KR100745036B1 - In-hole seismic method for measuring dynamic stiffness of subsurface materials - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 인홀 탄성파 시험을 위해 구비되는 시험장치를 나타낸 도면,1 is a view showing a test apparatus provided for the in-hole seismic test according to a preferred embodiment of the present invention,
도 2 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 인홀 탄성파 시험과정을 나타낸 도면,2 to 5 are views showing the in-hole seismic test process according to a preferred embodiment of the present invention,
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 인홀 탄성파 시험을 토사층에서 수행하여 산출된 결과를 나타낸 도면,6a to 6c is a view showing the results calculated by performing the in-hole seismic test in the soil layer according to the present invention,
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 인홀 탄성파 시험을 암반에서 수행하여 산출된 결과를 나타낸 도면, 그리고7a to 7c is a view showing the result calculated by performing the in-hole seismic test in the rock according to the invention, and
도 8과 도 9는 종래기술에 따른 현장 탄성파 시험과정을 나타낸 도면이다.8 and 9 are views showing a field acoustic wave test process according to the prior art.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
10 : 발진기 20 : 감지기10: oscillator 20: detector
30 : 밀착부재 40 : 연결부재30: contact member 40: connection member
50 : 제어 장치 52 : 동적신호분석기50: control device 52: dynamic signal analyzer
60 : 검측공60: detection hole
본 발명은 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 현장 탄성파 시험인 크로스홀 시험과 다운홀 시험을 보완하여 저렴한 비용으로 일반 기술자들이 용이하게 사용할 수 있고, 발진기와 감지기를 한 개의 검측공에 설치하여 지층을 따라 수직으로 전파되는 직접 전단파를 계측할 수 있는 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험방법에 관한 것이다.The present invention relates to an in-hole seismic test method for measuring the stiffness of the ground, and more specifically, it can be easily used by general technicians at low cost by supplementing the cross-hole test and the down-hole test, which are field acoustic wave tests, oscillators and detectors. It is related to the in-hole seismic test method for measuring the stiffness of the ground that can be installed in one detection hole to measure the direct shear wave propagated vertically along the strata.
일반적으로 지반구조물의 내진해석에서는 정밀한 지반의 동적물성치 측정이 요구된다. 이 동적물성치는 전단변형계수(SHEAR MODULUS)와 감쇠비(DAMPING RATIO)곡선으로 이루어져 있다. 이 곡선은 미소변형도의 최대전단변형계수와, 최소감쇠비, 그리고 변형도에 따른 비선형 부분으로 이루어져 있다.In general, the seismic analysis of the ground structure requires precise measurement of the dynamic properties of the ground. This dynamic property consists of shear modulus and damping ratio curves. This curve consists of the maximum shear strain coefficient of the small strain, the minimum damping ratio, and the nonlinear portion according to the strain.
특히 최대전단변형계수는 현장 탄성파 시험으로 측정하는데, 이중 크로스홀 시험과 다운홀 시험이 가장 널리 사용되어지고 있다.In particular, the maximum shear strain coefficient is measured by the field acoustic wave test, and the double crosshole test and the downhole test are the most widely used.
먼저, 크로스홀형 시험은 도 8에 도시된 바와 같이, 지반의 P파 속도 및 S파속도를 깊이별로 측정할 수 있는 현장시험법으로 두 개 이상의 검측공(200)을 설치하고 한쪽은 발진기(100)를 설치하고 나머지 검측공(200)에는 감지기(110)를 같은 깊이로 설치한다. 이때, 발진기(100)에서 발생시킨 진동이 지반을 통과하여 감지기(110)에 도달하는 시간을 측정하여 깊이별로 탄성파 속도를 구할 수 있고, 또한 전단변형계수와 포아송비(POISSON'S RATIO)를 구할 수 있다. 그리고 파의 진행경로가 일정하고, 발진기(100)와 감지기(110)가 같은 위치에 있어 자세한 지층구조를 알아 낼 수 있다.First, as shown in Figure 8, the cross-hole test is a field test method that can measure the P wave speed and S wave speed of the ground for each depth to install two or
그러나 상기한 크로스홀 시험은 가장 정밀한 측정방법이나, 검측공(200)이 두 개 이상 필요하므로 비용이 고가이며, 검측공(직경 75㎜)(200) 내에 설치할 정도로 소형이며 효율적인 타격에너지를 낼 수 있는 성능 좋은 발진기(100)가 필요하다. 또한, 케이싱 설치와 주변 지반과 밀실한 접촉을 확보하기 위한 그라우팅을 추가 시행하는 번거로움과 까다로움 때문에 이 방법을 기피하고 있는 실정이다.However, the cross-hole test is the most accurate measurement method, but the cost is expensive because two or more detection holes (200) are required, and small enough to be installed in the detection holes (diameter 75 mm) 200 can produce an efficient impact energy. There is a need for a
그리고 다운홀 시험은 도 9에 도시된 바와 같이, 지방의 동적물성치(압축파 속도, 전단파 속도)측정에 최근 많이 시행되고 있는 현장 탄성파 시험 중 하나로서, 발진기(100)를 지표 위에 설치하고, 감지기(110)는 검측공(200) 내 계획된 측점 깊이에 설치한다. 그리고 발진기(100)에 충격을 가해 진동을 유발시키는데, 연직방향으로 충격을 가하면 압축파 성분이, 수평방향으로 충격을 가하면 전단파(SH) 성분이 풍부한 진동이 발생한다.As shown in FIG. 9, the downhole test is one of field acoustic wave tests that have been recently performed to measure dynamic physical properties (compression wave speed and shear wave speed) of fat, and the
그러나 상기한 다운홀 시험은 한 개의 검측공(200)을 설치하기 때문에 감지기(110)의 위치가 깊어질수록 신호대 잡음의 비(S/N RATIO)가 감소하여 양질의 데이터를 획득하기 어렵고, 강성도 대비가 큰 지반(토사층과 암반)에서는 적용이 어렵다. 또한, 크로스홀 시험 결과에 비해 개략적인 강성 주상도만 얻어지기 때문에 시험이 쉽고 경제적인 이점에도 불구하고 활용도의 한계가 있다.However, since the downhole test installs one
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 크로스홀형 시험과 다운홀 시험의 장,단점을 보완하 여 저렴한 비용으로 일반 기술자들이 용이하게 사용할 수 있고, 발진기와 감지기를 한 개의 검측공에 설치하여 지층을 따라 수직으로 전파되는 직접 전단파를 계측할 수 있는 수단을 제공하는 데 있다.The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, the technical problem of the present invention can be easily used by the general technician at a low cost by supplementing the advantages and disadvantages of the cross-hole type test and downhole test In addition, the present invention provides a means for measuring a direct shear wave propagated vertically along the ground by installing an oscillator and a detector in a single detection hole.
상기와 같은 기술적 과제를 해소하기 위한 본 발명은,The present invention for solving the above technical problem,
지반에 한 개의 검측공을 형성하는 단계; 상기 지반 위에 구비되는 제어 장치 및 동적신호분석기와 전기적으로 각각 연결되는 발진기와 감지기를 연결부재로 연결하여 상기 발진기부터 순차적으로 상기 검측공의 측정 지점에 삽입시키는 단계; 상기 검측공에 측정 지점에 삽입된 상기 발진기와 감지기를 상기 제어 장치에 의해 작동되는 밀착부재를 이용하여 상기 검측공의 공벽에 밀착시키는 단계; 상기 제어 장치의 전기적 신호를 통해 상기 발진기의 내부에 설치되는 작동부재와 트리거 공이를 작동시키고, 상기 트리거 공이에 의해 작동되는 충격 공이로 상기 검측공의 공벽을 타격하여 진동을 발생시키는 단계; 상기 발진기에 설치되는 감지센서로 진동의 발생시점을 감지하고, 상기 감지기에 설치되는 감지센서로 상기 발진기의 발진에 의해 지층을 따라 수직으로 전파되는 진동의 도달시점을 감지하는 단계; 및 상기 발진기와 감지기로부터 감지된 진동신호를 지반 위에 구비되는 동적신호분석기에 저장하여 계측하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성판 시험방법을 제공한다.Forming one detection hole in the ground; Connecting an oscillator and a sensor electrically connected to the control device and the dynamic signal analyzer provided on the ground, respectively, to the measuring point of the detection hole sequentially from the oscillator; Bringing the oscillator and the sensor inserted into the detection hole into close contact with the empty wall of the detection hole by using an adhesion member operated by the control device; Operating an operating member and a trigger ball installed in the oscillator through an electrical signal of the control device, and generating vibration by striking the empty wall of the detection hole with an impact ball operated by the trigger ball; Detecting a time point of occurrence of vibration by a sensor installed in the oscillator, and detecting a time point of arrival of vibration propagated vertically along the stratum by oscillation of the oscillator by a sensor installed in the detector; And storing and measuring the vibration signal sensed by the oscillator and the detector in a dynamic signal analyzer provided on the ground, and measuring the stiffness of the ground.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같 다.Hereinafter, the in-hole seismic test method for measuring the stiffness of the ground according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 인홀 탄성파 시험과정을 나타낸 것으로, 도 2에는 지반에 한 개의 검측공을 형성하는 상태가 도시되어 있고, 도 3에는 검측공의 측정 지점에 인홀 탄성파 시험장치를 삽입하는 상태가 도시되어 있으며, 도 4에는 검측공의 측정 지점에 삽입된 인홀 탄성파 시험장치를 검측공의 공벽에 밀착시키는 상태가 도시되어 있으며, 도 5에는 검측공의 공벽에 밀착된 인홀 탄성파 시험장치로 진동을 발생시키는 상태가 도시되어 있다.2 to 5 are views illustrating an in-hole seismic test process according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 2 illustrates a state in which one detection hole is formed in the ground, and FIG. 3 illustrates an in-hole at a measurement point of the detection hole. The state of inserting the seismic test device is shown, and FIG. 4 shows a state in which the in-hole seismic test device inserted into the measuring point of the detection hole is in close contact with the empty wall of the detection hole, and in FIG. The state of generating vibration with the in-hole seismic test device is shown.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험방법은, 지반에 한 개의 검측공(60)을 형성하는 단계, 지반 위에 구비되는 제어 장치(50) 및 동적신호분석기(52)와 전기적으로 각각 연결되는 발진기(10)와 감지기(20)를 연결부재(40)로 연결하여 발진기(10)부터 순차적으로 검측공(60)의 측정 지점에 삽입시키는 단계, 검측공(60)에 측정 지점에 삽입된 발진기(10)와 감지기(20)를 제어 장치에 의해 작동되는 밀착부재(30)를 이용하여 검측공(60)의 공벽에 밀착시키는 단계, 제어 장치(50)의 전기적 신호를 통해 발진기(10)의 내부에 설치되는 작동부재(12)와 트리거 공이(14)를 작동시키고, 트리거 공이(14)에 의해 작동되는 충격 공이(16)로 검측공(60)의 공벽을 타격하여 진동을 발생시키는 단계, 발진기(10)에 설치되는 감지센서(18)로 진동의 발생시점을 감지하고 감지기(20)에 설치되는 감지센서(24)로 지층을 따라 수직으로 전파되는 진동의 도달시점을 감지하는 단계, 및 발진기(10)와 감지기(20)로부터 감지된 진동신호를 지반 위에 구비되는 동적신호분석기(52)에 저장하여 계측하는 단계를 포함한다.2 to 5, the in-hole seismic test method for measuring the stiffness of the ground according to a preferred embodiment of the present invention, forming one
상기와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 인홀 탄성파 시험을 수행하기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이, 발진기(10), 감지기(20), 및 연결부재(40)로 구성되는 인홀 탄성파 시험장치가 구비된다.In order to perform the in-hole seismic test according to the preferred embodiment of the present invention as described above, as shown in Figure 1, the in-hole seismic test device consisting of the
이때, 발진기(10)와 감지기(20)는 지반 위에 구비되는 제어 장치(50) 및 동적신호분석기(52)와 전기적으로 연결되는데, 제어 장치(50)에 의해 발진기(10)와 감지기(20)의 작동이 제어되고, 동적신호분석기(52)에는 발진기(10)와 감지기(20)로 감지되는 진동신호가 저장되어 계측된다.At this time, the
상기한 발진기(10)는 탄성파 에너지 즉, 진동을 발생시키기 위한 것으로, 일정한 길이를 가지는 원통형의 몸체(11)가 구비된다. 몸체(11)의 내부에는 설치공간(11A)이 형성된다. 몸체(11)의 설치공간(11A) 하부에는 작동부재(12)가 구비된다. 이러한 작동부재(12)는 제어 장치(50)에 의해 후술할 트리거 공이(14)를 정확한 위치와 속도로 제어할 수 있도록 서보모터로 이루어진다. 작동부재(12)의 상부에 위치하는 설치공간(11A)에는 외주연의 대응되는 위치에 걸림돌기(14A,14B)가 각각 돌출되게 형성되는 트리거 공이(14)가 힌지에 의해 회전가능하게 설치된다. 이러한 트리거 공이(14)는 작동부재(12)와 베벨기어(도면에 미도시)를 통해 연결된다. 트리거 공이(14)의 상부에 위치하도록 설치공간(11A)에는 충격 공이(16)가 수직상태로 힌지에 의해 회전가능하게 설치된다. 충격 공이(16)의 하단부에는 걸림부(16A)가 형성되고, 상단부에는 타격부(16B)가 돌출되게 형성되어 걸림부(16A)에 트리거 공이(16)의 외주연 양쪽에 형성된 걸림돌기(14A,14B) 중 어느 한쪽의 걸림돌기(14A)가 접촉되도록 걸림된다. 충격 공이(16)의 일측면에는 항상 수직상태를 유지하도록 탄성 지지하기 위한 탄성부재(16C)가 설치된다. 이러한 충격 공이(16)는 트리거 공이(14)의 회전에 의해 타격부(16B)로 검측공(60)의 공벽을 타격하여 진동을 발생하게 된다. 설치공간(11A)의 상부에는 충격 공이(16)에 의해 발생하는 진동의 발생시점을 정확하게 감지하기 위한 감지센서(18)가 설치된다. 이러한 감지센서(18)는 가속도계로 이루어진다.The
그리고 발진기(10)의 몸체(11) 외주연에는 후술할 밀착부재(30)와 대응되는 위치에 돌출부(11B)가 돌출하여 형성된다. 이때, 돌출부(11B)는 충격 공이(16)의 타격부(16B) 전방에 위치하도록 몸체(11)의 외주연에 돌출하여 형성된다. 이러한 돌출부(11B)는 발진기(10)가 밀착부재(30)에 의해 검측공(60)의 공벽에 밀착되는 경우에 충격 공이(16)의 타격부분이 집중적으로 검측공(60)의 공벽에 밀착되도록 하기 위함이다.And the outer periphery of the
상기와 같이 구성되는 발진기(10)의 몸체(11)는 지하수위 아래에서의 전단파 속도를 계측시 부식의 방지를 위해 알루미늄으로 이루어지고, 그 외주연에는 수압에 의한 물의 침투를 방지하기 위하여 에폭시 수지를 이용하여 방수코팅층(19)이 성형된다.The
한편, 감지기(20)는 발진기(10)에서 발생하여 지층을 통해 전달되는 진동을 감지하기 위한 것으로, 일정한 길이를 가지는 원통형의 몸체(22)가 구비된다. 몸체(22)의 내부에는 발진기(10)의 가진시 지층을 통해 전달되는 진동의 도달시점을 정확하게 감지하기 위한 감지센서(24)가 설치된다. 이러한 감지센서(24)는 속도계로 이루어진다.On the other hand, the
그리고 감지기(20)의 몸체(22) 외주연에는 후술할 밀착부재(30)와 대응되는위치에 돌출부(26)가 돌출하여 형성된다. 이때, 돌출부(26)는 감지센서(24)의 전방에 위치하도록 몸체(22)의 외주연에 돌출하여 형성된다. 이러한 돌출부(26)는 감지기(20)가 밀착부재(30)에 의해 검측공(60)의 공벽에 밀착되는 경우에 감지기(60)의 센서부분이 집중적으로 검측공(60)의 공벽에 밀착되도록 하기 위함이다.And the outer periphery of the
이와 같이 구성되는 감지기(20)의 몸체(22)는 발진기(10)와 마찬가지로 주변 자기장의 영향을 방지하고, 지하수위 아래에서의 전단파 속도를 계측시 부식이 방지되도록 알루미늄으로 이루어지며, 외주연에는 수압에 의한 물의 침투를 방지하기 위하여 에폭시 수지를 이용하여 방수코팅층(28)이 성형된다.Like the
한편, 발진기(10)와 감지기(20)에는 전단파 속도의 계측시 검측공(60)의 공벽에 발진기(10)와 감지기(20)를 밀착시키기 위한 밀착부재(30)가 구비되는데, 이러한 밀착부재(30)는 발진기(10)와 감지기(20)가 검측공(60)의 공벽에 강하게 밀착되도록 몸체(11,22)의 일면에 측방으로 이동가능하게 각각 구비되는 밀착바(32), 및 밀착바(32)와 래크(33A) 및 피니언(33B)을 통해 연결되도록 몸체(11,22)의 내부 양단에 각각 구비되어 밀착바(32)를 검측공(60)의 공벽에 밀착시키기 위한 작동부재(34)로 이루어진다. 이때, 밀착바(32)에는 래크(33A)가 형성되고, 작동부재(34)에는 피니언(33B)이 형성되며, 작동부재(34)는 공지된 서보모터로 이루어진다.On the other hand, the
한편, 연결부재(40)는 발진기(10)와 감지기를 연결하도록 구비되어 발진기(10)의 가진시 진동이 감지기(20)에 직접 도달하지 않도록 차단하기 위한 것으로, 발진기(10)와 감지기(20)가 일정한 거리를 유지하도록 일정한 길이를 가지며, 양단이 발진기(10)와 감지기(20)에 각각 연결된다.On the other hand, the
상기한 연결부재(40)는 발진기(10)와 감지기(20)를 이용하여 검측공(60)의 상,하를 전파하는 파의 도달 시간을 측정하는 특성상 지반의 강성보다 연결부재(40)의 강성이 크면 지층을 통해 감지기(20)로 전달되는 진동보다 연결부재(40)를 통해 감지기(20)로 전달되는 진동이 더 빠르게 되고, 이러한 이유로 지층을 통해 전달되는 진동이 연결부재(40)를 통해 전달되는 진동에 묻히게 되어 지층을 통해 전달되는 진동의 시작점을 발진기(10)의 감지센서(18)로 정확하게 식별하기가 매우 곤란하게 되어 지반의 동적물성치를 구할 수 없게 된다.The
따라서 연결부재(40)는 체인, 방진고무호스, 섬유 로프를 포함하여 연결부재로 사용될 수 있는 공지된 모든 소재 중에서 강성이 매우 작고 발진기(10)의 가진시 감지기(20)로 전달되는 속도가 가장 느려 암반뿐만 아니라 토사지반에서도 적용할 수 있도록 실리콘을 압축하여 성형한 실리콘 진공호스로 이루어지는 것이 바람직하다.Therefore, the connecting
도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험과정을 더욱 상세하게 설명한다.2 to 5 will be described in more detail the in-hole seismic test process for measuring the stiffness of the ground in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 지반에 한 개의 검측공(60)을 형성한다. 이때, 검측공(60)은 측정하고자 하는 지반에 천공기를 통해 지반의 심층까지 천공되어 케이싱이 설치되지 않은 나공상태로 형성된다.First, as illustrated in FIG. 2, one
그 다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 지반 위에 구비되는 제어 장치(50) 및 동적신호분석기(52)와 각각 전기적으로 연결되는 발진기(10)와 감지기(20)를 연결부재(40)로 연결하여 발진기(10), 연결부재(40) 및 감지기(20) 순으로 검측공(60)의 측정 지점에 삽입시킨다.3, the
그 다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 발진기(10)와 감지기(20)를 검측공(60)의 측정 지점에 삽입시킨 후, 지반 위에 구비되는 제어 장치(50)에 의해 발진기(10)와 감지기(20)에 구비되는 밀착부재(30)를 작동시켜 발진기(10)와 감지기(20)를 검측공(60)의 공벽에 밀착시킨다.Then, as shown in Figure 4, after inserting the
즉, 제어 장치(50)의 전기적 신호에 따라 발진기(10)와 감지기(20)의 몸체(11,22) 내에 각각 구비되는 작동부재(34)가 작동되고, 작동부재(34)와 래크(33A) 및 피니언(33B)으로 연결된 밀착바(32)가 몸체(11,22)와 접촉된 상태에서 측방으로 이동되어 검측공(60)의 공벽에 밀착되며, 이에 의해 발진기(10)와 감지기(20)는 발진기(10)의 가진시 진동에 따른 충격에너지를 극대화할 수 있도록 밀착부재(30)의 기계적인 밀착력을 통해 검측공(60)의 공벽에 강하게 밀착된다. 이때, 발진기(10)와 감지기(20)의 몸체(11,22) 외주연에 각각 형성된 돌출부(11B,26)가 집중적으로 검측공(60)의 공벽에 밀착되어 진다.That is, the operating
그 다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 제어 장치(50)의 전기적 신호를 통해 발진기(10)의 내부에 설치되는 작동부재(12)와 트리거 공이(14)를 작동시켜 충격 공이(16)로 검측공(60)의 공벽을 타격하여 진동을 발생시킨다.Next, as shown in FIG. 5, the
즉, 제어 장치(50)의 전기적 신호에 따라 작동부재(12)와 베벨기어로 연결된 트리거 공이(14)가 회전되고 트리거 공이(14)의 외주연 양쪽에 형성된 걸림돌기(14A,14B) 중 어느 한쪽의 걸림돌기(14A)와 하단에 형성된 걸림부(16A)가 접촉되도록 걸림되어 설치공간(11A)에 수직상태로 설치된 충격 공이(16)가 힌지를 중심으로 탄성부재(16C) 쪽으로 젖혀져 탄성부재(16C)가 수축되고, 동시에 걸림돌기(14A)와 걸림부(16A)의 걸림상태가 해제되면 수축되었던 탄성부재(16C)가 복원되어 충격 공이(16)가 젖혀진 반대 방향으로 빠른 속도로 회전되면서 타격부(16B)로 검측공(60)의 공벽을 강하게 타격하여 진동을 발생시키므로 제어 장치(50)를 통해 발진기(10)의 발진을 간편하게 할 수 있다. 그리고 충격 공이(16)의 타격 이후, 트리거 공이(14)는 작동부재(12)에 의해 정확한 위치와 속도로 회전되어 충격 공이(16)를 재장전하도록 다른 쪽의 걸림돌기(14B)가 걸림부(16A)에 접촉되어 걸림되므로 발진기(10)의 반복성이 우수하다.That is, the
그 다음, 발진기(10)의 발진에 따라 몸체(11)에 설치되는 감지센서(18)를 통해 진동의 발생시점이 감지하고, 지층을 통해 수직으로 전파되는 진동은 감지기(20)의 몸체(22)에 설치되는 감지센서(24)로 감지한다.Then, when the oscillation of the
이때, 발진기(10)와 감지기(20)를 연결하는 연결부재(40)는 발진기(10)의 가진시 지층을 통해 감지기(20)로 전달되는 진동보다 연결부재(40)를 통해 감지기(20)로 직접 전달되는 진동의 속도가 느려지도록 차단하여 지층을 통해 전달되는 진동보다 연결부재(40)를 통해 전달되는 진동이 빠르게 되어 지층을 통해 전달되는 진동이 연결부재(40)를 통해 전달되는 진동에 의해 묻히는 것을 방지하므로 지층을 통해 전달되는 진동의 시작점을 정확하게 식별할 수 있어 암반과 느슨한 토사층에서도 지반의 전단파 속도를 정확하게 계측할 수 있도록 적용할 수 있다. 이러한 연 결부재(40)는 강성이 매우 작아 암반과 토사층에 적용할 수 있도록 실리콘을 압축하여 성형한 실리콘 진공호스로 이루어지는 것이 바람직하다.At this time, the connecting
그 다음, 발진기(10)와 감지기(20)로부터 감지된 진동신호를 지반 위에 구비되는 동적신호분석기(52)에 저장하여 계측한다. 이때, 동적신호분석기(52)는 발진기(10)와 감지기(20)의 감지센서(18,24)로부터 저장되는 진동의 발생시점과 지층을 통해 전달되는 진동의 도달시점을 계측하여 지반의 전단파 속도를 계측시 결과의 신뢰성을 높일 수 있다.Then, the vibration signal detected by the
여기에서 동적신호분석기(52)를 통해 발진기(10)와 감지기(20)의 감지센서(18,24)로부터 저장된 정보를 분석하는 것은 당업자가 용이하게 실시할 수 있는 공지된 기술이므로 이에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Herein, analyzing the information stored from the
그 다음, 검측공(60)의 해당되는 측정 지점에 대한 전단파 속도의 계측이 완료되면, 제어 장치(50)로 발진기(10)와 감지기(20)의 몸체(11,22)에 구비된 작동부재(34)를 작동시켜 검측공(60)의 공벽에 밀착되었던 밀착바(32)가 몸체(11,22) 쪽으로 이동되도록 하여 발진기(10)와 감지기(20)의 밀착상태를 해제하고, 상기와 같은 일련의 과정을 통해 검측공(60)의 깊이별 전단파 속도를 측정한다.Then, when the measurement of the shear wave velocity for the corresponding measuring point of the
한편, 발진기(10)와 감지기(20)의 몸체(11,22)는 알루미늄 재질과 방수코팅층(19,28)을 통해 부식 방지 및 수압에 의한 물의 침투를 방지하여 지하수위 아래에서의 인홀 탄성파 시험시 전단파 속도를 용이하게 계측할 수 있다.On the other hand, the body (11, 22) of the
한편, 도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 인홀 탄성파 시험을 토사층에서 수행하여 산출된 결과가 도시되어 있다.On the other hand, Figure 6a to 6c shows the results calculated by performing the in-hole seismic test according to the present invention in the soil layer.
본 발명에 따른 인홀 탄성파 시험을 위해 경희대 구내 화강암 풍화토 현장에서 파워오거를 사용하여 한 개의 검측공을 심도 2.8m까지 굴착한 후 실험을 수행하였다. 인홀 탄성파 시험장치는 발진기(10)와 감지기(20)를 1m 간격으로 연결부재(40)를 연결하였고, 케이싱의 영향을 배제하기 위해 케이싱은 설치하지 않았다.For the in-hole seismic test according to the present invention, a test hole was excavated to a depth of 2.8 m using a power auger at a granite weathered site in Kyunghee University. The in-hole seismic test apparatus connected the
도 6a는 인홀 탄성파 시험에서 얻은 전단파 신호이고, 각 신호에서 전단파 초동(도달시점)이 화살표로 표시되어 있다. 전단파의 초동시점은 고주파수의 압축파가 끝나고 에너지가 큰 저주파의 파형이 시작되는 시점이다.FIG. 6A is a shear wave signal obtained in an in-hole seismic test, and shear wave initialization (point of arrival) is indicated by an arrow in each signal. The starting point of the shear wave is the point at which the high frequency compressed wave ends and the low energy wave starts.
그리고 인홀 탄성파 시험을 검증하기 위하여 검측공의 간격을 2.68m로 하여 추가로 굴착하여 크로스홀 시험을 수행하였다. 발진기(10)와 감지기(20)는 인홀 탄성파 시험에서 사용한 인홀 탄성파 시험장치를 그대로 사용하였다. 도 6b는 크로스홀 시험에서 얻은 전단파 신호이다.In order to verify the in-hole seismic test, the hole was further excavated with a spacing of 2.68 m and a cross-hole test was performed. The
도 6c는 상기한 인홀 탄성파 시험과 크로스홀 시험의 전단파 도달시간에서 구한 전단파 속도 분포이다.6C is a shear wave velocity distribution obtained from the shear wave arrival times of the in-hole seismic test and the cross-hole test described above.
그 결과, 인홀 탄성파 시험의 전단파 속도 차이가 8% 이내로, 크로스홀 시험 결과와 잘 일치하고, 전단파 초동 판별이 용이한 우수한 전단파 신호를 얻을 수 있어 인홀 탄성파 시험장치의 성능이 입증되었고, 이 속도의 차이는 두 기법 사이의 전단파 진행방향이 다르고(크로스홀은 수평방향 인홀은 수직방향), 토사층의 이방성, 시헙방법의 차이에서 기안하는 것으로 사료된다.As a result, the shear wave velocity difference of the in-hole seismic test is within 8%, which is in good agreement with the cross-hole test result, and the excellent shear wave signal can be easily obtained for the initial wave discrimination. The difference is that the shear wave propagation direction is different between the two techniques (cross holes are vertical in-holes and vertical directions), and it is considered that the difference between the anisotropy of soil layer and the method of seeding.
도 7a 내지 도 7c에는 본 발명에 따른 인홀 탄성파 시험을 암반에서 수행하여 산출된 결과가 도시되어 있다.7A to 7C show the results calculated by performing the in-hole seismic test in the rock according to the present invention.
본 발명에 따른 인홀 탄성파 시험을 위해 전라북도 정읍시에 있는 섬진강댐과 강원도 평창군에 있는 도암댐을 선정하였다. 두 현장 모두 검측공의 크기는 NX이며, 깊이는 섬진강댐이 14m이고, 도암댐이 12m이다. 인홀 탄성파 시험을 수행하기 위해 발진기와 감지기 사이의 거리가 1m가 되게 연결부재를 연결하여 검측공에 삽입한 후 0.5m 간격으로 내려가면서 시험을 수행하였고, 신호 획득시간은 7msec로 하였다. For the in-hole seismic test according to the present invention, Seomjin River Dam in Jeongeup, Jeollabuk-do and Doam Dam in Pyeongchang-gun, Gangwon-do were selected. In both sites, the size of the detection hole is NX, and the depth of Seomjin River Dam is 14m and Doam Dam is 12m. In order to perform the in-hole seismic test, the distance between the oscillator and the detector was 1 m, the connecting member was inserted and inserted into the detection hole, and the test was performed at 0.5 m intervals, and the signal acquisition time was 7 msec.
도 7a는 섬진강댐과 도암댐에서 수행한 깊이별 인홀 탄성파 시험의 결과이다. 처음 측정시간은 7msec이지만 감지기에서 얻은 전단파의 초동을 명확히 구분하기 위하여 시간길이(RECORD LENGHT)를 2msec까지 확대하였다. 도 6a의 맨 위 신호는 발진기의 트리거 신호를 나타내고 아래 모든 신호는 검측공의 깊이별 감지기의 전단파 신호이다. 전단파의 도달시점을 알아보기 쉽게 화실표로 표시하였다.7A is a result of in-hole seismic tests for each depth performed in Seomjin River Dam and Doam Dam. The initial measurement time was 7msec, but the length of the record length was extended to 2msec to clearly distinguish the first wave of the shear wave from the detector. 6A represents a trigger signal of an oscillator and all signals below are shear wave signals of a detector for each depth of a detection hole. The point of arrival of the shear wave is shown in a true table for easy identification.
도 7b는 이 신호로부터 얻은 전단파 도달시간을 전단파 속도로 계산하여 그린 전단파 속도 주상도이다. 이 두 현장은 전단파 속도 분포도가 2,200∼3,000 m/sec로 나타나는 양질의 경암으로 판명되었다.Fig. 7B is a shear wave velocity column diagram drawn by calculating the shear wave arrival time obtained from this signal as the shear wave velocity. These two sites proved to be high quality hard rock with a shear wave velocity distribution of 2,200 to 3,000 m / sec.
그리고 섬진강댐과 도암댐에서 수행한 인홀 탄성파 시험의 신뢰성을 확인하기 위하여 인홀 탄성파 시험을 수행하는 동 현장 암반에서 크로스홀 시험과 다운홀 시험을 수행하여 비교하였다. In order to confirm the reliability of the in-hole seismic test performed in Seomjin River Dam and Doam Dam, the cross-hole test and the down-hole test were performed in the same site rock where the in-hole seismic test was performed.
먼저 크로스홀 시험은 섬진강댐과 기초부에서 검측공과 검측공 사이의 순간격은 2.1m이고 발진기와 감지기는 인홀 탄성파 시험에서 사용된 인홀 탄성파 시험장치를 사용하였고, 도암댐 기초부에서 검측공과 검측공 사이의 순간격은 2.5m이 고 발진기와 감지기는 역시 인홀 탄성파 시험에서 사용된 인홀 탄성파 시험장치를 사용하였다.In the crosshole test, the instantaneous spacing between the detection hole and the detection hole was 2.1 m at the Seomjin River Dam and the foundation, and the oscillator and detector used the in-hole seismic test device used in the in-hole seismic test. The instantaneous spacing was 2.5 m. The oscillator and detector also used the in-hole seismic tester used in the in-hole seismic test.
그리고 다운홀 시험은 검측공과 발진기 사이의 거리를 두 현장 모두 2.5m로 하여 수행하였다. 다운홀 시험은 일반적으로 크로스홀 시험보다 긴 전파경로를 사용하기 때문에 신뢰성이 떨어지고 지표면에서 탄성파를 일으키므로 지표 부근의 측정이 비교적 정확하여 심도가 깊은 곳에는 적용성이 떨어진다.In addition, the downhole test was performed with the distance between the detection hole and the oscillator at 2.5 m in both sites. Since downhole tests generally use longer propagation paths than crosshole tests, they are less reliable and cause seismic waves at the surface, making measurements near the surface relatively inapplicable at deeper depths.
상기한 크로스홀 시험과 다운홀 시험의 결과를 인홀 탄성파 시험 결과와 같이 그린 전단파 속도 주상도는 도 6c와 같다.The shear wave velocity columnarity of the result of the crosshole test and the downhole test as shown in the in-hole seismic test is shown in FIG. 6C.
그 결과, 도 7c에 도시된 바와 같이 크로스홀 결과가 인홀 탄성파 시험 결과와 아주 근접하여 인홀 탄성파 시험의 신뢰성을 뒷받침하고 있다. 그리고 다운홀 시험 결과는 심도가 깊은 측정의 신호는 전단파 식별이 어려워 전단파 속도를 구할 수 없거나, 부정확한 값을 얻게 되어 인홀 탄성파 시험의 우월성을 입증하였다.As a result, as shown in FIG. 7C, the cross-hole result is very close to the in-hole seismic test result, which supports the reliability of the in-hole seismic test. The results of the downhole test show that the signals of the deep measurements are difficult to identify the shear wave, so that the shear wave velocity cannot be obtained or an incorrect value is obtained, which proves the superiority of the in-hole seismic test.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험방법은 기존의 현장 탄성파 시험을 개량하여 현장의 기술자들이 지반의 전단파 속도 계측시 간편하게 사용할 수 있고, 한 개의 검측공을 사용하여 시추 비용을 절감할 수 있으며, 암반 및 느슨한 토사지반에서도 적용이 가능하여 현장에서 폭넓게 활용할 수 있는 효과가 제공되는 것이다.As described above, the in-hole seismic test method for measuring the stiffness of the ground according to the present invention is improved by the existing field seismic test can be easily used by technicians in the field when measuring the shear wave velocity of the ground, using one detection hole It is possible to reduce the drilling cost, and can be applied to rock and loose soil ground, so that the effect can be widely used in the field.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없 이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.The present invention has been described above by way of example, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Anyone can make a variety of variations.
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