KR101011825B1 - 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치 - Google Patents

다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예는 프레임에 의해 지지되는 지지대, 지지대의 상부에 적어도 하나 이상 설치되는 집수조, 집수조 상면에 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 하부 전단 상자와, 하부 전단 상자와의 간격 조절이 가능하도록 하부 전단 상자 위에 놓이는 상부 전단 상자로 이루어지고, 공시체가 내부에 수용되는 전단상자, 전단상자의 상부에 설치되며, 공시체를 포화시키는 물의 공급수단, 전단상자에 수용되어 전단 시험중에 기울임이 없이 시료의 딜라턴시 현상에 대응되고 시료에 가해지는 수직하중의 편심이 방지되는 가압판, 전단상자의 일측에 설치되며, 다수의 공시체 각각에 서로 다른 수직방향으로 하중을 동시에 가하는 수직하중 현가장치, 및 지지대의 일측에 설치되며, 다수의 공시체에 수평방향으로 전단력을 동시에 가하는 전단력 인가수단을 포함하고, 시험소요시간의 단축과 시험결과의 신뢰성을 향상시킨, 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치를 제공한다.
Figure R1020090071561
전단 강도정수, 직접 전단시험, 압밀 정압 상태, KS F 2343-2007, ASTM D 3080-04, JGS 0561-2000

Description

다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치{Apparatus for the Direct Test of a Soil Multi Specimen under Consolidated Drained Conditions}
본 발명은 흙 시료에 대한 직접 전단시험으로 강도정수를 구하는 표준 시험법인 한국의 KS F 2343-2007(개정) 및 ASTM D 3080-2004(개정)과 일본의 JGS 0561-2000(개정)에 적합하고, 허용 최대 입경이 0.85mm인 흙 시료로 만든 다수의 공시체를 동시에 직접전단 시험을 수행할 수 있는 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 현장에서 채취된 흙 시료를 단면형상이 원형 또는 모서리-원호 정방형인 커터를 선택적으로 사용하여 흙 공시체로 가공하고 무게와 치수를 재어서 다수의 전단상자에 넣어 포화시킨 후에, 다수의 공시체 각각에 서로 다른 수직하중을 동시에 가하여 압밀시킨 후, 압밀과정의 수직하중을 유지하여 다수의 흙 공시체를 수평방향으로 동시에 이동시켜 시료 측면 중심부의 일면을 전단하는 장치로서, 다수의 공시체에 서로 다른 수직하중을 동시에 작용시킨 결과로 나타나는 공시체별의 압밀시간-침하량 상관관계의 그래프, 전단시험 과정에서 전단방향변형-전단응력 및 수직방향변형 거동의 상관관계 그래프에서 전단파괴 및 잔류강도 대응점, 전단방향변 형-수직방향변형량 거동의 그래프에 의한 딜라턴시(dilatancy) 현상의 파악, 수직응력-전단응력 관계의 선형회귀분석 및 시험종료 후에 회수된 시료와 건조시료 무게를 측정한 결과로 사용된 흙 시료의 최대입경, 시험 전/후의 함수비·밀도·간극비 등의 변화, 딜라턴시 성향, 한계밀도, 파괴 및 잔류강도에 대한 강도정수 등을 구하기 위한 시험기에 관한 것이다.
허용 최대입경이 0.85mm인 흙 시료에 대하여 커터를 사용하여 다수의 공시체를 가공하고, 공시체 각각의 무게와 크기를 측정하고, 상·하부가 한 쌍으로 조립·해체되는 전단상자에 넣어 포화시킨 다음, 각기 서로 다른 수직하중을 가하여 압밀시키는 과정에서 수직하중에 따른 흙 시료의 압밀시간-침하량 거동을 파악한 다음, 압밀하중을 유지한 상태에서 전단상자 중에 어느 하나를 수평방향으로 일정 변위속도로 이동시켜 전단상자에 수용된 공시체 측면 중심부의 일면을 전단하여, 시료의 수평변위 변화에 따른 흙 시료에 유발되는 수직방향 변형량과 전단 저항력의 변화거동을 측정하는 시험이다.
공시체 각각에 대한 시험 전·후의 치수와 무게, 압밀과정에서 각각의 공시체에 서로 다르게 가한 수직하중의 크기와 시간에 따른 침하량 변화를 측정하고, 압밀과정 종료 후에, 수평방향으로 일정한 속도 변형을 일으켜서 시료의 중앙부가 일면으로 파괴되는 과정에서 수평방향 이동량에 따른 시료에 유발되는 전단 저항력과 수직방향 변형량 등을 측정한 자료로 공시체 각각의 초기 및 파괴상태에 대한 함수비·밀도·간극비·포화도 등의 변화, 압밀과정의 압밀시간-침하량 거동, 전단파괴과정의 전단변형-전단응력 거동의 상관성, 전단응력-부피변화 거동의 상관성, 한계밀도와 간극비, 수직응력-전단응력 관계의 선형회귀분석으로 Mohr-Coulomb 강도규준에 따른 파괴 및 잔류강도에 대한 강도정수를 구한다.
강도정수는 수직응력-전단응력 상관성의 선형회귀분석 결과의 절편과 기울기로 정의되므로 선형회귀분석을 위한 좌표치는 3개 이상이므로 공시체 하나만이 수용되는 종래의 시험기로서는 3회 이상 반복해야 하므로 시험 소요시간이 오래 걸리는 단점이 있다.
흙 시료의 압밀-정압 일면 전단시험으로 구한 강도정수는 3축 압축시험의 압밀-배수 전단강도(Consolidated-Drained strength)를 간접적으로 간편하게 구하는 것이므로 전단과정에서 유발된 과잉간극수압이 거의 소산될만한 시간적 여유를 두어 충분히 느린 속도로 수행된다.
종래의 직접 전단시험기는 흙 공시체 하나만을 수용하여 독립적으로 수행하므로 시험시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 여기서, 흙 공시체 하나에 소요되는 시간을 살펴보면, 압밀과정에서는 사질토이면 100분 이상, 점성토는 200분 이상이며, 변형속도 0.2mm/min 및 최대전단변형률 15%로 설정한 경우의 전단파괴과정에 소요되는 시간은 45분이므로, 4개의 공시체를 독립적으로 수행할 경우의 소요시간은 사질토는 580분 이상, 점성토는 980분 이상으로서 장시간이 소요되는 단점이 있다.
그리고, 시료의 단면적이 크고 전단파괴되는 면적이 일정하게 변해야 실험결과치의 신뢰도가 높고 전단변형률의 산출이 가능한 장점이 있다.
직경 60mm인 기존의 원형 공시체는 전단 변형률에 따라 전단 파괴되는 면적이 점점 증가되는 단점이 있으며, 기존의 정방형 공시체의 단면은 50mm×50mm로서 전단파괴되는 면적은 일정하지만, 시료의 허용 최대입경이 0.71mm로 제한될 뿐만 아니라 단면적이 D60-원형보다 더 작은 단점이 있다.
또한, 기존의 수조는 전단상자 전체를 수용하여 시료를 포화시키는 형식이므로 수조가 넓고 높아서 전단상자에 접촉시키는 로드 셀이 요오크(yoke) 타입으로 연결되므로 전단상자와 로드 셀의 셋팅·해체 작업이 번거롭고, 본 발명과 같이 다수를 수용하기 위해서는 시험기 전체가 넓어져야 하는 단점이 있다.
시료의 상면과 하면에 놓이는 기존의 다공판은 표면이 요철(凹凸) 형식인데, 원형 공시체인 경우는 요철방향을 전단방향의 직각으로 정치시키기 곤란하며, 요철부분은 가공과 내구성의 한계로 인하여 요철의 볼록 부분이 넓고 깊으므로 시료에 관입되면서 교란되기 쉽고, 단단한 시료는 볼록 부분이 덜 관입되어 시료와 틈이 생기므로 직접전단 시험의 장점 중 하나인 딜라턴시 거동이 실제와 다르게, 즉 (+)딜라턴시가 과소평가로 초래되는 단점이 있다.
가동상자와 고정상자가 한 쌍으로 구성된 전단상자에서 가동부와 고정부 사이의 틈새를 조절하는 장치가 없는 종래의 전단상자는 상·하부 전단상자끼리 서로 접촉되므로 가동상자의 이동시에 마찰저항으로 인해서 시료에 작용되는 전단 저항력이 실제보다 더 크게 측정되는 단점이 있다.
아울러, 전단 파괴과정에서 가압판이 기울면 수직하중의 편심으로 등분포되지 않으며, 전단 중에 상부 전단 상자의 반력측이 들뜨면 모멘트 유발현상으로 시 료의 파괴면이 벌어지면서 파괴되므로 전단 저항력이 과소평가되는 단점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점들을 보완하기 위한 것으로, 본 발명의 일실시예는, 시험 공시체의 단면적의 최대화 및 정방형인 커터와, 동일한 흙 시료로 가공한 다수의 공시체를 동시에 시험 가능한 시험기 세트와, 종래의 공간이 넓은 수조형식을 지양하여 시료의 셋팅 완료시부터 전단 파괴과정 종료시까지 공시체를 포화상태로 유지함과 동시에 다수의 공시체가 수용되는 최소의 공간으로서 전단상자의 셋팅과 해체 작업이 간편화된 포화수와 관련된 다수(본 발명에서, 다수란 2개 이상을 뜻한다)의 수조와, 수조의 최소화로 인한 시료에 포화수를 공급하는 장치와, 공시체의 형상으로 원형 또는 정방형을 선택적으로 수용하는 공간이 있는 한 쌍으로 조립·해체되는 상·하부 전단 상자로 구성된 다수의 전단상자와, 전단상자에 수용된 다수의 공시체별로 서로 다른 수직하중을 동시에 가할 수 있는 수직하중 장치와, 수평방향 이동속도를 제어하여 수평방향력을 인가하는 하나의 동력장치와, 동력장치에 의해 다수의 가동 전단상자들을 수평방향으로 동시에 이동시키는 추진축 장치와, 전단상자 수용부에 시료의 정치·시험기 본체에 셋팅·포화·압밀과정을 거치는 동안은 한 쌍으로 조립·해체되는 전단상자의 틈새를 밀착·고정하고, 전단상자 중에 어느 한쪽이 수평이동되는 동안에는 이 틈새를 소정의 두께로 이격시킨 간격을 시험 종료시까지 유지하여, 가동상자의 이동시에 생기는 마찰저항을 감소시키는 장치가 부속된 다수의 상부 전단 상자와, 수조의 최소화로 인하여 하부 전단 상자(가동상자)가 수조 상면에 놓임으로써 생기는 가동상자 이동시의 마찰저항 감소장 치와 상·하부 전단상자의 틈새로 흘러나오는 물을 유도하는 장치가 부속된 하부 전단 상자와, 기울임을 방지하여 수직하중의 편심을 해소시키는 장치와 시료에 물을 공급하는 구멍이 있는 가동상자 이동시에 시료 상면에 놓이는 가압판과, 중앙의 관통구멍으로 물을 공급하는 깔때기를 정치하고 수직방향 변위 다이얼게이지의 니들(needle)의 접촉면으로 사용되는 가압판 상면에 놓여 수직하중을 전달하는 다수의 수평 바들(bars)과, 가동상자의 수평이동 변형으로 상부 전단 상자에 수용된 시료의 전단면에 작용되는 전단 저항력을 인가하는 다수의 로드 셀의 위치조절과 고정을 위한 다수의 지지대와, 수직방향 변위 다이얼 게이지의 위치를 조절하고 고정하는 다수의 지지대와, 수평방향 변위 다이얼 게이지 지지대 및 다수의 공시체에 각각 다른 일정 수직하중(Constant normal load)을 가할 수 있는 소정의 무게를 가진 추들이 포함된, 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치와 관련된다.
본 발명의 시험기 본체를 운용하는 데 필수불가결한 시험공시체는, 전술한 압밀 정압 직접전단 시험의 표준시험법에 따라, 공시체 높이와 길이 또는 직경의 비는 한국의 KS F 2343-2007(개정)과 미국의 ASTM D 3080-04(개정)은 1/2, 일본의 JGS 0561-2000(개정)에서는 1/3로 규정된 것을 충족시키고, 현재에 널리 이용되는 불교란 시료 채취관의 치수인 NX-size에 최대로 수용되는 시료의 단면적과 전단 시험과정에서 파괴면적의 변화량을 최소화할 수 있는 최적의 단면을 가진 모서리-원 호 정방형 커터를 채용함으로써 종래의 50mm×50mm인 정방형이나 D60-원형보다 시료의 면적을 더 증대시킴으로써 시험결과의 신뢰성을 증진시킨다. ·
본 발명의 시험기 주구조(main frame)는 크게 기둥, 기둥에 용접된 하부 지지대 및 상부 지지대 등으로 구성되며, 수직하중의 운용 시스템은 하부 지지대에 배치하고, 다수의 집수조 및 전단상자, 수평방향 변위를 일으키는 동력장치와 추진축 등은 상부 지지대에 정치시키되, 다수의 공시체가 동시에 수용되므로 시험기의 평면공간은 전단상자의 셋팅과 해체 작업이 쉽고 빠르게 운용되도록 최소화한다.
시험기의 하부는 기둥 하단의 바퀴, 하부 지지대, 스크류 잭, 추 받침판 등으로 구성되며, 바퀴는 시험기 전체의 무게를 지지하며 수평조절후 고정시켜야 하며, 스크류 잭은 상승·정지·하강 등의 동작이 전동식으로 제어되고, 상승 최대행정은 전단상자의 셋팅·해체 작업에 충분한 공간이 확보되어야 하며, 추 받침대는 소정의 높이로 올리면 추 무게가 받침대에 작용되어 공시체에 하중전달이 차단되고, 받침대가 하강하면 추와 받침판 사이의 이격과 동시에 공시체 각각에 서로 다른 일정 수직하중(constant normal load)이 작용되어야 하며, 받침대에 탑재되는 추들의 평면배치는 전단상자 내부에 수용된 공시체의 중심축과 일치시키고, 탑재되는 추들의 위치와 무게가 서로 다르므로 편심에 따른 변형이 고려되어야 하며, 리니어 베어링 장치따위로 상승·하강시에 판의 직진성이 유지되어야 한다.
시험기의 상부구조는 다수의 기둥에 용접되는 상부 지지대의 평면에 다수의 집수조, 날개달린 추진축, 수평방향 동력장치, 다수의 수직하중 전달장치, 다수의 로드셀의 지지대 및 다수의 연직변위 다이얼 게이지의 지지대 등을 분할 배치하고, 집수조를 얕게 하여 그 위에 다수의 전단상자 셋트를 올려놓아 종래의 단일 공시체만 수용하는 전단 시험기의 1.5 배 정도의 공간으로 4개 이상의 공시체가 동시에 수용되어 각각의 부품들이 서로 방해됨이 없도록 배치한다.
상부 지지대의 상면에 정치되는 다수의 집수조들은 얕게 하여 종래의 넓고 깊은 수조가 차지하는 공간을 최소화하고, 이 집수조 위에 미끄럼 장치가 장착된 가동전단 상자들을 정치시킴으로써 전단상자의 셋팅·해체 작업의 번거로움을 해소하고, 다수의 가동상자들을 동시에 수평변위를 일으키는 추진축은 전단상자들이 배치된 공간만큼 길어지므로 직선이동이 보장되는 장치(LM guide)를 부착하고, 추진축의 직각방향으로 다수의 날개를 확장하여 각각의 날개 측면에 가동상자를 접촉시켜 추진축의 가동과 동시에 다수의 가동상자들을 수평방향으로 이동시키며, 수평방향 변위를 일으키는 동력장치의 구동 모터는 상부 지지대를 관통하여 추진축과 직교되게 배치하여 공간을 감소시키고 추진축의 감속장치는 웜과 웜휠 구조의 결합으로 감속하여 전단 변위속도를 상기 표준 시험법의 0.02∼0.2mm/min로 유지되도록 구성한다.
집수조 위에 놓여 선택적으로 채용되는 원형 또는 모서리-원호 정방형 공시체(S) 하부를 수용하는 하부 전단상자(가동상자)들은 수평이동시에 집수조와 가동상자 사이의 마찰저항의 감소장치가 부속되며 상자 상면은 상하부 상자 틈새로 흘러나온 물을 유도하여 집수조로 보내는 배수로가 있으며, 가동상자와 한쌍으로 조립·해체되는 상부상자는 상자의 조립/시료의 셋팅/압밀 등의 과정에서는 상·하부 접촉부를 밀착고정 시키는 볼트와 전단과정에서는 틈새의 이격거리를 조절하여 마찰저항을 해소시키는 장치가 부착되고, 가압판의 기울음 방지장치의 핀 홀들과 상부상자의 반력측이 들뜸을 방지하는 핀 홀은 시료의 전단파괴면에 순수한 전단저항력이 작용되도록 하며 상부 전단상자 상면에 깊이 2mm 정도의 홈은 공시체가 수용된 커터의 중심을 맞춤으로써 공시체가 전단상자의 수용부 중심과 일치되어 삽입되며, 공시체의 하면에 놓이는 하부 다공판에 달린 침봉들은 대칭으로 배치시켜 침봉들이 전단방향에 관계없이 대칭으로 놓이며 완전히 관입되어 다공판이 공시체 표면에 밀착되므로 종래의 요철형의 볼록부분이 덜 관입됨으로써 생기는 딜라턴시 변화량에 미치는 영향을 해소하고, 공시체의 상면에 놓이는 상부 다공판들은 수직하중을 시료에 분포시키고 여기에 부착된 침봉들은 상기의 하부 다공판에 달린 침봉들과 같은 기능이며 가압판과 접촉되는 면에 놓이는 다공질 막박은 시료의 투수성에 따라 교체가능하며, 상부 다공판 위에 놓이는 중공 가압판의 상면에 리니어 베어링 장치를 장착하여 가압판의 기울음 방지로 수직하중의 편심현상을 해소하고 중앙의 구멍으로 물이 공급되며 하부에 밀폐고정된 다공석판은 공급된 물을 일시적으로 체류·분산·투과시키며, 가압판들 위에 놓이는 수평 바들(bars)의 중심에 뚫린 구멍은 수직하중을 가압판 중심과 일치시키고 포화수 공급용 깔때기의 수용과 연직방향 다이얼게이지의 좌대로 사용되며, 수평 바들(bars)의 양단에서 하부로 연장되어 상부 지지대를 관통된 연직봉은 수직하중을 가하는 장치들을 상하로 자유롭게 움직여 정 수직하중(Constant normal load)을 가압판에 전달시키며, 공시체 각각에 서로 다른 수직하중을 가하는 소정의 무게로 가공한 추들, 추들을 동시에 올리고 내리는 스크류 잭 장치에 장착된 리니어 베에링 셋트는 추의 상승·하강시 연직축을 일치시키며, 수평바들(bars)과 가압판 중심의 구멍으로 물을 공급하는 깔때기, 다수의 상부상자의 반력측에 설치되어 시료의 전단 저항력을 인가하는 로드 셀의 지지대들, 상부 지지대의 전면부에 설치되어 일정 변위속도를 제어하여 다수의 가동상자를 동시에 이동시키는 힘을 구동하는 동력장치, 압밀과정 및 전단파괴과정에서 공시체의 수직변형량을 측정하는 다이얼 게이지의 지지대 및 수평방향 변형량 측정용 다이얼 게이지의 지지대 등으로서 다수의 흙 공시체에 각각 다른 수직하중을 동시에 작용시킨 수직하중에 따른 압밀침하 변화와 전단 파괴거동에 대한 정보를 획득하여 표준시험법으로 규정된 한국의 KS F 2343-2007(개정), 미국의 ASTM D 3080-04(개정), 일본의 JGS 0561-2000(개정)에 타당한 압밀 정압 직접 전단 시험 장치에 관련된다.
본 발명의 일실시예에 따른 압밀 정압 직접 전단 시험 장치에 의하면, 다수의 공시체에 동시에 서로 다른 수직하중을 가하여 전단 파괴시험을 수행할 수 있으므로, 시료의 포화압밀전단파괴 과정에 소요되는 시간을 종래의 단일 공시체용 시험기보다 더욱 단축시킬 수 있다.
본 발명의 직접 전단 시험기에 필수적인 공시체의 가공을 위한 커터는 공시체) 높이에 대한 직경비를 표준시험법에 규정된 한국의 KS F 2343-2007(개정) 및 미국의 ASTM D 3080-04(개정)에서의 1/2, 일본의 JGS 0561-2000(개정)에서 1/3을 선택적으로 채용할 수 있으며, 특히 모서리-원호 정방형 커터는 시험 공시체의 단면적을 종래의 원형 공시체 보다 증대시키고, 전단 파괴되는 면적이 거의 일정하게 변하므로 시험결과의 신뢰성을 증진시켰다.
시험기 본체의 하부에 바퀴를 달아 시험기 위치를 실험실 공간에 적합하게 수시로 이동하여 시험기의 상부 지지대를 수평으로 설치(level 조정)할 수 있다.
시험기 하부에 거치되는 전동식 스크류 잭과 추 받침판은 추들의 편심을 최소화하여 동시에 상승·정지·하강 등의 동작을 전동식으로 제어함으로써 다수의 공시체 각각에 서로 다른 일정 수직하중을 가하고(Constant normal loading) 제하(unloading)할 수 있다.
상부 지지대의 상면에 정치되는 다수의 집수조들을 얕게 하여 종래의 넓고 깊은 수조가 차지하는 공간을 최소화하고, 이 다수의 집수조 위에 각각의 전단상자들을 정치시킴으로써 전단상자의 셋팅·해체 작업의 번거로움이 해소되었다.
추진축에 장착된 레일과 블럭이 직선이동을 유도하며, 추진축의 양쪽을 확장시킨 다수의 날개는 하나의 추진축 가동으로 다수의 가동상자들을 수평방향으로 동시에 이동시키며, 특히 추진축 하나로 다수의 전단상자들을 동시에 수평 이동시키므로 수평방향 변위 게이지는 하나만 사용되는 장점이 있는 추진축 장치이다.
수평방향 변위를 일으키는 동력장치의 구동 모터는 상부 지지대 아래에 배치하여 시험기의 평면공간을 축소하고 구동 모터 축에 웜과 웜휠 구조로 결합된 감속장치는 상기 표준 시험법에 규정된 일정 변위속도를 0.02∼0.2mm/min로 제어하며, 수평방향 변위량은 설정한 일정 변위속도에 전단과정의 시간을 곱한 값이므로 수평 방향 변위 다이얼 게이지를 부착하지 않아도 되는 장점이 있다.
집수조 위에 놓이는 하부 전단 상자(가동상자)의 하면에 클램핑 볼트 또는 바퀴를 부착함으로써 수평이동시에 집수조와 가동상자 사이의 마찰저항의 감소효과가 있으며, 상하부 상자 틈새로 흘러나온 물은 상자상면의 배수로를 통해 집수조로 유도되며, 집수조에 저류된 물은 집수조에 장착된 배수구로 배수되므로 물이 외부로 넘치는 현상이 방지된다.
가동상자와 한 쌍으로 조립·해체되는 상부 전단 상자에 장착되는 조립·해체용 볼트는 시료의 셋팅과 압밀 등의 과정에서는 상·하부 접촉부를 밀착고정 시키며, 끝이 클램핑 볼트로 상·하부의 밀착된 틈새를 소정의 두께롤 조절함으로써 마찰저항을 해소시키고, 상면의 깊이 2mm 홈에 공시체가 수용된 커터의 중심을 맞춤으로써 공시체가 전단상자의 수용부 중심과 정확히 일치되도록 삽입시키는 효과가 있다.
가압판 중앙의 관통 홀로 후술되는 물 공급용 깔때기로부터 물이 유하되며, 가압판의 하부는 약간의 공간을 두어 하단부를 다공질 석판으로 밀폐·고정하여 유하되는 물은 일시적으로 저류되어 상부 다공판으로 분산·침투되며, 가압판 상면을 수평이동방향으로 확장한 부분에 장착된 리니어 부시의 중심과 일치되는 상부 전단 상자 상면부의 홀에 삽입되는 샤프트(shaft)에 의해 가압판의 중심위치가 유지되므로 수직하중의 편심과 가압판 외측면-상자내면 사이의 마찰저항이 없으므로 가압판에 가해진 수직하중은 등분포로 시료에 전달되는 효과가 있다.
공시체의 상면과 하면에 놓이는 다공판에 달린 침봉들은 대칭으로 배치시킴 으써 침봉들이 전단방향에 관계없이 대칭으로 놓일 뿐만 아니라 완전히 관입되어 다공판이 공시체 표면에 밀착되므로 종래의 요철형의 볼록부분이 덜 관입됨으로써 생기는 딜라턴시 변화량에 미치는 영향이 해소되며, 침봉이 달린 반대면에 소모성 박판을 놓음으로써 시료의 투수성에 따라 교체가능하며, 특히 다공판의 두께를 조절함으로써 전단상자의 수용부를 공시체 두께/직경 비를 1/2로 즉, 큰 것으로 제작하여 두께/직경 비 1/3인 것도 사용할 수 있는 효과가 있다.
가압판 위에 놓이는 수평 바(bar)의 폭은 가압판과 같거나 크게 취함으로써 상자의 이동중에 수직하중 전달용 연직봉의 진동을 최소화하고, 중앙의 관통 구멍에 유출부가 길게 제작된 포화수 공급용 깔때기를 삽입하여 가압판의 중심과 수평 바의 중심을 일치시키고, 연직방향 다이얼게이지의 좌대로 사용되며, 수평 바들(bars)의 양단에서 하부로 연장되어 상부 지지대를 관통하는 연직봉은 수직하중을 가하는 장치들을 상하로 자유롭게 움직이도록 함으로써 추에 의해 가해지는 정 수직하중(Constant normal load)이 가압판에 자유롭게 전달되는 효과가 있다.
본 발명은 허용 최대 입경이 0.85mm인 흙 시료를 소정의 크기로 제작한 공시체를 대상으로 압밀 정압 직접 전단 시험을 수행하여 강도정수를 구하기 위한 표준시험으로 제안된 한국의 KS F 2343-2007(개정), 미국의 ASTM D 3080-04(개정) 및 일본의 JGS 0561-2000(개정) 등에 타당한 방법으로, 다수의 공시체를 동시에 시험 가능한 장치에 관한 것으로, 본 시험 장치의 뼈대 구조는 다수의 기둥과 기둥 상· 하부에 강결된 상부 지지대와 하부 지지대로 구성되며, 하부 지지대 부분에는 다수의 공시체에 가해지는 수직하중 장치들이 배치되고, 상부 지지대에는 주로 흙 공시체가 수용된 전단상자 세트와 수평방향 이동장치들이 배치된다.
하부 지지대에 배치되는 수직하중 재하 장치부분은 하단에 추(weights)가 고정되어 추의 무게를 수직하중으로 전달시키는 연직봉들, 다수의 추들을 연직방향으로 동시에 상승·하강시키는 추 받침대, 추 받침대를 상승·정지·하강시키는 힘을 구동시키는 전동제어식 스크류 잭 등으로 구성된다.
상부 지지대는 시험기의 전체적인 변형에 충분한 강성을 지니며, 이 지지대의 상부에 다수의 수조들과 공시체가 수용되는 다수의 전단상자 세트들 및 일정변위 속도로 수평 방향으로 이동시키는 추진축에 관련된 장치들과 시료의 전단저항력·수평방향변위·수직방향변위를 측정하는 계기들을 지지하는 장치들이 배치된다.
전술한 집수조 상면에 놓이는 다수의 전단상자 세트는 하부 전단 상자와 상부 전단 상자가 한 쌍으로 조립·해체되며, 하부 전단 상자는 가동형, 상부 전단 상자는 고정형으로서, 상자의 중앙에 상기 표준시험으로 제안된 한국의 KS F 2343-2007(개정), 미국의 ASTM D 3080-04(개정) 및 일본의 JGS 0561-2000(개정)에 규정된 시료의 높이/직경 비를 1/2과 1/3를 동시에 충족시킬 수 있는 공시체·다공판·가압판 등의 수용부가 있으며, 시료의 포화와 압밀과정에서 상자를 고정시키는 장치, 가동상자의 수평이동으로 시료를 전단시키는 과정에 필요한 상·하부 상자 사이의 마찰저항 감소와 수직하중의 편심을 방지하는 장치 및 상·하부 상자 사이로 흘러나오는 물을 유도하여 수로에 저류시키는 배수로 등의 장치들로 구성된다.
상기의 수평방향 이동장치는 추진축과 수평변위를 일으키는 동력장치들로 구성되며, 추진축은 레일과 블록으로 구성된 직선이동을 유도하는 장치(LM guide)에 부착되며, 추진축의 양쪽으로 연장하여 수용되는 전단상자의 개수에 대응되는 날개로 구성되어 추진축이 이동되면 날개에 접촉시킨 가동상자들이 동시에 직선으로 이동되며, 동력장치는 일정변위속도를 제어하여 추진축을 수평방향으로 이동시키는 장치로서 구동 모터·모터의 제어장치·감속기·동력 전달축 등으로 구성된다.
상기의 가압판은 수직재하용 추의 무게를 시료에 전달하며, 중앙의 관통 홀로 시료에 물을 공급하며, 하부에 공간부를 두어 밀폐·고정시킨 다공질 석판에 물이 일시적으로 저류되어 상부 다공판으로 분산·침투되며, 상면에 장착된 리니어 부시에 샤프트(shaft)를 삽입하여 가압판의 기울음을 방지함으로써, 시험중에 가압판-전단상자 사이의 마찰저항을 해소하고 수직하중이 등분포로 작용되게 한다.
상기 가압판 위에 놓이는 수평 바(bar)는 양단에 연결되는 연직봉으로 추의 무게가 전달되며, 연직봉의 상승·하강으로 수평 바가 가압판에 접촉·이격됨에 따라 시료에 작용되는 수직하중이 전달·차단되며, 시료를 포화시키기 위한 물은 중심의 관 홀에 삽입한 깔때기를 통해 하부로 흘려보낸다.
본 발명의 특징 중의 하나인 물의 공급 계통은 전술한 수평 바(bar)와 가압판 중에 뚫은 관통 홀에 삽입되는 깔때기에 물을 채워 깔때기, 수평 바와 가압판의 관통 홀, 가압판 하부의 다공질 석판에서 일시적 저류·분산·침투, 틈새 조절 필터층, 침봉달린 상부 다공판을 통해 흙 공시체에 침투·포화되며, 다공판으로 배출되는 물은 집수조에 직접 유하되거나 하부 전단 상자의 배수로를 통해 집수조에 저 류된다.
그리고, 다수를 수용한 공시체에 대응되는 연직방향 변위량 게이지, 수평방향 게이지 및 전단 저항력을 인가하는 로드 셀 등을 상부 지지대에 배치·고정시키는 지지대 등과 이 시험을 위한 시험 공시체의 단면 형상을 원형 또는 모서리-원호 정방형으로 가공하는 커터가 포함되며, 상기 다수의 전단상자들은 공시체 수용부가 원형 또는 모서리-원호 정방형 공시체를 선택적으로 사용하여 다수의 공시체를 동시에 수용하여 압밀 정압 직접 전단시험을 수행할 수 있는 장치이다.
이하, 본 발명의 일실시예에 제시된 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 제시된 도면들에 도시된 선들의 굵기나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명의 부품들의 용도와 기능에 중점을 두어 표현한 것이므로 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들의 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용에 근거하여 내려져야 할 것이다.
아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 설명이나 예시이므로, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
실시예
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치의 개괄적인 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치의 개괄적인 평면 배치도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치의 수직하중 재하를 위한 현가장치의 개괄적인 단면 도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공시체를 포화상태로 유지시키는 물의 흐름 계통의 개략적인 단면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수평방향력을 전달하는 추진축에 대한 개략적인 평면도,
도 6(a)는 본 발명의 일실시예에 따른 모서리-원호 정방형 커터의 단면도와 입면도이고, 도 6(b)는 원형, 정방형 및 모서리-원호의 단면에 크기의 상관관계의 설명도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 집수조 평면도와 단면도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 하부전단상자의 평면도와 입면도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 상부전단상자의 평면도와 입면도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 다공판의 평면도와 입면도,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 가압판의 평면도와 입면도,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 액츄에이터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치의 주요 구조(main frame)의 설명도이며, 프레임의 전체적인 변형에 충분히 저항하는 강성을 지닌 다수의 기둥(100), 기둥 하부에 용접된 하부 지지대(200) 및 기둥 상부에 용접된 상부 지지대(300) 등 3 부분으로 구성되며, 기둥(100) 하단에 시험 장치 전체를 이동/수평조절/고정 등을 하는 기능을 지닌 바퀴(101)가 부착된다.
하부 지지대(200)의 상면에 상승·정지·하강 등의 동작이 전동식으로 제어되는 스크류 잭(201), 스크류 잭(201)의 상면에 고정되어 상승·정지·하강되는 추 승강판(202)과, 하부 지지대(200)에 고정되어 추 승강판(202)에 관통된 다수의 연직샤프트(shaft, 203), 샤프트(203)를 수용하여 추 승강판(202)을 연직방향 직선이동을 유도하는 리니어 베어링(204), 추 받침판(205), 추 받침판(205)의 중앙에 고정되어 상부로 연장된 연직봉(207)과, 추 받침판(205)에 중심에 놓여 공시체(S)에 수직 정하중을 가하는 다수의 추(206), 추의 무게를 전달하는 가로바(208), 가로 바(208)의 양단에 연결되어 상부 지지대(300)를 관통하는 한 쌍의 현가장치(209) 등으로 구성된다.
상부 지지대(300)에는 다수의 전단상자 세트, 전단상자를 수평방향으로 이동 시키는 동력장치 및 시료의 수평방향변위·수직방향변위·전단저항력 등을 측정하는 계기들을 고정하는 지지대들이 배치되는데, 수평방향으로 동력을 일으키는 계통은 상부 지지대의 중심축 한 쪽에 관통된 부분에 연직으로 지지되는 구동 모터(301)와, 모터(301)의 회전속도·회전방향의 제어장치(302)와, 웜과 웜 휠이 결합되어 모터(301)의 구동축의 방향을 직각으로 전환하는 감속기(303,304)와, 감속기 내부에 장착되는 추진 볼트(309)와, 상부 지지대(300)의 중심축에 고정되는 레일(310)과, 레일(310)과 한 조로 조립되어 수평방향으로 직선이동을 유도하는 블록(311) 및 불록(311)의 상면에 고정된 다수의 날개(312)가 달린 추진축(313) 등으로 구성된다.
상기의 상부 지지대(300)에는 다수의 집수조(20)가 설치되고, 집수조(20) 각각에 전단상자 세트가 놓이며, 전단상자 세트는 공시체(S)의 단면형상을 원형 또는 모서리-원호 정방형을 선택적으로 수용하는 하부 전단 상자(361)와 상부 전단 상자(362)가 한 쌍으로 조립해체되며, 상자의 중앙은 하부 다공판(363)과, 흙 공시체(S)와, 상부 다공판(364)과, 가압판(365)과, 수직하중을 전달하는 수평 바(366) 및 시료에 물을 공급하는 깔때기(367)등으로 구성되며, 모터(301)를 일정 변위속도로 구동하면 추진 볼트(309)가 회전되면서 추진축(313)을 수평방향으로 직선이동시키면 추진축(313)과 일체로 달린 다수의 날개(312) 각각에 접촉시킨 하부 전단 상자(361)들이 동시에 수평으로 이동되면서 시료의 측면 중앙부가 전단되며, 이 과정에서 공시체(S) 각각의 전단저항력이 인가되는 로드 셀 고정대(340)와, 연직방향 변위량이 인가되는 연직방향 다이얼 게이지 고정대(341) 및 수평방향 변위량이 인가되는 수평방향 다이얼 게이지 지지대(342) 등으로 구성된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치의 평면 배치를 개략적으로 제시한 평면도로서, 상부 지지대(300)에 놓이는 전단상자 세트, 수평방향력를 구동시키는 액츄에이터, 계측에 사용되는 로드 셀(390), 수평변위 다이얼 게이지 및 수직변위 다이얼 게이지 고정장치들의 평면배치도(도 2의 실시예는 4 세트가 배치된 예를 들어 설명하고 있으나, 필요에 따라 그 수가 증가될 수 있음은 물론이다. 즉, 본 실시예는 전단상자 세트가 2개씩 2열로 배치되었지만, 3개씩 2열 또는 3열로도 배치될 수 있다)이다.
시료가 수용된 다수의 전단상자 세트를 집수조(20) 위에 정치하여 각각의 하부 전단 상자(361) 측면을 추진축(313)의 날개(312)들에 접촉시킨 다음, 모터(301)를 작동시키면 웜-월 휠(303)의 구동으로 추진 볼트(309)가 회전되어 추진축(313)이 수평방향으로 변위되면서 다수의 하부 전단 상자를 동시에 직선이동시키는 방식이다. 각 상부 전단 상자 반력측에 설치된 로드 셀 고정대(340)에 지지되는 로드 셀(390)에 전단 파괴과정에서 시료에 작용되는 전단저항력이 인가되며, 각각의 전단상자 세트에 대응되는 연직방향 다이얼 게이지 고정대(341)에 부착·고정되는 다이얼 게이지와 수평방향 다이얼 게이지 지지대(342)에 부착되는 다이얼 게이지에 각각 연직변위 및 수직변위가 인가된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압 밀 정압 직접 전단 시험 장치의 수직하중 재하방법을 개략적으로 설명하는 단면도로서 크게 3 가지, 즉 공시체(S)에 일정한 수직하중을 전달차단하는 현가장치, 현가장치를 승강·정지·하강시키는 장치 및 소정의 무게를 지닌 추들로 구성된다.
수직하중 현가장치는 최상단에 수평 바(366), 한 쌍의 연직봉(209), 추 받침판(205)이 부착된 하부 연직봉(207) 및 여기에 얹어지는 다수의 추(weights, 206)로 구성되며, 가압판(365) 위에 놓이는 최상단의 수평 바(366)의 중심에 후술되는 물 공급용 깔때기(367)를 수용하는 홀이 형성되며, 수평 바(366)의 길이는 집수조(20)의 폭 이상이며, 너비는 가압판(365)의 폭 정도로 넓게 취하여 가압판(365)의 편심을 감소시킨다.
한 쌍으로 구성되는 연직봉(209)의 상단은 수평 바(366)의 양단에 볼트로 체결되며, 상부 지지대(300)를 관통연장되어 하단에 가로 바(208)와 볼트로 체결된다.
가로 바(208)의 중심에 추 받침판(205)이 부착된 연직봉(207)이 볼트로 체결되며, 추 받침판(205)에 소정의 무게로 가공된 다수의 추(206)를 올려놓아 시료에 수직 정하중이 전달되는 현가장치이다.
다수의 공시체 각각에 서로 다른 수직하중을 전달하는 현가장치도 수용되는 공시체의 수에 대응되므로 한 쌍의 연직봉(209)과 추 받침판(205)이 부착된 연직봉(207)은 양단 수나사 릴리프 홈 붙이 형 샤프트(Both sides male screw with relief type shafts)로 다수의 현가장치의 길이를 일정하게 유지시켜야 하며, 다수의 공시체 각각에 서로 다른 수직하중을 가하기 위해 탑재되는 추(206)들이 구비되 어야 한다.
본 발명은 다수의 공시체를 동시에 수용하므로, 그에 따라 각각 서로 다른 추(206)로 재하된 다수의 현가장치를 동시에 작동시키는 장치는 스크류 잭(201), 추 승강판(202) 및 리니어 베어링(204)으로 구성된다.
하부 지지대(200)에 고정되는 스크류 잭(201)의 상승·정지·하강은 전동제어로 작동되며, 수직하중 전달용 현가장치를 최대 위치로 올려 시험 전후에 다수의 전단상자 세트를 이동하기 쉬운 공간을 확보할 만한 행정(stroke)을 지녀야 하며, 스크류 잭(201)의 하강작동으로 추 승강판(202)이 추 받침판(205)에 접촉되어 다수의 현가장치들이 동시에 하강되면서 수평 바(366)가 가압판(365)에 수직하중을 전달하고, 이와 반대로 스크류 잭(201)이 상승작동시에는 추 승강판(202)이 추 받침대(205)들을 동시에 상승시키므로 도 3의 일실시예처럼 가압판(365)과 수평 바(366) 사이가 이격되어 가해진 수직하중이 차단된다.
다수의 현가장치에 각각 서로 다른 추(206)들이 재하되는 관계로, 추 승강판(202)이 상승시에는 편심하중이 작용되므로 이 편심하중에 따른 변형에 저항되는 강성을 지녀야 하며, 특히 추 승강판(202)의 기울음을 방지하기 위해서 하부 지지대(200)에 고정시킨 다수의 연직 봉(203)에 대응되는 리니어 베이링(204)을 장착하여 직선이동을 유도한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공시체를 포화상태로 유지시키는 물의 흐 름 계통의 개략적인 단면도로서 본 발명의 특징 중의 하나이다.
점토 시료인 경우는 포화시키는 데 장시간이 소요되므로, 커터에 시료가 수용된 채로 넓은 수조에 수침시켜서 수침 전/후의 무게 차이로 포화도를 검토하는 것이 일반적이다.
본 발명에서의 점토질 시료는 전술한 방법 따위로 미리 포화시킨 시료를 대상으로 하며, 압밀전단 과정에서 포화상태로 유지시키기 위해 물을 공급한다.
다만, 투수성이 큰 사질토나 별도로 수침시키는 과정을 거치지 않은 불포화토는 본 발명에 제시된 방법이 적용된다.
깔때기(367)는 수직하중 현가장치 최상단의 수평 바(366)와 가압판(365)의 중심에 일치시킨 홀에 삽입되며, 깔때기에 채워진 물은 가압판(365) 하부의 공간부(369)에 일시적으로 정체되어 다공질 석판(368)을 통해 침봉달린 상부 다공판(364)과 필터 층(93)으로 유입되어 서서히 공시체(S)에 침투된다.
공시체(S) 포화후 과잉공급되거나 수직하중 작용으로 유발되는 과잉간극수는 침봉달린 하부 다공판(363)과 필터층(93)으로 유출되어 집수조(20)에 유하된다.
집수조(20)에 저류된 물은 밸브의 개폐로 상부 지지대(300)의 배수구(24)와 호스(25)로 소제와 함께 배수시킨다.
특히, 본 발명에서는 전단 파괴 시험 중에는 하부 전단 상자(361)와 상부 전단 상자(362) 사이의 마찰저항을 소거시킬 목적으로 틈새를 이격시키므로, 이 틈새로 흘러나오는 물은 하부 전단 상자(361) 상면에 형성된 채널(515)에 유도되어 배수구(516)를 통해 집수조(20)로 유하된다.
도 5는 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치의 가동 전단 상자에 수평변위를 일으켜서 시료의 전단파괴를 유발시키는 장치의 평면도이다.
추진축(313)은 넓은 철판을 절단하여 양쪽으로 다수의 날개(312)가 달린 형식으로서, 다수의 가동상자를 대상으로 동시에 수평변위를 일으키므로 직선이동을 유도하기 위해 중하중용 광폭 목 선형이동가이드(LM guide)가 장착된다.
즉, 선형이동가이드(LM guide)의 레일(310)은 관통 홀(320)을 이용하여 상부 지지대(300)와 볼트로 고정되며, 블록(311)의 탭 홀(321)을 이용하여 추진축과 볼트로 접합한다.
추진축(313)의 하중 전달 볼트(305)를 수동으로 조작하여 추진축(313)에 달린 다수의 날개(312) 각각에 하부 전단 상자(361)의 측면을 접촉시킨 후, 동력 구동부의 추진 볼트를 전진시키면 다수의 하부 전단상자(361)들이 동시에 수평방향으로 이동되면서 시료가 전단 파괴되는 형식이다.
다수의 공시체 각각에 서로 다른 수직하중을 가하므로 그에 대응하여 전단 저항력도 각각 다르므로 수평변위를 일으키는 날개(312)는 편심하중을 받는 캔틸레버 보로서 도 5에 예시된 바와 같이 고정부는 변형에 대한 충분한 강성을 지니도록 설계되며, 연장길이(span)는 하부 전단 상자의 폭에 준한다.
여기서, 날개(312)와 추진축(313)이 일체구조이므로 변형에 대한 충분한 강성이 유지되면, 다수의 가동상자(하부 전단 상자)가 동시에 동일한 수평변위를 일 으키므로 수평방향 변위 게이지는 하나만으로 충분한 장점이 있는 형식의 장치이다.
추진축을 구동시키는 액츄에이터 장치는 후술되는 도 12에서 상세하게 설명된다. 추진축(313)은 일정 변위속도(Constant strain rate)로 제어되는 추진 볼트(309)에 의해 이동되는데 이 구동장치의 상세한 내용은 후술되는 도 12에서 설명된다.
도 6은 본 발명의 흙의 직접 전단 시험에 필수적인 공시체(S)를 제작하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 커터의 단면 형상이다,
도 6b에서, 현재 널리 사용되는 불교란 시료의 채취관(13, UD sampling tube)의 내경 75mm(NX-size)에 적합한 정사각형의 모서리를 1/4 원호로 제거한 커터(10 ; 이하 ‘모서리-원호 정방형’)를 자세히 설명하기로 한다.
시험에 사용되는 공시체(S)는 단면적이 크고, 전단 파괴되는 면적 또는 길이의 변화가 일정하면 시험결과치의 신뢰도가 높다.
기존의 직경60mm인 원형(14, 이하 ‘D60-원형’이라 한다) 공시체는 전단 변형률에 따른 파괴면적과 길이가 증가되는 단점이 있으므로, 이러한 단점을 해소하기 위한 50mm50mm인 정방형(15 ; 이하 ‘L50-정방형’)은 허용되는 시료의 최대입경이 D6-원형(14) 단면의 0.85mm보다 작은 0.71mm로 제한되고 단면적도 더 작은 단점이 있다.
본 발명은 이러한 단점을 보완하기 위해서, 도 6b에서 정방형(11)의 모서리 부분(12)이 현재 널리 사용되는 불교란 시료의 채취관(13 ; UD sampling tube)의 내경 75mm(NX-size)의 내부에 있도록 모서리를 1/4원호로 처리함으로써, 단면적이 D60-원형(14)보다 크고, 전단 변형량에 따른 전단 파괴되는 면적의 변화를 최소화시킨 공시체(S) 제작용 커터(10)를 개발하였다.
공시체의 높이/직경 또는 높이/변장 비의 규격은 한국산업규격 KS F 2343 (2007 개정)과 미국의 표준시험법 ASTM D 3080-04(개정)은 1/2, 일본의 JGS 0561-2000(개정)은 1/3이므로 커터의 높이는 표준규정에 따라 도 2a에 제시된 일실시예의 H1 및 H2와 같이 별개로 제작되며, 공시체(S)를 가공할 때에 시료의 교란현상을 방지될 수 있도록 칼날부(10b)의 면적비를 6% 이하로 최소화하는 것이 바람직하다.
도 7은 상부 지지대(300)의 상면에 배치되는 집수조(20)의 일실시예로서 평면의 폭은 전단 상자 폭보다 크며 전단상자가 이동되는 축방향은 폭보다 길며 중앙에 개구부(21)가 있으며, 공시체(S)의 하부에서 배출되어 개구부(21)에 저류된 물이 상부 지지대(300)의 관통 홀(330)을 통해 밸브(331)의 개폐로 유출시키는 형식이다.
집수조(20) 하면과 상부 지지대(300)의 상면 사이에 고무판(22)을 깔아 탭 홀(23)과 상부 지지대(300)의 관통 홀(331)에 볼트(332)로 고정밀폐시킨다.
집수조(20)의 상면에 전단 상자 세트(361,362)가 수용되므로 수평변위 방향(길이방향)으로 하부 전단 상자(361)의 가동시에 상자의 이탈을 방지하기 위한 단 턱(24)이 있으며, 캠 폴로우어 또는 클램핑 볼트(401) 따위를 다수의 관통 탭 홀(25)에 장착하여 마찰저항 감소와 전단상자 세트(361,362)의 수준(leveling)을 조절한다.
도 8은 전단상자 세트 중에 하부 전단 상자(361)의 일실시예이며, 상자의 중앙에 형성된 공간(511)에 공시체(S)의 하부와 침봉달린 하부 다공판(363)이 수용된다.
공간(511)의 단면은 전술한 도 6의 D60-원형(12) 또는 모서리-원호 정방형(10) 공시체의 단면치수와 일치되며, 공간(511)의 높이는 표준시험법 KSF 2343-2007, ASTM D3080-04에 규정된 높이/직경비를 1/2로 취하여 이 비율이 다르게 규정된 JGS 0560-2000의 1/3에 대해서는 하부 다공판(363)의 두께를 조절함으로써 높이/직경 비 1/2 및 1/3을 모두 사용할 수 있다.
하부 전단 상자(361) 하면의 단턱(512)에 위에 놓인 침봉달린 하부 다공판(363)은 공시체에 작용시킨 수직하중을 지지하므로 변형에 충분한 강성을 지녀야 하며, 하부 중앙의 관통부(513)는 시료 하부에서 배출되는 물의 배출구로서 시험 종료후에 파괴된 시료와 상/하부에 배치된 침봉달린 다공판(363)을 손가락으로 눌러서 회수하기 위한 공간이며, 탭 홀(517)에 장착되는 볼트로 상부 전단 상자(362)와 한 쌍으로 조립하여 시료 삽입·포화·압밀 등의 과정에서 상/하부 전단 상자가 움직이지 않게 체결한다.
그리고, 하부 전단 상자의 상면의 채널(515)은 전단 시험과정에서 상부 전단 상자(362)와 이격시킨 틈새로 흘러나오는 물을 유도하여 다수의 배수구(516)를 통해 집수조(20)로 유하된다.
도 9는 하부 전단 상자(361)와 한 쌍으로 조립·해체되는 상부 전단 상자(362)의 평면도와 입면도의 일일시예로서 중앙의 관통된 공간부(370)에 공시체(S), 침봉달린 상부다공판(363) 및 가압판(365) 등이 수용되며 공간부(370)의 단면치수는 전술한 도 6의 원형(13) 또는 모서리-원호 정방형(10) 커터로 가공되는 공시체(S)와 일치된다.
공간부(370) 상단의 단턱(372)은 도 6에서 설명된 모서리-호 정방형 또는 D60-원형의 외경보다 0.2mm 정도 크고 깊이는 얕게 형성되는데, 상기 커터에 수용된 시료를 상/하부 전단상자의 공시체 수용부 중심에 맞추어 삽입하기 위한 것이며, 관통 홀(371)은 하부 전단 상자(361)와 조립/해체에 사용되는 볼트의 삽입구이며, 홀(373)은 후술되는 가압판(365)에 장착된 리니어 베어링(376)에 삽입되는 샤프트(378)로 힌지 연결하기 위한 것이다.
다수의 관통 탭 홀(375)은 클램핑 볼트로 시료의 전단과정에서 상/하부 전단 상자 사이의 틈새를 조절한다.
상부전단 상자의 반력측에 형성되는 홀(377)에는 로드 셀(390) 중심축 끝을 얕게 삽입하여 상부 전단 상자(362)가 들뜨는 현상을 방지한다.
여기서, 가압판(365)의 리니어 베어링(376)에 힌지로 연결되는 샤프트(378), 홀(377)에 로드 셀(390)의 중심축과 힌지 연결 및 관통 탭 홀(375)에 장착되는 클 램핑 볼트 등의 장치들은 전단 시험중에 가압판(365)의 기울음을 방지하여 가압판-상부상자 내벽 사이의 마찰저항 해소, 수직하중의 편심 방지, 상/하부 전단 상자 사이의 마찰저항을 해소시킴으로써 기계적인 결함 방지, 가압판의 기울음, 상/하부 전단 상자 사이의 마찰, 고정상자의 반력부의 들뜸 등의 현상으로 유발되는 수직응력의 편심과 상부 전단 상자에 수용된 시료가 벌어짐으로써 전단 저항력이 과소평가되는 요인들을 해소하여 강도정수의 평가에 신뢰도를 향상시킨 장치이다.
도 10의 침봉달린 다공판(363)은 전단상자 내부에 수용되는 공시체(S)의 상하부 표면에 정치되어 공시체(S)의 위치를 확보하여, 물의 침투와 배출 및 수직하중의 전달 등의 기능을 지니며, 단면치수는 전술한 도2의 커터 단면보다 0.3mm 정도 작고, 구성요소는 다공판 본체(363), 다수의 구멍(91), 다수의 침봉(92) 및 필터 층(93) 등이다.
직접전단 시험에 사용되는 흙 시료의 투수계수는 사질토의 경우 0.05∼0.1cm/sec, 점토질은 10-5∼10-3cm/sec 정도이므로, 필터 층(93)은 이에 적합한 전용 압지나 토목섬유 따위를 시료가 접촉되는 쪽에 펼치는데, 수시로 교체되는 소모성 재료이다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 침봉달린 다공판(363)에 관통시킨 다수의 구멍(91)의 치수에 제한되지 않는 장점이 있다.
기존의 다공판은 한 쪽면을 요철(凹凸)로 구성하여 요철의 오목부에 구멍을 뚫는 형식으로서 볼록부의 폭이 넓고 깊으므로 점성토는 볼록부분이 시료에 관입되면서 교란되기 쉽고, 사질토는 볼록부분이 시료에 덜 관입되므로 딜라턴시 측정량에 오차를 초래하며, 원형 다공판은 요철 방향을 전단 변위 방향의 직각으로 맞추기가 곤란한 단점이 있다.
본 발명의 침봉달린 다공판(363)은 대칭배열되는 다수의 침봉들(91)이 부착되므로 다공판이 방향에 관계없이 정치되며, 다수의 침봉(92)들은 시료에 쉽게 관입되므로 기존의 요철형(凹凸形)에 비해서 시료의 교란이 적고 다공판(363)이 시료 표면에 밀착되므로 기존의 다공판이 시료에 덜 관입됨으로 인한 딜라턴시 측정치의 오차를 해소시킨 장치이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치의 가압판(365)과 그에 인접된 장치를 설명하기 위한 개괄적인 평면도와 단면도로서 상면의 단턱(381), 리니어 베어링 수용부(376), 중앙의 관통 홀(382), 하부의 공간(369) 및 하단을 밀폐고정시킨 다공질 석판(368) 등으로 구성된다.
가압판(365) 상면의 단턱(381)에 수직하중 전달용 현가장치 상단에 놓이는 수평 바(366)가 놓이며, 수평 바(366)의 중심을 맞추고 수평방향으로 이동을 방지시키며, 중앙의 관통 홀(382)에 물 공급용 깔때기(367)를 삽입함으로써 가압판(365)과 수평 바(366)의 중심을 일치시켜서 시료에 일정한 수직하중을 가함과 동시에 물이 유하되는 통로이다.
가압판(365)의 하부는 다공질 석판(368)으로 밀폐고정되므로, 깔때기(367)에 유하된 물은 하부의 공간(369)에 일시적으로 정체되어 다공질 석판(368)을 통해 침투되며, 다공질 석판(368)은 여기서 일종의 필터 기능을 하게 된다.
가압판(365)의 상면을 길이방향(시료의 전단 방향)으로 확장하여 리니어 베어링 수용부(376)가 있으며, 여기에 삽입되는 샤프트(378)는 상부 전단상자(362)와 힌지 연결된다.
이와 같이 힌지로 연결되는 샤프트(378)는 시료가 전단파괴되는 동안에 가압판(365)이 기울음을 방지하여, 압밀침하로 시료의 침하현상으로 가압판(365)이 하부로 이동될 경우나 전단과정에서 시료의 딜라턴시 현상으로 가압판(365)이 상/하로 변위될 경우에 가압판(365)과 상부 전단 상자(362) 내벽 사이의 마찰을 감소시킬 뿐만 아니라, 가압판(365)에 작용된 수직하중이 편심되지 않은 등분포 하중으로 시료에 전달되게 함으로써 기존의 가압판과는 차별화된 장치이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 전술한 도 5의 추진축(312,313)을 일정변위 속도(Constant strain rate)로 수평이동시키는 동력장치와 이와 연관되는 장치를 개략적으로 설명하는 액츄에이터의 단면도이다.
주요 얼개는 구동 모터(301), 웜과 웜 휠(303,304), 추진 볼트(309), 웜 휠의 고정장치 및 보호 커버(820) 등으로 구성된다.
구동 모터(301)는 상부 지지대(300)를 관통하여 헤드 부분이 고정되며, 전술한 도 1에 제시된 제어장치(302)의 조작으로 회전·역회전 속도가 일정하게 작동되 며, 모터의 회전축(301a)에 웜(303)을 삽입하여 이에 대응되게 결합되는 웜 휠(304)에 의해 회전방향이 90o로 전환·감속된다.
웜 휠(304) 내부는 길이 방향으로 암나사(female screw)로 형성되며, 여기에 삽입되는 추진 볼트(309)가 웜 휠의 회전방향으로 회전되는데, 추진 볼트(309)의 슬롯(305b)에 볼트(306)로 구속하여 회전을 방지시킴으로써 추진 볼트(309)를 추진시킨다.
직진성을 유지하기 위해 길게 연장하여 휠(wheel)이 없는 부분을 상부 지지대(300)에 고정된 지지벽(308a,308b)의 관통 홀에 삽입하고, 지지벽(308a,308b)의 관통 홀 내면과 웜 휠(304)의 직선부의 사이의 마찰을 감소시키기 위한 리니어 부쉬(307a,307b)로 지지된다.
모터(301)의 진동으로 인한 체결부가 이완되어 구동축(301a)의 중심 위치를 확보하기 위해서 소켓(825)에 구동축(301a)에 대응되는 키 홈이 형성된 보강축(826)과 구동축(301a)을 키(829)로 결합하여 회전마찰을 감소시키는 리니어 베어링(824)을 보호 커버의 뚜껑(cap, 820)에 고정시켜서 구동 모터(301)의 회전동작이 일관성 있게 추진볼트(309)에 전달되도록 고안된 장치이다.
시험 개시시에는 슬롯(305b)에 체결되는 볼트(306)를 풀어 하중 전달 볼트(305)를 돌려서 상기 도 5에서 제시된 추진축(313)과 접촉시키며, 시험 종료 후에는 이와 반대로 수행된다.
여기서, 도 5에서 제시된 수평방향 추진장치를 부연설명하면, 추진축(313)의 직선이동을 유도하는 레일(310)은 상부 지지대(300)와 관통 홀(320)에 체결되는 볼트로 고정되며, 레일에 조립되어 직선이동되는 블록(311)과 추진축(313)은 탭 홀(321)에 체결되는 볼트로 결합되므로 추진 볼트(309)의 구동에 의해 추진축(313)과 날개(312)가 이동됨에 따라 다수의 하부 전단 상자(361)가 동시에 수평이동되면서 전단상자에 수용된 흙 공시체(S)를 전단 파괴시키도록 구성된 장치이다.
본 발명의 일실시예에 따른 압밀 정압 직접 전단 시험 장치는 다음과 같이 사용될 수 있다.
먼저, 표준시험 방법을 한국의 KS F 2343-2007(개정) 또는 미국의 ASTM D 3080-04(개정)과 일본의 JGS 0561-2000(개정) 어느 규정을 적용할 것인지, 공시체의 단면 형상을 기존의 D60-원형과 본 발명의 일실시예에 제시된 모서리-원 정방형 중에서 어느 것을 택할 지를 결정하여 그에 대응되는 다수의 커터, 침봉달린 다공판, 가압판, 수직하중 재하용 추들을 준비한다.
입도분석 결과로, 시험 대상의 시료가 상기 표준시험법에 규정된 허용 최대입경인 지를 결정한다.
선택된 커터를 사용하여 공시체(S)를 제작하고, 치수와 무게 등을 측정하여 함수비, 밀도, 간극비, 포화도 등을 산출한다.
시료를 포화시기 위해 시료가 수용된 다수의 커터를 넓은 수조에 넣어 하루이상 수침시키고 포화도를 검사한 후, 시료가 포화될 때까지 수침과정을 반복한다.
추 승강판(202)을 최저 위치로 유지하여 추 받침판(205)에 다수의 공시체(S) 에 각각 서로 다른 수직하중에 대응되는 추(206)를 탑재하여 수직하중 재하용 다수의 현가장치들을 최상부의 위치로 올려서 정지상태로 유지시킨다.
하부 전단 상자(361)와 상부 전단 상자(362)를 탭 홀(517)과 관통홀(371)에 볼트로 밀착 체결한다. 다만, 상부 전단 상자의 관통 탭 홀(375)에 체결되는 볼트의 볼 팁이 돌출되지 않도록 한다.
하부 전단 상자(361)의 공간(511)에 침봉달린 다공판(363)을 넣어 하부 전단 상자(361) 하단의 단턱(512)에 안착시킨다.
다음, 상부 전단 상자(52) 상단의 단턱(372)에 시료가 수용된 커터를 맞추어 그에 대응되는 가압판(365)으로 시료를 밀어넣은 다음 시료 상면에 침봉달린 다공판(364), 가압판(365) 순서로 삽입한다.
추 승강판을 하강시키면서 가압판(365) 상면의 단턱(381)을 이용하여 현가장치의 수평 바(366)와 가압판(365)의 중심위치를 맞추되, 가압판(365)과 수평 바(366)가 서로 접촉되지 않게 유의한다(시료에 하중이 작용되지 않도록 유의한다).
본 발명의 일실시예에 따른 도 11에 제시된 샤프트(378)를 가압판(365)에 장착된 리니어 베어링(376)과 도 9에서 하부상자에 형성된 홀(373)에 장착하여 가압판(365)이 기울지 않고 연직방향으로만 변위되도록 한다
깔때기(367)를 수평 바(366) 및 가압판(365)의 관통 홀에 삽입하고 물을 채워 시료를 포화시킨다(시료는 넓은 수조에 수침시킨 과정에서 미리 포화시킨 것이 지만, 투수성이 높은 사질토는 전단상자에 셋팅하는 동안 미량이나마 배수되어 불포화 상태일 수도 있기 때문이다).
깔때기(367)에 채워진 물의 자연 유하로 시료가 포화되는 동안에, 로드 셀(390)의 하중전달 볼트를 조절하여 다수의 전단상자 세트들을 추진축(313)의 날개에 접촉시킨 후, 전단상자 세트가 움직이지 않도록 추진 볼트의 슬롯(305b)에 볼트(306)를 고정하고, 구동 모터(301)가 작동할 경우에 다수의 하부 전단상자들이 동시에 일정 변위속도(Constant strain rate)로 수평변위가 유발되도록 준비한다.
수평방향 변위계기, 수직방향 변위계기 및 로드 셀의 ‘0-눈금’을 점검·재조정하여, 추 승강기를 최저 위치까지 하강시켜 다수의 공시체(S)에 각기 다른 수직하중을 동시에 재하시킴과 동시에 경과시간에 따른 침하량(연직방향 변위)을 기록한다.
이 압밀과정에서, 경과시간-침하량 상호관계를 작도하여 소정의 압밀도(Degree of consolidation)에 이를 때까지 계속한다.
압밀과정이 종료되면, 도 8에 제시된 탭 홀(517)과 도 9의 관통 홀(371)에 장착된 상/하부 전단 상자의 체결볼트를 해체하고, 도 9에 제시된 탭 홀(375)에 장착된 클램핑 볼트(374)로 하부 전단 상자(361)과 상부 전단 상자(362) 사이의 틈새가 소정의 간격(통상적으로 점토시료는 0.1∼0.3mm, 사질시료는 0.3∼0.6mm)이 유지되도록 조절한다.
이후, 로드 셀과 수평방향 변위계의 0-눈금을 재확인하고, 제어장치(302)를 소정의 변위속도와 한계 행정으로 설정하여 구동 모터(301)를 구동시킴과 동시에 적당한 시간간격으로 시료에 유발되는 수평변위와 전단 저항력을 기록한다.
이 전단 파괴과정은 수평방향 변형율 10∼20%에 이를 때까지 계속한다. 다만, 전단 과정에서는 시료가 전단된 면으로 물이 흘러나갈 가능성이 크므로 깔때기(367)에 채워진 물을 수시로 보충한다.
시험이 완료되면 깔때기(367)를 회수, 승강판(202)을 최대 행정위치로 정치, 구동 모터(301)를 역으로 구동하여 추진축(313)을 후진, 각종 계측기를 해체, 샤프트(378)의 상향체결 등의 과정을 거쳐 전단 상자를 시험기 외부로 옮겨서 하부 전단 상자(361)의 하단의 관통부(513)를 이용하여 침봉달린 하부 다공판(363), 전단 파괴된 공시체(S), 침봉달린 상부 다공판(364)을 회수하여, 침봉달린 다공판을 제거한 시료의 무게와 함수비를 측정한다.
추 승강판(202)을 최저 위치로 정치하고, 집수조(20)에 고인 물을 배수시켜서 시험기를 시험전의 상태로 유지한다.
시험 성과표를 작성한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치의 개괄적인 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치의 개괄적인 평면 배치도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치의 수직하중 재하를 위한 현가장치의 개괄적인 단면 도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공시체를 포화상태로 유지시키는 물의 흐름 계통의 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수평방향력을 전달하는 추진축에 대한 개략적인 평면도.
도 6(a)는 본 발명의 일실시예에 따른 모서리-원호 정방형 커터의 단면도와 입면도.
도 6(b)는 원형, 정방형 및 모서리-원호의 단면에 크기의 상관관계의 설명도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 집수조 평면도와 단면도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 하부전단상자의 평면도와 입면도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 상부전단상자의 평면도와 입면도.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 다공판의 평면도와 입면도.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 가압판의 평면도와 입면도.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 액츄에이터를 개략적으로 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
S : 흙 공시체 10 : 커터
20 : 집수조 21 : 개구부
22 : 고무판 92 : 침봉
93 : 필터층 100 : 기둥
101 : 바퀴 200 : 하부 지지대
201 : 스크류 잭 202 : 추 승강판
205 : 추 받침판 206 : 추
207 : 연직봉 208 : 가로바
300 : 상부 지지대 301 : 구동 모터
302 : 제어장치 309 : 추진 볼트
310 : 레일 311 : 블록
313 : 추진축 361 : 하부 전단 상자
362 : 상부 전단 상자 363 : 하부 다공판
364 : 상부 다공판 365 : 가압판
366 : 수평 바 367 : 깔때기
368 : 다공질 석판 390 : 로드셀
515 : 채널 820 : 보호커버

Claims (8)

  1. 프레임에 의해 지지되는 지지대;
    상기 지지대의 상부에 적어도 하나 이상 설치되는 집수조;
    상기 집수조 상면에 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 하부 전단 상자와, 상기 하부 전단 상자와의 간격 조절이 가능하도록 상기 하부 전단 상자 위에 놓이는 상부 전단 상자로 이루어지고, 공시체가 내부에 수용되는 전단상자;
    상기 전단상자의 상부에 설치되며, 상기 공시체를 포화시키는 물의 공급수단;
    상기 전단상자에 수용되어 전단 시험중에 기울임이 없이 시료의 딜라턴시 현상에 대응되고 시료에 가해지는 수직하중의 편심이 방지되는 가압판;
    상기 전단상자의 일측에 설치되며, 상기 다수의 공시체 각각에 서로 다른 수직방향으로 하중을 동시에 가하는 수직하중 현가장치; 및
    상기 지지대의 일측에 설치되며, 상기 다수의 공시체에 수평방향으로 전단력을 동시에 가하는 전단력 인가수단;을 포함하는 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 공시체는,
    원형, 또는 모서리가 라운드진 정방형 단면 형상의 칼날부를 가진 커터에 의 해 제작되는 것을 특징으로 하는 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 상부 전단 상자는,
    연직으로 관통되는 탭 홀에 장착되는 클램핑 볼트에 의해, 상기 하부 전단 상자와의 간격 조절이 가능하고, 상기 지지대의 일측에 고정된 로드 셀의 일단이 삽입되도록 홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 수직하중 현가장치는,
    상기 공시체의 상부에 안착되고 상면에 단턱을 가진 가압판과, 상기 가압판의 상단을 가로질러 접촉되는 광폭 수평 바와, 상기 수평 바의 양단에 각각 연직으로 결합되고 상기 지지대를 관통·연장되어, 하부에 마련되는 추의 하중을 전달하는 연직봉을 포함하며, 동시에 상승·정지·하강함으로써 다수의 공시체에 각각 다른 수직하중을 동시에 가하는 것을 특징으로 하는 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 전단력 인가수단은,
    상기 하부 전단 상자의 일측에 걸리도록 양단에서 폭이 확장 형성되는 날개부를 가지고, 상기 지지대의 일측에 설치되는 액츄에이터에 의해 슬라이드 이동 가능한 추진축을 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 액츄에이터는,
    보호커버와, 상기 보호커버의 하단에 설치되는 구동모터와, 상기 구동모터에 의해 작동되는 웜휠과, 상기 웜휠로부터 구동력을 전달받아 전/후진하며 상기 추진축을 직선이동시키는 추진볼트와, 상기 보호커버의 상단에 구비되는 부쉬 내에 지지되며 상기 기어드모터의 구동축에 연결되는 보강축을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 가압판은,
    라운드진 코너를 가진 정방형, 또는 원형의 횡단면 형상이고, 중공을 가지며, 상기 광폭 수평 바를 수용하는 단턱이 있으며, 상면에 장착된 리니어 베어링에 의해, 하부 전단 상자가 수평방향으로 이동되는 동안 기울어짐이 방지되는 것을 특징으로 하는 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 공시체의 상측 또는 하측에 놓여지는 침봉달린 다공판을 더 포함하되, 상기 침봉달린 다공판에는 다수의 침봉이 대칭으로 배열되는 것을 특징으로 하는 다수의 흙 공시체를 동시에 수용하는 압밀 정압 직접 전단 시험 장치.
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Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102914475A (zh) * 2012-10-17 2013-02-06 中国矿业大学 一种观测水下土与结构界面力学特性的剪切试验装置
CN103245770A (zh) * 2013-04-19 2013-08-14 河海大学 电渗-真空-加载联合固结仪
KR20160039970A (ko) * 2014-10-02 2016-04-12 한국지질자원연구원 흙 시료 속에 함유된 간극수의 염분측정장치 및 그 측정방법
CN106289984A (zh) * 2016-08-02 2017-01-04 广西大学 一种独立面式加载装置的固结仪
CN107515153A (zh) * 2017-08-31 2017-12-26 常熟市徐润机电有限公司 上剪切盒平行锁定装置
CN107576580A (zh) * 2017-08-31 2018-01-12 常熟市徐润机电有限公司 应变控制式直剪仪
CN108152103A (zh) * 2017-12-23 2018-06-12 郑州大学 一种饱和重塑黏性土环刀试样的制备装置及其使用方法
CN108254263A (zh) * 2017-12-15 2018-07-06 浙江科技学院 一种基于标准单元限位块组装式多尺寸结构面剪切盒组装方法
CN110221039A (zh) * 2019-05-27 2019-09-10 中国地震局工程力学研究所 一种用于砂土饱和度检测的样品箱
CN110887715A (zh) * 2019-12-26 2020-03-17 聂德新 碎裂、架空岩体变形和强度参数原位测试模具
CN111238963A (zh) * 2020-02-17 2020-06-05 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 非饱和土湿载直剪试验装置及增湿强度获取方法
CN111595689A (zh) * 2020-06-22 2020-08-28 昆明理工大学 一种二氧化碳饱和及水头反压饱和的动三轴实验仪器
US20210208040A1 (en) * 2018-05-31 2021-07-08 Yeditepe Universitesi Automatic funnel control device
CN113092344A (zh) * 2021-05-13 2021-07-09 广西交科集团有限公司 一种多功能路基土体压实试验系统
CN113702151A (zh) * 2021-07-14 2021-11-26 长沙理工大学 一种移动便携式自动化剪切仪
CN115235867A (zh) * 2022-07-21 2022-10-25 浙江大学 土在动荷载作用下的再固结试验装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10267809A (ja) * 1997-03-26 1998-10-09 Koa Kaihatsu Kk 比抵抗測定装置を設けた圧密試験装置
JPH1164202A (ja) * 1997-08-21 1999-03-05 Fujita Corp せん断強度試験装置およびせん断強度試験方法
JP2003014427A (ja) 2001-06-29 2003-01-15 Yokohama Tlo Co Ltd 円柱供試体の軸歪み及び側方歪みの計測装置及び計測方法
KR20040045136A (ko) * 2002-11-22 2004-06-01 삼성물산 주식회사 삼축압축시험기

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10267809A (ja) * 1997-03-26 1998-10-09 Koa Kaihatsu Kk 比抵抗測定装置を設けた圧密試験装置
JPH1164202A (ja) * 1997-08-21 1999-03-05 Fujita Corp せん断強度試験装置およびせん断強度試験方法
JP2003014427A (ja) 2001-06-29 2003-01-15 Yokohama Tlo Co Ltd 円柱供試体の軸歪み及び側方歪みの計測装置及び計測方法
KR20040045136A (ko) * 2002-11-22 2004-06-01 삼성물산 주식회사 삼축압축시험기

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102914475A (zh) * 2012-10-17 2013-02-06 中国矿业大学 一种观测水下土与结构界面力学特性的剪切试验装置
CN102914475B (zh) * 2012-10-17 2014-12-31 中国矿业大学 一种观测水下土与结构界面力学特性的剪切试验装置
CN103245770A (zh) * 2013-04-19 2013-08-14 河海大学 电渗-真空-加载联合固结仪
CN103245770B (zh) * 2013-04-19 2015-03-25 河海大学 电渗-真空-加载联合固结仪
KR20160039970A (ko) * 2014-10-02 2016-04-12 한국지질자원연구원 흙 시료 속에 함유된 간극수의 염분측정장치 및 그 측정방법
KR101642496B1 (ko) 2014-10-02 2016-07-25 한국지질자원연구원 흙 시료 속에 함유된 간극수의 염분측정장치 및 그 측정방법
CN106289984A (zh) * 2016-08-02 2017-01-04 广西大学 一种独立面式加载装置的固结仪
CN107515153A (zh) * 2017-08-31 2017-12-26 常熟市徐润机电有限公司 上剪切盒平行锁定装置
CN107576580A (zh) * 2017-08-31 2018-01-12 常熟市徐润机电有限公司 应变控制式直剪仪
CN107576580B (zh) * 2017-08-31 2023-12-19 常熟市徐润机电有限公司 应变控制式直剪仪
CN107515153B (zh) * 2017-08-31 2023-12-19 常熟市徐润机电有限公司 上剪切盒平行锁定装置
CN108254263A (zh) * 2017-12-15 2018-07-06 浙江科技学院 一种基于标准单元限位块组装式多尺寸结构面剪切盒组装方法
CN108254263B (zh) * 2017-12-15 2020-08-21 浙江科技学院 一种基于标准单元限位块组装式多尺寸结构面剪切盒组装方法
CN108152103A (zh) * 2017-12-23 2018-06-12 郑州大学 一种饱和重塑黏性土环刀试样的制备装置及其使用方法
US11953470B2 (en) * 2018-05-31 2024-04-09 Yeditepe Universitesi Automatic funnel control device
US20210208040A1 (en) * 2018-05-31 2021-07-08 Yeditepe Universitesi Automatic funnel control device
CN110221039A (zh) * 2019-05-27 2019-09-10 中国地震局工程力学研究所 一种用于砂土饱和度检测的样品箱
CN110887715A (zh) * 2019-12-26 2020-03-17 聂德新 碎裂、架空岩体变形和强度参数原位测试模具
CN111238963A (zh) * 2020-02-17 2020-06-05 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 非饱和土湿载直剪试验装置及增湿强度获取方法
CN111595689A (zh) * 2020-06-22 2020-08-28 昆明理工大学 一种二氧化碳饱和及水头反压饱和的动三轴实验仪器
CN111595689B (zh) * 2020-06-22 2024-02-27 昆明理工大学 一种二氧化碳饱和及水头反压饱和的动三轴实验仪器
CN113092344A (zh) * 2021-05-13 2021-07-09 广西交科集团有限公司 一种多功能路基土体压实试验系统
CN113702151A (zh) * 2021-07-14 2021-11-26 长沙理工大学 一种移动便携式自动化剪切仪
CN113702151B (zh) * 2021-07-14 2024-04-09 长沙理工大学 一种移动便携式自动化剪切仪
CN115235867A (zh) * 2022-07-21 2022-10-25 浙江大学 土在动荷载作用下的再固结试验装置

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