KR101314195B1 - 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치 및 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혹한 지역의 열악한 조건에 있는 토양의 어는 깊이를 신속하고 간편하게 측정할 수 있고, 구조물의 동상 방지를 위한 유지 관리나 동상방지 설계에 필요한 정수값을 제공하여 동상융기나 침하로 인한 구조물의 내구성을 향상시킬 수 있는 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 케이싱; 상기 케이싱 내부에 설치되고, 일단이 폐쇄되며, 물이 얼게 됨에 따른 체적 팽창에 의해 변형가능한 박막 튜브; 상기 박막 튜브의 타단을 폐쇄하는 덮개 부재; 및 외부로 노출되는 상기 케이싱의 상부를 덮는 커버 부재를 포함하는 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치를 제공하며, 물이 얼게 되어 체적 팽창으로 인한 외형 변형이 발생할 수 있는 연성의 박막 튜브를 설치하고; 상기 박막 튜브 내에 물을 충전하며; 물이 얼게 됨에 따른 체적 팽창으로 인하여 상기 박막 튜브의 외형 변형에 따른 어는 깊이를 측정하는 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 방법을 제공한다.

Description

혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치 및 측정 방법{MEASUREMENT APPARATUS AND METHOD FOR MEASUREING FREEZING DEPTH FOR FROZEN GROUND OF BITTER COLD AREA}

본 발명은 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혹한 지역의 열악한 조건에 있는 토양의 어는 깊이를 신속하고 간편하게 측정할 수 있고, 구조물의 동상 방지를 위한 유지 관리나 동상방지 설계에 필요한 정수값을 제공하여 동상융기나 침하로 인한 구조물의 내구성을 향상시킬 수 있는 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.

남극, 시베리아 등과 같은 지역은 기온이 영하로 떨어지는 영구동토지대로 토양(동결지반)에서는 동상융기(frost heaving)가 발생하여 이로 인해 구조물을 지지하는 토양이 팽창 융기하여 파손됨으로써 구조물의 수명단축으로 경제적 비용손실을 야기하게 된다.

특히 남극대륙 기반의 기후변화, 우주과학, 지체구조, 생명과학, 극지공학 연구 및 관련기술 개발과 국익 차원의 극지자원 확보 및 활용 기반 마련을 위하여 예를 들면 남극 대륙 내 장보고 기지는 국가 과학기술의 상징으로 기지 구조물의 안정을 유지하고 관리하는 것이 매우 중요하다고 할 수 있다.

일반적으로 토양의 어는 깊이(동결지반의 깊이)를 측정하는 종래의 방법은 크게 두 가지 방법이 있다.

첫 번째 방법은 현장 조사원이 얼어있는 토양을 직접 굴착하여 토양의 언 상태를 직접 육안으로 관찰하는 방법이다. 두 번째 방법은 메틸렌블루 희석용액을 플라스틱재질의 관에 채워 용액이 얼면 색이 변하는 특성을 이용하여 어는 깊이를 측정하는 방법이다. 그리고 세 번째 방법으로는 온도 센서를 토양 내에 매설하는 방법이 있다.

그러나 얼어 있는 토양을 굴착하여 육안으로 확인하는 방법은 동결된 토양을 굴착하는데 많은 노력이 필요하므로 연구목적이나 기타 특수한 경우를 제외하고는 잘 사용하지 않는다.

현재 도로 포장의 어는 깊이를 측정하는 메틸렌블루 측정방법이 많이 사용하고 있다. 그러나 이 방법은 동절기에 조사원이 현재 얼어 있는 시점을 매일 측정하여 최대의 어는 깊이를 도출해야 하는 불편함이 있어 이에 대한 개선이 필요하다.

온도센서(thermocouple)를 토양에 설치하는 방법은 비교적 어는 깊이를 정확히 측정할 수 있으나 비용이 많이 들고 센서의 고장이 발생할 경우, 재설치해야 하는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 혹한지의 토양의 어는 깊이의 측정을 비용이 저렴하면서, 간편 용이하고 신속하게 측정할 수 있는 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 혹한지 및 국내 동절기 구조물의 동상방지를 위한 유지관리 또는 동상방지 설계에 필요한 정수 값을 제공하여 동상융기나 침하로 인한 구조물의 내구성을 향상시킬 수 있는 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따르면, 케이싱; 상기 케이싱 내부에 설치되고, 일단이 폐쇄되며, 물이 얼게 됨에 따른 체적 팽창에 의해 변형가능한 박막 튜브; 상기 박막 튜브의 타단을 폐쇄하는 덮개 부재; 및 외부로 노출되는 상기 케이싱의 상부를 덮는 커버 부재를 포함하는 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 케이싱 내부에 설치되고, 일단이 폐쇄되며, 물이 얼게 됨에 따른 체적 팽창에 의해 변형되지 않는 강성 튜브; 상기 강성 튜브의 타단을 밀봉하는 밀봉 덮개; 및 상기 강성 튜브 내의 하단부에 설치되는 압력측정수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 관점에 따르면, 케이싱; 상기 케이싱 내부에 설치되고, 일단이 폐쇄되며, 물이 얼게 됨에 따른 체적 팽창에 의해 변형되지 않는 강성 튜브; 상기 강성 튜브의 타단을 밀봉하는 밀봉 덮개; 상기 강성 튜브 내의 하단부에 설치되는 압력측정수단; 및 외부로 노출되는 상기 케이싱의 상부를 덮는 커버 부재를 포함하는 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치를 제공한다.

상기 케이싱을 토양에 고정하는 앵커를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 박막 튜브는 예를 들면 알루미늄 박막 튜브로 이루어질 수 있다.

상기 압력측정수단은 상기 강성 튜브 내에서 물이 얼어 체적이 팽창할 때 그 팽창으로 인하여 전달되는 압력을 측정하는 압력게이지나 압력 센서로 이루어질 수 있다.

본 발명의 제3 관점에 따르면, 혹한지 토양의 어는 깊이를 측정하기 위한 측정 방법으로서, 물이 얼게 되어 체적 팽창으로 인한 외형 변형이 발생할 수 있는 연성의 박막 튜브를 설치하고; 상기 박막 튜브 내에 물을 충전하며; 물이 얼게 됨에 따른 체적 팽창으로 인하여 상기 박막 튜브의 외형 변형에 따른 어는 깊이를 측정하는 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 방법을 제공한다.

상기 연성의 박막 튜브는 알루미늄 박막 튜브로 이루어지는 것을 제공하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 측정 방법은 물이 얼게 되어 체적 팽창으로 인한 외형 변형이 발생하지 않는 강성 튜브를 설치하고; 상기 강성 튜브 하부에 압력측정수단을 설치하고; 상기 강성 튜브의 내에 물을 충전하며; 물이 얼게 됨에 따른 체적 팽창으로 인하여 발생하는 압력을 상기 압력측정수단이 측정하는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제4 관점에 따르면, 혹한지 토양의 어는 깊이를 측정하기 위한 측정 방법으로서, 물이 얼게 되어 체적 팽창으로 인한 외형 변형이 발생하지 않는 강성 튜브를 설치하고; 상기 강성 튜브 하부에 압력측정수단을 설치하고; 상기 강성 튜브의 내에 물을 충전하며; 물이 얼게 됨에 따른 체적 팽창으로 인하여 발생하는 압력을 상기 압력측정수단이 측정하는 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 방법을 제공한다.

본 발명의 제4 관점에 측정 방법은 물이 얼게 되어 체적 팽창으로 인한 외형 변형이 발생할 수 있는 연성의 박막 튜브를 설치하고; 상기 박막 튜브 내에 물을 충전하며; 물이 얼게 됨에 따른 체적 팽창으로 인하여 상기 박막 튜브의 외형 변형에 의한 어는 깊이를 측정하는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 혹한지 토양의 어는 깊이 측정장치에 따르면, 토양의 어는 깊이를 비용이 저렴하면서, 간편 용이하고 신속하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 혹한지 및 국내 동절기 구조물의 동상방지를 위한 유지관리 또는 동상방지 설계에 필요한 정수 값을 제공하여 동상융기나 침하로 인한 구조물의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 혹한지 동결 지반의 어는 깊이 측정을 위한 측정장치의 구성을 개략적으로 나타내는 전체 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 측정장치의 연성 박막 튜브에 의한 최대 어는 깊이의 측정원리를 나타내는 설명도.
도 3은 본 발명에 따른 강성 튜브와 압력측정수단에 의한 최대 어는 깊이의 측정원리를 나타내는 설명도.

발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명에 따른 혹한지 토양의 어는 깊이 측정을 위한 측정장치는 기본적으로 물이 얼면 체적이 팽창하는 원리를 이용한 것이다. 다시 말해서 물은 얼게 되면 전체 체적의 약 9%가 팽창하는 것으로 알려져 있으며 본 발명은 이러한 원리를 이용한 것이다.

본 발명에 따른 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치는 크게 케이싱; 상기 케이싱 내부에 설치되고, 일단이 폐쇄된 연성의 박막 튜브; 상기 박막 튜브의 타단을 폐쇄하는 덮개 부재; 및 외부로 노출되는 상기 케이싱의 상부를 덮는 커버 부재를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 케이싱 내부에 설치되고, 일단이 폐쇄된 강성 튜브; 상기 강성 튜브의 타단을 밀봉하는 밀봉 덮개; 및 상기 강성 튜브 내의 하단부에 설치되는 압력측정수단을 더 포함한다.

이하 본 발명에 따른 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 혹한지 동결 지반의 어는 깊이 측정을 위한 측정장치의 전체 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 측정장치의 연성 박막 튜브에 의한 최대 어는 깊이의 측정원리를 나타내는 설명도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 후술할 구성요소들을 내부에 수용하고 보호하는 외부 케이싱(100); 상기 외부 케이싱(100) 내부에 설치되고, 일단이 폐쇄된 박막 튜브(200); 상기 박막 튜브(200)의 타단을 폐쇄하는 덮개 부재(210); 및 외부로 노출되는 상기 케이싱(100)의 상부를 덮는 커버 부재(110)를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 케이싱(100)을 토양의 동상 융기나 융해 침하로 인한 장치의 파손을 방지할 수 있도록 토양 내부로 앵커(120)(anchor)를 통해 고정되는 것이 바람직하다.

상기 케이싱(100)은 내부에 수용 고안을 갖고 길게 연장되며, 천공 지반의 홀이 무너지는 것을 방지하고 내부에 수용되는 박막 튜브(200) 또는 강성 튜브(후술됨)를 수용하고 보호하는 역할을 한다.

상기 케이싱(100)은 투명 아크릴 재질로 형성될 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 케이싱(100)은 예들 들면 직경 30mm, 두께 20mm의 관으로 형성될 수 있다.

상기 케이싱(100)의 커버 부재(110)는 케이싱의 개방부를 보호하는 구성으로서, 외부의 차량, 인력과 같은 인위적인 영향과 적설, 우수 등과 같은 자연적인 영향에 의한 파손을 방지할 수 있도록 차단 보호하는 구성요소이다. 상기 커버 부재(100)는 철제로 이루어지며, 별도의 자체 제작한 개방 수단(미도시)에 의해서만 개폐가능하도록 설치되는 것이 바람직하다.

상기 박막 튜브(200)는 물이 얼었을 때 약 9%의 체적 팽창에 의해 그 박막 튜브의 외형의 변형할 수 있는 재질로 형성되는 연성의 박막 튜브이다.

일 예로, 상기 박막 튜브(200)는 예를 들면 직경 10mm, 두께 1mm의 알루미늄 박막 튜브로 이루어진다.

이에 따라 상기 알루미늄의 박막 튜브는 도 2에 나타낸 바와 같이, 물이 얼게 되면 9%의 체적 팽창에 의해 그의 외형의 변형하게 되고, 이를 통해 얼은 지점의 변위를 측정하여 어는 깊이를 측정할 수 있다. 상기 박막 튜브(200)는 현장 여건에 따라 깊이의 조정이 가능함을 알 수 있다.

다음으로, 상기 박막 튜브의 덮개 부재(210)는 박막 튜브(200)의 상부를 보호하여 외부의 영향이나 물의 누수를 방지하기 위한 구성요소이다. 상기 덮개 부재(210)는 이러한 역할을 할 수 있는 재질이라면 특별히 한정되지 않는다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 강성 튜브와 압력측정수단에 의한 최대 어는 깊이의 측정원리를 나타내는 설명도이다.

도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 상기 케이싱(100) 내부에 설치되고, 일단이 폐쇄된 강성 튜브(300); 상기 강성 튜브(300)의 타단을 밀봉하는 밀봉 덮개(310); 및 상기 강성 튜브(300) 내의 하단부에 설치되는 압력측정수단(320)을 더 포함한다.

상기 강성 튜브(300)는 토양 지표면으로부터 수직으로 물이 얼었을 때 그 강성 튜브에 물이 얼어 체적이 팽창하는데 그 팽창에 의해서 변형되지 않는 재질 및 두께로 구성된다.

상기 강성 튜브(300)의 밀봉 덮개(310)는 강성 튜브(300)의 상부를 밀봉하여 물이 얼었을 때 압력이 하부로 충분히 발생하도록 하는 구성요소이다.

상기 압력측정수단(320)은 상기 강성 튜브(300) 내에서 물이 얼어 체적이 팽창할 때 그 팽창으로 인한 압력이 그 압력측정수단(320)으로 전달되어 그 체적 팽창분을 측정하는 구성요소이다. 이러한 팽창압을 측정하여 어는 깊이를 환산하게 된다.

상기 압력측정수단(320)은 대표적으로 압력 게이지로 구성될 수 있다. 또는 상기 압력측정수단(320)은 가압센서 및 가압센서의 신호를 전달받아 표시하는 제어부로 이루어질 수 있다.

상기의 설명에서 본 발명의 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치는 연성 튜브(200)와 강성 튜브(300)를 선택적으로 구성할 수 있고, 보다 정확하고 신뢰성 있는 측정 결과를 도출할 수 있도록 두 구성요소 모두를 설치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 방법은 물이 얼면 체적이 팽창하는 원리를 이용하는 것으로, 물이 얼게 되어 체적 팽창으로 인한 변형이 발생될 수 있는 연성의 박막 튜브를 설치하고; 상기 박막 튜브 내에 물을 충전하며; 물이 얼게 됨에 따른 체적 팽창으로 인하여 상기 박막 튜브의 외형 변형에 의한 어는 깊이를 측정하게 된다.

또한, 본 발명은 물이 얼게 되어 체적 팽창으로 인한 외형 변형이 발생하지 않는 강성 튜브를 설치하고; 상기 강성 튜브 하부에 압력측정수단을 설치하고; 상기 강성 튜브의 내에 물을 충전하며; 물이 얼게 됨에 따른 체적 팽창으로 인하여 발생하는 압력을 상기 압력측정수단이 측정하게 된다.

또한, 상기한 어는 깊이 측정 방법은 두 방법을 병행해서 실행될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치 및 측정 방법은 토양의 어는 깊이를 비용이 저렴하면서, 간편 용이하고 신속하게 측정할 수 있고, 그러므로 혹한지 및 국내 동절기 구조물의 동상방지를 위한 유지관리 또는 동상방지 설계에 필요한 정수 값을 제공하여 동상융기나 침하로 인한 구조물의 내구성을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경의 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

100: 케이싱
110: 커버 부재
120: 고정용 앵커
200: 박막 튜브
210: 덮개 부재
300: 강성 튜브
310: 밀봉 덮개
320: 압력측정수단

Claims (11)

1. 케이싱;
   상기 케이싱 내부에 설치되고, 일단이 폐쇄되며, 물이 얼게 됨에 따른 체적 팽창에 의해 변형가능한 박막 튜브;
   상기 박막 튜브의 타단을 폐쇄하는 덮개 부재;
   상기 케이싱 내부에서 상기 박막 튜브 일측에 설치되고, 일단이 폐쇄되며, 물이 얼게 됨에 따른 체적 팽창에 의해 변형되지 않는 강성 튜브;
   상기 강성 튜브의 타단을 밀봉하는 밀봉 덮개;
   상기 강성 튜브 내의 하단부에 설치되는 압력측정수단; 및
   외부로 노출되는 상기 케이싱의 상부를 덮는 커버 부재
   를 포함하는 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치.
   
2. 삭제
3. 케이싱;
   상기 케이싱 내부에 설치되고, 일단이 폐쇄되며, 물이 얼게 됨에 따른 체적 팽창에 의해 변형되지 않는 강성 튜브;
   상기 강성 튜브의 타단을 밀봉하는 밀봉 덮개;
   상기 강성 튜브 내의 하단부에 설치되는 압력측정수단; 및
   외부로 노출되는 상기 케이싱의 상부를 덮는 커버 부재
   를 포함하는 혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치.
   
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 케이싱을 토양에 고정하는 앵커를 더 포함하는
   혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 박막 튜브는 알루미늄 박막 튜브로 이루어지는
   혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치.
   
6. 제1항 또는 3항에 있어서,
   상기 압력측정수단은 상기 강성 튜브 내에서 물이 얼어 체적이 팽창할 때 그 팽창으로 인하여 전달되는 압력을 측정하는 압력게이지나 압력 센서로 이루어지는
   혹한지 토양의 어는 깊이 측정 장치.
   
7. 혹한지 토양의 어는 깊이를 측정하기 위한 측정 방법으로서,
   물이 얼게 되어 체적 팽창으로 인한 외형 변형이 발생할 수 있는 연성의 박막 튜브 및 물이 얼게 되어 체적 팽창으로 인한 외형 변형이 발생하지 않는 강성 튜브를 설치하고;
   상기 강성 튜브 하부에 압력측정수단을 설치하고;
   상기 박막 튜브와 상기 강성 튜브 내에 물을 충전하고;
   물이 얼게 됨에 따른 체적 팽창으로 인하여 상기 박막 튜브의 외형 변형에 따른 어는 깊이를 측정하며;
   물이 얼게 됨에 따른 체적 팽창으로 인하여 발생하는 압력을 상기 압력측정수단이 측정하는 것을 포함하는
   혹한지 토양의 어는 깊이 측정 방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 연성의 박막 튜브는 알루미늄 박막 튜브로 이루어지는 것을 제공하는
   혹한지 토양의 어는 깊이 측정 방법.
   
9. 삭제
10. 혹한지 토양의 어는 깊이를 측정하기 위한 측정 방법으로서,
    물이 얼게 되어 체적 팽창으로 인한 외형 변형이 발생하지 않는 강성 튜브를 설치하고;
    상기 강성 튜브 하부에 압력측정수단을 설치하고;
    상기 강성 튜브의 내에 물을 충전하며;
    물이 얼게 됨에 따른 체적 팽창으로 인하여 발생하는 압력을 상기 압력측정수단이 측정하는
    혹한지 토양의 어는 깊이 측정 방법.
    
11. 삭제

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