KR100539362B1 - 세굴률 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세굴률 시험장치에 관한 것으로, 인위적인 물의 흐름을 통해 현장에서 실제로 채취한 불교란 시료(흙)의 세굴률을 정량적으로 측정하는데 유용하게 사용할 수 있도록 함으로써 지반의 세굴률을 그에 상응하는 유속과 전단응력에 대해 간편하게 예측할 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 발명은 일정크기의 내부공간이 형성되어 물을 저수하는 저수탱크; 저수탱크의 외부 일측 하부에 설치되어 저수탱크 내부에 저수된 물을 강제로 급수하는 급수펌프; 급수펌프로부터 저수탱크의 외부 상부측으로 연결되어 급수펌프에 의해 급수되는 물을 저수탱크의 외부 상부측으로 유동되도록 하는 급수 유동관; 저수탱크의 타측 상부로부터 저수탱크로 연결되어 급수 유동관을 통해 급수 유동된 물을 저수탱크 내부로 유동되도록 하는 저수 유동관; 급수 유동관과 저수 유동관 사이에 수평하게 설치되어 급수 유동관을 통해 급수 유동된 물을 저수 유동관으로 유동되도록 하는 관수로; 급수 유동관의 일측에 설치되어 급수 유동관의 내부를 흐르는 물의 유량을 제어하여 유속을 조절하는 유속조절밸브; 관수로의 일측에 설치되어 관수로 내부를 유동하는 물의 유속을 측정하는 유속계; 관수로의 일측 외주면 하부를 통해 관수로의 내부로 착탈 가능하게 직립 설치되어 채취된 지반의 시료(흙)를 그 상단을 통해 관수로의 내부에 노출되게 하는 시료채취 튜브; 및 시료채취 튜브 내의 시료(흙)를 상승시켜 관수로의 내부로 노출되도록 하는 시료상승수단을 포함하여 이루어진다.

Description

세굴률 시험장치{Scour rate apparatus}

본 발명은 세굴률 시험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 현장에서 실제로 채취한 불교란 시료(흙)를 인위적인 물의 흐름을 통해 시료의 세굴률을 정량적으로 측정할 수 있도록 함으로써 지반의 세굴률을 그에 상응하는 유속과 전단응력에 대해 간편하게 예측할 수 있도록 하는 세굴률 시험장치에 관한 것이다.

일반적으로 하천이나 강 및 내만 등에 설치되는 교각과 같은 기초구조물은 바닥 부분에 우물통 기초를 침설하여 고정시키고, 그 중앙부에 교각을 축조하여 구축되는 구조이다. 이때, 축조된 우물통 기초 주위의 지반에는 시간이 경과됨에 따라 물의 흐름이나 수중물체에 의해 세굴현상이 발생하게 된다.

전술한 바와 같이 물의 흐름이나 수중물체에 의해 우물통 기초 주위의 지반이 세굴현상에 의해 침식될 경우 교각이 손상됨은 물론, 이에 따른 교량의 붕괴가 우려되는 문제가 있다.

한편, 전술한 세굴이라 함은 흐르는 물의 침식작용에 의한 결과로서 하천 바닥이나 제방으로부터 파인 물질이 이동되는 현상으로 정의되며, 하상재료의 구성에 따라 서로 다른 세굴양상을 보여준다. 예를 들어, 느슨한 입자의 토양은 유수에 의해 세굴이 급격히 일어나지만, 점착성이 있거나 다져진 토양은 세굴에 보다 잘 견디게 된다.

이때, 점착성 혹은 다져진 토양의 경우도 최종적인 세굴깊이(최대세굴심)는 사질하상과 같은 정도의 세굴깊이를 갖는다. 또한, 시간적으로도 모래와 자갈로 이루어진 바닥은 몇 시간 안에 최대 깊이까지 도달하게 될 것이나 점착성이 있는 바닥은 수일, 빙하점토와 사암 및 이판암은 수개월, 석회암은 수년, 단단한 화강암은 수세기에 걸쳐 최대깊이 까지 도달하게 될 것이다.

그리고, 하천에서의 세굴은 시간에 따라 장기적인 변화와 단기적인 변화로 구분할 수 있다. 장기적인 변화는 하상의 상승이나 저하로 하천과 유역에 있어서의 수리특성과 하천 단면변화와 관련이 있고, 단기적인 변화로는 교량 등의 인공구조물에 의한 하천 내의 통수 단면적이 축소되어 발생하는 세굴이 있다. 또한, 교대와 교각에서 발생하는 국부세굴은 흐름 속에 설치된 구조물에 의한 흐름의 간섭에서 발생한다.

그러나, 전술한 바와 같은 세굴을 확인하기 위해 종래에는 잠수부가 직접 물속에 들어가 육안으로 조사하거나 수중카메라와 같은 전용장비를 수중으로 침수시켜 조사하였다. 이처럼 사람이 직접 물속에 들어가서 조사하거나 전용장비를 이용할 경우 잠수 인력이나 고가의 장비를 이용하여야 하는 등 유지보수비가 많이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 조사 지역의 물이 탁하여 시야를 분간하기 어려울 때는 세굴여부를 제대로 확인할 수 없으며, 토사와 골재가 유실됨으로써 세굴이 발생된 부분이 다시 다른 부분의 토사와 골재에 의해 채워지는 경우 세굴의 발생 여부를 모르고 지나치는 오류를 범할 수 있는 문제점이 있다.

특히, 하천이나 강 및 내만 등에 교량의 설치시 세굴을 먼저 조사한 후, 이를 토대로 지반의 종류, 세굴의 특성에 맞는 교량의 설계가 이루어져야 함에도 불구하고, 세굴의 측정이 불가능하여 이를 적용하지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 인위적인 물의 흐름을 통해 현장에서 실제로 채취한 불교란 시료(흙)의 세굴률을 정량적으로 측정하는데 유용하게 사용할 수 있도록 함으로써 지반의 세굴률을 그에 상응하는 유속과 전단응력에 대해 간편하게 예측할 수 있도록 한 세굴률 시험장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 지반의 침식특성을 정량화 하여 교량세굴 해석에 적용함으로써 지반의 종류, 특성에 맞는 세굴모델의 개발 및 선정에 기여할 수 있도록 함에 있다.

나아가, 본 발명의 전술한 목적들 이외에 하상지반의 대표적인 침식함수를 결정하여 교량건설시 기초자료로 활용할 수 있도록 함은 물론, 지반의 침식특성에 미치는 토성치의 영향을 분석하여 그 관계를 정립할 수 있도록 함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 세굴률 시험장치는 일정크기의 내부공간이 형성되어 물을 저수하는 저수탱크; 저수탱크의 외부 일측 하부에 설치되어 저수탱크 내부에 저수된 물을 강제로 급수하는 급수펌프; 급수펌프로부터 저수탱크의 외부 상부측으로 연결되어 급수펌프에 의해 급수되는 물을 저수탱크의 외부 상부측으로 유동되도록 하는 급수 유동관; 저수탱크의 타측 상부로부터 저수탱크로 연결되어 급수 유동관을 통해 급수 유동된 물을 저수탱크 내부로 유동되도록 하는 저수 유동관; 급수 유동관과 저수 유동관 사이에 수평하게 설치되어 급수 유동관을 통해 급수 유동된 물을 저수 유동관으로 유동되도록 하는 관수로; 급수 유동관의 일측에 설치되어 급수 유동관의 내부를 흐르는 물의 유량을 제어하여 유속을 조절하는 유속조절밸브; 관수로의 일측에 설치되어 관수로 내부를 유동하는 물의 유속을 측정하는 유속계; 관수로의 일측 외주면 하부를 통해 관수로의 내부로 착탈 가능하게 직립 설치되어 채취된 지반의 시료(흙)를 그 상단을 통해 관수로의 내부에 노출되게 하는 시료채취 튜브; 및 시료채취 튜브 내의 시료(흙)를 상승시켜 관수로의 내부로 노출되도록 하는 시료상승수단을 포함하여 이루어진다.

전술한 바와 같은 구성을 통해 시료채취 튜브의 시료(흙)를 설정된 양만큼 상승시킨 상태에서 급수펌프를 통해 상기 관수로 내에 일정 유속의 흐름을 발생시켜 시료(흙)를 세굴시킴으로써 시간당 시료(흙)의 세굴된 양을 환산하고 유속을 적용하여 유속별 세굴률을 산정한 후, 유속별로 시료에 적용되는 전단응력과 세굴률과의 관계를 결정하게 된다.

전술한 구성에서 시료상승수단은 저수탱크의 외부 일측에 설치되어 전원의 인가에 의해 구동되는 구동모터; 및 구동모터의 구동에 의해 시료채취 튜브 내의 시료(흙)를 하부에서 가압 상승시켜 관수로의 내부로 노출되도록 피스톤으로 이루질 수 있다.

전술한 피스톤의 가압에 의해 상승되어 시료채취 튜브로부터 상기 관수로의 내부로 노출되는 시료는 1mm씩 상승되도록 함이 적당하다.

전술한 시료채취 튜브에 의해 채취되는 시료(흙)는 불교란 시료를 채취함이 양호하다.

전술한 시료채취 튜브의 상단이 연결된 부분의 관수로 상부측에 설치되어 관수로 내부를 유동하는 물에 의해 시료채취 튜브의 시료(흙)가 침식되어지는 것을 관측할 수 있도록 하는 투명한 재질의 관측창이 더 구비될 수 있다.

전술한 시료상승수단에 의해 상기 시료채취 튜브로부터 상기 관수로의 내부로 노출되는 시료는 1mm씩 상승되는 것을 특징으로 하는 세굴률 시험장치.

그리고, 전술한 저수탱크 내부는 격벽에 의해 깨끗한 물을 저수하는 부분과 시료(흙)를 침식한 후의 혼탁해진 물을 저수하는 부분의 독립된 공간으로 분리 구성될 수 있다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 세굴률 시험장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 세굴률 시험장치를 보인 사시도, 도 2 는 본 발명에 따른 세굴률 시험장치를 보인 정면도, 도 3 은 본 발명에 따른 세굴률 시험장치를 보인 평면도, 도 4 는 본 발명에 따른 세굴률 시험장치에서 시료가 관속을 흐르는 물에 침식되는 것을 보인 세굴률 시험 모식도이다.

먼저, 세굴과정은 주로 흐르는 물에 의해 하상과 물의 경계면에 발생하는 전단응력에 의존한다. 따라서, 하상에 발생하는 전단응력과 지반의 세굴률의 관계를 정립하는 방향으로 세굴률 시험장치(100)를 설계하였다.

도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 세굴률 시험장치(100)는 물을 저수하는 저수탱크(110), 저수탱크 내부에 저수된 물을 강제로 급수하는 급수펌프(120), 급수펌프(120)에 의해 급수되는 물을 저수탱크(100)의 외부 상부측으로 유동되도록 하는 급수 유동관(130), 급수 유동관(130)을 거쳐 후술하는 관수로(140)를 경유한 물을 다시 저수탱크(110) 내부로 유동되도록 하는 저수 유동관(130a), 급수 유동관(130)과 저수 유동관(130a) 사이에 설치되어 급수 유동관(130)을 통해 급수 유동된 물을 저수 유동관(130a)으로 유동되도록 하는 관수로(140), 급수 유동관(130)의 일측에 설치되어 유속을 조절하는 유속조절밸브(150), 관수로(140) 내부를 유동하는 물의 유속을 측정하는 유속계(160), 지반의 시료(200, 흙)를 채취하여 관수로(140)의 일측 외주면 하부에 착탈 가능하게 직립 설치되는 시료채취 튜브(170) 및 시료채취 튜브(170) 내의 시료(200)를 상승시켜 관수로(140)의 내부로 노출되도록 하는 시료상승수단(180)을 포함하여 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 세굴률 시험장치(100)는 시료채취 튜브(170)를 통해 세굴률을 시험할 지반의 시료(흙)를 불교란 상태로 채취한 후, 이 시료(200)가 채취된 시료채취 튜브(170)를 관수로(140)의 하부측에 장착한 상태에서 관수로(140) 내부를 물로 채워 시료(200)를 완전포화 상태가 되도록 한다.

전술한 바와 같은 상태에서 시료상승수단(180)을 통해 시료채취 튜브(170) 내의 시료(흙)가 그 상단을 통해 관수로(140) 내부에 1mm 정도 노출되게 한 후, 급수펌프(120)를 작동시켜 관수로(140) 내에 일정유속의 흐름을 발생시킴으로써 관수로(140) 내부에 노출된 시료(200)가 흐르는 물에 의해 세굴(침식)되도록 한다.

전술한 바와 같이 관수로(140) 내부를 흐르는 물을 통해 노출된 시료(200)를 세굴시키는 가운데 상승된 1mm 정도의 시료(200)가 세굴되면 시료상승수단(180)을 통해 시료(200)를 1mm씩 반복적으로 상승시킨다.

한편, 전술한 바와 같이 시료채취 튜브(170)에 채취된 시료(200)를 1mm씩 반복적으로 상승시켜 1시간 동안 세굴된 시료(200)의 양(1mm * 상승회수)을 기록하거나, 1mm의 시료(200)가 세굴되는데 걸리는 시간을 기록하여 시간당 세굴률(mm/hr)로 환산한 후, 유속을 적용하여 유속별 세굴률을 산정한다. 이후, 유속별 시료(200)의 상단면에 적용되는 전단응력과 세굴률과의 관계를 결정하게 된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 세굴률 시험장치(100)에서 시료상승수단(180)은 저수탱크(110)의 외부 일측에 설치되어 전원의 인가에 의해 구동되는 구동모터(182) 및 구동모터(182)의 구동에 의해 시료채취 튜브(170) 내의 시료(200)를 하부에서 가압 상승시켜 관수로(140)의 내부로 노출되도록 피스톤(184)으로 이루어진다.

그리고, 전술한 시료채취 튜브(170)의 상단이 연결된 부분의 관수로(140) 상부측에는 관수로(140) 내부를 유동하는 물에 의해 시료채취 튜브(170)의 시료(200)가 침식되어지는 것을 관측할 수 있도록 하는 투명한 재질의 관측창(190)이 더 구비된다. 따라서, 시료(200)가 흐르는 물에 의해 세굴(침식)되는 것을 육안으로 관측할 수 있게 된다.

한편, 앞서도 기술한 바와 같이 시료(200)는 불교란 상태의 것을 채취하며, 시료상승수단(180)을 통해 상승되어 관수로(140) 내부로 노출되는 시료(200)는 1mm씩 상승된다.

본 발명에 따른 세굴률 시험장치(100)를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 저수탱크(110)는 물을 저수하기 위한 것으로, 이 저수탱크(110)는 그 내부에 물을 저수하기 위한 공간이 형성되어 관수로(140) 내부를 흐르게 하기 위한 물을 저수하게 된다.

한편, 전술한 저수탱크(110)는 그 내부의 공간이 하나의 공간으로 이루어질 수도 있고, 격벽(도시하지 않음)에 의해 깨끗한 물을 저수하는 공간과 시료(200)가 침식되어 저수탱크 내부로 유입되는 혼탁해진 물을 저수하는 공간으로 분리 구성될 수도 있다.

급수펌프(120)는 저수탱크(110) 내부에 저수된 물을 급수 유동관(130)을 통해 급수하기 위한 것으로, 이 급수펌프(120)는 저수탱크(110) 외부의 하부측에 설치 고정된다.

전술한 바와 같이 설치된 급수펌프(120)는 전원의 인가에 의해 구동되어 저수탱크(110) 내부에 저술된 물을 급수 유동관(130)을 통해 급수하게 된다.

급수 유동관(130)은 급수펌프(120)에 의해 급수된 물을 그 내부를 통해 일정 방향으로 안내하기 위한 것으로, 이 급수 유동관(130)은 급수펌프(120)로부터 저수탱크(110)의 외부 상부측으로 직립되게 연결 설치된다.

따라서, 급수 유동관(130)은 급수펌프(120)로부터 급수되는 저수탱크(110) 내부의 물을 하부로부터 저수탱크(110)의 외측 상부로 유동되도록 한다.

저수 유동관(130a)은 저수 유동관(130)을 통해 관수로(140)를 경유한 물을 다시 저수탱크(110)로 유동되도록 하기 위한 것으로, 이 저수 유동관(130a)은 그 일단이 관수로(140)의 한 쪽 끝단에 연결된 상태로 타단은 저수탱크(110)로 연결 설치된다.

전술한 바와 같이 설치된 저수 유동관(130a)은 관수로(140) 내부를 흘러 시료채취 튜브(170)의 시료(200)를 침식한 상태의 혼탁해진 물을 다시 저수탱크(110) 내부로 유동되도록 한다.

관수로(140)는 급수 유동관(130)을 통해 급수된 물을 수평방향으로 흐르게 하기 위한 것으로, 이 관수로(140)는 그 일단이 급수 유동관(130)의 상측 끄단에 연결되고, 타단은 저수 유동관(130a)의 한 쪽 끝단에 연결 설치된다. 이때, 관수로(140)는 원통형으로 이루어져 수평하게 설치된다.

전술한 바와 같이 관수로(140)의 설치 형태가 수평하게 설치됨으로써 급수 유동관(130)을 통해 급수된 물을 관수로(140) 내부를 수평하게 흘러 저수 유동관(130a)으로 유동된다,

유속조절밸브(150)는 관수로(140) 내부를 유동하는 물의 유속을 조절하기 위한 것으로, 이 유속조절밸브(150)는 급수 유동관(130)의 상부측에 설치되어 급수펌프(120)에 의해 급수되는 물의 양을 조절함으로써 관수로(140) 내부를 유동하는 물의 유속을 조절하게 된다.

따라서, 유속조절밸브(150)는 급수 유동관(130)으로부터 관수로(140) 내부로 유동되는 물의 양을 조절함은 물론, 관수로(140) 내부를 유동하는 물의 유속을 조절함을 알 수 있다.

유속계(160)는 관수로(140) 내부를 유동하는 물의 유속을 측정하는 것으로, 이 유속계(160)는 관수로(140)의 외주면 상부 일측에 설치된다.

전술한 바와 같이 유속계(160)를 설치함으로써 유속계(160)의 수치를 육안으로 관측하면서 유속조절밸브(150)를 조절하여 설정하고자 하는 물의 유속을 조절할 수 있다.

시료채취 튜브(170)는 시료(200)를 채취하기 위한 것으로, 이 시료채취 튜브(170)는 원통형의 상하가 개방된 관으로 형성되어 그 내부에 시료(200)를 채취한 상태로 관수로(140)의 외주면 하부측에 착탈 가능하게 장착된다. 이때, 관수로(140)의 하부에 장착되는 시료채취 튜브(170)는 그 상단이 관수로(140)의 내부로 연결되어지되 시료채취 튜브(170) 내의 시료(200)가 관수로(140)의 내부에 노출되게 연결된다.

전술한 바와 같은 시료채취 튜브(170)는 시료(200)의 채취시 일단을 시료(200)를 채취할 지반으로 향하게 한 후, 지반에 대하여 시료채취 튜브(170)를 강하게 가압하여 시료(200)가 시료채취 튜브(170) 내부로 일정길이 유입되게 함으로써 시료(200)를 채취하게 된다. 이때, 시료채취 튜브(170)에 채취된 시료(200)의 형태를 보면 원기둥의 형태로 이루어진다.

그리고, 전술한 시료채취 튜브(170)에 의해 채취되는 시료(200)는 작업자가 흙을 시료채취 튜브(170)에 채우는 것이 아니라 지반에 시료채취 튜브(170)를 박아 넣은 후, 이를 지반으로부터 뽑아 내기 때문에 시료채취 튜브(170) 내에 채취된 시료(200)는 불교란 상태로 채취된다.

한편, 시료채취 튜브(170)의 상단을 통해 관수로(140) 내부로 상승되어 노출되는 시료(200)는 1mm씩 상승된다.

시료상승수단(180)은 시료채취 튜브(170) 내의 시료(200)를 상승시켜 관수로(140) 내부에 노출시키기 위한 것으로, 이 시료상승수단(180)은 저수탱크(110)의 외부 일측에 설치되어 전원의 인가에 의해 구동되는 구동모터(182) 및 구동모터(182)의 구동에 의해 시료채취 튜브(170) 내의 시료(200)를 하부에서 가압 상승시켜 관수로(140)의 내부로 노출되도록 피스톤(184)으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 시료상승수단(180)은 세굴률 시험장치(100)의 작동시 시료채취 튜브(170)의 상단부에 관수로(140) 내부로 노출된 시료(200)가 흐르는 물에 의해 세굴(침식)되면 바로 구동모터(182)의 구동에 의해 피스톤(184)이 상승되어 시료채취 튜브(170) 내의 시료(200)를 가압함으로써 관수로(140) 내부로 노출되게 상승시킨다. 이때, 피스톤(184)의 한 번 상승되는데 따른 높이는 시료(200)가 관수로(140) 내부로 1mm씩 노출되는 높이로 상승된다.

관측창(190)은 시료(200)의 세굴(침식) 상태를 육안으로 관측하기 위한 것으로, 이 관측창(190)은 투명한 재질로 형성되어 시료채취 튜브(170)의 상단이 연결된 부분의 관수로(140) 상부측에 설치된다.

따라서, 시험을 주재하는 자는 관측창(190)을 통해 관수로(140) 내부를 유동하는 물에 의해 시료채취 튜브(170)의 시료(200)가 세굴(침식)되어지는 것을 육안으로 관측할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 세굴률 시험장치(100)의 작동방법 및 이에 따른 세굴률의 산정을 설명하면 다음과 같다.

(가) 먼저, 시료채취 튜브(170)를 통해 실험하고자 하는 지반의 시료(200)를 불교란 상태로 채취한 후, 시료(200)가 채취된 상태의 시료채취 튜브(170)를 관수로(140)의 하부측에 장착한다.

(나) 시료(200)가 채취된 상태의 시료채취 튜브(170)를 관수로(140)의 하부측에 장착한 후에는 관수로(140) 내부를 물로 채워 시료(200)가 완전포화 상태가 되도록 한다. 이때, 관수로(140) 내부를 물로 채움에 있어서는 관수로(140) 내부가 물로 채워질 때까지 급수펌프(120)를 가동시켜 채우게 된다.

(다) 시료(200)가 완전포화 상태가 되도록 관수로(140) 내부를 물로 채운 후에는 시료상승수단(180)의 구동모터(182)를 구동시켜 피스톤(184)을 통해 시료채취 튜브(170) 내의 시료(200)를 상승시킨다. 이때, 상승된 시료(200)는 그 상단이 관수로(140)의 내부로 1mm 상승되어 노출된다.

(라) 관수로(140)의 내부로 시료(200)를 1mm 정도 노출되게 상승시킨 후에는 급수펌프(120)를 작동시켜 관수로(140) 내부에 시험하고자 하는 일정 유속의 흐름을 발생시킨다. 이때, 관수로(140) 내부의 유속은 유속조절밸브(150)의 조절을 통해 조절하게 된다.

(마) 한편, 관수로(140) 내부를 흐르는 물에 의해 시료(200)가 세굴(침식)되면 바로 시료상승수단(180)을 통해 시료(200)를 다시 1mm 상승시킨다. 이처럼 시료(200)를 상승시키는 일련의 과정은 시험이 이루어지는 동안 시료(200)의 세굴(침식)이 이루어지자마자 반복적으로 이루어진다.

(사) 전술한 바와 같이 시험이 이루어지는 가운데 1시간 동안 시료(200)가 세굴(침식)된 양을 기록하거나, 1mm의 시료(200)가 세굴(침식)되는데 걸리는 시간을 기록하여 시간당 세굴률(mm/hr)로 환산한다. 이때, 1시간 동안 시료(200)가 세굴(침식)된 양은 1mm * 상승회수로 알 수 있다.

(아) 전술한 바와 같이 세굴된 양과 세굴률(mm/hr)을 환산한 후에는 유속을 적용하여 (가)로부터 (사)의 과정을 반복한 후 유속별 세굴률을 산정한다.

(자) 그리고, 전술한 바와 같이 유속을 적용하여 (가)로부터 (사)의 과정을 반복한 후 유속별 세굴률을 산정한 후에는 유속별로 시료(200)의 상단면에 적용되는 전단응력과 세굴률과의 관계를 결정한다.

전술한 바와 같이 (가)의 과정으로부터 (자)의 과정을 거쳐 얻은 시험결과는 전단응력 에 대한 침식율 변화곡선으로 표 1에서와 같은 세굴률-전단응력 변화곡선으로 나타난다.

한편, 유속에 따라 관수로(140) 내부를 흐르는 물에 의해 시료(200) 상단면에 야기되는 평균전단응력은 Moody 도표를 이용하여 구할 수 있다. 이때, 평균전단응력을 구하는 식은 하기의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.

(이때, 는 Moody 도표로부터 얻어지는 마찰계수, 는 물의 밀도(1000 kg/m), V는 관수로 내의 평균유속(m/s)이다. 그리고, 마찰계수 는 관의 레이놀즈수(와 관수로의 상대조도 의 함수이며, 는 관수로의 직경, 는 물의 점성계수(, 20℃)이다. 구형단면인 경우 직경 는 동수반경의 4배이다.)

이때, 본 발명에 따른 세굴률 시험장치(100)에서 관수로(140)의 단면은 구형이므로 구형에 대한 동수반경을 구한 후 4배를 적용하여 그 직경으로 한다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 불교란 시료(200)를 인위적인 물의 흐름을 통해 시료의 세굴률을 정량적으로 측정함으로써 지반의 세굴률을 그에 상응하는 유속과 전단응력에 대해 간편하게 예측할 수 있다.

본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 세굴률 시험장치에 따르면 인위적인 물의 흐름을 통해 현장에서 실제로 채취한 불교란 시료(흙)의 세굴률을 정량적으로 측정하는데 유용하게 사용할 수 있도록 함으로써 지반의 세굴률을 그에 상응하는 유속과 전단응력에 대해 간편하게 예측할 수 있는 효과가 발휘된다.

또한, 본 발명은 지반의 침식특성을 정량화 하여 교량세굴 해석에 적용함으로써 지반의 종류, 특성에 맞는 세굴모델의 개발 및 선정에 기여할 수 있는 효과가 있다.

나아가, 본 발명은 전술한 효과들 이외에 하상지반의 대표적인 침식함수를 결정하여 교량건설시 기초자료로 활용할 수 있도록 하는 효과가 있음은 물론, 지반의 침식특성에 미치는 토성치의 영향을 분석하여 그 관계를 정립할 수 있는 효과가 발휘된다.

도 1 은 본 발명에 따른 세굴률 시험장치를 보인 사시도.

도 2 는 본 발명에 따른 세굴률 시험장치를 보인 정면도.

도 3 은 본 발명에 따른 세굴률 시험장치를 보인 평면도.

도 4 는 본 발명에 따른 세굴률 시험장치에서 시료가 관속을 흐르는 물에 침식되는 것을 보인 세굴률 시험 모식도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100. 세굴률 시험장치 110. 저수탱크

120. 급수펌프 130. 급수 유동관

130a. 저수 유동관 140. 관수로

150. 유속조절밸브 160. 유속계

170. 시료채취 튜브 180. 시료상승수단

182. 구동모터 184. 피스톤

190. 관측창 200. 시료

Claims (6)

1. 일정크기의 내부공간이 형성되어 물을 저수하는 저수탱크;

   상기 저수탱크의 외부 일측 하부에 설치되어 상기 저수탱크 내부에 저수된 물을 강제로 급수하는 급수펌프;

   상기 급수펌프로부터 상기 저수탱크의 외부 상부측으로 연결되어 상기 급수펌프에 의해 급수되는 물을 상기 저수탱크의 외부 상부측으로 유동되도록 하는 급수 유동관;

   상기 저수탱크의 타측 상부로부터 상기 저수탱크로 연결되어 상기 급수 유동관을 통해 급수 유동된 물을 상기 저수탱크 내부로 유동되도록 하는 저수 유동관;

   상기 급수 유동관과 저수 유동관 사이에 수평하게 설치되어 상기 급수 유동관을 통해 급수 유동된 물을 상기 저수 유동관으로 유동되도록 하는 관수로;

   상기 급수 유동관의 일측에 설치되어 상기 급수 유동관의 내부를 흐르는 물의 유량을 제어하여 유속을 조절하는 유속조절밸브;

   상기 관수로의 일측에 설치되어 상기 관수로 내부를 유동하는 물의 유속을 측정하는 유속계;

   상기 관수로의 일측 외주면 하부를 통해 상기 관수로의 내부로 착탈 가능하게 직립 설치되어 채취된 지반의 시료(흙)를 그 상단을 통해 상기 관수로의 내부에 노출되게 하는 시료채취 튜브; 및

   상기 시료채취 튜브 내의 시료(흙)를 상승시켜 상기 관수로의 내부로 노출되도록 하는 시료상승수단을 포함하여 이루어지며,

   상기 시료채취 튜브의 시료(흙)를 설정된 양만큼 상승시킨 상태에서 상기 급수펌프를 통해 상기 관수로 내에 일정 유속의 흐름을 발생시켜 상기 시료(흙)를 세굴시킴으로써 시간당 시료(흙)의 세굴된 양을 환산하고 유속을 적용하여 유속별 세굴률을 산정한 후, 유속별로 상기 시료에 적용되는 전단응력과 세굴률과의 관계를 결정하는 세굴률 시험장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 시료상승수단은 상기 저수탱크의 외부 일측에 설치되어 전원의 인가에 의해 구동되는 구동모터; 및

   상기 구동모터의 구동에 의해 상기 시료채취 튜브 내의 시료(흙)를 하부에서 가압 상승시켜 상기 관수로의 내부로 노출되도록 피스톤으로 이루어진 것을 특징으로 하는 세굴률 시험장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 피스톤의 가압에 의해 상승되어 상기 시료채취 튜브로부터 상기 관수로의 내부로 노출되는 시료는 1mm씩 상승되는 것을 특징으로 하는 세굴률 시험장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 시료채취 튜브에 의해 채취된 시료(흙)는 불교란 시료인 것을 특징으로 하는 세굴률 시험장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시료채취 튜브의 상단이 연결된 부분의 상기 관수로 상부측에 설치되어 상기 관수로 내부를 유동하는 물에 의해 상기 시료채취 튜브의 시료(흙)가 침식되어지는 것을 관측할 수 있도록 하는 투명한 재질의 관측창이 더 구비된 것을 특징으로 하는 세굴률 시험장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 저수탱크 내부는 격벽에 의해 깨끗한 물을 저수하는 부분과 시료(흙)를 침식한 후의 혼탁해진 물을 저수하는 부분의 독립된 공간으로 분리된 것을 특징으로 하는 세굴률 시험장치.