KR100767595B1

KR100767595B1 - 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치

Info

Publication number: KR100767595B1
Application number: KR1020060086329A
Authority: KR
Inventors: 목영진; 박철수; 이배
Original assignee: 경희대학교 산학협력단; 주식회사 두배시스템
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2007-10-17

Abstract

인홀 탄성파 시험시 현장기술자들이 전단파 속도를 계측하는 데 있어 장비를 쉽게 사용할 수 있는 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치가 개시된다. 본 발명은 내부에 설치되는 충격 공이로부터 강한 진동을 발생시키기 위한 발진기를 구비한다. 발진기의 상부에는 발진기의 가진시 지층을 통해 전달되는 진동을 감지하기 위한 감지기가 구비된다. 발진기와 감지기는 강성이 매우 작은 연결부재로 연결된다. 이와 같이 구성되는 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치는 지반 위에 구비되는 제어 장치와 발진기 및 감지기가 전기적 신호에 의해 제어되도록 연결된 상태에서 검측공으로 삽입되어 지층의 전단파 속도를 계측하도록 제어되므로 현장의 기술자들이 인홀 탄성파 시험에 용이하게 적용할 수 있다.

인홀 탄성파 시험장치, 발진기, 감지기, 연결부재

Description

지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치{IN-HOLE SEISMIC TESTING DEVICE FOR MEASURING DYNAMIC STIFFNESS OF SUBSURFACE MATERIALS}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 인홀 탄성파 시험장치의 사시도,

도 2a와 2b는 도 1에 도시된 발진기의 내부구조를 나타낸 도면,

도 3은 도 1에 도시된 감지기의 내부구조를 나타낸 도면,

도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 인홀 탄성파 시험장치의 작동을 나타낸 단면도, 그리고

도 5와 도 6은 종래기술에 따른 지반의 강성 계측을 위한 발진기를 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 발진기 12 : 작동부재

14 : 트리거 공이 16 : 충격 공이

18, 24 : 감지센서 20 : 감지기

30 : 밀착부재 40 : 연결부재

본 발명은 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인홀 탄성파 시험에 적용되는 인홀 탄성파 시험장치를 발진기, 감지기, 및 연결부재로 구성하여 발진기는 암반뿐만 아니라 토사지반에서도 적용할 수 있도록 충분한 탄성파 에너지를 발진할 수 있고, 험한 현장조건에서도 검측공 깊이별 탄성파 속도 계측이 가능하며, 지하수위 아래에서도 장비의 손상이 없이 시험할 수 있도록 하여 지층의 전단파 속도를 계측하는 데 있어 현장의 기술자들이 인홀 탄성파 시험을 용이하게 실시할 수 있는 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치에 관한 것이다.

최근에는 사회적 토지 수요가 급증함에 따라 제한된 국토 여건 속에서 토지의 공간 활용성의 극대화를 위한 다양한 기술이 개발되고 있으며, 그 중에서도 터널과 교량 등과 같이 대형 구조물의 기초시공은 지반공학 관련 기술로서 대표될 수 있다. 이로 인해 지표면 부근 토사뿐만 아니라 기반암에 대한 역학적 특성 평가에 대한 중요성이 강조되고 있다.

이러한 지반의 동적 특성을 정확히 평가함으로써 부지의 지진 전파 및 증폭 특성을 평가하고 지하 및 지상 구조물의 지진 응답 특성을 예측할 수 있으며, 이를 위해 지난 수십 년 동안 다양한 지반조사 기법들이 개발 및 적용되어 왔다.

일반적으로 지반의 동적 특성은 전단파 속도와 같은 강성으로 대표되며, 동적 강성을 측정하기 위한 지반조사 기법 역시 이를 신뢰성 높게 얻기 위한 현장 탄성파 시험에 주로 집중되어 왔다.

상기한 현장 탄성파 시험 중 가장 널리 사용되는 것은 검측공을 이용한 크로 스홀 시험(CROSS-HOLE TEST), 다운홀 시험(DOWN-HOLE TEST), 및 인홀 탄성파 시험(IN HOLE SEISMIC TEST)이며, 이러한 현장 탄성파 시험을 위해서는 탄성파 에너지를 발생시키기 위한 발진기와 발진기에서 발생하는 탄성파 에너지를 감지하기 위한 감지기로 이루어진 탄성파 시험장치가 필수적으로 구비된다.

특히 현재까지 개발된 종래의 현장 탄성파 시험장치 중에서 발진기의 형태는 기계식 발진기(MECHANICAL SOURCE)과 압전소자형 발진기(PIEZOELECTRIC MATERIAL SOURCE)가 있다.

먼저, 기계식 발진기(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 공벽에 밀착시키는 쐐기장치(110)와 타격해머(120)로 이루어져 있다. 이러한 기계식 발진기는 크로스홀 시험에서는 전단파 계측이 매우 실용적으로 사용되고 있으나, 인홀 시험에 사용하기에는 공간이 부족하고 작동이 불가능하다. 결정적인 취약점은 개방형 구조로 구성되어 지하수위가 있는 곳에서는 물의 저항력으로 인해 사용할 수 없다. 그리고 많은 타격횟수를 견디기에 좋은 견고한 구조이나 무게가 다소 무거워 실험자가 오랫동안 수직된 검측공에 넣어 실험하기에 어려움이 있는 문제점이 있다.

그리고 압전소자형 발진기(200)는 도 6에 도시된 바와 같이, 다운홀 유닛과 제어 유닛으로 이루어져 있다. 이 장비의 핵심원리는 압전소자(210)에 전압을 가하면 전기적 에너지가 축적되며 압전소자가 변형되었다가 트리거(TRIGGER) 신호에 의해 전기장이 방출되면서 충격에너지가 방출된다. 즉, 눌렸던 용수철이 퉁겨지듯이 탄성에너지가 방출된다. 이러한 압전소자형 발진기는 전술한 기게적 발진기와는 달리 충격 에너지 조절이 가능하고(전압을 조절하여), 일정한 탄성파 에너지 발생에 있어 반복성과 조정능력이 탁월하며 지하수위가 있는 곳에서도 사용할 수 있도록 방수처리가 확실하다. 그러나, 기계적, 전기적 장치가 정교하여 고가이고, 열악한 현장조건에 비해 견고성이 떨어진다. 또한, 발생한 변형이 작아 암반에서 적합하나 토사지반에서는 적용성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 인홀 탄성파 시험장치를 발진기, 감지기, 및 연결부재로 구성하고, 특히 발진기는 암반뿐만 아니라 토사지반에서도 적용할 수 있도록 충분한 탄성파 에너지를 발진할 수 있을 뿐만 아니라 발진의 간편성 및 반복성을 향상시키고 내구성을 구비하여 험한 현장조건에서도 검측공 깊이별 탄성파 속도 계측이 가능하며, 지하수위 아래에서도 장비의 손상이 없이 시험할 수 있도록 하여 지반의 전단파 속도를 계측하는 데 있어 현장의 기술자들이 인홀 시험을 용이하게 실시할 수 있는 수단을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 검측공의 공벽에 대한 발진기와 감지기의 밀착성을 향상시켜 발진기의 가진시 충격에너지를 극대화할 수 있는 수단을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 강성이 매우 작은 연결부재를 사용하여 지반의 전단파 속도를 정확하게 계측할 수 있는 수단을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해소하기 위한 본 발명은,

진동을 발생시키기 위한 발진기; 상기 발진기의 상부에 위치하도록 구비되어 상기 발진기의 가진시 지층을 통해 전달되는 진동을 감지하기 위한 감지기; 및 상기 발진기와 감지기를 연결하도록 구비되고, 상기 발진기의 가진시 지반을 통해 상기 감지기에 전달되는 진동보다 상기 연결부재를 통해 직접 상기 감지기에 먼저 도달하는 진동을 차단하기 위한 연결부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치를 제공한다.

또한, 상기 발진기는, 일정한 길이를 가지며 내부에 설치공간이 형성되는 몸체; 상기 몸체의 설치공간 하부에 구비되는 작동부재; 상기 작동부재의 상부에 위치하도록 상기 작동부재와 베벨기어를 통해 연결되어 상기 설치공간에 회전가능하게 설치되고, 외주연의 서로 대응되는 위치에는 걸림돌기가 돌출되게 각각 형성되어 상기 작동부재의 작동에 따라 회전되는 트리거 공이; 상기 트리거 공이의 양쪽 에 형성된 걸림돌기 중 어느 한쪽의 걸림돌기가 하단부에 형성되는 걸림부에 걸림되도록 상기 설치공간에 수직상태로 회동가능하게 설치되고, 상단부에는 타격부가 형성되며, 일측면에는 수직상태를 탄성 지지하도록 탄성부재가 설치되어 상기 트리거 공이의 회전에 따라 상기 걸림돌기에 의해 상기 탄성부재 쪽으로 젖혀진 상태에서 상기 걸림돌기와 걸림턱의 걸림 해제시 상기 탄성부재의 탄성에 의해 회동되어 상기 타격부로 상기 검측공의 공벽을 타격하기 위한 충격 공이; 및 상기 설치공간의 상부에 설치되어 상기 발진기의 가진시 진동의 발생시점을 계측하기 위한 감지센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 작동부재는 서보모터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 감지기는, 일정한 길이를 가지는 몸체; 및 상기 몸체의 내부에 설치되어 상기 발진기의 가진시 지층을 통해 전달되는 진동의 도달시점을 계측하기 위한 감지센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발진기와 감지기에는 상기 검측공의 공벽에 밀착되기 위한 밀착부재가 각각 구비되되, 상기 밀착부재는, 상기 발진기와 감지기가 상기 검측공의 공벽에 밀착되도록 상기 몸체의 일면에 측방으로 이동가능하게 각각 구비되는 밀착바; 및 상기 밀착바와 래크 및 피니언을 통해 연결되도록 상기 몸체의 내부 양단에 각각 구비되어 상기 밀착바를 상기 검측공의 공벽에 밀착시키기 위한 작동부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발진기와 상기 감지기의 몸체 외주연에는 상기 밀착부재와 대응되는 위치에 돌출부가 각각 돌출하여 형성되고, 이에 의해 상기 발진기와 상기 감지기의 몸체가 상기 검측공의 공벽에 밀착되는 경우에 상기 돌출부가 집중적으로 상기 검측공의 공벽에 밀착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발진기와 감지기의 몸체는 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연결부재는 실리콘 진공호스로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발진기와 감지기의 외주연에는 방수코팅층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같 다.

도 1에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 인홀 탄성파 시험장치의 사시도가 도시되어 있고, 도 2a와 2b에는 도 1에 도시된 발진기의 내부구조를 나타낸 도면이 도시되어 있으며, 도 3에는 도 1에 도시된 감지기의 내부구조를 나타낸 도면이 도시되어 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 인홀 탄성파 시험장치는, 진동을 발생시키기 위한 발진기(10), 발진기(10)의 가진시 지층을 통해 전달되는 진동을 감지하기 위한 감지기(20), 및 발진기(10)와 감지기(20)를 연결하도록 구비되어 발진기(10)의 가진시 진동이 감지기(20)에 직접 도달하지 않도록 차단하기 위한 연결부재(40)를 포함한다.

이때, 발진기(10)와 감지기(20)는 지반 위에 구비되는 제어 장치(50)와 전기적으로 연결되어 제어 장치(50)의 미리 입력된 신호에 의해 제어된다. 또한, 발진기(10)와 감지기(20)는 지반 위에 구비되는 동적신호분선기(52)와 전기적으로 연결되어 발진기(10)의 가진시 발진기(10)와 감지기(20)로 감지되는 진동신호는 동적신호분석기(52)에 저장되어 계측된다.

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. 설치공간(11A)의 하부에는 작동부재(12)가 구비된다. 이러한 작동부재(12)는 제어 장치(50)의 전기적 신호에 의해 후술할 트리거 공이(14)를 정확한 위치와 속도로 제어할 수 있도록 서보모터로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 작동부재(12)의 상부에 위치하도록 설치공간(11A)에는 트리거 공이(14)가 힌지에 의해 회전가능하게 설치된다. 트리거 공이(14)의 외주연에는 서로 대응되는 위치에 걸림돌기(14A,14B)가 돌출되게 각각 형성된다. 이러한 트리거 공이(14)는 작동부재(12)와 베벨기어(13)를 통해 연결되고, 제어 장치(50)의 전기적 신호에 따라 작동하는 작동부재(12)에 의해 정확한 위치와 속도로 회전하게 된다.

또한, 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(14)의 외주연 양쪽에 각각 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. 이때, 탄성부재(16C)는 스프링으로 이루어진다. 이러한 충격 공이(16)는 트리거 공이(14)의 회전에 의해 타격부(16B)로 검측공(60)의 공벽을 타격하여 진동을 발생하게 된다.

즉, 제어 장치(50)의 전기적 신호에 따라 작동부재(12)가 회전되어 트리거 공이(14)가 회전되면 어느 한쪽의 걸림돌기(14A)와 걸림부(16A)가 접촉되도록 걸림된 수직상태의 충격 공이(16)가 힌지를 중심으로 탄성부재(16C) 쪽으로 젖혀져 탄성부재(16C)가 수축되고, 걸림돌기(14A)와 걸림부(16A)의 걸림상태가 해제되면 수축되었던 탄성부재(16C)가 복원되면서 충격 공이(16)가 젖혀진 반대 방향으로 빠른 속도록 회전되어 검측공(60)의 공벽을 타격하게 되는 것이다. 그리고 충격 공이(16)의 타격 후 트리거 공이(14)는 작동부재(12)에 의해 회전되어 충격 공이(16)를 재장전하도록 다른 쪽의 걸림돌기(14B)가 걸림부(16A)에 접촉되도록 걸림된다.

또한, 설치공간(11A)의 상부에는 충격 공이(16)에 의한 발진기(10)의 가진시 진동의 발생시점을 정확하게 감지하기 위한 감지센서(18)가 설치된다. 본 실시 예에서의 감지센서(18)는 가속도계로 이루어진다.

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.

이와 같이 구성되는 발진기(10)의 몸체(11)는 주변 자기장의 영향을 방지하고, 지하수위 아래에서의 전단파 속도를 계측시 부식이 방지되도록 비금속 즉, 알루미늄으로 이루어지며, 그 외주연에는 수압에 의한 물의 침투를 방지하기 위하여 에폭시 수지를 이용하여 방수코팅층(19)이 성형된다.

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. 본 실시 예에서의 감지센서(24)는 속도계로 이루어진다.

그리고 감지기(20)의 몸체(22) 외주연에는 후술할 밀착부재(30)와 대응되는 위치에 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.

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.

한편, 상기한 발진기(10)와 감지기(20)에는 전단파 속도의 계측시 검측공(60)의 공벽에 발진기(10)와 감지기(20)를 밀착시키기 위한 밀착부재(30)가 각각 구비되는데, 이러한 밀착부재(30)는 발진기(10)와 감지기(20)가 검측공(60)의 공벽에 밀착되도록 몸체(10)의 일면에 측방으로 이동가능하게 각각 구비되는 밀착바(32), 및 밀착바(32)와 래크(33A) 및 피니언(33B)을 통해 연결되도록 발진기(10)와 감지기(20)의 몸체(11,22) 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.

이와 같이 구성되는 밀착부재(30)는 작동부재(34)의 작동에 따라 발진기(10)와 감지기(20) 몸체(11,22)의 측방으로 이동되어 검측공(60)의 공벽에 밀착되는 밀착바(32)를 통해 지반의 전단파 속도를 계측하기 위해 검측공(60) 내에 위치한 발 진기(10)와 감지기(20)를 기계적인 밀착력으로 검측공(60)의 공벽에 강하게 밀착시키게 되는 것이다.

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.

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.

따라서 본 실시 예에서의 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.

도 4a와 도 4b를 참조하여 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 인홀 탄성파 시험장치를 이용하여 지반의 강성도 계측에 따른 검측공의 깊이별 탄성파 속도를 계측하려는 경우, 도 4a에 도시된 바와 같이 탄성파 속도를 계측하려는 지반에 검측공(60)이 형성되는 데, 이러한 검측공(60)은 케이싱이 설치되지 않는 나공상태로 형성된다. 그리고 발진기(10)와 감지기(20)는 연결부재(40)를 이용하여 상호 연결되고, 발진기(10)와 감지기(20)는 제어 장치(50)와 전선을 통해 전기적으로 연결된다.

이와 같은 상태에서 발진기(10), 연결부재(40), 및 감지기(20)가 순차적으로 검측공(60)의 해당되는 측정 지점으로 삽입된다.

계속해서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 발진기(10), 연결부재(40), 및 감지기(20)가 검측공(60)의 해당되는 측정 지점에 삽입되면, 삽입을 중지시킨 상태에서 제어 장치(50)의 전기적 신호를 통해 발진기(10)와 감지기(20)의 몸체(11,22)에 각각 구비되는 밀착부재(30)를 작동시킨다. 그러면, 밀착부재(30)는 제어 장치(50)의 전기적 신호에 따라 몸체(11,22)에 각각 구비되는 작동부재(34)가 작동되고, 작동부재(34)와 래크(33A) 및 피니언(33B)으로 연결된 밀착바(32)가 몸체(11,22)의 측방으로 이동되어 검측공(60)의 공벽에 밀착되며, 이에 의해 발진기(10)와 감지기(20)는 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 발진기(10)의 가진시 검측공(60)의 공벽에 강한 밀착을 통해 진동에 따른 충격에너지를 극대화할 수 있는 이점 이 있는 것이다.

계속해서, 발진기(10)와 감지기(20)가 밀착부재(30)에 의해 검측공(60)의 공벽에 밀착되면, 제어 장치(50)를 이용하여 발진기(10)의 몸체(11)에 구비되는 작동부재(12)를 회전시킨다. 그러면, 작동부재(12)와 베벨기어(13)로 연결된 트리거 공이(14)가 회전되어 트리거 공이(14)의 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, 이와 동시에 걸림돌기(14A)와 걸림부(16A)의 걸림상태가 해제되면 수축되었던 탄성부재(16C)가 복원되면서 충격 공이(16)가 젖혀진 반대 방향으로 빠른 속도록 회전되면서 타격부(16B)로 검측공(60)의 공벽을 강하게 타격하여 진동을 발생하게 되므로 발진기(10)의 조작에 따른 발진이 간편한 이점이 있는 것이다.

이때, 발진기(10)의 몸체(11)에 설치되는 감지센서(18)를 통해 진동의 발생시점을 감지되어 지반 위에 구비되는 동적신호분석기(52)에 저장된다.

그리고 충격 공이(16)의 타격 후 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 접촉되도록 걸림되므로 발진기(10)의 반복성이 우수한 이점이 있는 것이다.

계속해서, 발진기(10)의 가진시 지층을 통해 전달되는 진동은 감지기(20)의 몸체(22)에 설치되는 감지센서(24)에 의해 감지되어 동적신호분석기(52)에 저장된 다.

이때, 발진기(10)와 감지기(20)를 연결하는 연결부재(40)는 실리콘 진공호스로 이루어져 발진기(10)의 가진시 지층을 통해 감지기(20)로 전달되는 진동보다 연결부재(40)를 통해 감지기(20)로 직접 전달되는 진동의 속도가 느려지도록 차단하므로 진동의 시작점을 정확하게 식별할 수 있어 암반뿐만 아니라 느슨한 토사지반에서도 지반의 전단파 속도를 정확하게 계측할 수 있는 이점이 있는 것이다.

즉, 지층을 통해 전달되는 진동보다 연결부재(40)를 통해 전달되는 진동의 속도가 빠르게 되면 지층을 통해 전달되는 진동이 연결부재(40)를 통해 전달되는 진동에 의해 묻히게 되어 지층을 통해 전달되는 진동의 시작점을 식별하기가 매우 곤란하여 지반의 동적물성치를 구할 수 없게 된다.

계속해서, 동적신호분석기(52)는 발진기(10)와 감지기(20)의 감지센서(18,24)로부터 저장된 진동의 발생시점과 지층을 통해 전달되는 진동의 도달시점을 분석하여 지반의 전단파 속도를 계측시 결과의 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있는 것이다.

여기에서 동적신호분석기(52)를 통해 발진기(10)와 감지기(20)의 감지센서(18,24)로부터 수집된 정보를 분석하는 것은 당업자가 용이하게 실시할 수 있는 공지된 기술이므로 이에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

계속해서, 지층의 해당되는 지점에 대한 전단파 속도의 분석이 완료되면, 제어 장치(50)의 전기적 신호를 통해 발진기(10)와 감지기(20)의 몸체(11,22)에 구비된 밀착부재(30)의 작동부재(34)를 작동시킨다. 그러면, 작동부재(34)의 작동에 따 라 검측공(60)의 공벽에 밀착되었던 밀착바(34)가 몸체(11,22) 쪽으로 이동되어 발진기(10)와 감지기(20)의 밀착상태가 해제되는 것이다.

한편, 발진기(10)와 감지기(20)의 몸체(11,22)는 각각 알루미늄으로 이루어지고, 그 외주연에 에폭시 수지를 이용하여 방수코팅층(19,28)이 형성되므로 주변 자기장의 영향을 방지하고, 지하수위 아래에서의 전단파 속도를 계측시 부식이 방지됨은 물론 물의 침투가 방지되는 이점이 있는 것이다.

이와 같이 본 발명에 따른 인홀 탄성파 시험장치는 전술한 도 4a와 도 4b의 과정을 반복하여 검측공(60)에 대한 깊이별 탄성파 속도 계측이 진행되는 동안에 발진기(10), 연결부재(40), 및 감지기(20)를 지층의 심층까지 삽입시켜가며 해당되는 측정 지점에서 지반의 동적물성치 즉, 전단파 속도를 용이하게 계측할 수 있어 인홀 탄성파 시험시 경제적일 뿐만 아니라 현장의 기술자들이 쉽게 적용할 수 있는 이점이 있는 것이다.

한편, 본 발명에는 도시되지 않았지만 인홀 탄성파 시험장치는 인홀 탄성파 시험뿐만 아니라 발진기(10)와 감지기(20)를 연결부재(40)로부터 분리하여 크로스홀 시험, 다운홀 시험에 적용가능하므로 대표적인 검측공 탄성파 시험이 모두 가능하여 지반의 전단파 속도 계측에 폭넓게 활용할 수 있는 이점이 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치는 발진기에 설치된 충격 공이로부터 발생되는 탄성파 에너지가 커 암반뿐만 아니라 느슨한 토사지반에서도 발진기의 기능을 충분히 발휘할 수 있 고, 발진의 반복성이 뛰어나고 견고하여 험한 현장조건에서도 검측공 깊이별 탄성파 속도 계측이 가능하며, 발진기와 감지기가 방수성을 구비하여 지하수위 아래에서도 장비의 손상이 없이 인홀 탄성파 시험을 수행할 수 있으므로 지반의 전단파 속도를 계측하는 데 있어 결과의 신뢰성이 높을 뿐만 아니라 현장의 기술자들이 인홀 탄성파 시험에 쉽게 적용할 수 있는 효과가 제공되는 것이다.

또한, 발진기와 감지기에 설치된 밀착부재를 통해 검측공의 공벽에 기계적인 밀착력으로 강하게 밀착될 수 있고, 발진기의 가진시 강한 밀착력을 통해 진동에 따른 충격에너지를 극대화할 수 있는 효과도 있다.

또한, 발진기와 감지기를 연결하는 연결부재를 강성이 매우 작은 소재로 적용하여 발진기의 가진시 지층을 통해 감지기로 전달되는 진동보다 연결부재를 통해 직접 감지기로 전달되는 진동의 속도가 느려지도록 차단하므로 진동 시작점의 식별을 통해 지반의 전단파 속도를 정확하게 계측할 수 있는 효과도 있다.

이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

Claims

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일정한 길이를 가지며 내부에 설치공간이 형성되는 몸체, 상기 몸체의 설치공간 하부에 구비되는 작동부재, 상기 작동부재의 상부에 위치하도록 상기 작동부재와 베벨기어를 통해 연결되어 상기 설치공간에 회전가능하게 설치되고 외주연의 서로 대응되는 위치에는 걸림돌기가 돌출되게 각각 형성되어 상기 작동부재의 작동에 따라 회전되는 트리거 공이, 상기 트리거 공이의 양쪽에 형성된 걸림돌기 중 어느 한쪽의 걸림돌기가 하단부에 형성되는 걸림부에 걸림되도록 상기 설치공간에 수직상태로 회동가능하게 설치되고 상단부에는 타격부가 형성되며 일측면에는 수직상태를 탄성 지지하도록 탄성부재가 설치되어 상기 트리거 공이의 회전에 따라 상기 걸림돌기에 의해 상기 탄성부재 쪽으로 젖혀진 상태에서 상기 걸림돌기와 걸림턱의 걸림 해제시 상기 탄성부재의 탄성에 의해 회동되어 상기 타격부로 검측공의 공벽을 타격하기 위한 충격 공이, 및 상기 설치공간의 상부에 설치되어 상기 발진기의 가진시 진동의 발생시점을 계측하기 위한 감지센서가 구비되어 진동을 발생시키기 위한 발진기;

상기 발진기의 상부에 위치하도록 구비되어 상기 발진기의 가진시 지층을 통해 전달되는 진동을 감지하기 위한 감지기; 및

상기 발진기와 감지기를 연결하도록 구비되고, 상기 발진기의 가진시 지반을 통해 상기 감지기에 전달되는 진동보다 상기 연결부재를 통해 직접 상기 감지기에 먼저 도달하는 진동을 차단하기 위한 연결부재;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치.
청구항 2에 있어서, 상기 작동부재는 서보모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치.
청구항 2에 있어서, 상기 감지기는,

일정한 길이를 가지는 몸체; 및

상기 몸체의 내부에 설치되어 상기 발진기의 가진시 지층을 통해 전달되는 진동의 도달시점을 계측하기 위한 감지센서;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치.
청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발진기와 감지기에는 상기 검측공의 공벽에 밀착되기 위한 밀착부재가 각각 구비되되, 상기 밀착부재는,

상기 발진기와 감지기가 상기 검측공의 공벽에 밀착되도록 상기 몸체의 일면에 측방으로 이동가능하게 각각 구비되는 밀착바; 및

상기 밀착바와 래크 및 피니언을 통해 연결되도록 상기 몸체의 내부 양단에 각각 구비되어 상기 밀착바를 상기 검측공의 공벽에 밀착시키기 위한 작동부재;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치.
청구항 5에 있어서, 상기 발진기와 상기 감지기의 몸체 외주연에는 상기 밀착부재와 대응되는 위치에 돌출부가 각각 돌출하여 형성되고, 이에 의해 상기 발진기와 상기 감지기의 몸체가 상기 검측공의 공벽에 밀착되는 경우에 상기 돌출부가 집중적으로 상기 검측공의 공벽에 밀착되는 것을 특징으로 하는 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치.
청구항 6에 있어서, 상기 발진기와 감지기의 몸체는 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치.
청구항 7에 있어서, 상기 연결부재는 실리콘 진공호스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치.
청구항 8에 있어서, 상기 발진기와 감지기의 외주연에는 방수코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 지반의 강성도 계측을 위한 인홀 탄성파 시험장치.