암석이 땅속 깊은 곳에서 지하수와 접하게 되면 암석은 화학적 풍화작용을 받는다. 풍화작용은 저온, 저압 그리고 물과 공기에 대한 반응으로 인해 암석이 균질한 상태에서 쇄설 상태로의 변화로 정의할 수 있다.
이 때 특히 암석 사이에 절리(節理, joint) 즉 균열이 잘 발달한 경우에는 절리 부분으로 물이 잘 스며들어 풍화가 빨리 진행된다. 이로 인해 절리가 발달했던 부분은 풍화되어 푸석푸석한 흙으로 변하고 그렇지 않은 가운데 부분은 여전히 단단한 암석으로 남게 된다.
특히 수직, 수평의 균열(절리)이 서로 교차하면서 발달한 경우에는 절리가 만나는 모서리 부분이 풍화가 빠르게 진행된다. 그리하여, 절리로 분리된 블록들은 동글동글한 원력으로 변하면서 Saprolite나 암편으로 완전히 둘러싸이게 된다. 이러한 형식의 암석의 붕괴를 구상풍화(Spheroidal weathering)라고 하며, 구상풍화작용을 받은 동글동글한 돌을 핵석(core stone)이라고 한다. 시간이 더욱 지나면 이들 핵석도 결국에는 풍화가 진전되어 모두 푸석푸석하게 된다.
따라서 시추를 통해 확인되는 핵석이외에 사면이나 구릉산지에서 확인되는 핵석은 그 지역 상부의 두꺼운 풍화대가 제거되었음을 의미한다. 그리고 이러한 핵석의 표면은 박리(exfoliation)현상을 나타내는 경우가 많다.
이러한 모서리 부분이 풍화된 토양이 씻겨지고 나면 동글동글한 핵석만 석탑처럼 쌓이게 되는데, 이것을 가리켜 토르라고 한다. 설악산 정상부의 판상절리 위에 놓여있는 흔들바위가 전형적인 예로 볼 수 있다. 서울에서는 북한산과 주변 산지 곳곳에 이러한 토르들이 잘 보인다.
핵석은 화성암(Igneous Rock)에 주로 발생한다. 화성암은 마그마가 지하에 관입되거나 지표부분으로 분출하여 고결된 암석으로 전국적으로 고루 분포하며, 그 분포면적은 약 35%에 달한다.
이러한 화성암 지역의 사면붕괴는 연직 및 판상절리로 사면 표층부 낙석, 핵석 주변의 토사가 침식되어 노출된 핵석의 붕락, 사면쪽으로 경사진 절리의 발달로 사면방향으로의 전도파괴 및 풍화로 토사화된 사면의 원형파괴 또는 침식에 의한 유실이 화성암 사면의 주요한 붕괴 유형이다.
이러한 핵석분포 지역의 조사방법은 기본적으로 시추조사와 지표지질조사, Televiewer, 공내탄성파탐사로 수행한다.
핵석 이외 부분의 토사가 집중호우에 유실되어 핵석이 탈락되고 비탈면 아래로 이동하여 토석류가 발생할 수 있다.
- 차별풍화(Differential Weathering) 지역은 조사 빈도를 조밀하게 하여야 하며 부분적으로 핵석(Core Stone)이 분포 가능함에 유의하여야 한다.
- 비탈면이 급하고 집중호우로 토사부분의 침식끼 핵석 이동의 원인 발생
- 이동이 되면서 규모가 점점 커져 큰 토석류 발생
- 비탈면 급한 곳 : 경사완화
- 위험한 암석 : 제거(또는 고정)
- 규모 적은 곳 : 낙석방지망, 방지책
- 규모가 큰 곳 : 억지말뚝, 낙석방지옹벽 등
- 규모가 크지만 부지여유가 없는 곳 : 피암터널
참고사항
1) 관입암(심성암)
- 지하 깊은 곳에서 서서히 냉각 고결되어 대체로 입자는 조립질이며 등립질 조직임
- 입자의 크기에 따라 강도나 변형계수가 다르며 입자가 작으면 크고, 입자가 크면 강도나 변형계수가 적어짐
- 암석이 균질하므로 분출암에 비해 공학적 성질이 비교적 균일함
- 절리의 발달이 비교적 규칙적이고 직선적이며 연장성은 수십cm~수m가 보통임. 따라서 암반이 괴상(massive)이고 단층 발달이 적음.
- 기초，굴착, 터널 등에 적합하고 골재로도 양호함
- 불규칙 풍화로 핵석(core stone)이 있을 수 있음
- 암종 : 화강암, 섬록암, 반려암, 반암, 휘록암
2) 분출암(화산암)
- 화산활동시 마그마가 지표면에 흘러나오거나 분출되어서 고결되어 입자가 매우 작아 유리질~세립질임
- 공기 중에 급속하게 냉각되므로 암석표면에 기공(pore)들이 생성됨
- 심성암보다 풍화에 강하고, 풍화토는 거의 실트와 점토로 됨
- 암질이 불균질하고 풍화상태도 불규칙하므로 정밀한 지반조사가 요망됨
- 현무암은 6면체 주상절리 발생으로 연직투수성이 큼(제주도)
- 암종 : 조면암, 안산암, 현무암