The hydraulic conductivity of the rock mass is a significant parameter in geotechnical engineering, because the fluid flow in a rock mass can cause serious damages to rock-based underground, rock mountains and underground structures, such as tunnels and underground storage reservoirs. However, it is very hard to estimate the hydraulic flow in a rock mass, because it can be affected by the complex geometry of discontinuities or fractures. This study focuses on the analogies between the hydraulic flow and the electrical current flow which can be represented as the hydraulic conductivity and electrical conductivity. Both the hydraulic conductivity and the electrical conductivity of the fluid basically originate from the same physical configurations of the rock mass. Thus, the prediction on the hydraulic conductivity of the rock mass is much easier if it is accompanied with geophysical exploration methods such as electrical conductivity measurements. The goal of this study is to establish an easy method for theoretically estimating the hydraulic conductivity of the rock mass with electrical conductivity measurements. To establish the theoretical relationship between rock mass hydraulic conductivity and electrical conductivity, each hydraulic and electrical conductivities of an intact rock and a fracture are examined. The rock mass consists of the intact rock and fracture, therefore the governing equation of rock mass hydraulic conductivity can be made into a function of intact rock and fracture hydraulic conductivity. The hydraulic conductivity of the rock mass is theoretically correlated to the electrical conductivity. The derived equation can be divided into two parts. The first part is about the intact rock properties such as intact rock electrical conductivity and intact rock porosity and the second part is about the fracture characteristics such as aperture, spacing and rock mass electrical conductivity. Finally, the derived equations are verified through 2 sets of experiments.
The experimental results show that the predicted values are in good accordance with the measured values supporting that the hydraulic conductivity of a jointed rock mass can be effectively estimated by measuring the electrical conductivity.
절리암반에서의 물에 의한 영향은 얕은 심도의 암반지반에서나, 암산, 그리고 터널과 지하 저장소 같은 지하 구조물에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 절리암반의 투수계수는 매우 중요한 변수 중 하나라 할 수 있다. 하지만, 절리암반은 복잡한 절리 구조에 의해 영향을 받으므로 절리암반에서의 물의 흐름은 예측하기 매우 어렵다. 본 연구는 투수계수와 전기전도도로 대변될 수 있는 물의 흐름과 전기의 흐름이 많은 유사성을 가지고 있다는 점에 주목하였다. 물의 투수계수와 전기전도도는 모두 암반의 같은 형상에서 근원한다. 그러므로 전기전도도 측정과 같은 물리탐사 방법이 동반된다면 암반의 투수계수를 예측하기에 더욱 수월해 질 것이다. 본 연구의 목표는 암반의 투수계수와 전기전도도의 이론적인 관계를 맺어, 전기전도도 측정을 통해 암반 투수계수의 예측을 가능하게 하는 것이다. 이에 앞서, 절리암반을 구성하고 있는 신선암과 절리의 투수계수와 전기전도도를 이론적으로 유도하였다. 암반의 투수계수를 공극수, 신선암, 절리암반의 투수계수의 함수로 나타내었고, 유도된 식은 신선암의 성질에 관한 부분과 절리면의 성질에 관한 부분으로 나뉘어 질 수 있다. 유도된 식은 두 분야의 실험으로 인해 입증되었다. 유도된 식으로 산정된 결과와 실험으로 측정된 값이 잘 일치 하여 전기전도도를 이용한 절리암반의 투수계수 산정이 효율적임을 나타내었다.
