급	매우 양호(Very Good)
61~80	2등급	양호(Good)
41~60	3등급	보통(Fair)
21~40	4등급	불량(Poor)
0~20	5등급	매우 불량(Very Poor)

RMR 분류법은 일반적으로 터널, 암반사면, 지하공간 설계에서 널리 사용됩니다.

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3. Q-System (NGI Q-System, 암반 품질 지수)

Q-System은 **Barton et al.(1974)**이 제안한 암반 품질 평가법으로, 암반 내 터널 안정성을 평가하는 데 중점을 둡니다. Q 값은 다음 식을 이용하여 계산됩니다.

여기서,

• RQD : 암질지수 (Rock Quality Designation)
• Jn : 불연속면 군수 (Joint Set Number)
• Jr : 불연속면 거칠기 계수 (Joint Roughness Number)
• Ja : 불연속면 변질도 (Joint Alteration Number)
• Jw : 절리면에 존재하는 지하수에 대한 저감계수 (Joint Water Reduction Factor)
• SRF : 응력 감소 계수 (Stress Reduction Factor)

Q 값에 따라 암반을 9개의 등급으로 구분하며, 값이 클수록 암반의 상태가 우수함을 의미합니다.

Q 값 범위	암반 등급	암반 상태
400 이상	1등급	극히 우수 (Exceptionally Good)
100~400	2등급	매우 우수 (Extremely Good)
40~100	3등급	우수 (Very Good)
10~40	4등급	양호 (Good)
4~10	5등급	보통 (Fair)
1~4	6등급	불량 (Poor)
0.1~1	7등급	매우 불량 (Very Poor)
0.01~0.1	8등급	극히 불량 (Extremely Poor)
0.001~0.01	9등급	거의 붕괴 (Exceptionally Poor)

Q-System은 특히 터널 설계 시 암반 보강재(볼트, 숏크리트 등) 설계를 위한 기초 자료로 활용됩니다.

 

 

 

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4. RMR과 Q-System의 상관관계

RMR과 Q-System은 서로 다른 방식으로 암반을 평가하지만, 다음과 같은 경험적인 관계식을 통해 상호 변환이 가능합니다.

이 관계식을 이용하면 Q-System으로 평가된 암반 품질을 RMR 값으로 변환할 수 있으며, 반대로 RMR 값을 이용해 Q 값을 추정할 수도 있습니다. 그러나 이는 일반적인 상관관계일 뿐이며, 실제 현장에서는 추가적인 조사가 필요합니다.

 

일반적인 RMR과 Q 값의 비교

Q 값 범위	RMR 값 범위	암반 상태
0.001~0.1	0~20	매우 불량 (Very Poor)
0.1~1	21~40	불량 (Poor)
1~10	41~60	보통 (Fair)
10~40	61~80	양호 (Good)
40 이상	81~100	매우 양호 (Very Good)

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5. 결론

RMR 분류법과 Q-System은 암반 품질을 평가하는 중요한 방법론이며, 각각의 특성과 용도에 따라 적절히 선택하여 활용해야 합니다.

• RMR 분류법은 전반적인 암반 품질 평가에 적합하고, 강도 및 변형계수 등 암반의 강도정수를 추정하는데 이용되며, 터널 설계 시 무지보 자립시간과 지보재 선택에 기준이 됩니다. 또한, 암반사면 안정성 평가에도 활용됩니다.
• Q-System은 터널 및 지하 공간 설계에서 암반의 거동을 예측하는 데 유용합니다. 또한, Q값에 근거하여 터널 지보재 설계가이드라인으로 활용되기도 합니다.
• 두 분류법 간에는 비례관계가 있음을 짐작할 수 있고, 일반적으로 위의 상관관계식이 있는 것으로 알려져 있습니다.