KR100905090B1 - 변수위 투수시험기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변수위 투수시험기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 현장 지반의 투수계수를 구하기 위해 현장에서 채취한 흙 시료의 교란을 최소화시킨 상태로 보다 정확하고 편리하게 시료의 투수계수를 측정할 수 있는 변수위 투수시험기에 관한 것이다.

본 발명의 변수위 투수시험기는 물이 담긴 내부공간부를 가지며 바닥에 형성된 장착부와 연통되는 배출구가 형성되고 상부가 개방된 통형의 하우징과, 시료가 장입되어 상기 장착부에 장착되되 물속에서 장착되는 시료장입링과, 상기 하우징과 결합되어 상기 시료장입링을 밀폐하며 상부에서 하부로 관통된 주입구가 형성된 덮개판을 갖는 몰드부와, 상기 시료장입링 내로 물을 공급하기 위한 물공급수단을 구비한다.

이러한 변수위 투수시험기에 의하면 현장에서 채취한 시료가 교란되지 않고 공기층 배제를 용이하게 하기 위해 수침된 상태에서 시료가 몰드부에 장착되므로 현장과 거의 동일한 조건에서 투수계수를 측정할 수 있어 보다 정확한 투수계수를 구할 수 있다.

점성토, 투수계수, 변수위, 투수시험기

Description

변수위 투수시험기{Penetrability test apparatus for variable water level}

본 발명은 변수위 투수시험기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 현장 지반의 투수계수를 구하기 위해 현장에서 채취한 흙 시료의 교란을 최소화시킨 상태로 보다 정확하고 편리하게 시료의 투수계수를 측정할 수 있는 변수위 투수시험기에 관한 것이다.

흙의 투수성은 흙 댐과 하천제방, 간척제방의 제체와 기초지반 중의 투수 또는 지하수의 이하에 설치된 구조물에 미치는 양압력을 알아내어 제체와 배수공 등을 설계 및 시공하는 데 필요하다.

흙의 투수성은 투수계수의 대소로 표현되는 데, 지반의 침투해석을 위한 투수 계수 산정방법으로는 실제 현장 지층조건을 반영할 수 있는 현장투수시험법과 현장의 시료를 채취하여 별도의 장소에서 투수계수를 구하는 실내 투수시험법이 있다.

그리고 실내 투수시험법에는 일정한 지름과 길이를 가진 시료 속을 침투함으로써 생기는 수위의 강하와 그 경과 시간의 관계를 이용하여 투수 계수를 구하는 변수위 투수시험과 일정한 지름과 길이를 가진 시료 속을 일정한 수위 차에 의해 일정한 시간 내에 침투하는 수량을 측정하여 투수계수를 구하는 정수위 투수시험이 있다.

변수위 투수시험은 점성토 등의 투수계수가 비교적 적은 시료의 시험에 적합하고 정수위 투수시험은 투수계수가 비교적 큰 시료의 시험에 적합하다.

기존의 변수위 투수시험기는 시료가 장입되는 몰드의 크기가 통상적으로 내경 100mm이기 때문에 현장에서 채취한 NX사이즈(Φ=76㎜)시료를 이용하여 투수시험을 할 수가 없다. 그래서 Φ=60㎜ 몰드를 이용한 투수시험을 위해 시료를 몰드의 내경에 맞춰 성형(trimming)을 하게 된다.

성형한 시료를 몰드 내에 세팅하는 과정에서 현장의 자연 상태대로 흐트러지지 않게 채취한 불교란 시료(undisturbed sample)가 교란되게 되고 시료의 상/하부 및 측면의 밀폐효과가 현저히 감소되어 공기층의 형성 및 옆면으로 흐름을 유도하는 벽면효과가 발생된다.

시료가 교란되면 현장의 흙과 조성은 동일하지만 현장의 흙이 퇴적되어 형성될 당시의 조직과 상태가 변하게 되므로 시료에 의해 현장의 투수계수를 정확히 측정할 수 없다는 문제점이 있다.

또한, 성형된 시료의 내외부에 존재하는 공기층은 물의 흐름을 차단하여 정확한 시료의 투수계수를 측정할 수 없게 한다.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 현장에서 채취한 시료가 성형시 교란을 최소화한 상태로 세팅이 가능하고, 벽면효과를 방지할 수 있는 변수위 투수시험기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 성형된 시료의 내부 및 시료 세팅시 시료 상/하부에 공기가 배제되어 보다 정확한 투수계수를 측정할 수 있는 변수위 투수시험기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 변수위 투수시험기는 물이 담긴 내부공간부를 가지며 바닥에 형성된 장착부와 연통되는 배출구가 형성되고 상부가 개방된 통형의 하우징과, 시료가 장입되어 상기 장착부에 장착되되 물속에서 장착되는 시료장입링과, 상기 하우징과 결합되어 상기 시료장입링을 밀폐하며 상부에서 하부로 관통된 주입구가 형성된 덮개판을 갖는 몰드부와; 상기 시료장입링 내로 물을 공급하기 위한 물공급수단;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 물공급수단은 물을 저장하며 서로 다른 내경을 가지는 복수의 스탠드파이프와, 상기 스탠드파이프와 상기 덮개판의 주입구와 연결되어 설치되는 연결관을 구비하며, 상기 스탠드파이프는 내부에 저장되는 물의 수위강하를 측정하는 수위측정수단을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 시료장입링은 상기 하우징의 장착부에 분리 및 결합이 가능하게 장착 되며, 상기 덮개판의 하부에는 상기 시료장입링의 상부와 결합하며 상기 덮개판에 분리 및 결합이 가능하게 장착되는 덮개링을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 시료장입링은 시료가 교란되지 않고 상기 시료장입링의 내부로 트리밍되며 장입될 수 있도록 상부로 진행할수록 두께가 얇아지는 컷팅부를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징의 외측에는 기준수위유지수단이 더 구비되며, 상기 기준수위유지수단은 상기 하우징의 배출구와 연결되며 일정한 수위를 유지하는 월류저수조와, 상기 월류저수조가 내부에 설치되는 배수조를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 변수위 투수시험기에 의하면 컷팅부를 갖는 시료장입링의 내부로 시료의 직경을 맞추어 시료가 장입되는 과정에서 성형이 이루어지므로 링 내부의 시료가 교란되지 않아 현장과 조건과 거의 동일하게 투수계수를 측정할 수 있고, 링에 담긴 시료가 하우징 내부에 그대로 장착되므로 시료의 벽면을 따라 흐름이 형성되는 벽면효과를 방지할 수 있다.

또한, 시료가 장입된 시료장입링이 물에 잠겨 몰드 내에 장착되므로 공기층의 발생을 방지할 수 있어 시료의 포화도를 높여 정확한 투수계수의 측정이 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 변수위 투수시험기를 첨부된 도면을 참조하면서 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 변수위 투수시험기의 사시도이고, 도 2는 도 1에 적용된 시료가 장입된 몰드부의 분리사시도이고, 도 3은 도 1에 적용된 시료장입링에 시료가 장입되는 상태를 보여주는 단면도이고, 도 4는 도 1에 적용된 시료가 몰드부에 장입된 상태를 보여주는 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 시료(50)에 물을 투과시켜 시료(50)의 투수계수를 구하는 본 발명의 변수위 투수시험기(10)는 시료(50)가 장입되는 몰드부(100)와, 몰드부(100)에 장입된 시료(50)에 물을 공급하는 물 공급수단(200)과, 몰드부(100)에서 배출되는 물이 일정 수위를 유지되면서 배수되는 기준수위유지수단(300)을 구비한다.

시료(50)가 장입되는 몰드부(100)는 일정높이의 베이스부재(60)의 상부에 설치된다. 그리고 베이스부재(60)의 일측에서 수직 상방으로 일정 높이로 형성된 측면프레임(70)에는 물공급수단(200)이 설치된다.

물공급수단(200)은 몰드부(100)의 내부에 장입된 시료(50)의 내부로 물을 공급한다.

물공급수단(200)은 물을 저장하며 서로 다른 내경을 가지는 복수의 스탠드파이프(210)와, 스탠드파이프(210)에 저장된 물이 몰드부(100)로 공급되도록 스탠드 파이프(210)와 몰드부(100)를 연결하는 연결관(220)을 구비한다.

스탠드 파이프(210)는 측면 프레임(70)에 지지되어 수직하게 세워져 설치된다. 스탠드파이프(210)는 내부에 채워진 물의 수위가 외부에서 보이도록 투명한 소재를 이용하는 것이 바람직하다. 투명소재로는 유리나 투명아크릴을 이용한다. 스 탠드 파이프(210)는 다수가 설치되고 각각의 스탠드파이프(210)의 내경은 서로 달라 물의 투과성이 각각 다른 다양한 시료에 맞추어 사용할 수 있다. 따라서 점성토 뿐만 아니라 실트질토로 이루어진 시료의 투수계수까지 구할 수 있다.

점성토와 같이 물의 투수계수가 작은 시료는 내경이 작은 스탠드파이프(210a)를 이용하고 투수계수가 큰 시료는 내경이 큰 스탠드파이프(210d)를 이용한다. 각각의 스탠드파이프(210)의 하부에는 몰드부(100)와 연결관(220)에 의해 연결되는 데 각 연결관(220)에는 밸브(225)가 설치되어 사용하는 스탠드파이프(210)에서만 선택적으로 물이 공급될 수 있도록 한다.

스탠드파이프(210)는 내부에 저장되는 물의 수위를 측정하는 수위측정수단을 가진다.

수위측정수단으로서 수위를 측정할 수 있도록 눈금이 새겨진 자(280)를 스탠드파이프(210)에 인접하여 나란하게 설치한다. 이외에도 도시되지 않았지만 스탠드파이프(210)의 외측면에 눈금이 새겨져 수량을 측정할 수 있다.

스탠드파이프의 하방에 위치하는 몰드부(100)는 물이 담긴 내부공간부(113)를 가지며 바닥에 장착부(118)가 형성된 하우징(110)과, 장착부(118)에 장착되는 시료장입링(120)과, 하우징(110)과 결합되어 시료장입링(130)을 밀폐하는 덮개판(130)을 가진다.

하우징(110)은 상부가 개방된 원통형으로 형성되며 물이 일정량 저장된 내부공간부(113)의 바닥에는 시료장입링(120)이 장착되는 장착부(118)가 중앙에 형성된다. 그리고 장착부(118)가 형성된 하우징(110)의 바닥에는 물공급수단(200)에서 공 급된 물이 시료(50)를 통과하여 하우징(110)의 외부로 배출될 수 있도록 장착부(118)와 연통되도록 배출구가 형성된다. 배출구는 물저장수단(300)과 호스(128)로 연결된다. 도시되지 않았지만 호스(128)에는 유로를 개폐하는 밸브가 설치된다.

시료장입링(120)은 물이 채워져 있는 하우징(110)의 장착부(118)에 분리 및 결합이 가능하게 장착되는 것으로 상하부가 개방된 원통형의 형태를 갖는다. 시료장입링(120)은 하우징(110)에서 분리된 상태에서 시료(50)가 장입되어 하우징(110)에 장착된다. 시료장입링(120)의 하단부에는 기밀유지를 위한 밀봉부재가 설치된다. 밀봉부재로는 환형의 제 1오링(126)을 사용한다. 물론 오링(126) 이외에도 평판형의 고무패킹이나 기타의 실링재료들이 사용될 수 있다.

그리고 시료(50)의 하부에는 흙의 입자유실을 방지하기 위한 거름종이(147)가 놓이고 그 아래 하부다공판(145)이 배치되어 시료(50) 내부로 침투되는 물로 인한 시료(50)의 유실을 방지한다.

시료장입링(120)의 내부에 시료(50)가 교란되지 않고 장입될 수 있도록 시료장입링(120)은 상부로 진행할수록 두께가 얇아지는 컷팅부(125)가 형성된다. 시료장입링(120)의 컷팅부(125)를 현장에서 채취한 시료(50)의 상부에 올려놓고 시료(50)에 큰 압력이 가하지 않도록 시료(50)를 적당한 크기로 트리밍 하면서 시료장입링(120)을 가압한다.

따라서 시료(50)가 교란되지 않고 용이하게 성형됨과 동시에 시료장입링(120)의 내부로 장입된다. 시료장입링(120)은 일정한 크기의 내경을 가지며 하우징(110)의 바닥에서 일정높이로 형성되되 하우징(110)의 높이보다는 더 낮게 형성 된다. 시료장입링의 내경은 60mm이고, 높이는 20mm인 것이 바람직하다.

하우징(110)의 상부에는 하우징(110)과 결합되어 시료장입링(120)를 밀폐하는 덮개판(130)이 위치한다. 덮개판(130)의 하부에는 시료장입링(120)과 결합하며 상기 덮개판(130)에 분리 및 결합이 가능한 덮개링(135)이 장착된다. 덮개링(135)은 상하부가 개방된 원통형의 형상을 갖는다.

시료장입링(120)과 서로 결합하는 덮개링(135)의 하부는 시료장입링(120)의 컷팅부(125)와 대응되도록 하방으로 진행할수록 두께가 얇아지게 형성되어 시료장입링(120)에 덮개링(135)이 정밀하게 밀폐되는 것이 바람직하다.

덮개링(135)의 상단부에는 기밀유지를 위한 밀봉부재가 설치된다. 밀봉부재로는 환형의 제 2오링(136)을 사용한다. 물론 오링(136) 이외에도 평판형의 고무패킹이나 기타의 실링재료들이 사용될 수 있다. 그리고 시료(50)의 상부에는 거름종이(147)가 놓이고 그 위로 홀이 다수 형성된 상부다공판(140)이 배치된다.

덮개판(130)의 중앙에는 상부에서 하부로 관통된 주입구가 형성되어 연결관(220)과 연결되어 스탠드파이프(210)에 저장된 물이 시료장입링(120)의 내부에 장입된 시료(50)에 공급된다.

현장에서 채취된 시료(50)를 시료장입링(120)의 내부에 장입시킨 후 하우징(110)의 장착부(118)에 장착을 한다. 시료장입링(120)이 장착되면 덮개판(130)의 하부에 덮개링(135)을 장착한 후 하우징(110)과 결합하여 시료장입링(120)을 밀폐하게 된다.

상기와 같이 덮개판(130)이 하우징(110)과 결합하기 위한 수단으로 하우 징(110)의 단부에는 다수의 가이드바(115)가 수직상방으로 연장되어 설치된다. 가이드바(115)의 상부에는 너트(117)가 체결될 수 있도록 나사산이 형성된다. 그리고 가이드바(115)의 내측에 위치한 하우징(110)의 단부에는 하우징(110)과 덮개판(130)이 밀봉되도록 밀봉부재가 설치된다.

밀봉부재로는 환형의 제 3오링(150)을 사용한다. 물론 오링(150) 이외에도 평판형의 고무패킹이나 기타의 실링재료들이 사용될 수 있다.

그리고 가이드바(115)가 덮개판(130)에 관통되어 삽입될 수 있도록 가이드바(115)와 대향되는 덮개판(130)의 가장자리 측에는 관통공(131)이 형성된다.

이 외에도 도시되지는 않았으나 하우징(110)과 덮개판(130)의 결합수단으로 하우징(110)과 덮개판(130)의 외측에서 상호 가압되도록 결합시키는 클램프가 사용될 수 있다.

몰드부(100)는 내식성이 있는 금속이나 합성수지 등 다양한 소재로 성형될 수 있다. 이 중 시료의 성형 상태 및 시료의 투수과정 등을 눈으로 확인할 수 있도록 투명아크릴로 성형되는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명의 변수위 투수시험기에 적용되는 몰드부(100)의 하우징(110)과, 시료장입링(120)및 덮개판(130)은 투명아크릴로 제작한다.

그리고 시료를 성형하는 시료장입링(120)과 덮개링(135)은 스테인레스 스틸로 정밀하게 가공하는 것이 바람직하다.

기준수위유지수단(300)은 베이스부재(60)의 상부에 위치한 하우징(110)의 외측에 구비된다.

기준수위유지수단(300)은 일정량의 수위가 유지되며 월류저수조(320)와 상기 월류저수조(320)의 외부에 형성되는 배수조(310)을 가진다. 하우징(110)의 배출구와 호스(128)에 의해 연결된 월류저수조(320)를 통해 스탠드파이프(210)에서 시료(50)로 공급되는 물이 배수조(310)의 외부로 토출된다.

본 발명의 투수시험시 월류저수조(320)의 상단까지 물이 채워진 상태에서 투수시험을 실시하며 월류저수조(320)의 상단의 높이를 기준으로 하여 스탠드파이프(210)의 수위강하를 측정하게 된다. 따라서 수위측정수단인 자(280)는 배수조(310)내부의 월류저수조(320)의 상단에 맞추어져 영점을 유지한다.

본 발명의 실시 예에 따른 변수위투수시험기(10)의 몰드부(100)에 시료(50)가 장입되는 과정을 도 1과 도 3 및 도 4를 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이 먼저 현장에서 채취된 시료(50)를 시료장입링(120)에 장입하기 위하여 시료(50)의 상부에 시료장입링(120)의 컷팅부(125)가 위치하도록 하여 상방에서 살며시 눌러 시료(50)가 시료장입링(120)의 내부로 성형됨과 동시에 시료(50)가 장입된다. 이 경우 시료(50)에 가해지는 압력을 줄이기 위해 시료장입링(120)의 외측면에 위치한 시료(50)를 미리 깍아 시료장입링(120)의 외경과 비슷한 크기로 만들어 시료(50)를 장입한다.

그리고 도 4에 도시된 바와 같이 시료(50)가 장입된 시료장입링(120)의 하부에는 흙의 유실을 방지하기 위한 거름종이(147)와 하부다공판(145)을 설치한다.

시료(50)가 장입된 시료장입링(120)을 물이 채워진 하우징(110)의 내부공간부의 바닥에 위치한 장착부(118)에 장착한다. 물에 잠긴 시료장입링(120)의 상부에 는 거름종이(147)를 놓고 상부다공판(140)을 설치한 후 시료장입링(120)을 밀폐하기 위해 덮개판(130)의 관통공(131)으로 삽입되어 관통된 가이드바(115)의 상부에 너트(117)를 체결하여 하우징(110)과 덮개판(130)을 결합시킨다. 따라서 덮개판(130)의 하부에 위치한 덮개링(135)의 하부와 시료장입링(120)의 상부가 서로 맞물려 결합하게 된다.

상기와 같이 시료(50)가 장입된 시료장입링(120)이 몰드부(100)에 설치되면 도 1에 도시된 바와 같이 시료(50)의 투수성을 고려하여 알맞은 크기의 내경을 갖는 스탠드파이프(210)와 연결하고 해당되는 스탠드파이프(210)의 연결관(220)의 밸브(225)를 개방하여 스탠드파이프(210)에 저장된 물이 몰드부(100)로 공급되도록 한다.

몰드부(100)로 공급된 물은 시료장입링(120)의 내부에 장입된 시료(50)의 상부에서 하부로 투과되면서 월류저수조(320)를 통하여 배수조(310)에서 배수된다.

이 경우 월류저수조(320)의 상단의 높이를 기준으로 스탠드파이프(210)의 수위의 강하와 강하시간 및 강하된 수량을 측정하여 시료(50)의 투수계수를 구하게 된다. 이렇게 구한 시료(50)의 투수계수는 현장의 조건과 거의 동일하므로 현장의 조건이 반영된 정확한 투수계수를 구할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 등록청구범위에 의해서만 정해 져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 변수위 투수시험기의 사시도이고.

도 2는 도 1에 적용된 시료가 장입된 몰드부의 분리사시도이고,

도 3은 도 1에 적용된 시료장입링에 시료가 장입되는 상태를 보여주는 단면도이고,

도 4는 도 1에 적용된 시료가 몰드부에 장입된 상태를 보여주는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

50: 시료 100: 몰드부

110: 하우징 117: 장착부

120: 시료장입링 130: 덮개판

135: 덮개링 147: 거름종이

210: 스탠드파이프 310: 배수조

320: 월류저수조

Claims (5)

1. 물이 담긴 내부공간부를 가지며 상기 내부공간부의 바닥에 형성된 장착부와 연통되는 배출구가 형성되고 상부가 개방된 통형의 하우징과, 시료가 장입되어 상기 장착부에 장착되되 물속에서 장착되는 시료장입링과, 상기 하우징과 결합되어 상기 시료장입링을 밀폐하며 상부에서 하부로 관통된 주입구가 형성된 덮개판을 갖는 몰드부와;

   상기 시료장입링 내로 물을 공급하기 위한 물공급수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 변수위 투수시험기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 물공급수단은 물을 저장하며 서로 다른 내경을 가지는 복수의 스탠드파이프와, 상기 스탠드파이프와 상기 덮개판의 주입구와 연결되어 설치되는 연결관을 구비하며,

   상기 스탠드파이프는 내부에 저장되는 물의 수위강하를 측정하는 수위측정수단을 가지는 것을 특징으로 하는 변수위 투수시험기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 시료장입링은 상기 하우징의 장착부에 분리 및 결합이 가능하게 장착되며,

   상기 덮개판의 하부에는 상기 시료장입링의 상부와 결합하며 상기 덮개판에 분리 및 결합이 가능하게 장착되는 덮개링을 구비하는 것을 특징으로 하는 변수위 투수시험기.
4. 제 3항에 있어서, 상기 시료장입링은 시료가 교란되지 않고 상기 시료장입링의 내부로 트리밍되며 장입될 수 있도록 상부로 진행할수록 두께가 얇아지는 컷팅부를 가지는 것을 특징으로 하는 변수위 투수시험기.
5. 제 3항에 있어서, 상기 하우징의 외측에는 기준수위유지수단이 더 구비되며, 상기 기준수위유지수단은 상기 하우징의 배출구와 연결되며 일정한 수위를 유지하는 월류저수조와, 상기 월류저수조가 내부에 설치되는 배수조를 구비하는 것을 특징으로 하는 변수위 투수 시험기.

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