KR100903949B1 - 지반구조물의 파괴 예측방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 암반공학 및 지반공학분야에 해당하며, 지반구조물의 손상에 따라 발생하는 미소파괴음을 이용하여 지반구조물의 파괴징후를 파악하고 파괴예측에 대한 관리기준을 제시하는 계측기술에 관한 것으로, 종래의 변위나 응력 측정 대신 미소파괴음을 이용한 지반구조물의 파괴 예측방법에 관한 것이다.
미소파괴음, 웨이브 가이드, 미소파괴음 센서, 파라미터, 지반구조물, 파괴예측

Description

지반구조물의 파괴 예측방법{Method for predicting failure of geotechnical structure}
본 발명은 암반공학 및 지반공학분야에 해당하며, 지반구조물의 손상에 따라 발생하는 미소파괴음을 이용하여 지반구조물의 파괴징후를 파악하고 파괴예측에 대한 관리기준을 제시하는 계측기술에 관한 것으로, 종래의 변위나 응력 측정 대신 미소파괴음을 이용한 지반구조물의 파괴 예측방법에 관한 것이다.
본 발명은 암반공학 및 지반공학분야에 해당하는 기술로서, 지반구조물의 손상에 따라 발생하는 미소파괴음을 이용하여 지반구조물의 파괴징후를 파악하고 파괴예측에 대한 관리기준을 제시하는 계측기술이다. 이는 종래의 변위나 응력 측정 대신 미소파괴음을 이용한 계측공법에 관한 것이다. 미소파괴음이란 AE(Acoustic emission)와 MS(Microseismic)이벤트를 통칭하는 개념이다. 이하 동일하다.
미소파괴음은 재료의 손상과 관련된 갑작스런 변형에너지가 방출할 때 발생하는 탄성파로서 일반적으로 대규모 파괴에 앞서 미소파괴음 발생이 급격히 증가하는 경향을 보인다. 현재 지반구조물의 파괴 예측에 사용되는 일반적인 기술이나 장비는 지중변위계, 지중경사계 또는 GPS를 이용한 변위측정법, 간극수압계를 이용한 지하수위 변동의 측정법, 하중계를 이용한 응력 측정법이 있다. 지반구조물의 파괴까지의 변형이 작아 종래부터 일반적으로 사용되고 있는 변위계측이나 응력계측으로는 그 전조 현상을 파악하기 어려운 현실이다. 그러나 이와 같은 파괴에 있어서도 붕괴될 때 그 내부에 있어 미소한 변형과 함께 균열이 발생하고 이들 균열이 성장, 결합하면서 최종적으로 파괴가 발생하기 때문에, 미소변화를 검출할 수 있다면 파괴의 전조 현상을 파악하는 것이 가능하다. 즉, 재료는 최종적인 파괴에 이르기 이전에 내부에서 미소크기의 파괴가 진행되고 이러한 미소크기의 파괴는 변위나 응력으로 검출하기 어렵지만 미소파괴음을 통해 검출이 가능하다.
그러나, 미소파괴음 신호를 이용한 지반구조물 파괴를 예측하는데 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치는 필연적으로 미소파괴음 신호의 감쇄를 유발하고, 따라서 서로 다른 위치에 구비된 미소파괴음 센서로부터 획득한 미소파괴음 신호로부터 지반구조물의 파괴 예측을 위한 일반화된 파라미터를 획득하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 지반구조물을 구성하는 지반은 다양한 암반이나 토사로 이루어지는데, 이들 지반이 손상을 받을 때 발생하는 미소파괴음 신호는 동일하지 않으므로, 지반구조물의 파괴 예측을 위한 일반화된 파라미터를 획득하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 웨이브 가이드로 인한 감쇄효과를 반영하는 새로운 파라미터를 도입함으로써, 미소파괴음 신호의 감쇄정도에 관계없이 지반구조물의 파괴 예측을 위한 일반화된 지반구조물의 파괴 예측 방법을 제공하고자 한다. 미소파괴음이란 AE 및 MS이벤트를 통칭하는 개념인데, 일반적으로 AE 신호로 표기된다.
본 발명은 지반구조물을 손상시키는 하나의 사건이 발생한 경우 지반구조물의 지반조건이나 형상에 관계없이 미소파괴음 센서에 동일한 미소파괴음 신호(AE 신호)를 감지시키는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치를 사용함으로써, 지반구조물의 파괴와 손상정도를 일반성 있고 정확성 있게 예측할 수 있는 지반구조물의 파괴 예측 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 미소파괴음 신호(AE 신호)의 감쇄를 줄일 수 있는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치를 사용함으로써, 넓은 범위의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 감지할 수 있는 지반구조물의 파괴 예측 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 지반 구조물의 파괴 예상면을 관통하는 시추공(borehole)에 삽착 고정되며, 금속 재질의 내측 가이드, 상기 내측 가이드에 부착되는 적어도 하나의 미소파괴음 센서, 상기 내측 가이드 및 상기 적어도 하나의 미소파괴음 센서를 감싸며 상기 내측 가이드 외부에 부착되고 지반 구조물의 거동인 이벤트에 의한 손상 발생시 미소파괴음 신호(AE)를 발생하도록 균질한 취성 재질로 이루어지는 외측 가이드를 구비하는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치의 상기 적어도 하나의 미소파괴음 센서로부터 상기 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생된 미소파괴음 신호(AE)를 수집하는 신호 수집단계; 상기 적어도 하나의 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 지반 구조물의 파괴를 예측하기 위하여 지반 구조물의 손상정도를 나타내는 파라미터의 값을 획득하는 지반 구조물 파라미터 값 획득단계; 상기 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 수행된 인장시험, 전단시험 및 압축시험 중 적어도 어느 하나의 시험을 통하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득되며, 상기 지반 구조물 파라미터 값 획득단계에 획득된 파라미터 값에 상응하는 파라미터의 값 중 지반 구조물의 손상정도에 대한 기준을 제시하는 적어도 하나 이상의 기준 파라미터 값과 상기 지반 구조물 파라미터 값 획득단계에서 획득된 파라미터를 비교하여 지반 구조물이 상기 적어도 하나 이상의 기준 파라미터 값에 대응하는 손상정도에 도달하였는지를 판단하는 파라미터 값 비교단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반 구조물의 파괴 예측방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 지반 구조물 파라미터 값 획득단계에서 획득되는 파라미터는 일반적으로 상기 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 카운트(count), 진폭 (amplitude), 지속시간 (duration), 오름시간 (rise time), 에너지 (AE energy) 등이 포함될 수 있으며, 각각의 파라미터에 대한 정의는 다음과 같다.
(1) 카운트(count): 미소파괴음 신호(AE 신호)가 검출한계(threshold)를 넘어선 횟수를 의미한다. 일반적으로 큰 타격음은 작은 타격음에 비해 검출한계를 초과하는 횟수가 많으므로, 이러한 미소파괴음 신호(AE 신호)의 횟수는 미소파괴음 신호(AE 신호)의 강도(intensity)에 대한 평가기준이 된다.
(2) 진폭 (amplitude): 미소파괴음 신호(AE 신호)에서의 최대 진폭을 말하며, 이는 보통 미소파괴음을 생성하는 재료의 음원 강도와 관련된다. 측정은 보통 로그 단위 (decibels, dB)로 기록되어 큰 신호와 작은 신호 모두 정확한 측정을 할 수 있다. 진폭 분석은 측정하는 진폭에 영향을 주는 수많은 인자들로 인해 동일한 증폭 수준과 동일한 형태의 센서를 이용하여 수행하여야 한다.
(3) 지속시간 (duration): 미소파괴음 신호(AE 신호)가 맨 처음 검출한계를 지나 마지막으로 검출한계를 지날 때까지의 시간으로, 잡음 필터링 등에 유용하게 쓰인다.
(4) 오름시간 (rise time): 미소파괴음 신호(AE 신호)가 검출한계를 초과한 후 최대 진폭 값에 도달하는데 걸리는 시간으로, 음원과 센서 사이의 파 전파과정에 의해 제어되기 때문에 미소파괴음 신호(AE 신호)를 전자기적 잡음으로부터 분리하는 목적으로 많이 사용한다.
(5) 에너지 (energy): 지속시간 동안의 미소파괴음 신호(AE 신호) 파형 포락선 밑의 면적에 해당하는 측정값으로, 지속시간과 진폭에 민감하고 검출한계 설정값이나 주파수에는 덜 의존적이기 때문에 카운트(count)보다 더 많이 사용된다.
본 발명에 있어서, 상기 지반 구조물 파라미터 값 획득단계에서 획득되는 파라미터 값은 상기 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 카운트(count) 값, 에너지 (AE energy) 값, 진폭 값, 지속시간 값, 오름시간 값 등에 대한 누적 값, 빈도 값 등이 포함될 수 있으며, 이 중 대표적 파라미터 값인 카운트 값 및 에너지 값에 대한 누적 값, 빈도 값을 예를 들어 설명한다.
즉, 본 발명에 있어서, 상기 지반 구조물 파라미터 값 획득단계에서 획득되는 파라미터 값은 상기 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 카운트(count) 값, 누적 카운트(count) 값 및 카운트(count) 빈도 값 중 적어도 어느 하나일 수 있는데, 상기 카운트(count)는 시간이 흐름에 따라 특정 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생된 어느 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하기 위하여 미리 설정된 시간 간격인
Figure 712009002266218-pat00001
동안 수집되되 상기 특정 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생된 어느 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 이루는 파형 중 진폭이 기준치(threshold)를 넘는 파형의 수로 표시되는 파라미터이고, 상기 누적 카운트(count)는 시간이 흐름에 따라 서로 다른 특정 이벤트에 대한 상기 카운트(count)를 누적하여 합한 것으로 표시되는 파라미터이고, 상기 카운트(count) 빈도는 시간이 흐름에 따라 일정한 시간 간격인
Figure 712009002266218-pat00002
동안 획득한 서로 다른 특정 이벤트에 대한 상기 카운트(count)를 합한 것으로 표시되는 파라미터이고,
Figure 712009002266218-pat00003
를 2 이상인 자연수라 할 때, 상기
Figure 712009002266218-pat00004
는
Figure 712009002266218-pat00005
이다.
본 발명에 있어서, 상기 지반 구조물 파라미터 값 획득단계에서 획득되는 파라미터 값은 상기 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 에너지 값, 누적 에너지 값 및 에너지 빈도 값 중 적어도 어느 하나일 수 있는데, 여기서, 상기 에너지는 시간이 흐름에 따라 특정 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생된 어느 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하기 위하여 미리 설정된 시간 간격인
Figure 712009002266218-pat00006
동안 수집되되 상기 특정 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생된 어느 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 이루는 파형의 포락선의 면적 또는 상기 특정 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생된 어느 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 이루는 파형의 진폭 중 최대 진폭으로 표시되는 파라미터이고, 상기 누적 에너지는 시간이 흐름에 따라 서로 다른 특정 이벤트에 대한 상기 에너지를 누적하여 합한 것으로 표시되는 파라미터이고, 상기 에너지 빈도는 시간이 흐름에 따라 일정한 시간 간격인
Figure 712009002266218-pat00007
동안 획득한 서로 다른 특정 이벤트에 대한 상기 에너지를 합한 것으로 표시되는 파라미터이고,
Figure 712009002266218-pat00008
를 2 이상인 자연수라 할 때, 상기
Figure 712009002266218-pat00009
는
Figure 712009002266218-pat00010
이다.
본 발명에 있어서, 상기 지반 구조물 파라미터 값 획득단계에 획득된 파라미터 값에 상응하는 기준 파라미터 값은 기준계수
Figure 112008033275046-pat00011
,
Figure 112008033275046-pat00012
,
Figure 112008033275046-pat00013
이며, 상기 기준계수
Figure 112008033275046-pat00014
은 상기 기준 파라미터 값은 상기 신호 수집 단계에서 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 파괴강도의 80%에 해당하는 강도 작용시의 값이고, 상기 기준계수
Figure 112008033275046-pat00015
는 상기 기준 파라미터 값은 상기 신호 수집 단계에서 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 파괴강도의 60%에 해당하는 강도 작용시의 값이고, 상기 기준계수
Figure 112008033275046-pat00016
은 상기 기준 파라미터 값은 상기 신호 수집 단계에서 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 파괴강도의 40%에 해당하는 강도 작용시의 값일 수 있다.
본 발명은 지반 구조물의 파괴 예상면을 관통하는 시추공(borehole)에 끼워져 고정되며, 미소파괴음 신호(AE 신호)의 급격한 감쇄를 방지하기 위한 금속 재질의 내측 가이드 , 상기 내측 가이드에 부착되며 지반 구조물의 파괴 예상면을 사이에 두고 일측에 위치하도록 상기 내측 가이드에 부착되는 일측 미소파괴음 센서 및 타측에 위치하도록 상기 내측 가이드에 부착되는 타측 미소파괴음 센서, 상기 내측 가이드와 일측 미소파괴음 센서 및 타측 미소파괴음 센서를 감싸며 상기 내측 가이드 외부에 부착되고 지반 구조물의 거동인 이벤트에 의한 손상발생시 지반조건에 관계없이 일관된 미소파괴음 신호(AE 신호)를 발생하도록 균질한 취성 재질로 이루어지는 외측 가이드 를 구비하는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치의 상기 일측 미소파괴음 센서 및 타측 미소파괴음 센서로부터 상기 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생된 미소파괴음 신호(AE 신호)를 각각 수집하는 신호 수집단계; 특정 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생되어 상기 일측 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호) 및 상기 특정 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생되어 상기 타측 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 진폭을 가지는 최초 파형이 상기 일측 미소파괴음 센서 및 타측 미소파괴음 센서에 도달한 시간을 각각 획득하는 도달시간 획득단계; 상기 일측 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득한 도달시간 및 상기 타측 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득한 도달시간의 차이로부터 상기 일측 미소파괴음 센서와 상기 특정 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생되어 상기 일측 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 음원 사이의 거리 또는 상기 타측 미소파괴음 센서와 상기 특정 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생되어 상기 타측 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 음원 사이의 거리를 획득하는 특정 음원으로부터의 거리 획득단계; 상기 일측 미소파괴음 센서 또는 타측 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 지반 구조물의 파괴를 예측하기 위하여 상기 일측 미소파괴음 센서 또는 타측 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 합산크기 값, 누적 합산크기 값, 합산크기 빈도 값 중 적어도 어느 하나의 파라미터 값을 획득하는 지반구조물 파라미터 값 획득단계; 상기 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 수행된 인장시험, 전단시험 및 압축시험 중 적어도 어느 하나의 시험을 통하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득되며, 상기 지반 구조물 파라미터 값 획득단계에 획득된 파라미터 값에 상응하는 파라미터의 값 중 지반 구조물의 손상정도에 대한 기준을 제시하는 적어도 하나 이상의 기준 파라미터 값과 상기 지반 구조물 파라미터 값 획득단계에서 획득된 파라미터를 비교하여 지반 구조물이 상기 적어도 하나 이상의 기준 파라미터 값에 대응하는 손상정도에 도달하였는지를 판단하는 파라미터 값 비교단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반 구조물의 파괴 예측방법에 관한 것이다. 여기서, 상기 합산크기는 시간이 흐름에 따라 상기 특정 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생된 어느 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하기 위하여 미리 설정된 시간 간격인
Figure 712009002266218-pat00319
동안 수집되되 상기 특정 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생된 어느 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)의
Figure 712009002266218-pat00320
로 표시되는 파라미터이고, 상기 누적 합산크기는 시간이 흐름에 따라 서로 다른 특정 이벤트에 대한 상기 합산크기를 누적하여 합한 것으로 표시되는 파라미터이고, 상기 합산크기 빈도는 시간이 흐름에 따라 일정한 시간 간격인
Figure 712009002266218-pat00321
동안 획득한 서로 다른 특정 이벤트에 대한 상기 합산크기를 합한 것으로 표시되는 파라미터이고,
Figure 712009002266218-pat00322
를 2 이상인 자연수라 할 때, 상기
Figure 712009002266218-pat00323
는
Figure 712009002266218-pat00324
이고,
Figure 712009002266218-pat00325
는 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)가 수집된 상기 일측 미소파괴음 센서 또는 타측 미소파괴음 센서 중 어느 하나의 특정 미소파괴음 센서와 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)의 음원 사이의 거리로서 상기 특정 음원으로부터의 거리 획득단계에서 획득되고,
Figure 712009002266218-pat00326
는
Figure 712009002266218-pat00327
에 따른 감쇄함수로서,
Figure 712009002266218-pat00328
또는
Figure 712009002266218-pat00329
이고,
Figure 712009002266218-pat00330
,
Figure 712009002266218-pat00331
,
Figure 712009002266218-pat00332
및
Figure 712009002266218-pat00333
는 각각 상기 내측 가이드의 재질에 따라 결정되는 회귀상수를 나타내고,
Figure 712009002266218-pat00334
는
Figure 712009002266218-pat00335
에 따라 결정되는 연산자를 나타내고,
Figure 712009002266218-pat00336
는 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)의 에너지의 함수를 나타낸다.
본 발명에 있어서, 상기
Figure 112008033275046-pat00029
는 ,
Figure 112008033275046-pat00031
및
Figure 112008033275046-pat00032
중 어느 하나일 수 있는데,
Figure 112008033275046-pat00033
는 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음신호(AE 신호)의 최대입자가속도를 나타내고,
Figure 112008033275046-pat00034
는 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)의 우세주파수를 나타내고,
Figure 112008033275046-pat00035
은 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)의 카운트를 나타내고,
Figure 112008033275046-pat00036
는 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 이루는 파형 가운데 진폭이 기준치(threshold)를 넘는
Figure 112008033275046-pat00037
번째 파형의 진폭을 나타내고,
Figure 112008033275046-pat00038
는 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 이루는 파형의 진폭 중 최대 진폭을 나타낸다.
본 발명에 있어서, 상기 지반 구조물 파라미터 값 획득단계에 획득된 파라미터 값에 상응하는 기준 파라미터 값은 기준계수
Figure 112008033275046-pat00039
,
Figure 112008033275046-pat00040
,
Figure 112008033275046-pat00041
이며, 상기 기준계수
Figure 112008033275046-pat00042
은 상기 기준 파라미터 값은 상기 신호 수집 단계에서 사용된 AE 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 파괴강도의 80%에 해당하는 강도 작용시의 값이고, 상기 기준계수
Figure 112008033275046-pat00043
는 상기 기준 파라미터 값은 상기 신호 수집 단계에서 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 파괴강도의 60%에 해당하는 강도 작용시의 값이고, 상기 기준계수
Figure 112008033275046-pat00044
은 상기 기준 파라미터 값은 상기 신호 수집 단계에서 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 파괴강 도의 40%에 해당하는 강도 작용시의 값일 수 있다.
본 발명은 웨이브 가이드가 외측 가이드와 내측 가이드로 구분되고, 외측 가이드가 취성재질로 되어 지반구조물을 손상시키는 하나의 사건이 발생한 경우 지반구조물의 지반조건이나 형상에 관계없이 외측 가이드가 동일한 정도로 손상되어 미소파괴음 센서에 동일한 미소파괴음 신호(AE 신호)를 감지시키는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측 장치를 사용하므로, 신뢰성 있는 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하여 지반구조물의 파괴와 손상정도를 일반성 있고 정확성 있게 예측할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 웨이브 가이드가 외측 가이드와 내측 가이드로 구분되며, 내측 가이드로서 금속재질을 사용되어, 웨이브 가이드를 통해 진행하는 미소파괴음 신호(AE 신호)의 감쇄를 줄일 수 있는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측 장치를 사용하므로, 넓은 범위의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 획득할 수 장점이 있다.
본 발명은 실내시험을 통하여 기준계수를 선정하고, 기준계수와 시추공에 설치된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치로부터 획득한 파라미터를 비교함으로써 용이하게 지반구조물의 파괴를 예측할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 합산크기, 누적 합산크기, 합산크기 빈도라는 새로운 파라미터를 도입하고, 이 새로운 파라미터에 웨이브 가이드로 인한 감쇄효과를 반영함으로써, 미소파괴음 센서와 미소파괴음 신호(AE 신호)의 음원 사이의 거리에 관계없이 일반화된 파라미터 값을 획득할 수 있는 장점이 있다.
이하, 도면을 참조하며 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
실시예1
실시예1은 본 발명에 따른 지반구조물의 파괴 예측 방법에 관한 것이다. 도1은 실시예1에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치의 설치 상태도를, 도2는 실시예1에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치 셋의 개략적 구성도를, 도3은 실시예1의 흐름도를, 도4는 도3의 신호 수집단계에서 수집되는 미소파괴음 신호(AE 신호)의 그래프를, 도5는 도3의 파라미터 값 획득단계에서 획득되는 카운트 값의 그래프를, 도6은 도3의 파라미터 값 획득단계에서 획득되는 누적 카운트 값의 그래프를, 도7은 도3의 파라미터 값 획득단계에서 획득되는 카운트 빈도 값의 그래프를, 도8은 도3의 파라미터 값 획득단계에서 획득되는 에너지 값의 그래프를, 도9는 실내 압축시험에서 가해진 응력과 실내 압축시험에 따른 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득한 파라미터 값의 관계 그래프를, 도10은 실시예1에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치가 설치된 지반구조물에 전단 파괴가 발생하는 경우의 상태도를, 도11은 실시예1에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치가 설치된 지반구조물에 인장 파괴가 발생하는 경우의 상태도를, 도12는 도10에 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대한 실내 일면 전단시험 및 이면 전단시험 상태도를, 도13은 도11에 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대한 실내 인장시험 상태도를 나타낸다.
도1을 참조하여 실시예1에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 설명한다.
도1을 참조하면 실시예1에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치는 내측 가이드(110), 미소파괴음 센서(121, 122), 외측 가이드(130)를 가진다. 내측 가이드(110)는 일자형의 원기둥형일 수 있다. 내측 가이드(110)는 탄성파의 감쇄가 거의 일어나지 않도록 금속재질로 형성된다.
내측 가이드(110)에는 적어도 하나의 미소파괴음 센서가 부착되는데, 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)가 부착될 수 있다. 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)는 탄성파의 전파가 원활하게 이루어질 수 있도록 커플런트(couplant) 접착제에 의해 내측 가이드(110)에 부착된다. 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)는 내측 가이드(110)의 길이 방향으로 상호 이격되어 부착된다. 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)는 압전센서 또는 고감도 가속도계이다.
내측 가이드(110) 외면에는 외측 가이드(130)가 부착된다. 외측 가이드(130)는 내측 가이드(110) 뿐만 아니라 내측 가이드(110)에 부착된 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)를 감싸며 부착된다. 외측 가이드(130)는 균질의 취성 재질로 형성된다. 외측 가이드(130)는 지반구조물로부터 충격을 받는 경우 쉽게 깨질 수 있도록 취성도 8 이상의 재질을 사용할 수 있다. 또한, 균질의 재질을 사용함으로써 외측 가이드(130)가 손상을 받을 때 발생하는 미소파괴음 신 호(AE 신호)는 손상이 발생하는 위치에 관계없이 동일하게 된다. 시멘트는 이러한 조건을 갖추고 있고, 또한 금속 재질의 내측 가이드(110) 외면에 부착시키기 용이하므로 외측 가이드(130)는 시멘트 재질로 형성될 수 있다.
외측 가이드(130)를 시멘트 재질로 하는 경우 외측 가이드(130)는 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)가 부착된 내측 가이드(110)가 시추공에 삽착된 후 시멘트가 주입됨으로써 형성되는 그라우팅재일 수 있다.
지반구조물을 구성하는 지반은 다양한 암반이나 토사로 이루어지는데, 이들 지반이 손상을 받을 때 발생하는 미소파괴음 신호(AE 신호)는 동일하지 않다. 그러나 시추공에 그라우팅재가 끼워져 있는 경우, 지반구조물의 파괴와 함께 그라우팅재의 손상이 발생하게 되고, 그라우팅재의 손상에서 발생하는 미소파괴음 신호(AE 신호)는 동일하다고 볼 수 있다. 즉, 지반구조물의 파괴면 일부가 균일한 그라우팅재로 치환되고, 이 균일한 그라우팅재의 손상으로 인한 미소파괴음 신호(AE 신호)는 동일하게 되는 것이다. 따라서, 지반구조물에 손상을 일으키는 일련의 사건에 의한 지반구조물의 손상정도와 파괴여부를 일반성과 정확성을 갖고 예측할 수 있다. 즉, 시추공에 끼워진 미소파괴음 센서 구비 파괴 계측장치와 동일한 장치에 대하여 실내 시험을 통하여 압축, 인장 또는 전단 시험 등을 행하고, 이로부터 발생한 미소파괴음 신호(AE 신호)에 의한 데이터를 지반구조물에 설치된 미소파괴음 센서 구비 파괴 계측장치로부터 획득한 미소파괴음 신호(AE 신호)와 비교함으로써 지반구조물의 파괴와 손상정도를 예측할 수 있다.
도1을 참조하여 실시예1에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치의 설치 방법에 대하여 예를 들어 설명한다.
먼저, 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)가 부착된 내측 가이드(110)가 지반구조물에 형성된 시추공에 인입된다. 시추공은 지반구조물의 파괴 예상면(P)을 관통하도록 형성된다. 사면에서의 미끄러짐이나 인장균열 등으로 인해 발생되는 파괴면은 전산해석과 같은 사전해석을 통해 예측할 수 있으며, 이를 파괴 예상면이라 한다. 내측 가이드(110) 중 시추공의 입구쪽에 위치하는 단부를 외측단이라 할 때, 내측 가이드(110)는 외측단에 연결되는 비금속 재질의 끈(140)을 서서히 풀어줌으로써 시추공에 인입될 수 있다. 끈(140)을 비금속 재질로 하는 것은 지상으로부터의 충격으로 인한 미소파괴음이 내측 가이드(110)를 통하여 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)에 감지되는 것을 방지하기 위한 것이다.
한편, 내측 가이드(110)는 외측단이 시추공의 입구로부터 소정거리 이상 인입되어 설치된다. 따라서 내측 가이드(110)의 외측단과 시추공 입구 사이에는 소정의 공간이 형성된다. 이는 상기 소정의 공간에 감쇄물질을 충진함으로써 지상으로부터의 충격파가 내측 가이드(110)에 전달되는 것을 방지하기 위한 것이다.
내측 가이드(110)는 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)가 지반구조물의 파괴 예상면(P)을 사이에 두고 서로 다른 영역에 위치하도록 인입될 수 있다. 이를테면 제1 미소파괴음 센서(121)는 파괴 예상면(P)의 상측에 위치하고, 제2 미소파괴음 센서(122)는 파괴 예상면(P)의 하측에 위치하도록 인입될 수 있다.
이어서, 내측 가이드(110)의 외부에 외측 가이드(130)가 부착된다. 외측 가이드(130)는 내측 가이드(110)와 시추공 사이의 빈 공간에 시멘트를 그라우팅함으로써 형성되는데, 시멘트는 적어도 내측 가이드(110)의 상단부까지 그라우팅된다.
이어서, 외측 가이드(130) 상단부로부터 시추공(borehole)의 입구까지 감쇄물질(150)이 충진된다. 감쇄물질(150)은 지상으로부터의 충격으로 인한 AE가 내측 가이드(110)를 통하여 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)에 감지되는 것을 방지하기 위한 것이다. 감쇄물질(150)은 모래일 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 제1 미소파괴음 센서(121)에는 제1 신호라인이 연결되고, 제2 미소파괴음 센서(122)에는 제2 신호라인이 연결되는데, 이들 신호라인은 시추공(borehole)의 입구를 통하여 미소파괴음 컨트롤러(AE/MS controller)(210, 도2 참조)와 연결된다.
도2를 참조하며 실시예1에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치 세트에 대하여 설명한다.
상기한 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치 세트는 도1에 도시된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치 외에 미소파괴음 컨트롤러(AE/MS controller)(210), 외부 전원공급장치(220), 송신모듈(230), 수신모듈(240), 분석용 컴퓨터(250)를 포함한다.
미소파괴음 컨트롤러(AE/MS controller)(210)는 도1에 도시된 미소파괴음 센 서(121, 122)에 각각 연결된다. 미소파괴음 컨트롤러(AE/MS controller)(210)는 미소파괴음 센서(121, 122)에 전원을 공급하고, 미소파괴음 센서(121, 122)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)를 전달받아 계측, 저장, 처리하기 위한 것이다.
미소파괴음 컨트롤러(AE/MS controller)(210)는 시그널 컨디셔너(212), 자료 계측 보드(214), 모니터링 컴퓨터(216)를 포함한다.
시그널 컨디셔너(212)는 각각의 미소파괴음 센서(121, 122)에 전원을 공급하고, 각각의 미소파괴음 센서(121, 122)로부터 신호를 전달받기 위한 것이다.
외부 전원공급장치(220)는 미소파괴음 컨트롤러(AE/MS controller)(210)에 전원을 공급하기 위하여 배터리(221) 및 태양전지판(223)을 포함할 수 있다. 한편, 외부 전원공급장치(220)는 정전 대비용 보조전원장치인 UPS를 포함할 수 있다.
자료 계측 보드(214)는 시그널 컨디셔너(212)를 통하여 전달된 미소파괴음 신호(AE 신호)를 계측, 저장, 처리하기 위한 장치이다.
모니터링 컴퓨터(216)에는 모니터 및 경고알람장치가 구비된다. 경고알람장치는 지반구조물 파괴 예측시 경고를 하기 위한 것이다.
미소파괴음 컨트롤러(AE/MS controller)(210)에는 송신모듈(230)이 연결된다. 송신모듈(230)은 수신모듈(240)에 무선으로 연결될 수 있고, 수신모듈(240)은 분석용 컴퓨터(250)에 연결된다. 분석용 컴퓨터(250)는 미소파괴음 컨트롤러(AE/MS controller)(210)로부터 전달받은 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 지반구조물의 손상 정도를 나타내는 다수의 파라미터를 도출하고, 이러한 파라미터로부터 지반구조물의 파괴와 손상정도를 예측한다.
도3을 참조하면 실시예1은 신호 수집단계(S100), 지반구조물 파라미터 값 획득단계(S200) 및 파라미터 값 비교단계(S300)를 포함한다.
신호 수집단계(S100)에서는 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122) 모두 또는 어느 하나로부터 이벤트에 의해 외측 가이드(130)로부터 발생된 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집한다. 도4에 제1 미소파괴음 센서(121)로부터 수집된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)가 도시되어 있다. "이벤트"란 하나의 미소파괴음 센서에 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 감지시키는 하나의 사건을 말한다. 즉, 지반의 움직임에 의하여 외측 가이드(130)에 손상이 발생하고, 이 손상에 의하여 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)에 각각 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)가 감지된 경우 상기 지반의 움직임이 하나의 이벤트가 된다. 이 경우 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)에 감지된 미소파괴음 신호(AE 신호)는 그 설치 위치 등으로 인하여 통상적으로 서로 다르다.
지반구조물 파라미터 값 획득단계(S200)에서는 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122) 중 적어도 하나에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 지반 구조물의 파괴를 예측하기 위하여 지반 구조물의 손상정도를 나타내는 파라미터의 값을 획득하게 된다.
지반구조물 파라미터 값 획득단계(S200)에서 획득되는 파라미터 값은 제1 미소파괴음 센서(121)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 카운트(count) 값, 진폭(amplitude) 값, 지속시간(duration) 값, 오름시간 (rise time) 값, 에너 지(AE energy) 값 등 및 이들에 대한 누적 값 및 빈도 값일 수 있다. 물론 제2 미소파괴음 센서(122)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 카운트(count) 값, 진폭(amplitude) 값, 지속시간(duration) 값, 오름시간 (rise time) 값, 에너지(AE energy) 값 등 및 이들에 대한 누적 값 및 빈도 값일 수도 있다.
도4를 참조하면 카운트(count)는 특정 이벤트 의해 외측 가이드(130)로부터 발생된 어느 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 이루는 파형 중 진폭이 기준치(threshold)를 넘는 파형의 수로 표시되는 파라미터이다. 즉, 도4를 참조하면 특정 이벤트 의해 외측 가이드(130)로부터 발생되어 제1 미소파괴음 센서(121)에 수집된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)는 12개의 파형으로 이루어져 있는데, 이 중 진폭이 기준치(threshold)를 넘는 파형은 W2, W3, W4, W5, W6, W7로서 그 개수는 6개이다. 따라서, 도4에 도시된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 카운트(count) 값은 6이다. 한편, 제1 미소파괴음 센서(121)가 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하는 시간은
Figure 712009002266218-pat00045
으로 미리 세팅된다.
Figure 712009002266218-pat00046
은 시간이 흐름에 따라 서로 다른 여러 개의 이벤트가 발생하는 경우 특정 이벤트 의해 외측 가이드(130)로부터 발생된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하기 위하여 미리 설정된 시간이다. 따라서, 제1 미소파괴음 센서(121)는 시간이 흐름에 따라
Figure 712009002266218-pat00047
의 시간 간격으로 서로 다른 이벤트에 의해 외측 가이드(130)로부터 발생된 각각 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하게 된다. 따라서, 카운트(count) 값은
Figure 712009002266218-pat00048
의 시간 간격으로 획득된다. 예를들면 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)가 각각
Figure 712009002266218-pat00049
시점에 제1 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하고,
Figure 712009002266218-pat00050
시점에 제2 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하고,
Figure 712009002266218-pat00051
시점에 제3 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하였다고 가정한다. 카운트(count) 값은
Figure 712009002266218-pat00052
시점에 제1 미소파괴음 센서(121)에 의하여 수집된 제1 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득하고,
Figure 712009002266218-pat00053
시점에 제1 미소파괴음 센서(121)에 의하여 수집된 제2 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득하고,
Figure 712009002266218-pat00054
시점에 제1 미소파괴음 센서(121)에 의하여 수집된 제3 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득할 수 있다. 도5에 이러한 방식으로 획득된 카운트(count) 값의 그래프가 도시되어 있다. 그러나, 카운트(count) 값은 제1 미소파괴음 센서(121)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)만으로부터 획득해야만 하는 것은 아니다. 제2 미소파괴음 센서(122)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)만으로부터 획득할 수도 있고,
Figure 712009002266218-pat00055
,
Figure 712009002266218-pat00056
,
Figure 712009002266218-pat00057
중 일부의 시점에는 제1 미소파괴음 센서(121)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득하고 다른 시점에는 제2 미소파괴음 센서(122)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득할 수도 있다. 이는 다른 파라미터 값을 획득하는 경우에도 동일하게 적용된다.
도6을 참조하면 누적 카운트(count)는 시간이 흐름에 따라 서로 다른 특정 이벤트에 대한 카운트(count)를 누적하여 합한 것으로 표시되는 파라미터이다. 상기와 같은 경우 누적 카운트 값은
Figure 112008033275046-pat00058
일 때는
Figure 112008033275046-pat00059
일 때의 카운트(count) 값이고,
Figure 112008033275046-pat00060
일 때는
Figure 112008033275046-pat00061
일 때의 누적 카운트(count) 값에
Figure 112008033275046-pat00062
일 때의 카운트(count) 값을 합한 값이고,
Figure 112008033275046-pat00063
일 때는
Figure 112008033275046-pat00064
일 때의 누적 카운트(count) 값에
Figure 112008033275046-pat00065
일 때의 카운트(count) 값을 합한 값이다. 즉, 누적 카운트(count) 값은
Figure 112008033275046-pat00066
시간 간격으로 획득될 수 있다.
도7을 참조하면 카운트(count) 빈도는 시간이 흐름에 따라 일정한 시간 간격인
Figure 112008033275046-pat00067
동안 획득한 서로 다른 특정 이벤트에 대한 상기 카운트(count)를 합한 것으로 표시되는 파라미터이다.
Figure 112008033275046-pat00068
를 2 이상인 자연수라 할 때,
Figure 112008033275046-pat00069
는
Figure 112008033275046-pat00070
이다. 카운트(count) 빈도 값은
Figure 112008033275046-pat00071
시점에는 각각
Figure 112008033275046-pat00072
,
Figure 112008033275046-pat00073
,
Figure 112008033275046-pat00074
,
Figure 112008033275046-pat00075
,
Figure 112008033275046-pat00076
일 때의 카운트(count) 값을 합한 값이고,
Figure 112008033275046-pat00077
시점에는 각각
Figure 112008033275046-pat00078
,
Figure 112008033275046-pat00079
,
Figure 112008033275046-pat00080
,
Figure 112008033275046-pat00081
,
Figure 112008033275046-pat00082
일 때의 카운트(count) 값을 합한 값이고,
Figure 112008033275046-pat00083
시점에는 각각
Figure 112008033275046-pat00084
,
Figure 112008033275046-pat00085
,
Figure 112008033275046-pat00086
,
Figure 112008033275046-pat00087
,
Figure 112008033275046-pat00088
일 때의 카운트(count) 값을 합한 값이다.
도5를 참조하면 400초를 약간 넘은 시점에서 카운트(count) 값은 큰 변화가 발생했음을 알 수 있다. 그러나, 도6을 참조하면 400초를 약간 넘은 시점에서 누적 카운트(count) 값은 계단형태의 약간의 증가만 보일 뿐 큰 변화는 보이지 않음을 알 수 있다. 카운트(count) 값에서의 급격한 변화는 지반구조물에 다소 큰 균열의 발생했거나 외부로부터 충격 등이 가해졌음을 의미하는 것으로 해석할 수 있다. 그러나 누적 카운트(count) 값에서는 이러한 의미가 미약해지는 것을 알 수 있다.
도7에는 카운트(count) 빈도 값이 400초를 약간 넘은 시점에서 다른 시점의 빈도 값에 비해 높은 값을 보이고 있음을 알 수 있다. 이는 카운트(count) 값에서의 급격한 증가가 지반구조물 파괴 발생의 전조현상을 표현하는 데 좋은 지표가 될 수 있음을 나타낸다. 물론 도6에서 누적 카운트(count) 값의 급격한 변화는 파괴예측을 위한 좋은 기준이 될 수 있음을 알 수 있다.
즉, 카운트(count) 값이나 카운트(count) 빈도 값은 일정값 이상을 선정하면 그것 자체만으로 하나의 파기기준이 되나, 누적 카운트(count) 값은 일정 값 이상으로 설정하는 것은 위험성이 존재하므로 그래프형태를 보거나 기울기의 변화 등으로 기준을 설정하는 것이 타당함을 알 수 있다.
한편, 상기한 바와 같이 지반구조물 파라미터 값 획득단계(S200)에서 획득되는 파라미터 값은 제1 미소파괴음 센서(121)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 에너지 값, 누적 에너지 값 및 에너지 빈도 값일 수 있다. 물론 제2 미소파괴음 센서(122)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 에너지 값, 누적 에너지 값 및 에너지 빈도 값일 수도 있다.
도8을 참조하면 에너지는 특정 이벤트 의해 외측 가이드(130)로부터 발생된 어느 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 이루는 파형의 포락선의 면적으로 표시되는 파라미터일 수 있다.
특정 이벤트 의해 외측 가이드(130)로부터 발생된 어느 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)는 제1 미소파괴음 센서(121)에 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)일 수도 있고, 제2 미소파괴음 센서(122)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)일 수도 있다.
상기한 바와 마찬가지로, 제1 미소파괴음 센서(121)가 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하는 시간은
Figure 712009002266218-pat00089
으로 미리 세팅된다.
Figure 712009002266218-pat00090
은 시간이 흐름에 따라 서로 다른 여러 개의 이벤트가 발생하는 경우 특정 이벤트 의해 외측 가이드(130)로부터 발생된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하기 위하여 미리 설정된 시간이다. 따라서, 제1 미소파괴음 센서(121)는 시간이 흐름에 따라
Figure 712009002266218-pat00091
의 시간 간격으로 서로 다른 이벤트 의해 외측 가이드(130)로부터 발생된 각각 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하게 된다. 따라서, 에너지 값은
Figure 712009002266218-pat00092
의 시간 간격으로 획득된다. 상기한 바와 마찬가지로 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)가 각각
Figure 712009002266218-pat00093
시점에 제1 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하고,
Figure 712009002266218-pat00094
시점에 제2 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하고,
Figure 712009002266218-pat00095
시점에 제3 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하였다고 가정한다. 에너지 값은
Figure 712009002266218-pat00096
시점에 제1 미소파괴음 센서(121)에 의하여 수집된 제1 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득하고,
Figure 712009002266218-pat00097
시점에 제1 미소파괴음 센서(121)에 의하여 수집된 제2 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득하고,
Figure 712009002266218-pat00098
시점에 제1 미소파괴음 센서(121)에 의하여 수집된 제3 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득할 수 있다. 그러나, 에너지 값은 제1 미소파괴음 센서(121)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)만으로부터 획득해야만 하는 것은 아니다. 제2 미소파괴음 센서(122)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)만으로부터 획득할 수도 있고,
Figure 712009002266218-pat00099
,
Figure 712009002266218-pat00100
,
Figure 712009002266218-pat00101
중 일부의 시점에는 제1 미소파괴음 센서(121)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득하고 다른 시점에는 제2 미소파괴음 센서(122)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득할 수도 있다.
누적 에너지는 시간이 흐름에 따라 서로 다른 특정 이벤트에 대한 에너지를 누적하여 합한 것으로 표시되는 파라미터이다. 상기와 같은 경우 누적 에너지 값은
Figure 112008033275046-pat00102
일 때는
Figure 112008033275046-pat00103
일 때의 에너지 값이고,
Figure 112008033275046-pat00104
일 때는
Figure 112008033275046-pat00105
일 때의 누적 에너지 값에
Figure 112008033275046-pat00106
일 때의 에너지 값을 합한 값이고,
Figure 112008033275046-pat00107
일 때는 일 때의 누적 에너지 값에
Figure 112008033275046-pat00109
일 때의 에너지 값을 합한 값이다. 즉, 누적 에너지 값은
Figure 112008033275046-pat00110
시간 간격으로 획득될 수 있다.
에너지 빈도는 시간이 흐름에 따라 일정한 시간 간격인
Figure 112008033275046-pat00111
동안 획득한 서로 다른 특정 이벤트에 대한 상기 에너지를 합한 것으로 표시되는 파라미터이다.
Figure 112008033275046-pat00112
를 2 이상인 자연수라 할 때,
Figure 112008033275046-pat00113
는
Figure 112008033275046-pat00114
이다. 에너지 빈도 값은
Figure 112008033275046-pat00115
시점에는 각각
Figure 112008033275046-pat00116
,
Figure 112008033275046-pat00117
,
Figure 112008033275046-pat00118
,
Figure 112008033275046-pat00119
,
Figure 112008033275046-pat00120
일 때의 에너지 값을 합한 값이고,
Figure 112008033275046-pat00121
시점에는 각각
Figure 112008033275046-pat00122
,
Figure 112008033275046-pat00123
,
Figure 112008033275046-pat00124
,
Figure 112008033275046-pat00125
,
Figure 112008033275046-pat00126
일 때의 에너지 값을 합한 값이고,
Figure 112008033275046-pat00127
시점에는 각각
Figure 112008033275046-pat00128
,
Figure 112008033275046-pat00129
,
Figure 112008033275046-pat00130
,
Figure 112008033275046-pat00131
,
Figure 112008033275046-pat00132
일 때의 에너지 값을 합한 값이다.
한편, 에너지는 특정 이벤트 의해 외측 가이드(130)로부터 발생된 어느 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 이루는 파형의 진폭 중 최대 진폭으로 표시되는 파라미터일 수도 있다. 도8에 도시된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 경우 최대 진폭을 가지는 파형은 W3이고, 파형 W3의 진폭은 Amax이다. 에너지가 특정 이벤트 의해 외측 가이드(130)로부터 발생된 어느 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 이루는 파형의 진폭 중 최대 진폭으로 표시되는 경우의 마라미터 값에 대한 설명은 에너지가 특정 이벤트 의해 외측 가이드(130)로부터 발생된 어느 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 이루는 파형의 포락선의 면적으로 표시되는 경우에 준한다.
파라미터 값 비교단계(S300)를 수행하기 위하여는 도1에 도시된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 실내에서 수행된 인장시험, 전단시험 및 압축시험을 통하여 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하고, 상기 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 지반 구조물 파라미터 값 획득단계(S200)에서 획득된 파라미터 값에 상응하는 파라미터의 값을 획득하며, 상기 획득된 파라미터 값 중 지반 구조물의 손상정도에 대한 기준을 제시하는 적어도 하나 이상의 기준 파라미터 값을 선정하여야 한다. 파라미터 값 비교단계(S300)는 상기 선정된 적어도 하나 이상의 기준 파라미터 값과 지반 구조물 파라미터 값 획득단계(S200)에서 획득된 파라미터 값을 비교하여 지반 구조물의 파괴를 예측하게 된다.
한편, 지반 구조물 파라미터 값 획득단계(S200)에 획득된 파라미터 값에 상응하는 기준 파라미터 값은 기준계수
Figure 112008033275046-pat00133
,
Figure 112008033275046-pat00134
,
Figure 112008033275046-pat00135
일 수 있는데, 기준계수
Figure 112008033275046-pat00136
은 실내 시험에서 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 파괴강도의 80%에 해당하는 강도 작용시의 값일 수 있고, 기준계수
Figure 112008033275046-pat00137
는 실내 시험에서 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 파괴강도의 60%에 해당하는 강도 작용시의 값일 수 있고, 기준계수
Figure 112008033275046-pat00138
은 실내 시험에서 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 파괴강도의 40%에 해당하는 강도 작용시의 값일 수 있다.
파라미터 값 비교단계(S300)에는 지반 구조물 파라미터 값 획득단계(S200)에서 획득된 파라미터 값과 이에 상응하는 파라미터 값으로부터 선정된 기준계수
Figure 112009001632410-pat00139
,
Figure 112009001632410-pat00140
,
Figure 112009001632410-pat00141
를 비교하여, 지반 구조물 파라미터 값 획득단계(S200)에서 획득된 파라미터 값이
Figure 112009001632410-pat00142
이상의 값인 경우에는 위험수준으로 판단하고,
Figure 112009001632410-pat00143
과
Figure 112009001632410-pat00144
사이 값인 경우에는 경고 수준으로 판단하고,
Figure 112009001632410-pat00145
와
Figure 112009001632410-pat00146
사이 값인 경우에는 주의 수준으로 판단하고,
Figure 112009001632410-pat00147
이하의 값인 경우에는 안전수준으로 판단할 수 있다.
즉, 파라미터 값 비교단계(S300)를 수행하기 위하여는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 압축시험을 수행하여 카운트 값, 누적 카운트 값, 카운트 빈도 값, 에너지 값, 누적 에너지 값, 에너지 빈도 값 중 적어도 어느 하나를 획득하여야 한다. 카운트 값을 지반구조물에 대한 손상정도에 대한 판단 기준으로 삼기 위하여는 상기 압축시험에 획득된 카운트 값 중 적어도 하나 이상의 카운트 값을 기준 파라미터 값으로 선정하여야 한다. 도9에 도시된 파라미터(parameter)를 카운트라 가정하고 설명한다. 도9를 참조하면 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대한 압축시험 결과 카운트는 파괴강도(
Figure 112009001632410-pat00148
)의 40% 인 균열개시응력(
Figure 112009001632410-pat00149
)에서 서서히 증가하다가 파괴강도(
Figure 112009001632410-pat00150
)의 80% 인 균열손상응력(
Figure 112009001632410-pat00151
)에서 급격히 증가함을 보인다. 따라서, 카운트 값을 지반구조물에 대한 손상정도에 대한 판단 기준으로 삼는 경우 기준계수
Figure 112009001632410-pat00152
은 파괴강도(
Figure 112009001632410-pat00153
)의 40% 인 균열개시응력(
Figure 112009001632410-pat00154
)이 발생한 경우의 카운트 값이 되고, 기준계수
Figure 112009001632410-pat00155
는 파괴강도(
Figure 112009001632410-pat00156
)의 60%에 해당하는 응력이 발생한 경우의 카운트 값이 되고, 기준계수
Figure 112009001632410-pat00157
는 파괴강도(
Figure 112009001632410-pat00158
)의 80% 인 균열손상응력(
Figure 112009001632410-pat00159
)이 발생한 경우의 카운트 값이 된다.
압축시험을 수행하여 획득된 다른 파라미터 값을 지반구조물에 대한 손상정도에 대한 판단 기준으로 삼는 경우의 설명은 카운트 값을 지반구조물에 대한 손상정도에 대한 판단 기준으로 삼는 경우에 준한다.
한편, 인장시험 또는 전단시험을 수행하여 획득된 파라미터 값의 어느 하나를 지반구조물에 대한 손상정도에 대한 판단 기준으로 삼는 경우의 설명은 압축시험시 카운트 값을 지반구조물에 대한 손상정도에 대한 판단 기준으로 삼는 경우에 준한다.
도10에는 실시예1에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치가 설치된 경우 지반구조물에 전단 파괴가 발생하는 경우가 도시되어 있고, 도11에는 실시예1에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치가 설치된 경우 지반구조물에 인장 파괴가 발생하는 경우가 도시되어 있고, 도12에는 도10에 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대한 실내 전단시험 상태도가 도시되어 있고, 도13에는 도11에 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대한 실내 전단시험 상태도가 도시되어 있다.
도10 및 도12를 참조하면 지반구조물에 전단 파괴가 발생하는 경우에는 지반구조물 파라미터 값 획득단계(S200)에서 획득된 어느 하나의 파라미터(이를테면 카운트)의 값을 전단시험으로부터 획득한 이에 상응하는 파라미터(이를테면 카운트)의 값 중 기준계수
Figure 712009002266218-pat00160
,
Figure 712009002266218-pat00161
,
Figure 712009002266218-pat00162
와 비교하여 지반구조물이
Figure 712009002266218-pat00337
,
Figure 712009002266218-pat00338
,
Figure 712009002266218-pat00339
에 대응하는 손상정도에 도달하였는지를 판단하게 된다.
도11 및 도13을 참조하면 지반구조물에 인장 파괴가 발생하는 경우에는 지반구조물 파라미터 값 획득단계(S200)에서 획득된 어느 하나의 파라미터(이를테면 카운트)의 값을 인장시험으로부터 획득한 이에 상응하는 파라미터(이를테면 카운트)의 값 중 기준계수
Figure 712009002266218-pat00163
,
Figure 712009002266218-pat00164
,
Figure 712009002266218-pat00165
와 비교하여 지반구조물이
Figure 712009002266218-pat00340
,
Figure 712009002266218-pat00341
,
Figure 712009002266218-pat00342
에 대응하는 손상정도에 도달하였는지를 판단하게 된다.
실시예1에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치는 웨이브 가이드를 외측 가이드와 내측 가이드로 구분하고, 외측 가이드를 취성재질로 하여 지반구조물을 손상시키는 하나의 사건이 발생한 경우 지반구조물의 지반조건이나 형상에 관계없이 외측 가이드가 동일한 정도로 손상되어 미소파괴음 센서에 동일한 미소파괴음 신호(AE 신호)를 감지시키게 되어 신뢰성 있는 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집할 수 있으므로, 이의 분석을 통하여 지반구조물의 파괴를 일반성 있고 정확성 있게 예측할 수 있다.
실시예1에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치는 웨이브 가이드가 외측 가이드와 내측 가이드로 구분되며, 내측 가이드로서 금속재질을 사용되므로, 웨이브 가이드를 통해 진행하는 미소파괴음 신호(AE 신호)의 감쇄를 줄 일 수 있어, 넓은 범위의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 감지할 수 있는 장점이 있다.
실시예1은 실내시험을 통하여 기준계수를 선정하고, 기준계수와 시추공에 설치된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치로부터 획득한 파라미터를 비교함으로써 용이하게 지반구조물의 파괴와 손상정도를 예측할 수 있는 장점이 있다.
실시예2
실시예2는 본 발명에 따른 또 다른 지반구조물의 파괴 예측 방법에 관한 것이다. 도14는 실시예2에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치의 설치 상태도를, 도15는 실시예2의 흐름도를, 도16은 도14의 신호 수집단계에서 수집되는 미소파괴음 신호(AE 신호)의 그래프를, 도17은 실내 압축시험에서 가해진 응력과 실내 압축시험에 따른 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득한 파라미터 값의 관계 그래프를 나타낸다.
도14를 참조하면 실시예2에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치는 실시예1과 달리 파괴 예상면(P)을 사이에 두고 일측에 일측 미소파괴음 센서(1121), 타측에 타측 미소파괴음 센서(1122)가 위치하도록 설치된다. 즉, 실시예1과 달리 실시예2에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치는 적어도 2개 이상의 미소파괴음 센서를 구비하여야 한다.
그 외의 점은 실시예1에 설명한 바에 준한다. 또한 실시예2에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치 세트에 관하여도 실시예1에서 설명한 바에 준한다.
도15를 참조하면 실시예2는 신호 수집단계(S1100), 도달시간 획득단계(S1200), 특정 음원으로부터의 거리 획득단계(S1300), 지반구조물 파라미터 값 획득단계(S1400) 및 파라미터 값 비교단계(S1500)를 포함한다.
신호 수집단계(S100)에서는 일측 미소파괴음 센서(1121) 및 타측 미소파괴음 센서(1122) 모두로부터 이벤트 의해 외측 가이드(1130)로부터 발생된 미소파괴음 신호(AE 신호)를 각각 수집한다. 도16에 일측 미소파괴음 센서(1121)로부터 수집된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)가 도시되어 있다.
도달시간 획득단계(S1200)에서는 일측 미소파괴음 센서(1121)에 의하여 수집되되 특정 이벤트 의해 외측 가이드(1130)로부터 발생된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 진폭을 가지는 최초 파형이 일측 미소파괴음 센서(1121)에 도달한 시간
Figure 712009002266218-pat00166
및 타측 미소파괴음 센서(1122)에 의하여 수집되되 특정 이벤트 의해 외측 가이드(1130)로부터 발생된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 진폭을 가지는 최초 파형이 타측 미소파괴음 센서(1122)에 도달한 시간
Figure 712009002266218-pat00167
를 각각 획득하게 된다. 도16에는 진폭을 가지는 최초 파형은 W1이 일측 미소파괴음 센서(1121)에 도달한 시간
Figure 712009002266218-pat00168
이 표시되어 있다.
도14를 참조하면 하나의 특정 이벤트에 의하여 외측 가이드(1130)에 손상이 발생하고, 이 손상으로부터 일측 미소파괴음 센서(1121) 및 타측 미소파괴음 센서(1122)에 각각 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)가 수집된다. 일측 미소파괴음 센서(1121) 및 타측 미소파괴음 센서(1122) 각각에 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 발생시키도록 외측 가이드(1130)에 발생한 손상의 위치를 특정 이벤트에 의한 미소파괴음 신호(AE 신호)의 음원(SE)이라고 정의한다. 음원(SE)은 일반적으로 이벤트에 따라 다르게 된다.
특정 음원으로부터의 거리 획득단계(S1300)에서는 일측 미소파괴음 센서(1121)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득한 도달시간
Figure 712009002266218-pat00169
및 타측 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득한 도달시간
Figure 712009002266218-pat00170
의 차이로부터 일측 미소파괴음 센서(1121)와 상기 특정 이벤트에 의해 외측 가이드(1130)로부터 발생되어 일측 미소파괴음 센서(1121)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 음원(SE) 사이의 거리
Figure 712009002266218-pat00171
및 타측 미소파괴음 센서(1122)와 상기 특정 이벤트에 의해 외측 가이드(1130)로부터 발생되어 타측 미소파괴음 센서(1122)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 음원(SE) 사이의 거리
Figure 712009002266218-pat00172
를 획득하게 된다.
지반구조물 파라미터 값 획득단계(S1400)에서는 일측 미소파괴음 센서(1121) 및 타측 미소파괴음 센서(1122) 중 적어도 하나에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 지반 구조물의 파괴를 예측하기 위하여 지반 구조물의 손상정도를 나타내는 파라미터의 값을 획득하게 된다.
지반구조물 파라미터 값 획득단계(S1400)에서 획득되는 파라미터 값은 일측 미소파괴음 센서(1121)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 합산크기 값, 누적 합산크기 값, 합산크기 빈도 값일 수 있다. 물론 타측 미소파괴음 센서(1122)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 합산크기 값, 누적 합산크기 값, 합 산크기 빈도 값일 수도 있다.
합산크기는 시간이 흐름에 따라 특정 이벤트 의해 외측 가이드(1130)로부터 발생된 어느 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하기 위하여 미리 설정된 시간 간격인
Figure 712009002266218-pat00173
동안 수집되되 상기 특정 이벤트 의해 외측 가이드(1130)로부터 발생된 어느 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)의
Figure 712009002266218-pat00174
로 표시되는 파라미터이다.
Figure 112008033275046-pat00175
는 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)가 수집된 일측 미소파괴음 센서(1121) 또는 타측 미소파괴음 센서(1122) 중 어느 하나의 특정 미소파괴음 센서와 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)의 음원(SE) 사이의 거리를 나타낸다.
Figure 112008033275046-pat00176
는 특정 음원으로부터의 거리 획득단계(S1300)에서 획득된다.
Figure 112009001632410-pat00177
는
Figure 112009001632410-pat00178
에 따른 감쇄함수를 나타내고,
Figure 112009001632410-pat00179
는
Figure 112009001632410-pat00180
에 따라 결정되는 연산자를 나타낸다. 미소파괴음 신호(AE 신호)는 탄성파에 속하는 것으로서 재료를 통과할 때 일반적으로 선형적으로 감쇄하고, 간혹 지수함수적으로도 감쇄함이 널리 알려져 있다. 따라서, 선형적으로 감쇄하는 경우
Figure 112009001632410-pat00305
로 표시되고, 지수함수적으로 감쇄하는 경우
Figure 112009001632410-pat00306
로 표시될 수 있다. 여기서,
Figure 112009001632410-pat00307
,
Figure 112009001632410-pat00308
,
Figure 112009001632410-pat00309
및
Figure 112009001632410-pat00310
는 매질에 따라 결정되는 회귀상수로서 실시예2의 경우 내측 가이드의 재질에 따라 결정됨을 알 수 있다.
Figure 112008033275046-pat00181
는 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)의 에너지의 함수를 나타낸다.
Figure 112008033275046-pat00182
는
Figure 112008033275046-pat00183
,
Figure 112008033275046-pat00184
및
Figure 112008033275046-pat00185
중 어느 하나일 수 있다.
Figure 112008033275046-pat00186
에 대하여 설명하면,
Figure 112008033275046-pat00187
는 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)의 최대입자가속도를 나타내고,
Figure 112008033275046-pat00188
는 상기 합산 크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)의 우세주파수를 나타낸다.
Figure 112008033275046-pat00189
에 대하여 설명하면,
Figure 112008033275046-pat00190
은 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)의 카운트를 나타내고,
Figure 112008033275046-pat00191
는 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 이루는 파형 가운데 진폭이 기준치(threshold)를 넘는
Figure 112008033275046-pat00192
번째 파형의 진폭을 나타낸다. 도16에 도시된 미소파괴음 신호(AE 신호)에 대한
Figure 112008033275046-pat00193
값은
Figure 112008033275046-pat00194
이다.
Figure 112008033275046-pat00195
는 W2의 진폭,
Figure 112008033275046-pat00196
는 W3의 진폭,
Figure 112008033275046-pat00197
는 W4의 진폭,
Figure 112008033275046-pat00198
는 W5의 진폭,
Figure 112008033275046-pat00199
는 W6의 진폭,
Figure 112008033275046-pat00200
는 W7의 진폭을 나타낸다.
Figure 112008033275046-pat00201
는 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 이루는 파형의 진폭 중 최대 진폭을 나타낸다. 도16에 도시된 미소파괴음 신호(AE 신호)에 대한
Figure 112008033275046-pat00202
값은
Figure 112008033275046-pat00203
이다.
누적 합산크기는 시간이 흐름에 따라 서로 다른 특정 이벤트에 대한 카운트(count)를 누적하여 합한 것으로 표시되는 파라미터이다. 누적 합산크기 값의 획 득방법에 설명은 실시예1에서 설명한 누적 카운트 값 내지 누적 에너지 값의 획득방법에 준한다. 즉, 누적 합산크기 값은
Figure 112008033275046-pat00204
시간 간격으로 획득될 수 있다.
합산크기 빈도는 시간이 흐름에 따라 일정한 시간 간격인
Figure 112008033275046-pat00205
동안 획득한 서로 다른 특정 이벤트에 대한 상기 합산크기를 합한 것으로 표시되는 파라미터이다.
Figure 112008033275046-pat00206
를 2 이상인 자연수라 할 때,
Figure 112008033275046-pat00207
는
Figure 112008033275046-pat00208
이다. 합산크기 빈도 값 획득방법은 실시예1에서 설명한 카운트(count) 빈도 값 내지 에너지 빈도 값의 획득방법에 준한다.
파라미터 값 비교단계(S1500)를 수행하기 위하여는 도14에 도시된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 실내에서 수행된 인장시험, 전단시험 및 압축시험을 통하여 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하고, 상기 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 지반 구조물 파라미터 값 획득단계(S1400)에서 획득된 파라미터 값에 상응하는 파라미터의 값을 획득하며, 상기 획득된 파라미터 값 중 지반 구조물의 손상정도에 대한 기준을 제시하는 적어도 하나 이상의 기준 파라미터 값을 선정하여야 한다. 파라미터 값 비교단계(S1500)는 상기 선정된 적어도 하나 이상의 기준 파라미터 값과 지반구조물 파라미터 값 획득단계(S1400)에서 획득된 파라미터 값을 비교하여 지반 구조물의 파괴를 예측하게 된다.
실내 시험시 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 지반구조물 파라미터 값 획득단계(S1400)에서 획득된 파라미터 값에 상응하는 파라미터의 값을 획득하기 위하여는 실내에서 수행된 인장시험, 전단시험 및 압축시험을 통하여 수집된 특정 미소파괴음 신호(AE 신호)의 음원과 상기 특정 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집한 일측 미소파괴음 센서(1121) 또는 타측 미소파괴음 센서(1122) 사이의 거리를 거리를 획득하여야 한다. 이에 대한 설명은 도달시간 획득단계(S1200) 및 특정 음원으로부터의 거리 획득단계(S1300)에서 설명한 바에 준한다.
한편, 지반구조물 파라미터 값 획득단계(S1400)에 획득된 파라미터 값에 상응하는 기준 파라미터 값은 기준계수
Figure 112008033275046-pat00209
,
Figure 112008033275046-pat00210
,
Figure 112008033275046-pat00211
일 수 있는데, 기준계수
Figure 112008033275046-pat00212
은 실내 시험에서 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 파괴강도의 80%에 해당하는 강도 작용시의 값일 수 있고, 기준계수
Figure 112008033275046-pat00213
는 실내 시험에서 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 파괴강도의 60%에 해당하는 강도 작용시의 값일 수 있고, 기준계수
Figure 112008033275046-pat00214
은 실내 시험에서 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 파괴강도의 40%에 해당하는 강도 작용시의 값일 수 있다.
파라미터 값 비교단계(S1500)에는 지반구조물 파라미터 값 획득단계(S1400)에서 획득된 파라미터 값과 이에 상응하는 파라미터 값으로부터 선정된 기준계수
Figure 112009001632410-pat00215
,
Figure 112009001632410-pat00216
,
Figure 112009001632410-pat00217
를 비교하여, 지반 구조물 파라미터 값 획득단계(S1400)에서 획득된 파라미터 값이
Figure 112009001632410-pat00218
이상의 값인 경우에는 위험수준으로 판단하고,
Figure 112009001632410-pat00219
과
Figure 112009001632410-pat00220
사이 값인 경우에는 경고 수준으로 판단하고,
Figure 112009001632410-pat00221
와
Figure 112009001632410-pat00222
사이 값인 경우에는 주의 수준으로 판단하고,
Figure 112009001632410-pat00223
이하의 값인 경우에는 안전수준으로 판단할 수 있다.
즉, 파라미터 값 비교단계(S1500)를 수행하기 위하여는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 압축시험을 수행하여 합산크기 값, 누적 합산크기 값, 합산크기 빈도 값 중 적어도 어느 하나를 획득하여야 한다. 합산크기 값을 지반구조물에 대한 손상정도에 대한 판단 기준으로 삼기 위하여는 상기 압축시험에서 획득된 합산크기 값 중 적어도 하나 이상의 합산크기 값을 기준 파라미터 값으로 선정하여야 한다. 도17에 도시된 파라미터(parameter)를 합산크기라 가정하고 설명한다. 도17을 참조하면 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대한 압축시험 결과 합산크기는 파괴강도(
Figure 112009001632410-pat00224
)의 40% 인 균열개시응력(
Figure 112009001632410-pat00225
)에서 서서히 증가하다가 파괴강도(
Figure 112009001632410-pat00226
)의 80% 인 균열손상응력(
Figure 112009001632410-pat00227
)에서 급격히 증가함을 보인다. 따라서, 합산크기 값을 지반구조물에 대한 손상정도에 대한 판단 기준으로 삼는 경우 기준계수
Figure 112009001632410-pat00228
은 파괴강도(
Figure 112009001632410-pat00229
)의 40% 인 균열개시응력(
Figure 112009001632410-pat00230
)이 발생한 경우의 합산크기 값이 되고, 기준계수
Figure 112009001632410-pat00231
는 파괴강도(
Figure 112009001632410-pat00232
)의 60%에 해당하는 응력이 발생한 경우의 합산크기 값이 되고, 기준계수
Figure 112009001632410-pat00233
는 파괴강도(
Figure 112009001632410-pat00234
)의 80% 인 균열손상응력(
Figure 112009001632410-pat00235
)이 발생한 경우의 합산크기 값이 된다.
압축시험을 수행하여 획득된 다른 파라미터 값을 지반구조물에 대한 손상정도에 대한 판단 기준으로 삼는 경우의 설명은 합산크기 값을 지반구조물에 대한 손상정도에 대한 판단 기준으로 삼는 경우에 준한다.
한편, 인장시험 또는 전단시험을 수행하여 획득된 파라미터 값의 어느 하나를 지반구조물에 대한 손상정도에 대한 판단 기준으로 삼는 경우의 설명은 압축시험시 합산크기 값을 지반구조물에 대한 손상정도에 대한 판단 기준으로 삼는 경우 에 준한다.
실시예2는 합산크기라는 새로운 파라미터를 도입하고, 이 새로운 파라미터에 웨이브 가이드로 인한 감쇄효과를 반영함으로써, 미소파괴음 센서와 미소파괴음 신호(AE 신호)의 음원 사이의 거리에 관계없이 파라미터 값을 일반화할 수 있는 장점이 있다.
도1은 실시예1에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치의 설치 상태도.
도2는 실시예1에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치 셋의 개략적 구성도.
도3은 실시예1의 흐름도.
도4는 도3의 신호 수집단계에서 수집되는 미소파괴음 신호(AE 신호)의 그래프.
도5는 도3의 파라미터 값 획득단계에서 획득되는 카운트 값의 그래프.
도6은 도3의 파라미터 값 획득단계에서 획득되는 누적 카운트 값의 그래프.
도7은 도3의 파라미터 값 획득단계에서 획득되는 카운트 빈도 값의 그래프.
도8은 도3의 파라미터 값 획득단계에서 획득되는 에너지 값의 그래프.
도9는 실내 압축시험에서 가해진 응력과 실내 압축시험에 따른 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득한 파라미터 값의 관계 그래프.
도10은 실시예1에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치가 설치된 경우 지반구조물에 전단 파괴가 발생하는 경우의 상태도.
도11은 실시예1에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치가 설치된 경우 지반구조물에 인장 파괴가 발생하는 경우의 상태도.
도12는 도10에 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대한 실내 일면 전단시험 및 이면 전단시험 상태도.
도13은 도11에 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대한 실내 전단시험 상태도.
도14는 실시예2에 사용되는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치의 설치 상태도.
도15는 실시예2의 흐름도.
도16은 도14의 신호 수집단계에서 수집되는 미소파괴음 신호(AE 신호)의 그래프.
도17은 실내 압축시험에서 가해진 응력과 실내 압축시험에 따른 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득한 파라미터 값의 관계 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110:내측 가이드
121:제1 미소파괴음 센서 122:제2 미소파괴음 센서
130:외측 가이드 140:끈
150:감쇄물질
210:미소파괴음 컨트롤러 212:시그널 컨디셔너
214:자료 계측 보드 216:모니터링 컴퓨터
220:외부 전원공급장치 230:송신모듈
240:수신모듈 250:분석용 컴퓨터
1121:일측 미소파괴음 센서 1122:타측 미소파괴음 센서
1130:외측 가이드

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 지반 구조물의 파괴 예상면을 관통하는 시추공(borehole)에 끼워져 고정되며, 미소파괴음 신호(AE 신호)의 급격한 감쇄를 방지하기 위한 금속 재질의 내측 가이드 , 상기 내측 가이드에 부착되며 지반 구조물의 파괴 예상면을 사이에 두고 일측에 위치하도록 상기 내측 가이드에 부착되는 일측 미소파괴음 센서 및 타측에 위치하도록 상기 내측 가이드에 부착되는 타측 미소파괴음 센서, 상기 내측 가이드와 일측 미소파괴음 센서 및 타측 미소파괴음 센서를 감싸며 상기 내측 가이드 외부에 부착되고 지반 구조물의 거동인 이벤트에 의한 손상발생시 지반조건에 관계없이 일관된 미소파괴음 신호(AE 신호)를 발생하도록 균질한 취성 재질로 이루어지는 외측 가이드 를 구비하는 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치의 상기 일측 미소파괴음 센서 및 타측 미소파괴음 센서로부터 상기 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생된 미소파괴음 신호(AE 신호)를 각각 수집하는 신호 수집단계;
    특정 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생되어 상기 일측 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호) 및 상기 특정 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생되어 상기 타측 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 진폭을 가지는 최초 파형이 상기 일측 미소파괴음 센서 및 타측 미소파괴음 센서에 도달한 시간을 각각 획득하는 도달시간 획득단계;
    상기 일측 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득한 도달시간 및 상기 타측 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득한 도달시간의 차이로부터 상기 일측 미소파괴음 센서와 상기 특정 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생되어 상기 일측 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 음원 사이의 거리 또는 상기 타측 미소파괴음 센서와 상기 특정 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생되어 상기 타측 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 음원 사이의 거리를 획득하는 특정 음원으로부터의 거리 획득단계;
    상기 일측 미소파괴음 센서 또는 타측 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 지반 구조물의 파괴를 예측하기 위하여 상기 일측 미소파괴음 센서 또는 타측 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)의 합산크기 값, 누적 합산크기 값, 합산크기 빈도 값 중 적어도 어느 하나의 파라미터 값을 획득하는 지반구조물 파라미터 값 획득단계;
    상기 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 수행된 인장시험, 전단시험 및 압축시험 중 적어도 어느 하나의 시험을 통하여 수집된 미소파괴음 신호(AE 신호)로부터 획득되며, 상기 지반 구조물 파라미터 값 획득단계에 획득된 파라미터 값에 상응하는 파라미터의 값 중 지반 구조물의 손상정도에 대한 기준을 제시하는 적어도 하나 이상의 기준 파라미터 값과 상기 지반 구조물 파라미터 값 획득단계에서 획득된 파라미터를 비교하여 지반 구조물이 상기 적어도 하나 이상의 기준 파라미터 값에 대응하는 손상정도에 도달하였는지를 판단하는 파라미터 값 비교단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반 구조물의 파괴 예측방법.
    여기서,
    상기 합산크기는 시간이 흐름에 따라 상기 특정 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생된 어느 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 수집하기 위하여 미리 설정된 시간 간격인
    Figure 712009002266218-pat00252
    동안 수집되되 상기 특정 이벤트에 의해 상기 외측 가이드로부터 발생된 어느 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)의
    Figure 712009002266218-pat00253
    로 표시되는 파라미터이고,
    상기 누적 합산크기는 시간이 흐름에 따라 서로 다른 특정 이벤트에 대한 상기 합산크기를 누적하여 합한 것으로 표시되는 파라미터이고,
    상기 합산크기 빈도는 시간이 흐름에 따라 일정한 시간 간격인
    Figure 712009002266218-pat00254
    동안 획득한 서로 다른 특정 이벤트에 대한 상기 합산크기를 합한 것으로 표시되는 파라미터이고,
    Figure 712009002266218-pat00255
    를 2 이상인 자연수라 할 때, 상기
    Figure 712009002266218-pat00256
    는
    Figure 712009002266218-pat00257
    이고,
    Figure 712009002266218-pat00258
    는 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)가 수집된 상기 일측 미소파괴음 센서 또는 타측 미소파괴음 센서 중 어느 하나의 특정 미소파괴음 센서와 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)의 음원 사이의 거리로서 상기 특정 음원으로부터의 거리 획득단계에서 획득되고,
    Figure 712009002266218-pat00259
    는
    Figure 712009002266218-pat00260
    에 따른 감쇄함수로서,
    Figure 712009002266218-pat00311
    또는
    Figure 712009002266218-pat00312
    이고,
    Figure 712009002266218-pat00313
    ,
    Figure 712009002266218-pat00314
    ,
    Figure 712009002266218-pat00315
    및
    Figure 712009002266218-pat00316
    는 각각 상기 내측 가이드의 재질에 따라 결정되는 회귀상수를 나타내고,
    Figure 712009002266218-pat00261
    는
    Figure 712009002266218-pat00262
    에 따라 결정되는 연산자를 나타내고,
    Figure 712009002266218-pat00263
    는 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)의 에너지의 함수를 나타낸다.
  6. 제5항에 있어서,
    상기
    Figure 112008033275046-pat00264
    는
    Figure 112008033275046-pat00265
    ,
    Figure 112008033275046-pat00266
    및
    Figure 112008033275046-pat00267
    중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 지반 구조물의 파괴 예측방법.
    여기서,
    Figure 112008033275046-pat00268
    는 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)의 최대입자가속도를 나타내고,
    Figure 112008033275046-pat00269
    는 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)의 우세주파수를 나타내고,
    Figure 112008033275046-pat00270
    은 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)의 카운트를 나타내고,
    Figure 112008033275046-pat00271
    는 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 이루는 파형 가운데 진폭이 기준치(threshold)를 넘는
    Figure 112008033275046-pat00272
    번째 파형의 진폭을 나타내고,
    Figure 112008033275046-pat00273
    는 상기 합산크기 값을 획득하는데 사용된 하나의 미소파괴음 신호(AE 신호)를 이루는 파형의 진폭 중 최대 진폭을 나타낸다.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 지반 구조물 파라미터 값 획득단계에 획득된 파라미터 값에 상응하는 기준 파라미터 값은 기준계수
    Figure 112008033275046-pat00274
    ,
    Figure 112008033275046-pat00275
    ,
    Figure 112008033275046-pat00276
    이며,
    상기 기준계수
    Figure 112008033275046-pat00277
    은 상기 기준 파라미터 값은 상기 신호 수집 단계에서 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 파괴강도의 80%에 해당하는 강도 작용시의 값이고,
    상기 기준계수
    Figure 112008033275046-pat00278
    는 상기 기준 파라미터 값은 상기 신호 수집 단계에서 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 파괴강도의 60%에 해당하는 강도 작용시의 값이고,
    상기 기준계수
    Figure 112008033275046-pat00279
    은 상기 기준 파라미터 값은 상기 신호 수집 단계에서 사용된 미소파괴음 센서 구비 파괴 예측용 계측장치에 대하여 파괴강도의 40%에 해당하는 강도 작용시의 값인 것을 특징으로 하는 지반 구조물의 파괴 예측방법.
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