각질관절

Exfoliation joint
캘리포니아 요세미티 국립공원의 하프돔 주변을 감싸고 있는 각질 제거 관절.
미국 텍사스주 매스터드 록스테이트 내추럴아일랜드 화강암 내 각질 제거관절. 가파르게 떨어지는 관절면을 따라 분리된 블록들이 미끄러져 왔다.

각질 제거관절 또는 시트관절은 암석의 표면 평행 골절계통이며, 종종 동심 슬래브의 침식으로 이어진다. (접합부(지질학) 참조).

각질제거 이음매의 일반적 특성

  • 일반적으로 지형을 따른다.[1][2][3]
  • 바위를 평면 이하의[when defined as?] 슬래브로 나누어라.[3]
  • 관절 간격은 표면 근처의 수 센티미터에서 수 미터까지[3][4][5] 증가한다.
  • 관측된 최대 발생 깊이는 약 100m이다.[3][4][5][6]
  • 깊은 관절은 곡률 반경이 커 재료가 침식되면서[1][2][3][4][5] 경관의 모서리를 둥글게 하는 경향이 있다.
  • 파단 모드는 인장이다[7][8].
  • 빙하화된 풍경에만 국한되지 않고 많은 다른 석판과 기후 영역에서 발생한다.[3][9][10]
  • 숙주암은 일반적으로 잘 접합되지 않고 상당히 등방성이며, 압축 강도가 높다.[1][5][10]
  • 오목하고 볼록한 위쪽 곡선을 가질 수 있다.[1][2][11]
  • 아치, 버클링 및 A-텐트(버클 슬래브)[11]와 같은 2차 압축 형태와 관련되는 경우가 많다.

각질제거이음 형성

많은 다른 풍경에서 흔히 볼 수 있는 현상에도 불구하고 지질학자들은 아직 각질 제거 관절 형성에 대한 일반적인 이론에 대한 합의에 도달하지 못했다. 많은 다양한 이론들이 제시되었는데, 다음은 가장 일반적인 이론에 대한 간략한 개요다.

과부하 및 반발 제거

캘리포니아 요세미티 국립공원의 도로 절단 작업에서 노출된 각질 제거 관절.

이 이론은 원래 1904년에 선구적인 지질학자 그로브 칼 길버트에 의해 제안되었다. 이 이론의 근거는 지면에 깊이 매장된 암석의 과부하와 발출이 이루어지면 이전에 압축된 암석이 방사상으로 팽창하여 인장응력을 발생시키고 암석이 지면과 평행하게 층을 이루게 된다는 것이다. 이 메커니즘에 대한 설명은 압력 방출 또는 오프로딩 조인트를 포함하여 각질 제거 조인트에 대한 대체 용어로 이어졌다. 이 이론의 논리는 호소력이 있지만, 다음과 같이 불완전할 수 있음을 암시하는 분야 및 실험실 관찰과의 불일치가 많다.[6][10][12]

  • 각질 제거관절은 깊이 묻힌 적이 없는 바위에서 찾아볼 수 있다.
  • 실험실 연구 결과, 현실적인 조건에서 암석 검체의 단순 압축과 이완이 파쇄를 유발하지 않는다는 것을 알 수 있다.
  • 각질 제거 관절은 표면 평행 압축 응력 영역에서 가장 흔히 발견되는 반면, 이 이론은 연장 영역에서 각질 제거 관절이 발생하도록 요구한다.

압축응력 이론(아래에 제시된)과 일치하도록 이 이론의 가능한 확장 한 가지는 다음과[3] 같다(Goodman, 1989년). 깊이 매장된 암석의 발출은 수직적 스트레스를 완화시키지만, 수평적 스트레스는 매질이 측면으로 밀폐되어 있기 때문에 유능한 암반 덩어리에 남을 수 있다. 수평 응력은 이 경계에서 수직 응력이 0으로 떨어짐에 따라 현재 지표면과 정렬된다. 따라서 아래에서 설명한 것처럼 인장암 골절을 초래할 수 있는 발열을 통해 큰 표면-병렬 압축응력이 발생할 수 있다.

열탄성 변형률

암석은 가열 시 팽창하고 냉각 시 수축하며 다른 암석 형성 광물은 열팽창/수축 속도가 가변적이다. 일일 암석 표면 온도 변화는 상당히 클 수 있으며, 많은 사람들은 가열하는 동안 발생하는 스트레스로 인해 암석의 표면 근처 영역이 얇은 슬래브에서 확장되고 분리될 수 있다고 제안했다(예: Wolters, 1969).[12] 큰 주간 또는 화재로 인한 온도 변동이 관찰되어 암석 표면에서 얇은 적층 및 박리 현상이 발생하며, 때로는 각질 제거라고 표시되기도 한다.[13] 그러나 (바위의 열전도율이 낮기 때문에) 야행성 온도 변동은 암석의 깊이가 몇 센티미터에 불과하므로, 이 이론은 100미터에 이를 수 있는 각질관절의 관찰 깊이를 설명할 수 없다.[1][3][6][10]

화학적 풍화

물을 침투시켜 광물을 풍화시키면 일부 광물의 부피가 증가하기 때문에 얇은 암석 껍질이 벗겨질 수 있다.[10] 그러나 모든 미네랄 수화 작용이 부피를 증가시키는 것은 아니며, 각질 제거 관절의 현장 관찰 결과 관절 표면이 상당한 화학적 변화를 겪지 않았음을 알 수 있으므로, 이 이론은 크고 깊은 각질 제거 관절의 기원에 대한 설명으로서 거부될 수 있다.

압축응력 및 확장파괴

각질 제거 관절은 요세미티 국립공원에 있는 거대한 그래니티 암석의 표면 가까운 부분을 변형시켜 이곳에 보이는 하프돔을 포함한 많은 장관을 이루는 돔을 만드는데 도움을 주었다.

대지(또는 자유) 표면에 평행한 큰 압축 지각 응력은 암석에 인장 모드 골절을 일으킬 수 있는데, 여기서 파단 전파 방향은 가장 큰 원리 압축 응력과 평행하고 파단 개방 방향은 자유 표면과 수직이다.[3][6][7][8][9][10][14] 이러한 유형의 균열은 적어도 1900년 이후 실험실에서 관찰되었다(단일 압축 하중과 이축 비압축 하중 모두에서, Gramberg, 1989년 참조).[15] 인장 균열은 암반 격자 내 만연 마이크로 크랙의 영향과 우선 지향적인 마이크로 크랙의 끝단에서 소위 날개 균열의 확장으로 인해 압축 응력장에서 형성될 수 있으며, 이는 원리의 압축 응력 방향에 곡선 및 정렬된다.[16][17] 이와 같이 형성된 골절은 축삭, 종단파열 또는 신장파열이라고 부르기도 하며, 단축압축시험 중 실험실에서 흔히 관찰된다. 높은 수평 또는 표면 평행 압축 응력은 국부적 지각 또는 지형적 응력 또는 과부하 침식 또는 굴착에 의해 발생할 수 있다.

현장 증거와 발생 관찰, 파단 모드 및 이차 형태를 고려했을 때 높은 표면 평행 압축 응력과 확장 파단(축분열)이 각질제거 관절의 형성을 설명하는 가장 타당한 이론인 것 같다.

공학 지질학의 중요성

각질 제거 관절의 존재를 인식하는 것은 지질 공학에서 중요한 의미를 가질 수 있다. 가장 주목할 만한 것은 그들이 기울기 안정성에 미치는 영향일 것이다. 기울어진 계곡 벽, 암반 언덕 경사면, 절벽의 지형을 따라 이어지는 각질 제거관절은 특히 미끄러지기 쉬운 암석 블록을 만들 수 있다. 특히 경사면의 발가락이 언더컷(자연적 또는 인간의 활동에 의해)되었을 때, 관절 딥이 관절의 마찰각을 초과하면 각질 제거 관절 평면을 따라 미끄러질 가능성이 높다. 기초작업은 예를 들어 댐의 경우 각질제거 이음매의 유무에 의해서도 영향을 받을 수 있다.[18] 댐 기초 아래에 있는 각질 제거 이음매는 상당한 누출 위험을 발생시킬 수 있으며, 이음부의 수압이 증가하면 댐을 들어 올리거나 미끄러지게 할 수 있다. 마지막으로 각질 제거 관절은 지하수 흐름과 오염물질 수송에 강력한 방향 제어를 할 수 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b c d e Gilbert, G.K. (1904). "Domes and dome structures of the high Sierra". Bulletin of the Geological Society of America. 15: 29–36.
  2. ^ a b c Matthes, F.E. (1930). "Geologic history of the Yosemite Valley". U.S. Geological Survey Professional. 160.
  3. ^ a b c d e f g h i Goodman, R.E. (1993). Engineering Geology. New York: John Wiley and Sons.
  4. ^ a b c Dale, T.N. (1923). "The commercial granites of New England". United States Geological Survey Bulletin. 738.
  5. ^ a b c d Jahns, R.H. (1943). "Sheet structures in granites". Journal of Geology. 51 (2): 71–98. Bibcode:1943JG.....51...71J. doi:10.1086/625130.
  6. ^ a b c d Holzhausen, G.R. (1989). "Origin of sheet structure, 1. Morphology and boundary conditions". Engineering Geology. 27 (1–4): 225–278. doi:10.1016/0013-7952(89)90035-5.
  7. ^ a b Bahat, D.; Grossenbacher, K.; Karasaki, K. (January 1999). "Mechanism of exfoliation joint formation in granitic rocks, Yosemite National Park". Journal of Structural Geology. 21 (1): 85–96. Bibcode:1999JSG....21...85B. doi:10.1016/s0191-8141(98)00069-8. ISSN 0191-8141.
  8. ^ a b Mandl, G. (2005). Rock Joints. Berlin: Springer-Verlag. ISBN 9783642063916.
  9. ^ a b Bradley, W.C. (1963). "Large-scale exfoliation in massive sandstones of the Colorado Plateau". Geological Society of America Bulletin. 74 (5): 519–527. doi:10.1130/0016-7606(1963)74[519:LEIMSO]2.0.CO;2.
  10. ^ a b c d e f Twidale, C.R. (1973). "On the origin of sheet jointing". Rock Mechanics and Rock Engineering. 5 (3): 163–187. Bibcode:1973RMFMR...5..163T. doi:10.1007/BF01238046.
  11. ^ a b Romani, J.R.; Twidale, C.R. (1999). "Sheet fractures, other stress forms and some engineering implications". Geomorphology. 31: 13–27. Bibcode:1999Geomo..31...13V. doi:10.1016/S0169-555X(99)00070-7.
  12. ^ a b Wolters, R. (1969). "Zur Ursache der Entstehung oberflächenparalleler Klüfte". Rock Mechanics and Rock Engineering. 1 (1): 53–70. Bibcode:1969RMFMR...1...53W. doi:10.1007/BF01247357.
  13. ^ Blackwelder, E. (1927). "Fire as an agent in rock weathering". Journal of Geology. 35 (2): 134–140. Bibcode:1927JG.....35..134B. doi:10.1086/623392.
  14. ^ Brunner, F.K.; Scheidegger, A.E. (1973). "Exfoliation". Rock Mechanics. 5: 43–62. Bibcode:1973RMFMR...5...43B. doi:10.1007/bf01246756. ISSN 1434-453X.
  15. ^ Gramberg, J. (1989). A non-conventional view on rock mechanics and fracture mechanics. A.A.Balkema. ISBN 9061918065.
  16. ^ Hoek, E.; Bieniawski, Z.T. (1965). "Brittle fracture propagation in rock under compression". International Journal of Fracture Mechanics. 1 (3): 137–155. doi:10.1007/BF00186851.
  17. ^ Fairhurst, C.; Cook, N.G.W. (1966). "The phenomenon of rock splitting parallel to the direction of maximum compression in the neighbourhood of a surface". Proceedings 1st Congress, International Society of Rock Mechanics: 687–692.
  18. ^ Terzaghi, K. (1962). "Dam foundation on sheeted granite". Geotechnique. 12 (3): 199–208. doi:10.1680/geot.1962.12.3.199. ISSN 0016-8505.

외부 링크