KR100287003B1 - 암석시편 전단 지지장치 - Google Patents

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Abstract

절리면을 갖는 상,하부 암석시편을 고정 지지하기 위한 시험장치에 있어서, 베이스(100)와; 상기 베이스(100)의 상면에 직선운동 가능하게 설치된 테이블(120)과; 상기 테이블(120)의 상면에 설치된 하부 암석시편 고정용 하부클램퍼(1)와; 상기 테이블(120)을 유압으로 작동시키기 위한 제1유압실린더(130)와; 상기 테이블(120)에 가해지는 수평전단력을 감지하는 로드 셀(140)과; 상기 베이스(100)의 타측 플랜지(101)에 상하 슬라이딩 가능하게 지지되는 헤드(150)와; 상기 헤드(150)의 저부에 구면운동 가능하도록 연결된 하부구면좌(10')와; 상기 하부구면좌(10')에 고정 설치된 상부 암석시편 고정용 상부클램퍼(2)와; 상기 헤드(150)를 하방으로 밀어 상,하부클램퍼(2,1)에 고정된 암석시편의 절리면에 수직력을 가하는 제2유압실린더(180)와; 상기 헤드(150)와 상기 제2유압실린더(180)의 사이에 설치되어 암석시편의 절리면에 가해지는 수직력을 측정하는 로드셀(190)과; 상기 하부구면좌(10')를 일축방향에서 구속함과 동시에 타축방향에서 회전지지하도록 일단이 상기 상부클램퍼(2)의 어댑터(20) 양측에 볼 조인트로 연결되고 타단이 상기 헤드(150)의 일측벽에 피봇 결합된 어드저스트 암(200) 양단에 연결 고정된 스위블 조인트(210A,210B)와; 상기 테이블(120)과 헤드(150)측에 각각 고정 설치된 수평변위계(220) 및 수직변위계(230)를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

암석시편 전단 지지장치
본 발명은 암석시편의 절리면에 수평력과 수직력을 가하였을 시 발생되는 절리면의 변위량을 측정하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 절리된 암석시편을 피칭과 롤링이 가능하도록 지지 고정시키기 위한 암석시편 전단 지지장치에 관한 것이다.
일반적으로 연구용 실험에서 다양한 절리면을 갖는 암석시편의 변위량을 측정할 필요가 있다.
이때 암석의 전단강도를 지배하는 인자는 거칠기, 압축강도, 암석의 기본 마찰각, 수직응력이 있다.
이러한 요소들에 따른 시편 절리면의 수직 및 수평 하중에 따른 변위량을 측정하기 위해서는 Ｘ,Ｙ,Ｚ 등 3개의 축선상에서 발생되는 변위량을 측정하면 된다.
이때 통상 Ｘ축선상에서 회전되는 것을 롤(roll)이라 하고, Ｙ축선상에서 회전되는 것을 피치(pitch)라 하고, Ｚ축선상에서 회전되는 것을 요(yow)라 한다.
따라서 이러한 3가지의 운동성을 암석시편의 절리면이 갖도록 충족하면서 시험 지지하기 위한 장치가 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창안된 것으로, 절리된 암석시편을 피칭과 롤링이 가능하도록 지지 고정시키기 위한 암석시편 전단 지지장치에 관한 것이다.
상기의 수단을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,
절리면을 갖는 상,하부 암석시편을 고정 지지하기 위한 시험장치에 있어서,
좌,우측에 플랜지(101,102)를 갖는 베이스(100)와;
상기 베이스(100)의 상면에 설치된 가이드 레일(110)과;
상기 가이드 레일(110)에 직선운동으로 슬라이딩 가능하게 설치된 테이블(120)과;
상기 테이블(120)의 상면에 설치된 하부 암석시편 고정용 하부클램퍼(1)와;
상기 테이블(120)을 유압으로 밀어 하부클램퍼(1)에 고정된 암석시편의 절리면에 수평력을 가하기 위한 제1유압실린더(130)와;
상기 테이블(120)과 제1유압실린더(130)의 사이에 설치되어 수평전단력을 감지하는 로드 셀(140)과;
상기 베이스(100)의 타측 플랜지(101)에 상하 슬라이딩 가능하게 지지되는 헤드(150)와;
상기 헤드(150)의 저부에 설치된 상부구면좌(160) 및 이 상부구면좌(160)에 구면운동 가능하도록 연결된 하부구면좌(10')와;
상기 하부구면좌(10')에 고정 설치된 상부 암석시편 고정용 상부클램퍼(2)와;
상기 헤드(150)를 하방으로 밀어 상,하부클램퍼(2,1)에 고정된 암석시편의 절리면에 수직력을 가하는 제2유압실린더(180)와;
상기 헤드(150)와 상기 제2유압실린더(180)의 사이에 설치되어 암석시편의 절리면에 가해지는 수직력을 측정하는 로드셀(190)과;
상기 하부구면좌(10')를 일축방향에서 구속함과 동시에 타축방향에서 회전지지하도록 일단이 상기 상부클램퍼(2)의 어댑터(20) 양측에 볼 조인트로 연결되고 타단이 상기 헤드(150)의 일측벽에 피봇 결합된 어드저스트 암(200) 양단에 연결 고정된 스위블 조인트(210A,210B)와;
상기 테이블(120)측에 고정 설치되어 암석시편 절리면의 수평 변위를 측정하기 위한 수평변위계(220)와;
상기 헤드(150)측에 고정 설치되어 암석 시편 절리면의 수직 변위를 측정하기 위한 수직변위계(230)를 포함한 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 암석시편 전단시험 지지장치의 정면도.
도 2는 도 1의 평면도.
도 3은 도 1의 A-A선에서 본 확대 단면도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1: 하부클램퍼 2: 상부클램퍼 100: 베이스
101,102: 플랜지 110: 가이드 레일 120: 테이블
130 : 제1유압실린더 140: 로드셀 150: 헤드
160: 상부구면좌 10': 하부구면좌 180: 제2유압실린더
190: 로드셀 200: 어드저스트 암
210A,210B: 스위블 조인트 220: 수평변위계 230: 수직변위계
이하, 첨부된 도 1내지 도3을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도면부호 100은 베이스이고, 이 베이스(100)의 좌,우측에 플랜지(101,102)가 고정 설치되어 있다.
상기 베이스(100)의 상면에는 가이드 레일(110)이 설치되어 있고, 이 가이드 레일(110)에는 리니어 베어링(112)을 통해 테이블(120)이 Ｙ축 직선방향으로 슬라이딩 운동가능하게 설치되어 있다.
상기 테이블(120)의 상면에는 하부 암석시편 고정용 하부클램퍼(1)가 설치되어 있다. (도3참조)
상기 하부클램퍼(1)는 도 3에 도시된 바와 같이 어댑터 베이스(10)와, 상기어댑터 베이스(10)상에 체결수단으로 고정 설치된 어댑터(20)와, 상기 어댑터 베이스(10)상에 반경방향으로 이동가능하고 또, 회동가능하도록 상기 어댑터(20)의 안쪽에 원주상으로 배치된 수개의 분할조우(30)와, 상기 이웃한 분할조우(30)의 사이에 개재된 탄성수단(도시안됨)과, 상기 어댑터(20)와 분할조우(30)의 사이에 개재됨과 동시에 어댑터(20)에 나사결합되어 회전방향에 따라 상기 분할조우(30)를 상기 베이스(10)상에서 반경방향으로만 이동가능케하는 클램프(50)를 포함하고 있다.
한편, 상기 테이블(120)에는 상기 테이블(120)을 유압으로 밀어 상기 하부클램퍼(1)에 고정된 암석시편(P)의 절리면에 수평력을 가하기 위한 제1유압실린더(130)가 연결되어 있고, 이 제1유압실린더(130)는 상기 베이스(10)의 일측 플랜지(102)에 고정 설치되어 있다.
상기 테이블(120)과 제1유압실린더(130)의 사이에는 제1유압실린더(130)의 작동시 즉, 상기 테이블(120)을 좌측으로 밀어낼시 암석시편 절리면의 수평전단력을 감지하는 로드 셀(140)이 설치되어 있다.
도면부호 142는 상기 로드셀(140)을 상기 제1유압실린더(130)의 로드와 연결시키기 위한 로드셀 어댑터이다.
도면 부호 150은 헤드이다.
상기 헤드(150)는 유압리프팅장치(5)에 의해 상하 높이 조절되는 것으로, 일측벽이 상기 베이스(100)의 일측 플랜지(101)에 롤러 베어링(152)을 통해 슬라이딩 지지되게 되어있다.
그리고 상기 헤드(150)의 저부에는 상부구면좌(160)가 설치되어 있고, 이 상부구면좌(160)의 오목면(160A)에 하부구면좌(10')가 구면운동 가능하게 연결되어 있다. (도3참조)
즉, 상기 하부구면좌(10')에는 압축스프링(172)이 개재되어 체결볼트(174)가 삽입되어 있고, 이 체결볼트(174)의 나사부를 상기 상부구면좌(160)에 삽입된 너트(176)로 고정되어 있다.
따라서 하부구면좌(10')가 구면운동을 하게 되면 체결볼트(174)를 통해 상부구면좌(160)에 지지되면서 하부구면좌(10')의 볼트체결공(171)의 범위내에서 구면운동이 가능하게 되어 있다.
상기 하부구면좌(10')에는 상부 암석시편 고정용 상부클램퍼(2)가 설치되어 있다.
상기 상부클램퍼(2)는 하부클램퍼(1)의 어댑터 베이스(10)의 구성만 다를 뿐 나머지 구성은 같다. 더욱이 상,하부 클램퍼(2)는 본 출원인이 선출원한 실용신안등록 출원 1998.6.30일자 제11890호(고안의 명칭: 암석시편 고정장치)에 그 구성 및 작용이 기재되어 있어 상세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 헤드(150)를 하방으로 밀어 상,하부클램퍼(2,1)에 고정된 암석시편(P)의 절리면에 수직력을 가하는 제2유압실린더(180)가 구비되어 있다.
상기 제2유압실린더(180)는 유압리프팅장치(5)에 의해 상하 높이 조절되어 있고, 상기 제2유압실린더(180)와 상기 헤드(150)의 사이에는 암석시편의 절리면에 가해지는 수직력을 측정하는 로드셀(190)이 설치되어 있다.
상기 상부클램퍼(2)를 Ｙ축선상에서 롤링(rolling) 가능하게 지지함과 동시에 Ｙ축선상에 수직인 Ｘ축선상에서 피칭(pitching) 가능하게 지지하도록 일단이 상기 상부클램퍼(2)의 어댑터(20) 양측에 볼 조인트로 연결되고 타단이 상기 헤드(150)의 일측벽에 피봇 결합된 어드저스트 암(200)에 연결 고정된 스위블 조인트(210A,210B)가 구비되어 있다.
상기 테이블(120)측에는 제1유압실린더(130)를 작동하였을 시 암석시편 절리면의 수평 변위를 측정하기 위한 수평변위계(220)가 설치되어 있고, 상기 헤드(150)측에는 암석 시편 절리면의 수직 변위를 측정하기 위한 수직변위계(230)가 설치되어 있다.
이와 같이 구성된 본 실시예의 작동상태를 설명한다.
먼저, 유압리프팅장치(5)에 의해 제2유압실린더(180) 및 헤드(150)가 상방으로 올라가 있는 상태에서, 하부클램퍼(1) 및 상부클램퍼(2)에 절리면을 갖는 2개의 암석시편(P)을 상,하방측 분할조우(30)에 각각 고정시킨다.
이후 유압리프팅장치를 작동시켜 상부클램퍼(2)를 하강시켜서 상,하부 암석시편의 절리면을 접촉시킨다.
다음, 제2유압실린더(180)에 유압을 가해 일정한 수직하중을 가함과 동시에 제1유압실린더(130)에 수평 전단력을 가하게 되면, 수평측 로드 셀(140)에 전단력의 부하가 감지되고, 동시에 수직측 로드 셀(190)측에 수직응력의 부하가 감지된다.
이같은 상태에서 수평변위계(220)에는 암석시편의 절리면에서 발생되는 수평변위를 측정하게 되고 동시에 수직변위계(230)에서는 좌우 및 전후 방향에서 수직변위를 측정하게 된다.
이때 암석시편측 절리면의 방향에 따라 상기 하부구면좌(10')는 Ｙ축선상에서 어드저스트 암(200)에 지지되면서 피칭운동이 가능하고, 동시에 Ｘ축 선상에서 스위블 조인트(210A,210B)에 지지되면서 롤링운동이 가능하므로 수직변위의 측정이 모두 가능한 것이다.
이같이 하여 수평 및 수직 응력에 따른 Ｘ 및 Ｙ축선상에서 암석시편 절리면의 변위량을 용이하게 측정할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 상부 클램퍼(2)를 Ｘ,Ｙ축 방향에서 각각 롤링 및 피칭이 일어나도록 지지 고정함으로써 수직 및 수평전단력에 따른 측정하고자 하는 변위량을 쉽게 얻어낼 수 있는 특장점을 갖는다.

Claims (1)

  1. 절리면을 갖는 상,하부 암석시편을 고정 지지하기 위한 시험장치에 있어서,
    좌,우측에 플랜지(101,102)를 갖는 베이스(100)와;
    상기 베이스(100)의 상면에 설치된 가이드 레일(110)과;
    상기 가이드 레일(110)에 직선운동으로 슬라이딩 가능하게 설치된 테이블(120)과;
    상기 테이블(120)의 상면에 설치된 하부 암석시편 고정용 하부클램퍼(1)와;
    상기 테이블(120)을 유압으로 밀어 하부클램퍼(1)에 고정된 암석시편의 절리면에 수평력을 가하기 위한 제1유압실린더(130)와;
    상기 테이블(120)과 제1유압실린더(130)의 사이에 설치되어 수평전단력을 감지하는 로드 셀(140)과;
    상기 베이스(100)의 타측 플랜지(101)에 상하 슬라이딩 가능하게 지지되는 헤드(150)와;
    상기 헤드(150)의 저부에 설치된 상부구면좌(160) 및 이 상부구면좌(160)에 구면운동 가능하도록 연결된 하부구면좌(10')와;
    상기 하부구면좌(10')에 고정 설치된 상부 암석시편 고정용 상부클램퍼(2)와;
    상기 헤드(150)를 하방으로 밀어 상,하부클램퍼(2,1)에 고정된 암석시편의 절리면에 수직력을 가하는 제2유압실린더(180)와;
    상기 헤드(150)와 상기 제2유압실린더(180)의 사이에 설치되어 암석시편의 절리면에 가해지는 수직력을 측정하는 로드셀(190)과;
    상기 하부구면좌(10')를 일축방향에서 구속함과 동시에 타축방향에서 회전지지하도록 일단이 상기 상부클램퍼(2)의 어댑터(20) 양측에 볼 조인트로 연결되고 타단이 상기 헤드(150)의 일측벽에 피봇 결합된 어드저스트 암(200) 양단에 연결 고정된 스위블 조인트(210A,210B)와;
    상기 테이블(120)측에 고정 설치되어 암석시편 절리면의 수평 변위를 측정하기 위한 수평변위계(220)와;
    상기 헤드(150)측에 고정 설치되어 암석 시편 절리면의 수직 변위를 측정하기 위한 수직변위계(230)를 포함한 것을 특징으로 하는 암석시편 전단 지지장치.
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