KR100490886B1 - 삼축압축시험기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흙시료의 전단강도를 시험하기 위한 삼축압축시험기를 개시한다. 본 발명은 흙시료의 공시체를 올려놓을 수 있는 시료대를 갖는 베이스와, 베이스의 상부에 압력실을 형성하도록 설치되는 직립원통형 케이싱과, 케이싱의 압력실에 안치되며 베이스의 시료대에 공시체를 올려놓을 수 있도록 수용하는 원통형 고무막과 공시체의 상하에 배치되는 상부다공판 및 하부다공판을 갖는 봉입수단으로 구성된다. 또한, 케이싱의 압력실을 개폐할 수 있도록 장착되고 케이싱의 압력실로부터 물과 공기를 배출할 수 있도록 형성되는 배출구멍을 가지며 하면에 배출구멍과 연통되어 공기의 배출을 유도하는 환상의 유체통로가 형성되어 있는 캡과, 케이싱의 압력실에 수압의 발생을 위하여 물을 공급하는 급수장치와, 봉입수단에 봉입되어 있는 공시체에 재하중을 가하는 램을 갖는 재하장치로 구성된다. 본 발명에 의하면, 캡의 배출구멍을 통하여 배출되는 공기의 흐름을 원활하게 유지시킬 수 있는 간단한 구조에 의하여 압력실로부터 공기를 원활하고 완전하게 배출하여 기포의 잔류를 방지시킴으로써, 삼축압축시험의 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있다.

Description

삼축압축시험기{TRIAXIAL COMPRESSIVE TESTER}

본 발명은 삼축압축시험기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압력실의 공기를 완전히 배출하여 삼축압축시험의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 삼축압축시험기에 관한 것이다.

주지하고 있는 바와 같이, 삼축압축시험(Triaxial compressive test)은 흙의 전단강도를 구하는 시험으로 현장지반의 구속압력이나 압밀압력을 재현할 수 있도록 응력조건과 배수조건을 임의로 조절하여 시험할 수 있기 때문에 신뢰도가 큰 시험결과를 얻을 수 있다. 삼축압축시험은 압밀방법과 배수방법에 따라 비압밀비배수 시험, 압밀비배수시험, 압밀배수시험으로 구분할 수 있다.

이와 같은 삼축압축시험을 위한 삼축압축시험기에 있어서는 흙시료의 공시체를 고무막(Rubber membrane)으로 싸서 압력실(Cell)에 안치한 후 수압으로 구속압력을 가하며, 흙시료와 압력실의 압력을 다르게 하여 흙시료를 전단시킴으로써 흙의 전단강도를 구하고 있다. 그리고 간극수(間隙水)로도 부르고 있는 공극수(空隙水, Pore water)를 배수하여 재하중에 의한 체적의 변화와 공극수압을 측정하고 있다. 또한, 배압(Back pressure)을 가하여 흙시료를 완전포화된 상태에서 시험할 수도 있다.

한편, 삼축압축시험의 신뢰도를 높이기 위해서는 압력실에 존재하는 공기를 완전히 배출하는 것이 중요하다. 즉, 압력실에 공기가 존재하는 경우, 공시체의 전체 또는 전면적(全面的)에 불균일한 압력이 작용하게 되어 시험결과의 신뢰도가 저하되기 때문에 압력실은 공극이 없이 물로 가득 채워야 한다. 그런데 종래의 삼축압축시험기에 있어서는 캡의 하면과 압력실의 액면이 접하면서 액막을 형성하므로 압력실로부터 공기의 배출이 원활하지 못하고, 압력실 안에 기포가 잔류하는 단점이 있다. 압력실 안에 잔류하는 기포는 응력조건에 영향을 주어 삼축압축시험의 신뢰도를 저하시키는 문제를 수반한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 구조에 의하여 압력실로부터 공기를 원활하고 완전하게 배출하여 기포의 잔류를 방지시킴으로써 삼축압축시험의 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있는 삼축압축시험기를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 흙시료의 공시체를 올려놓을 수 있는 시료대를 갖는 베이스와; 베이스의 상부에 압력실을 형성하도록 설치되는 직립원통형 케이싱과; 케이싱의 압력실에 안치되며, 베이스의 시료대에 공시체를 올려놓을 수 있도록 수용하는 원통형 고무막과 공시체의 상하에 배치되는 상부다공판 및 하부다공판을 갖는 봉입수단과; 케이싱의 압력실을 개폐할 수 있도록 장착되고, 케이싱의 압력실로부터 물과 공기를 배출할 수 있도록 형성되는 배출구멍을 가지며, 하면에 배출구멍과 연통되어 공기의 배출을 유도하는 환상의 유체통로가 형성되어 있는 캡과; 케이싱의 압력실에 수압의 발생을 위하여 물을 공급하는 급수장치와; 봉입수단에 봉입되어 있는 공시체에 재하중을 가하는 램을 갖는 재하장치로 이루어지는 삼축압축시험기에 있다.

이하, 본 발명에 따른 삼축압축시험기에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 삼축압축시험기는 흙시료의 공시체(1)를 올려놓을 수 있는 원주형 시료대(12)를 갖는 베이스(10)와, 베이스(10)의 상부에 압력실(22)을 형성하도록 설치되는 직립원통형 케이싱(20)을 구비한다. 공시체(1)는 직경이 35mm, 50mm, 100mm 등의 원주형으로 높이는 직경의 2∼2.5배로 제작하고 있으며, 직경 35mm의 것을 사용하는 것이 일반적이다.

베이스(10)의 바닥 양측에는 케이싱(20)의 압력실(22)과 연통되도록 제1 통로(14a)와 제2 통로(14b)가 각각 형성되어 있으며, 시료대(12)의 중앙에는 제3 통로(14c)가 형성되어 있다. 베이스(10)와 케이싱(20) 사이에는 기밀을 유지하는 패킹(16)이 개재되어 있다. 본 실시예에 있어서 케이싱(20)의 하단은 베이스(10)의 상면에 기밀이 유지되도록 용접할 수 있다.

또한, 본 발명의 삼축압축시험기는 공시체(1)를 봉입하여 케이싱(20)의 압력실(22)에 안치하는 봉입수단(30)을 구비한다. 봉입수단(30)은 공시체(1)를 수용하는 원통형 고무막(32)과, 고무막(32)에 수용되어 있는 공시체(1)의 상하에 배치되어 있는 상부다공판(34) 및 하부다공판(36)으로 구성되어 있다. 고무막(32)의 하부는 베이스(10)의 시료대(12)에 결합되어 있으며, 시료대(12)와 고무막(32) 사이에는 기밀을 유지하는 복수의 실(Seal: 38a)이 장착되어 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 케이싱(20)의 상부에 압력실(22)을 개폐할 수 있도록 나사결합식 캡(40)이 장착되어 있으며, 케이싱(20)의 한쪽에는 케이싱(20)의 압력실(22)로부터 유체, 즉 물과 공기를 배출할 수 있도록 배출구멍(42)이 형성되어 있다. 캡(40)의 하면에 배출구멍(42)과 연통되어 공기의 배출을 유도할 수 있도록 환상의 유체통로(44)가 형성되어 있다.

도 2에 자세히 도시되어 있는 바와 같이, 캡(40)의 유체통로(44)는 반경방향내측의 제1 경사면(44a)과 반경방향외측의 제2 경사면(44b)이 삼각형상을 이루는 홈으로 형성되고, 배출구멍(42)은 삼각형 홈의 정점에 연통되어 있다. 배출구멍(42)은 유체통로(44)의 최고점 높이(H₁)에 형성되어 있으며, 배출구멍(42)의 반대쪽에 위치하는 유체통로(44)는 최저점 높이(H₂)로 형성되어 있다. 유체통로 (44)의 최고점 높이(H₁)와 최저점 높이(H₂)는 경사지게 연결되어 있다. 배출구멍 (42)의 중심축선(S)을 기준으로 제2 경사면(44b)의 경사각(θ₁)은 제1 경사면(44a)의 경사각(θ₂)보다 크게 형성되어 있다. 제1 경사면(44a)의 경사각(θ₁)보다 큰 경사각(θ₂)을 갖는 제2 경사면(44b)은 압력실(22)의 중앙에서 가장자리로 유동하는 기포가 경사각(θ₂)이 큰 제2 경사면(44b)을 따라 유체통로(44)에 원활하게 유도되고, 경사각(θ1)이 작은 제1 경사면(44a)은 압력실(22)의 중앙으로부터 유체통로(44)에 흘러들어 오는 기포의 흐름을 저지하여 배출구멍(42)으로 원활하게 배출되도록 한다. 따라서, 압력실(22)의 공기는 유체통로(44)의 제1 및 제2 경사면(44a, 44b)을 따라 배출구멍(42)으로 원활하게 유도되어 배출된다. 캡(40)의 배출구멍(42)에 연통되어 있는 배출관(46)에는 유체의 흐름을 제어하는 밸브(46a)가 장착되어 있고, 캡(40)의 중앙에는 관통구멍(48)이 형성되어 있다.

도 1을 다시 참조하면, 베이스(10)의 제1 통로(14a)에는 케이싱(20)의 압력실(22)에 수압의 발생을 위하여 물을 공급하는 급수장치(50)의 급수관(52)이 연결되어 있고, 급수관(52)에는 물의 흐름을 제어하는 밸브(54)가 장착되어 있다. 그리고 급수장치(50)의 급수관(52)에는 수원으로부터 물을 양수하는 펌프(56)가 연결되어 있다.

본 발명의 삼축압축시험기는 봉입수단(30)에 봉입되어 있는 공시체(1)에 재하중을 가하는 재하장치(60)를 구비한다. 재하장치(60)는 봉입수단(30)의 상부다공판(34)을 매개로 공시체(1)를 가압할 수 있도록 고무막(32)의 상부에 결합되는 램(Ram: 62)과, 캡(40)의 관통구멍(48)을 통하여 램(62)에 연결되어 있는 재하봉 (64)으로 구성되어 있다. 재하장치(60)의 램(62)에는 통로(62a)가 형성되어 있으며, 램(62)의 외면과 고무막(32) 사이에는 기밀을 유지하는 복수의 실(38b)이 장착되어 있다. 캡(40)의 관통구멍(48)에는 재하봉(64)을 안내하는 가이드부시(66)가 장착되어 있다. 재하장치(60)의 재하봉(64)에는 작동수단으로 잘 알려진 공압작동기나 유압작동기가 연결되어 있으며, 재하봉(64)의 재하중은 잘 알려진 로드셀 (Load cell)에 의하여 측정할 수 있다.

한편, 시료대(12)의 제3 통로(14c)는 공시체(1)에서 발생하는 공극수압을 측정하는 제1 공극수압측정기(70)의 공극수배수관(72)이 연결되어 있으며, 공극수배수관(72)에는 공극수의 흐름을 제어하는 밸브(74)가 장착되어 있다. 베이스(10)의 제2 통로(14b)는 공시체(1)에서 발생하는 공극수압을 측정하는 제2 공극수압측정기 (80)의 공극수배수관(82)이 연결되어 있고, 공극수배수관(82)에는 공극수의 흐름을 제어하는 밸브(84)가 장착되어 있다. 베이스(10)의 제2 통로(14b)와 램(62)의 통로 (62a)는 제2 공극수압측정기(80)의 공극수배수관(82)을 연통시키는 유연성을 갖는 호스(86)에 의하여 연결되어 있다. 그리고 급수장치(50)의 급수관(52)에는 배수상태로 재하하는 경우 배수량을 측정할 수 있는 체적변화측정기(90)의 배수관(92)이 연결되어 있다.

지금부터는 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 삼축압축시험기에 대한 작용을 설명한다.

도 1을 참조하면, 흙시료의 공시체(1)를 케이싱(20)의 압력실(22)에 안치하기 위해서는, 우선 공시체(1)를 봉입수단(30)의 고무막(32)에 수용한 후, 공시체 (1)의 상하에 상부다공판(34)과 하부다공판(36)을 배치한다. 하부다공판(36)이 베이스(10)의 시료대(12)에 놓이도록 고무막(32)의 하부를 시료대(12)에 결합하고, 고무막(32)의 상부에 재하장치(60)의 램(62)을 결합한다. 베이스(10)의 시료대(12)와 고무막(32), 고무막(32)과 램(62) 사이는 실(38a, 38b)에 의하여 각각 기밀을 유지시키고, 케이싱(20)의 상부에 캡(40)을 결합하여 압력실(22)을 폐쇄한다.

다음으로, 배출관(46)의 밸브(46a)와 급수장치(50)의 밸브(54)를 열고, 펌프 (56)의 구동에 의하여 물을 양수하여 케이싱(20)의 압력실(22)에 급수하면, 압력실 (22)에 채워지는 물에 의하여 부상하는 공기는 캡(40)의 배출구멍(42)을 통하여 배출됨과 동시에 수압을 발생시킨다. 물이 압력실(22)에 가득 차면서 액면이 캡(40)의 하면에 도달하면, 부력을 부여받는 공기는 압력이 낮은 유체통로(44)로 유도되고, 유체통로(44)를 따라 흐르면서 배출구멍(42)을 통하여 배출되게 된다. 따라서, 케이싱(20)의 압력실(22)로부터 공기를 완전히 배출시킬 수 있으며, 특히 기포의 잔류를 효과적으로 없앨 수 있다. 이 결과, 압력실(22)에 잔류하는 기포에 의한 응력조건의 변화를 방지하여 삼축압축시험의 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있다.

한편, 압력실(22)의 압력, 즉 수압을 일정하게 유지시킨 상태에서 재하장치 (60)의 램(62)에 의하여 공시체(1)를 서서히 가압하여 압축파괴시킨다. 이때, 압력실(22) 안의 과잉공극수압을 소산시키기 위하여 배수상태로 시행하는 배수시험과 배수를 방지한 상태에서 수행하는 비배수시험을 실시할 수 있다. 비압밀비배수시험은 공시체(1)를 고무막(32)에 수용시킨 후 압밀시키지 않고 비배수상태에서 측압을 가하고 축방향으로 재하하여 공시체를 파괴시킨다. 압밀비배수시험은 공시체(1)를 압밀시킨 후에, 비배수상태에서 파괴시킨다. 압밀배수시험은 공시체(1)를 압밀시키고 나서 배수상태로 축방향 재하하여 공시체를 파괴시킨다. 이와 같은 삼축압축시험을 통하여 흙시료의 전단강도를 구할 수 있으며, 제1 및 제2 공극수압측정기(70, 80)에 의하여 공극수압을 측정할 수 있고, 또한 체적변화측정기(90)에 의하여 공시체(1)의 체적변화를 측정할 수 있다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 삼축압축시험기에 의하면, 캡의 배출구멍을 통하여 배출되는 공기의 흐름을 원활하게 유지시킬 수 있는 간단한 구조에 의하여 압력실로부터 공기를 원활하고 완전하게 배출하여 기포의 잔류를 방지시킴으로써, 삼축압축시험의 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 삼축압축시험기의 구성을 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 삼축압축시험기에서 캡의 구성을 나타낸 단면도,

도 3은 도 2의 저면도이다.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

1: 흙시료의 공시체 10: 베이스

12: 시료대 20: 케이싱

22: 압력실 30: 봉입수단

32: 고무막 34: 상부다공판

36: 하부다공판 38a, 38b: 실

40: 캡 42: 배출구멍

44: 유체통로 50: 급수장치

56: 펌프 60: 재하장치

62: 램 70: 제1 공극수압측정기

80: 제2 공극수압측정기 90: 체적변화측정기

Claims (5)

1. 흙시료의 공시체를 올려놓을 수 있는 시료대를 갖는 베이스와;

   상기 베이스의 상부에 압력실을 형성하도록 설치되는 직립원통형 케이싱과;

   상기 케이싱의 압력실에 안치되며, 상기 베이스의 시료대에 상기 공시체를 올려놓을 수 있도록 수용하는 원통형 고무막과 상기 공시체의 상하에 배치되는 상부다공판 및 하부다공판을 갖는 봉입수단과;

   상기 케이싱의 압력실을 개폐할 수 있도록 장착되고, 상기 케이싱의 압력실로부터 물과 공기를 배출할 수 있도록 형성되는 배출구멍을 가지며, 하면에 상기 배출구멍과 연통되어 공기의 배출을 유도하는 환상의 유체통로가 형성되어 있는 캡과;

   상기 케이싱의 압력실에 수압의 발생을 위하여 물을 공급하는 급수장치와;

   상기 봉입수단에 봉입되어 있는 상기 공시체에 재하중을 가하는 램을 갖는 재하장치로 이루어지는 삼축압축시험기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 캡의 유체통로는 반경방향내측의 제1 경사면과 반경방향외측의 제2 경사면이 삼각형상의 홈으로 형성되어 있는 삼축압축시험기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 캡의 유체통로는 상기 배출구멍의 중심축선을 기준으로 상기 제2 경사면의 경사각은 상기 제1 경사면의 경사각보다 크게 형성되어 있는 삼축압축시험기.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 캡의 배출구멍은 상기 유체통로의 최고점 높이에 형성되어 있는 삼축압축시험기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스의 시료대는 상기 공시체에서 발생하는 공극수압을 측정하는 제1 공극수압측정기와 연결되어 있으며, 상기 재하장치의 램은 상기 공시체에서 발생하는 공극수압을 측정하는 제2 공극수압측정기와 연결되어 있는 삼축압축시험기.