KR101231654B1 - 전단탄성계수 계측장치 - Google Patents

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KR101231654B1
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Abstract

본 발명은 전단탄성계수를 시험할 수 있는 전단탄성계수 계측장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 전단탄성계수 시험 대상 시료(2)가 채워지는 토조(10); 상기 토조(10) 내 시료(2)의 일측에서 진동을 발생시키며, 상기 시료(2)를 통해 전달된 진동을 상기 토조(10) 내 시료(2)의 타측에서 수신하여, 상기 진동 발생시와 상기 진동 수신시 간 시간차(Δt)에 의해 상기 시료(2)의 전단탄성계수를 계측하는 전단탄성계수 계측부(100); 상기 전단탄성계수 계측부(100)에 의해 상기 토조(10) 내 시료(2)의 동결에 따른 전단탄성계수를 계측할 수 있도록, 상기 토조(10) 내 시료(2)를 동결시키는 동결부(20);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전단탄성계수 계측장치를 제시한다.

Description

전단탄성계수 계측장치{MEASURING APPARATUS OF SHEER MODULE FOR SOIL}
본 발명은 토사, 그라우트 등의 전단탄성계수를 시험할 수 있는 전단탄성계수 계측장치에 관한 것이다.
토사의 변형(deformation) 또는 변위(displacement)는 토사의 강도(strength)보다는 그 토사의 강성(stiffness)에 의해 좌우된다. 즉, 동일한 강도를 지닌 토사의 경우 강성이 작으면 강성이 큰 토사보다 동일한 외력에 대하여 더 많은 변형 또는 변위가 발생하게 된다. 토사의 강성을 나타내는 대표적인 특성으로 전단탄성계수(shear moduls) G가 있다.
이 때문에 내진설계 등의 지반 설계나 해석시에는 그 지반의 전단탄성계수가 얼마나 큰지, 그리고 작용하는 응력의 크기변화에 대하여 어떻게 달라지는 등을 사전에 파악하는 것이 매우 중요하며, 특히 매우 작은 변형율 수준 또는 매우 작은 응력수준에서의 전단탄성계수 즉, 최대전단탄성계수를 파악하는 것이 매우 중요하다.
이와 같은 전단탄성계수는 일반적으로 토사의 밀도와 전단파속도를 알면 구할 수 있다.
따라서, 토사의 전단파속도를 용이하고 정확하게 계측할 수 있는 방안에 대한 연구가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
또한, 보편적으로 건설, 토목 공사시에는 지반 보강 등을 위해 그라우트 등을 이용한 마이크로파일을 많이 시공하고 있다. 따라서, 지반을 이루는 토사와 함께 지반 보강을 위해 시공되는 마이크로 파일을 이루는 그라우트에 대한 평가도 매우 중요한 사항이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 토사 및, 마이크로파일 등을 이루는 그라우트 등의 전단탄성계수를 위한 전단파속도를 구하기 위한 전단탄성계수 계측장치를 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 동토 지역 등 토사, 그라우트 등의 동결에 따른 전단탄성계수를 계측할 수 있는 전단탄성계수 계측장치를 제공하는데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 전단탄성계수 시험 대상 시료(2)가 채워지는 토조(10); 상기 토조(10) 내 시료(2)의 일측에서 진동을 발생시키며, 상기 시료(2)를 통해 전달된 진동을 상기 토조(10) 내 시료(2)의 타측에서 수신하여, 상기 진동 발생시와 상기 진동 수신시 간 시간차(Δt)에 의해 상기 시료(2)의 전단탄성계수를 계측하는 전단탄성계수 계측부(100); 상기 전단탄성계수 계측부(100)에 의해 상기 토조(10) 내 시료(2)의 동결에 따른 전단탄성계수를 계측할 수 있도록, 상기 토조(10) 내 시료(2)를 동결시키는 동결부(20);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전단탄성계수 계측장치를 제시한다.
상기 전단탄성계수 계측부(100)는 진동을 발생시키는 펑션제너레이터(110) 및, 상기 토조(10)의 일측에 설치되어 상기 펑션제너레이터(110)에 의해 발생된 진동을 상기 토조(10) 내 시료(2)에 전달하는 송신부(120), 상기 토조(10)의 타측에 설치되어 상기 토조(10) 내 시료(2)를 통해 전달되는 진동을 수신하는 수신부(130), 상기 펑션제너레이터(110)로부터 송신부(120)로 전달되는 진동이 바이패스되어 입력되며 상기 수신부(130)에 수신된 진동이 입력되어 그 입력 시간차(Δt)에 의해 상기 시료(2)의 전단탄성계수를 연산하는 데이터처리부(140)를 포함할 수 있다.
상기 송신부(120) 및 수신부(130)는 각각, 압전소자로 이루어질 수 있다.
상기 데이터처리부(140)는 상기 바이패스되어 입력되는 진동을 기록하고, 상기 수신부(130)로부터 입력되는 진동을 기록하는 오실로스코프(142)를 포함할 수 있다.
상기 전단탄성계수 계측부(100)는 상기 펑션제너레이터(110)에 의해 발생된 진동을 증폭시킬 수 있는 증폭기(115)를 더 포함할 수 있다.
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상기 토조(10)는 상면 및 하면이 각각 개방된 구조를 취하며; 상기 동결부(20)는 상기 토조(10)의 개방된 하면을 복개하도록 상기 토조(10)에 결합되며 상기 토조(10) 내 시료(2)를 통해 전달되는 진동을 수신하는 수신부가 설치되는 하부 동결부(22) 및, 상기 토조(10)의 상측에서 상기 토조(10)를 향해 하향 이동하여 상기 토조(10)의 개방된 상면을 복개하도록 설치되며 상기 토조(10) 내 시료(2)에 진동을 전달하는 송신부가 설치되는 상부 동결부(24)를 포함할 수 있다.
상기 하부 동결부(22) 및 상부 동결부(24)는 각각, 상기 수신부, 상기 송신부가 관통 설치되며 에폭시접착제에 의해 접착되는 관통홀(미도시)이 형성될 수 있다.
상기 동결부(20)는 상기 동결부(20)의 온도를 측정하는 동결부온도센서(20C)를 포함할 수 있다.
상기 토조(10) 내 시료(2)의 온도를 측정하는 시료온도센서(50)를 더 포함할 수 있다.
내부에 상기 토조(10)가 설치되는 공간을 가지며, 단열 구조로 이루어진 내부 단열 셀(60)(cell)을 더 포함할 수 있다.
내부에 상기 토조(10) 및 동결부(20), 동상력 계측부(30)가 설치되는 공간을 가지며, 단열 구조로 이루어진 외부 단열 셀(70)을 더 포함할 수 있다.
상기 토조(10) 내 시료(2)에 급수를 하기 위한 급수부(80)를 더 포함할 수 있다.
상기 동결상태의 토조(10) 내 시료(2)의 동상력을 계측하는 동상력 계측부(30)를 더 포함할 수 있다.
상기 시료(2)는 토사 또는 마이크로파일을 형성하는 그라우트인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 진동의 송신,수신 간 시간차에 의해 전단탄성계수를 용이하고 정확하게 계측할 수 있다.
나아가, 본 발명은 토사를 인공적으로 동결시켜서 토사의 동결에 따른 전단탄성계수도 계측할 수 있다.
또한, 본 발명은 토사의 동결에 따른 동상력(즉, 동상압, 동상량)를 용이하게 계측할 수 있다.
도 1 이하는 본 발명에 따른 전단탄성계수 계측장치에 관한 것으로서,
도 1은 전단력 계측부 구성도.
도 2는 전단력 계측부의 송신부 및 수신부가 시료에 설치된 상태 상세도.
도 3은 계측장치에 의한 계측시 전체를 보여주는 정면도.
도 4는 계측장치에 의한 계측시 전체를 보여주는 측면도.
도 5는 계측장치에 의한 계측 대기상태를 보여부는 정면도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 1 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전단탄성계수 계측장치는, 전단탄성계수 시험 대상 시료(2)가 채워지는 토조(10)와; 토조(10) 내 시료(2)의 일측에서 진동을 발생시키며, 시료(2)를 통해 전달된 진동을 토조(10) 내 시료(2)의 타측에서 수신하여, 진동 발생시와 진동 수신시 간 시간차(Δt)에 의해 상기 시료(2)의 전단탄성계수를 계측하는 전단탄성계수 계측부(100);를 포함할 수 있다.
즉, 전단탄성계수 G는 토사의 밀도와 전단파속도에 의해 구할 수 있다. 이중 전단파 속도는 위와 같이 상기한 시간차(Δt)를 측정하고, 그 진동 전달거리 즉, 송신부(120)와 수신부(130) 간 거리에 대하여 측정한 시간차(Δt)로 나누면, 구할 수 있다.
따라서, 이와 같이 전단파속도를 구함으로써, 전단탄성계수를 용이하게 구할 수 있다.
특히, 지반을 이루는 토사, 지반 보강 등을 위해 지반에 매립되는 마이크로파일을 이루는 그라우트를 시료(2)의 대상으로 함으로써, 내진설계시 등에 매우 유용하게 활용할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 전단탄성계수 계측장치의 각 구성에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
토조(10)는 다양한 구조를 취할 수 있으며, 특히 아크릴에 의해 상,하면이 각각 개방된 구조로 이루어질 수 있다.
전단탄성계수 계측부(100)는 전단파인 진동을 발생시키는 펑션제너레이터(funnction generator)(110)와, 토조(10)의 일측에 설치되어 펑션제너레이터(110)에 의해 발생된 진동을 토조(10) 내 시료(2)에 전달하는 송신부(120)와, 토조(10)의 타측에 설치되어 토조(10) 내 시료(2)를 통해 전달되는 진동을 수신하는 수신부(130)와, 펑션제너레이터(110)로부터 송신부(120)로 전달되는 진동이 바이패스(bypass)되어 입력되며 수신부(130)에 수신된 진동이 입력되어 그 입력 시간차(Δt)에 의해 시료(2)의 전단탄성계수를 연산하는 데이터처리부(140)를 포함할 수 있다.
즉, 펑션제너레이터(110)에 의해 발생되는 진동이 송신부(120)에 전달됨과 동시에 그 진동에 따른 파(즉, 송신파(122))가 데이터처리부(140)에 입력되고, 시료(2)를 통해 수신부(130)에 수신된 진동에 따른 파(즉, 수신파(124))가 데이터처리부(140)에 입력된다. 그리고, 데이터처리부(140)에서는 그에 따른 상기한 시간차(Δt)가 구해지며, 구해진 시간차(Δt)에 따른 전단파속도가 연산되고, 연산된 전단파속도에 따른 전단탄성계수를 구할 수 있다.
한편, 송신부(120) 및 수신부(130)는 진동 송신, 수신을 위한 것으로서, 각각 전기-압력 변환에 의해 진동을 송신,수신할 수 있는 압력소자(piezoelectric element)로 이루어질 수 있다.
데이터처리부(140)는 상기한 시간차(Δt)를 구하기 위해, 펑션제너레이터(110)로부터 바이패스되는 송신파(122)를 기록함과 아울러 수신부(130)로부터 입력되는 수신파(124)를 기록하여 그 기록 시작 시간차(Δt)를 기록하는 오실로스코프(oscilloscope)(142)를 포함할 수 있다. 또한, 데이터처리부(140)는 오실로스코프(142)에 의해 구해진 시간차(Δt) 정보를 디스크(144) 등의 데이터저장장치를 통해 입력받거나 오실로스코프(142)에 직접 연결되어, 오실로스코프(142)에 의해 구해진 시간차(Δt)에 따른 전단탄성계수를 구하는 서버(146)를 더 포함할 수 있다.
한편, 전단탄성계수 계측부(100)는 펑션제너레이터(110)에 의해 발생된 진동을 증폭시킬 수 있는 증폭기(115)를 더 포함할 수 있다. 즉, 시료(2)인 토사나 그라우트는 경질재여서 펑션제너레이터(110)의 일반적인 사용전압(예컨대, -10Volt 내지 +10Volt) 범위의 전압으로는 송신부(120)와 수신부(130)에 미세한 떨림을 주기 어려운 점을 감안하여, 증폭기(115)에 의해 최소 100Volt 이상의 전압으로 증폭시킴으로써, 송신부(120)에 충분한 진동을 발생시킬 수 있다.
나아가, 본 발명은 토사의 동결에 따른 전단탄성계수 계측을 위해, 토조(10) 내 시료(2)를 동결시키는 동결부(20)를 더 포함할 수 있다.
즉, 토사는 저온의 기온이 계속되면, 보조기층이나 노상 중 수분이 동결하여 얼음층이 발달하며, 이 얼음층이 주위 수분흡수로 성장하면서 체적이 팽창함에 따라 동결되기 때문에, 토사의 동결여부, 동결정도 등에 따라서 토사의 전단력이 바뀐다.
따라서, 동결부에 의해 토사를 선택적으로 동결시킬 수 있기 때문에, 토사의 동결여부, 동결 정도 등에 따른 전단탄성계수 변화도 계측할 수 있다. 이에 따라 보다 안정적이고 신뢰성 높은 설계, 분석이 가능해질 수 있다.
동결부(20)는 토조(10) 내 시료(2)를 동결시킬 수 있다면 어떠한 방식이든 가능하며, 다만 도시된 바와 같이 냉매(20A)를 이용하며 토조(10) 내 시료(2)에 접촉하도록 설치되면 다음과 같은 점에서 보다 바람직할 수 있다.
즉, 냉각방식으로 많이 알려진 냉매(20A)를 이용하여 용이하게 동결부(20)를 구성할 수 있으며, 토조(10) 내 시료(2)를 직접적으로 동결시킴에 따라 열손실없이 신속하게 동결시킬 수 있을 뿐만 아니라 동결을 위한 온도 조절이 용이하다.
이때, 동결부(20)의 냉매(20A)는 에어컨 등의 공기조화기처럼 열교환사이클을 따라 순환될 수 있다. 여기서, 공기조화기의 열교환사이클은 공기조화분야에서 많이 알려진 기술사항이므로 본 발명의 요지를 흐트리지 않기 위해 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
동결부(20)의 본체(20B)는 적어도 토조(10) 내 시료(2)에 접촉되는 시료접촉부(20C)가, 냉매(20A)와 토조(10) 내 시료(2) 간 온도전달이 용이하도록 열전달율이 우수하며 토조(10) 내 시료(2)의 가압을 위해 강성이 우수한 알루미늄과 같은 금속 재질로 이루어질 수 있다. 특히 동결부(20)의 시료접촉부(20C)는 다공성 금속판으로 이루어질 수 있다.
이와 같은 동결부(20)는 토조(10) 어디든 결합될 수 있으나, 특히 토조(10)의 개방된 하면을 복개하도록 토조(10)에 결합된 하부 동결부(22) 및, 토조(10)의 상측에서 토조(10)를 향해 하향 이동하여 토조(10)의 개방된 상면을 복개하도록 설치되는 상부 동결부(24)를 포함할 수 있다.
즉, 하부 동결부(22)는 토조(10)의 개방된 하면을 복개한 상태로 토조(10)와 일체로 결합됨에 따라, 토조(10)의 일부를 구성함으로써 토조(10)와 하부 동결부(22)의 중복되는 부분을 없앨 수 있기 때문에 소형화 및 비용 절감 등의 측면에서 유리할 수 있다. 특히 상기한 바와 같이 하부 동결부(22)가 토조(10) 내 시료(2)에 직접 접촉하여 동결시킬 수 있다.
그리고, 상부 동결부(24)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 토조(10)의 상측에서 상하 이동 가능토록 설치됨으로써, 토조(10)의 개방된 상면을 복개하도록 하향 이동하여 토조(10) 내 시료(2)에 직접 접촉하여 동결시킬 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 토조(10)로부터 상측으로 이동하여 구조적으로 분리되어 토조(10)의 상면이 개방되게 함으로써 토조(10) 내 시료(2)를 넣고 빼기 쉽도록 할 수 있다. 상부 동결부(24)는 유압 실린더 등의 구동부에 의해 상하 이동될 수 있으며, 특히 별도의 구동부없이 후술하는 바와 같이 하중재하부(34)에 일체로 결합됨으로써 하중재하부(34)에 의해 상하 이동될 수 있다.
특히, 토조(10)를 기준으로 상부 동결부(24)와 하부 동결부(22)가 구조적으로 상하로 분리되어 구성됨에 따라서, 상부 동결부(24) 및 하부 동결부(22)가 동시에 토조(10) 내 시료(2)를 동결시키거나 상부 동결부(24)와 하부 동결부(22)가 순차적으로 토조(10) 내 시료(2)를 동결시킬 수도 있고, 상부 동결부(24)와 하부 동결부(22) 중 어느 하나에 의해서만 토조(10) 내 시료(2)를 동결시킬 수도 있다. 따라서, 실질적으로 지중과 지표면은 온도차이가 나는데, 상부 동결부(24)와 하부 동결부(22)가 구조적으로 분리되어 각각 토조(10) 내 시료(2)를 동결시킴에 따라 여려가지 변수를 바꿔가면서 실증적인 토사의 동상력 시험이 이루어질 수 있다.
하부 동결부(22) 및 동결부(24)는 각각, 수신부(130), 송신부(120)가 관통 설치되며 에폭시접착제에 의해 접착되는 관통홀(미도시)이 형성될 수 있다.
한편, 동결부(20)는 시료(2) 내 토사의 동결상태를 온도 등으로 조절 가능토록, 시료(2) 내 토사에 전달되는 냉매(20A)의 온도 측정을 알기 위해 동결부(20)의 온도를 측정하는 동결부온도센서(미도시)를 포함할 수 있다.
또한, 토조(10)에는 토조(10) 내 시료(2)의 동결상태 제어 및 토조(10) 내 시료(2)의 동결에 따른 동상현상 분석 등을 위해, 토조(10) 내 시료(2)의 온도를 측정하는 시료온도센서(50)가 설치될 수 있다.
나아가, 본 발명은 동결상태의 토조(10) 내 시료(2)의 동상력(즉, 동상으로 인한 체적팽창을 억제하고자 하는 힘)을 계측하는 동상력 계측부(30);를 더 포함할 수 있다.
즉, 토조(10) 내 시료(2)를 동결부(20)에 의해 동결시킴으로써 동상현상이 일어나게 하며, 동상력 계측부(30)에 의해 동결된 토조(10) 내 시료(2)의 동결에 따른 동상력을 계측할 수 있다.
동상력 계측부(30)는 토조(10) 내 시료(2)의 동결에 따른 동상력을 직접적으로 측정할 수 있도록, 토조(10) 내 시료(2)의 동결에 따른 로드(load)를 측정하는 로드셀(load cell)(32)을 포함할 수 있다.
로드셀(32)은 토조(10) 내 시료(2)의 동결에 따른 로드를 전달받을 수 있다면 어떠한 구조이든 무방하다.
다만, 로드셀(32)은 상부 동결부(24)를 통해 토조(10) 내 시료(2)로부터 전달되는 로드를 계측할 수 있도록 상부 동결부(24)의 상측에 설치되어 상부 동결부(24)와 반력부재(32A)를 통해 결합되는 것이 다음과 같이 보다 유리할 수 있다. 즉, 이 경우 상부 동결부(24)가 토조(10) 내 시료(2)의 동결에 따른 로드 전달을 위한 가압판 역할을 겸함에 따라, 상부 동결부(24)와 로드셀(32)의 중복되는 부분을 없앨 수 있어, 구조적인 측면에서 유리할 수 있다. 또한, 상부 동결부(24)가 가압판 역할을 겸함에 따라 토조(10) 내 시료(2)가 동결에 따라 팽창하는 것에 대응하여 토조(10) 내 시료(2)에 접촉된 상태에서 상하 유동 가능하기 때문에 토조(10) 내 시료(2)의 상측에 상부 동결부(24)가 설치되더라도 로드셀(32)에 의해 토조(10) 내 시료(2)의 동결에 따른 동상력, 즉 동상압을 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 동상력 계측부(30)는, 로드셀(32)을 통한 실증적인 동상력 측정을 위해, 로드셀(32)의 상측에 설치되어 로드셀(32)과 연결된 상부 동결부(24)를 통해 토조(10) 내 시료(2)에 하중을 재하하는 하중재하부(34)를 더 포함할 수 있다. 하중재하부(34)는 유압실린더 방식 등으로 이루어질 수 있다. 여기서, 본 발명은 하중재하부(34)의 구조에 관한 것이 아니며 하중재하부(34)는 토압 계측 등의 기술분야에서 많이 알려진 기술사항이므로, 본 발명의 요지를 흐트리지 않기 위해 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
아울러, 동상력 계측부(30)는 토조(10) 내 시료(2)의 동결로 인한 체적변화, 즉 동상량을 측정하기 위해 변위계(36)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 변위계(36)는 로드셀(32)에 의해 연결되어 토조(10) 내 시료(2)의 동결에 따른 로드셀(32)의 상하 변위를 측정함으로써, 로드셀(32)의 상하변위를 통해 토조(10) 내 시료(2)의 동상량을 측정할 수 있다. 여기서, 본 발명은 변위계(36)의 구조에 관한 것이 아니며 변위계(36)는 계측 등의 기술분야에서 많이 알려진 기술사항이므로, 본 발명의 요지를 흐트리지 않기 위해 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명은 내부에 토조(10)가 설치되는 공간을 가지며, 스티로폼 등의 단열재로 형성되어 단열 구조로 이루어진 내부 단열 셀(cell)(60)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 동결부(20)에 의해 토조(10) 내 시료(2)의 동결시 외부 온도의 영향으로 인한 동결 지연 및 동결이 토조(10)의 상하방향으로 진행하지 않고 토조(10)의 측면으로부터 시작 진행하는 것을 방지할 수 있다. 이와 같은 내부 단열 셀(60)은 단열 구조를 위해 도시된 바와 같이 밀폐형 구조를 취할 수 있다.
또한, 본 발명은 내부에 토조(10) 및 동결부(20), 동상력 계측부(30)가 설치되는 공간을 가지며, 스티로폼 등의 단열재로 형성되어 단열 구조로 이루어진 외부 단열 셀(70)을 더 포함할 수 있다. 외부 단열 셀(70) 또한 내부 단열 셀(60)과 마찬가지로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 토조(10) 내 시료(2)에 급수를 하기 위한 급수부(80)를 더 포함할 수 있다. 즉, 토사의 동상현상은 저온에서의 토사 내 수분 응결에 따른 것이므로, 급수부(80)를 통해 토조(10) 내 시료(2)에 급수를 함으로써 토조(10) 내 시료(2)의 함수비를 용이하게 조절하여 토사 내 시료(2)가 실증적인 동결상태가 될 수 있도록 할 수 있다.
특히, 급수부(80)는, 토조(10)의 하측에 연결된 급수관(82) 및, 토조(10)의 상측에 설치되어 토조(10)에 급수된 급수가 배수되는 배수관(84), 급수 조절 등을 위한 밸브 등의 급수제어부(86)를 포함할 수 있다. 즉 급수가 하측에서 상측을 향해 역방향으로 이루어짐에 따라, 토조(10) 내 시료(2)의 아래부터 표면까지 급수될 수 있기 때문에 토조(10) 내 시료(2)가 전체적으로 충분히 함수될 수 있다. 또한, 이와 같이 토조(10) 내 시료(2)가 충분히 함수됨에 따라, 토조(10) 내 시료(2) 사이 공기를 제거할 수 있다. 또한, 토조(10) 내 시료(2)가 충분히 함수되면 배수관(84)을 통해 토조(10)에 급수된 급수가 자연 배수되는데, 이로부터 토조(10) 내 시료(2)가 충분히 함수됐는지 파악하여 급수를 용이하게 조절할 수 있다.
이때, 급수관(82) 및 배수관(84)은 각각 하부 동결부(22), 상부 동결부(24)에 일체로 연결될 수 있다.
한편, 도 1의 미설명부호 '90'는 동결부(20)의 냉매(20B) 순환, 하중재하부(34)의 하중재하조절 등을 위한 제어반(90)이며, 미설명부호 '92'는 로드셀(32), 변위계(36)에 의해 측정된 신호를 처리하는 서버(92)를 지시한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
2; 시료 10; 토조
20; 동결부 20A; 냉매
22; 하부 동결부 24; 상부 동결부
30; 계측부 32; 로드셀
34; 하중재하부 36; 변위계
50; 시료온도센서 60; 내부 단열 셀
70; 외부 단열 셀 80; 급수부
100; 전단탄성계수 계측부 110; 펑션제너레이터
120; 송신부 130; 수신부
140; 데이터처리부 142; 오실로스코프

Claims (15)

  1. 전단탄성계수 시험 대상 시료(2)가 채워지는 토조(10);
    상기 토조(10) 내 시료(2)의 일측에서 진동을 발생시키며, 상기 시료(2)를 통해 전달된 진동을 상기 토조(10) 내 시료(2)의 타측에서 수신하여, 상기 진동 발생시와 상기 진동 수신시 간 시간차(Δt)에 의해 상기 시료(2)의 전단탄성계수를 계측하는 전단탄성계수 계측부(100);
    상기 전단탄성계수 계측부(100)에 의해 상기 토조(10) 내 시료(2)의 동결에 따른 전단탄성계수를 계측할 수 있도록, 상기 토조(10) 내 시료(2)를 동결시키는 동결부(20);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전단탄성계수 계측장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전단탄성계수 계측부(100)는 진동을 발생시키는 펑션제너레이터(110) 및, 상기 토조(10)의 일측에 설치되어 상기 펑션제너레이터(110)에 의해 발생된 진동을 상기 토조(10) 내 시료(2)에 전달하는 송신부(120), 상기 토조(10)의 타측에 설치되어 상기 토조(10) 내 시료(2)를 통해 전달되는 진동을 수신하는 수신부(130), 상기 펑션제너레이터(110)로부터 송신부(120)로 전달되는 진동이 바이패스되어 입력되며 상기 수신부(130)에 수신된 진동이 입력되어 그 입력 시간차(Δt)에 의해 상기 시료(2)의 전단탄성계수를 연산하는 데이터처리부(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전단탄성계수 계측장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 송신부(120) 및 수신부(130)는 각각, 압전소자로 이루어진 것을 특징으로 하는 전단탄성계수 계측장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 데이터처리부(140)는 상기 바이패스되어 입력되는 진동을 기록하고, 상기 수신부(130)로부터 입력되는 진동을 기록하는 오실로스코프(142)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전단탄성계수 계측장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 전단탄성계수 계측부(100)는 상기 펑션제너레이터(110)에 의해 발생된 진동을 증폭시킬 수 있는 증폭기(115)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전단탄성계수 계측장치.
  6. 삭제
  7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토조(10)는 상면 및 하면이 각각 개방된 구조를 취하며;
    상기 동결부(20)는 상기 토조(10)의 개방된 하면을 복개하도록 상기 토조(10)에 결합되며 상기 토조(10) 내 시료(2)를 통해 전달되는 진동을 수신하는 수신부가 설치되는 하부 동결부(22) 및, 상기 토조(10)의 상측에서 상기 토조(10)를 향해 하향 이동하여 상기 토조(10)의 개방된 상면을 복개하도록 설치되며 상기 토조(10) 내 시료(2)에 진동을 전달하는 송신부가 설치되는 상부 동결부(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전단탄성계수 계측장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 하부 동결부(22) 및 상부 동결부(24)는 각각, 상기 수신부(130), 상기 송신부(120)가 관통 설치되며 에폭시접착제에 의해 접착되는 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 전단탄성계수 계측장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동결부(20)는 상기 동결부(20)의 온도를 측정하는 동결부온도센서(20C)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전단탄성계수 계측장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토조(10) 내 시료(2)의 온도를 측정하는 시료온도센서(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전단탄성계수 계측장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서
    내부에 상기 토조(10)가 설치되는 공간을 가지며, 단열 구조로 이루어진 내부 단열 셀(60)(cell)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전단탄성계수 계측장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    내부에 상기 토조(10) 및 동결부(20), 동상력 계측부(30)가 설치되는 공간을 가지며, 단열 구조로 이루어진 외부 단열 셀(70)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전단탄성계수 계측장치.
  13. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토조(10) 내 시료(2)에 급수를 하기 위한 급수부(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전단탄성계수 계측장치.
  14. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    동결상태의 상기 토조(10) 내 시료(2)의 동상력을 계측하는 동상력 계측부(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전단탄성계수 계측장치.
  15. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시료(2)는 토사 또는 마이크로파일을 형성하는 그라우트인 것을 특징으로 하는 전단탄성계수 계측장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10160715A (ja) * 1996-11-27 1998-06-19 Taisei Corp 土のせん断剛性の測定方法
JP2003321828A (ja) * 2002-04-30 2003-11-14 Oyo Corp 打撃貫入に伴うｓ波振幅を用いた地盤調査方法
KR100834993B1 (ko) * 2007-01-05 2008-06-04 윤명석 현장 지반의 전단파속도 측정장치
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10160715A (ja) * 1996-11-27 1998-06-19 Taisei Corp 土のせん断剛性の測定方法
JP2003321828A (ja) * 2002-04-30 2003-11-14 Oyo Corp 打撃貫入に伴うｓ波振幅を用いた地盤調査方法
KR100834993B1 (ko) * 2007-01-05 2008-06-04 윤명석 현장 지반의 전단파속도 측정장치
KR100860937B1 (ko) * 2007-06-13 2008-09-29 경희대학교 산학협력단 벤더 엘리먼트를 이용한 연약지반 측정장치

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