KR101349710B1 - 상하진동형 토조 실험장치 - Google Patents

상하진동형 토조 실험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상하진동형 토조 실험장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 상하진동형 토조 실험장치는, 산사태가 발생하는 경사면을 구현하기 위한 것으로서, 경사지게 배치되며, 내부에 토양을 수용하며 상방이 개구되어 있는 토조, 토조의 하부에 배치되어 토조를 지지하는 베이스부재 및 베이스부재에 설치되어 토조를 상하방향으로 진동시키는 진동수단을 구비하는 것에 특징이 있다.

Description

상하진동형 토조 실험장치{Apparatus for soil box experiment applying vertical vibration}
본 발명은 산사태, 사면 붕괴와 같은 지질 재해를 연구 및 예방하기 위한 기술로서, 특히 진동과 사면의 형상에 따른 사면의 거동을 실험적으로 연구할 수 있는 토조 실험장치에 관한 것이다.
산사태는 토체(soil mass)가 기반암 상부를 따라 미끄러지면서 발생한다. 산사태 발생 사면은 점진적으로 활동파괴면(slip failure surface)을 형성하고 슬라이딩이 일어나기 시작하면서, 토석류(debris flow) 발생으로 이어지므로, 산사태발생 사면의 거동은 파괴 전, 파괴 및 파괴 후로 나누어 해석한다.
파괴 전 단계에 해당하는 '아주 느리게 움직이는 산사태'는 10-6 cm/s 이하의 속도로 진행된다. 이때 사면의 토체는 진행성 활동을 보이나 사면의 움직임은 육안으로 식별하기 어렵다. 사면이 파괴에 도달한 후 토체의 이동속도는 보통 0.1 cm/s 내외이다. 이보다 빠르게 움직이는 산사태의 거동을 '매우 빠르게 움직이는 산사태'로 명명하며, 진행속도는 일반적으로 5 cm/s에 달한다. 또한 이렇게 발생한 산사태에서, 사질토의 액상화와 같이, 토양이 고유의 토질강도(soil strength)를 잃게 되면 토석류가 발생하여 토체가 유체처럼 거동하며 최대 속도가 10 m/s에 달한다.
산사태는 지진(진동), 국지성 호우, 해빙 등 외부의 다양한 요인들에 의해 일어나는데, 주로 진동과 국지성 호우에 의한 경우가 많다.
산사태 사면의 거동을 연구하기 위한 실험장치로는 토조(soil box)가 사용되고 있다. 토조는 일방향으로 길게 형성된 박스 형태로서 경사지게 배치되며, 상부로 물을 공급할 수 있도록 되어 있다. 즉, 경사진 토조는 산사태가 일어나는 경사면을, 물이 공급되는 것은 비가 내리는 것을 모형화한 것이다. 토조는 경사진 정도를 변경할 수 있으며, 물의 공급량을 조절할 수 있도록 구성되어 있다.
상기한 바와 같이, 기존의 토조는 경사면을 조절하거나, 물의 공급량을 조절 할 수 있어 경사와 강수량에 따른 사면 거동을 파악할 수 있으나, 사면의 진동에 따른 사면 거동을 파악할 수 없는 한계가 있었다.
산사태의 가장 중요한 요인이 집중호우와 같은 강수량과 경사면이라는 점에서 종래의 토조 구성은 의미가 있지만, 최근 지진이 빈번하게 발생하고 있으며, 건축 및 토목 시공현장에서 발파를 함에 따라 다양한 형태의 진동이 경사면에 전해지고 있다.
따라서 사면 거동에 있어서 진동을 고려한 토조 실험장치의 개발이 요구되고 있다.
한편, 종래의 토조는 박스 형상으로 이루어져 바닥면이 평평한 형태로 이루어져 있어 실제 경사면을 정확하게 모사할 수 없다는 문제점이 있었다. 실제 경사면은 돌출된 영역과 오목하게 꺼진 부분이 반복되는 등 다양한 형태로 이루어지기 때문이다. 사면의 형태는 토석류의 흐름에 있어서 큰 영향을 줄 수 있으므로 산사태의 경사면을 실제 경사면의 형태와 유사하게 재현한 실험장치의 개발이 필요하다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 산사태 발생원인 중 하나인 지진동을 부여할 수 있으며, 산사태 경사면의 형상을 조절할 수 있도록 구조가 개선된 상하진동형 토조 실험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상하진동형 토조 실험장치는, 경사지게 배치되며, 내부에 토양을 수용하며 상방이 개구되어 있는 토조; 상기 토조의 하부에 배치되어 상기 토조를 지지하는 베이스부재; 및 상기 베이스부재에 설치되어 상기 토조를 상하방향으로 진동시키는 진동수단;을 구비하는 것에 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 진동수단은, 상기 베이스부재 내에 설치되는 실린더바디와, 상기 실린더바디에 상하방향으로 이동가능하게 설치되며, 상단부는 상기 토조에 결합되는 피스톤을 구비한다.
그리고, 상기 실린더는 상기 토조의 길이방향을 따라 서로 이격되게 2개 배치되며, 상기 피스톤은 상기 토조에 힌지가능하게 결합된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 토조의 경사진 정도를 파악할 수 있도록 상기 토조에 부착되는 경사계를 더 구비한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 토조의 바닥면의 형상을 가변시키기 위한 형상가변수단을 더 구비하며, 상기 형상가변수단은, 상기 토조의 바닥면 위에 설치되며 휘어질 수 있는 유연한 소재로 이루어진 표면판과, 상기 토조의 바닥면에 설치되어 상하방향으로 이동가능하여 상기 표면판의 높이를 조절하는 복수의 높이조절부재를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 높이조절부재는 바(bar) 또는 봉(rod) 형상으로 상기 토조의 바닥면에 길게 배치되는 높이조절바를 포함한다.
그리고 상기 높이조절바에는 길이방향을 따라 복수의 높이조절볼트가 상호 이격되어 나사결합되며, 상기 높이조절볼트는 상기 높이조절바에 대하여 상하방향으로 이동가능하다.
특히 상기 높이조절바들 중 일부는 상기 토조의 바닥면 위에서 회전가능하게 구성할 수도 있다.
또한 상기 높이조절부재는, 상기 바닥면에 나사체결되어 상하방향으로 이동가능한 복수의 높이조절볼트를 포함한다.
그리고, 상기 토조의 바닥면에는 상기 높이조절볼트가 삽입되는 복수의 관통공이 형성되며, 상기 토조의 바닥면에 대하여 회전가능하되 상하방향으로는 위치고정되도록 설치되는 너트를 더 구비하여, 상기 너트의 정역방향 회전에 따라 상기 높이조절볼트가 상하방향으로 이동할 수 있다.
본 발명의 구체적 실시예에서, 상기 높이조절부재는, 볼트 형상으로 이루어져 상기 토조의 바닥면에 나사체결되는 제2높이조절볼트와, 일방향으로 길게 배치되며 상기 토조의 바닥면에 삽입되는 제1위치와 상기 바닥면에 대하여 돌출되는 제2위치 사이에서 상하방향으로 이동가능하며, 내부에 상하방향으로 이동가능한 복수의 제2높이조절볼트가 결합되어 있는 복수의 높이조절바를 구비하며, 상기 높이조절바는 복수 개 배치되어 상기 토조의 가로방향 및 세로방향을 따라 배치되며, 상기 제1높이조절볼트와 제2높이조절볼트는 상기 바닥면에 매트릭스 형태로 배치된다.
본 발명은 산사태 발생원인들 중 중요한 요소들인 경사면의 형상, 지진동, 강수를 모두 실험적으로 재현할 수 있으므로, 산사태 발생 거동을 각 요소별 영향에 의해 파악할 수 있는 기반을 제공할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에서는 통해 높이조절바, 제1높이조절부재, 제2높이조절부재를 사용하여 산사태 발생면의 경사각은 물론, 큰 굴곡과 잔 굴곡을 다양한 형상으로 조절할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상하진동형 토조 실험장치의 개략적 사시도이다.
도 2는 도 1의 a-a선 개략적 단면도이다.
도 3은 토조의 표면판을 제거한 상태에서 토조 바닥면의 개략적 평면도이다.
도 4는 토조를 하방에서 바라본 일부 절개 사시도이다.
도 5는 높이조절바 회전시키기 위한 구성을 설명하기 위한 도 4의 일부 확대 단면도이다(높이조절바는 단순하게 표시함).
도 6은 본 발명에 따른 제2실시예로서 회전가능한 높이조절바가 베어링과 너트에 의해 표면판에 결합되는 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 제3실시예로서 제1높이조절볼트 및 제2높이조절볼트가 베어링과 너트 및 핀홀을 이용하여 표면판에 결합되는 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 제4실시예로서, 제1높이조절볼트 및 제2높이조절볼트가 표면판에 결합되는 형태를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 상하진동형 토조 실험장치에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 상하진동형 토조 실험장치의 개략적 사시도이며, 도 2는 도 1의 a-a선 개략적 단면도이고, 도 3은 토조의 표면판을 제거한 상태에서 토조 바닥면의 개략적 평면도이며, 도 4는 토조를 하방에서 바라본 일부 절개 사시도이고, 도 5는 도 4의 일부 확대 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 토조 실험장치(이하 '토조 실험장치'라고 함)는 토조(10), 베이스부재(20), 형상가변수단 및 진동수단을 구비한다.
토조(10)는 산사태가 발생하는 경사면을 모형으로 재현한 것이다. 본 실시예에서 토조(10)는 일방향으로 길게 형성된 육면체 형상으로 상부는 개구되어 있다. 토조(10)는 경사지게 배치되고, 그 내부에 토양이 수용된다. 토조(10)의 일측에는 토조(10)가 경사진 정도를 표시해주는 경사계(15)가 부착된다.
본 발명에서는 토조(10)의 바닥면 형상을 다양하게 가변하여 실제 산사태가 일어나는 경사면과 동일한 조건을 부여하는 것이 중요한 기술적 특징들 중 하나이다. 이에 본 발명에서는 형상가변수단이 마련된다.
형상가변수단은 표면판(21)과 높이조절부재를 구비한다.
표면판(21)은 휘어질 수 있는 유연한 소재로 이루어져 토조(10)의 바닥면 위에 설치된다. 표면판(21)은 토조(10) 바닥면의 형상과 대응되게 직사각 형태로 이루어진다. 그리고 표면판(21)의 4개의 측면부는 토조(10)의 4개 측벽에 완전히 밀착되게 부착되어, 표면판(21)과 토조(10)의 측벽 사이로 토양이 유출되는 것을 방지한다.
본 실시예에서 표면판(21)은 고무 소재로 이루어진다. 표면판의 상면에는 다양한 형상의 요철(미도시)을 형성하여 표면판(21) 상면의 거칠기를 조절함으로써, 상부에 놓인 토양이 미끄러지는 것을 방지한다. 다른 실시예에서는 탄성을 가지는 천이나 부직포 등으로 표면판을 제조할 수 있으며, 이외에도 구부러질 수 있는 다양한 소재로 표면판을 제조할 수 있다.
높이조절부재는 표면판(21)의 각 영역을 상하방향으로 이동시켜 표면판에 굴곡을 형성시키기 위한 것이다. 높이조절부재는 토조(10)의 바닥면에 설치되어 상하방향으로 이동가능하다.
본 실시예에서 높이조절부재는 높이조절바(41), 제1높이조절볼트(46) 및 제2높이조절볼트(45)를 구비한다.
높이조절바(41)는 바(bar) 또는 봉 형상으로 길게 형성되며, 토조(10) 바닥면에 설치된다. 높이조절바(41)는 후술할 높이조절볼트에 비하여 상대적으로 넓은 영역에서 표면판(21)을 상승시키기 위한 것이다. 높이조절바(41)는 복수 개 마련되며, 토조(10) 바닥면에 가로방향 및 세로방향을 따라 각각 배치된다.
토조(10) 바닥면에는, 도면에 도시된 바와 같이, 높이조절바(41)와 대응되는 홈부(11)가 형성되어 있으며 높이조절바(41)는 홈부(11)에 완전히 삽입되는 제1위치와 토조(10)의 바닥면에 대하여 돌출되는 제2위치 사이에서 상하방향으로 이동가능하다.
높이조절바(41)를 상하방향으로 이동시키기 위해서는 다양한 구동수단이 채용될 수 있다. 본 실시예와 같이, 실린더(42)가 토조(10)의 하부에 장착되고, 실린더(42)의 피스톤(43)이 높이조절바(41)에 결합되어 피스톤(43)의 상하 왕복이동에 의해 높이조절바(41)가 이동될 수 있다.
그리고 높이조절바(41)의 상부는 표면판(21)에 견고하게 결합될 수 있다. 예컨대 상호 근접해 있는 두 개의 높이조절바(411,412) 중 어느 하나는 상승되고 나머지 하나는 상승되지 않게하여 표면판(21)의 굴곡을 급격하게 조절하고자 하는 경우, 즉 급격한 사면을 형성하고자 하는 경우에는 상승되지 않는 높이조절바(411)가 표면판(21)과 결합되어 있어야 한다. 상승되지 않는 높이조절바(411)가 표면판(21)에 결합되지 않은 경우, 이 높이조절바(411) 위에 배치된 표면판(21)의 부분 영역도 함께 상승하게 되므로 급격한 경사를 형성할 수 없으며 완만한 경사가 형성되기 때문이다.
본 실시예에서는 높이조절바(41)의 길이에 따라 일정 간격으로 복수의 지점에서 높이조절바(41)와 표면판(21)이 상호 결합된다. 높이조절바(41)의 길이는, 도 3에 도시된 바와 같이, 길이가 다양하게 형성되므로 표면판(21)과 결합되는 지점은 높이조절바(41)의 길이에 따라 달라질 수 있다.
또한 복수의 높이조절바 중 일부는 회전가능한 높이조절바(413)이다. 회전가능한 높이조절바(413)는 토조(10)의 바닥면과 평행한 평면상에서 회전가능하다. 높이조절바(413)의 회전을 통해 하나의 높이조절바(413)를 다양한 각도로 배치할 수 있다. 높이조절바(413)의 배치 각도를 변경함에 따라 표면판(21)에 다양한 형태의 굴곡을 형성할 수 있다.
높이조절바(413)를 회전시키기 위해서는 다양한 수단이 채용될 수 있다. 실린더에 설치되는 피스톤이 회전될 수도 있으며, 본 실시예와 같이 실린더 자체를 회전시킬 수도 있다. 즉. 토조(10)의 하부에 내부링(441)과 외부링(442)이 상호 회전가능하게 결합되는 베어링(44)을 마련하여, 외부링(442)은 토조(10)의 하부에 결합되어 회전 불가능하게, 그리고 내부링(441)은 외부링(442)에만 결합되어 토조(10)에 대하여 회전가능하다. 실린더(42)를 내부링(441)에 끼우면, 실린더(42)는 베어링(44)에 의하여 회전가능하게 지지된다. 높이조절바(413)를 토조(10)의 홈부(11)로부터 돌출시켜 제2위치로 상승시킨 후 사용자가 실린더를 원하는 각도만큼 회전시킬 수 있다.
그리고 본 실시예에서, 회전가능한 높이조절바(413)는 표면판(21)과 상호 결합되지 않게 설치한다. 다만, 다른 실시예에서는 회전가능한 높이조절바(413)도 표면판(21)에 결합시킬 수 있으며, 이에 대해서는 뒤에서 상술하기로 한다.
한편, 복수의 높이조절바(41) 중 적어도 어느 하나에는 복수의 제2높이조절볼트(45)가 결합된다.
본 실시예에서 높이조절바(41)에는 길이방향을 따라 복수의 나사공(48)이 형성되며, 제2높이조절볼트(45)는 이 나사공(48)에 나사체결된다. 제2높이조절볼트(45)는 머리부(451)가 토조(10)의 바닥면 상부에 배치된다. 그리고 제2높이조절볼트(45)를 정역방향으로 회전시킬 수 있도록, 제2높이조절볼트(45)의 나사축부(452)의 하단부에는 드라이버가 끼워지는 1자형 또는 십자형의 홈부(미도시)가 형성된다.
본 실시예에서는 제2높이조절볼트(45) 자체가 회전하므로 제2높이조절볼트(45)와 표면판(21)은 상호 결합되지 않는 구성으로 이루어진다. 다만, 다른 실시예에서는 제2높이조절볼트(45)를 표면판(21)에 결합시키는 구성을 취할 수 있는 바, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
제2높이조절볼트(45)는 높이조절바(41)에 대하여 상대적으로 상하이동된다. 이에 따라, 높이조절바(41)를 일정 높이로 상승시킨 상태에서 표면판(21)의 굴곡을 미세하게 조절할 수 있다.
한편, 제1높이조절볼트(46)는 토조(10)의 바닥면에 복수 개 설치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 높이조절바(41)가 회전되지 않은 초기 위치에 있을 때를 기준으로, 제1높이조절볼트(46)와 제2높이조절볼트(45)는 토조(10)의 바닥면 상에서 전체적으로 매트릭스 형상으로 배치된다.
제1높이조절볼트(46)는 높이조절바(41)에 비하여 상대적으로 작은 영역, 즉 특정 지점(spot)에서 표면판(21)의 굴곡을 형성하기 위한 것이다. 그리고, 높이조절바(41)가 큰 굴곡을 형성하는데 유리하다면, 제1높이조절볼트(46)와 제2높이조절볼트(45)는 경사면에서의 미세한 잔 굴곡을 형성하는데 유리하다. 실제 산사태가 일어나는 경사면에서는 큰 굴곡과 잔 굴곡이 혼재하고 있으므로, 본 발명에서는 높이조절바(41)와 함께 제1높이조절볼트(45) 및 제2높이조절볼트(46)를 채택한 것이다. 그리고 제1높이조절볼트(46)와 제2높이조절볼트(45)를 표면판(21) 하부의 전 영역에 매트릭스 형태로 배치하여 잔 굴곡을 다양한 형태로 구현할 수 있도록 한 것이다.
제1높이조절볼트(46)가 상승되는 구조는 제2높이조절볼트(46)와 유사하다. 즉, 토조(10)의 바닥면에 복수의 나사공(18)이 형성되고, 제1높이조절볼트(46)는 머리부(461)가 바닥면의 상부에 배치되도록 하여 나사공(18)에 체결한다. 제1높이조절볼트(46)의 나사축부(462)의 하단에도 드라이버가 삽입될 수 있는 1자형 또는 십자형의 홈부(미도시)가 형성된다. 제1높이조절볼트(46)를 정역방향으로 회전시킴으로써 제1높이조절볼트(46)를 상하방향으로 이동시킬 수 있다.
본 실시예에서는 제1높이조절볼트(46) 자체가 회전하므로 제1높이조절볼트(46)와 표면판(21)은 상호 결합되지 않는 구성을 취한다. 다만, 다른 실시예에서는 제1높이조절볼트(46)를 표면판(21)에 결합시키는 구성을 취할 수 있는 바, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 산사태 발생면의 형상을 원하는 모양에 맞게 가변시킬 수 있도록, 구부러질 수 있는 표면판(21), 높이조절바(41), 제1높이조절부재(46) 및 제2높이조절부재(45)를 채용하였다. 높이조절바(42)는 상대적으로 넓은 영역에서 큰 굴곡을 만들며, 제1높이조절볼트(46) 및 제2높이조절볼트(45)는 상대적으로 작은 영역에서 잔 굴곡을 형성함으로써 표면판(21)의 형상을 가변시킬 수 있다. 또한, 복수의 높이조절바(41) 중 일부(411)는 표면판(21)과 결합하며, 다른 일부(412)는 표면판(21)과 결합하지 않는다. 또한 일부의 높이조절바(413)는 회전가능하게 구성된다. 마찬가지로, 제1높이조절볼트(46)와 제2높이조절볼트(45)도 일부는 표면판(21)에 결합할 수 있고 다른 일부는 결합하지 않을 수 있다. 이와 같이, 본 발명에서는 다양한 기계적 구성을 통해 산사태가 발생하는 경사면의 형상을 정확하고 미세하게 구현할 수 있도록 하였으며, 이를 통해 다양한 형상에서의 산사태 거동을 면밀하게 연구할 수 있다는 이점이 있다. 표면판과 다양한 높이조절부재가 결합되는 구성은 뒤에서 상술한다.
한편, 본 발명의 가장 중요한 특징 중 하나는 산사태가 일어나는 원인 중 지진동에 의한 영향을 파악할 수 있도록 한 것이다. 이를 구현하기 위하여, 본 발명에서는 토조(10) 자체를 상하로 이동시킬 수 있는 진동수단을 구비한다.
본 실시예에서 진동수단은 실린더(60)를 채용한다. 실린더(60)는 토조(10)의 길이방향을 따라 복수 개 설치된다. 실린더(60)는 실린더바디(61)와 피스톤(62)으로 이루어지며, 본 실시예에서는 유압에 의하여 작동하는 유압실린더를 사용하였다. 실린더바디(61)는 베이스부재(20)에 고정되게 설치되며, 피스톤(61)의 상단부는 토조(10)에 힌지가능하게 결합된다. 유압의 인가 및 해제에 따라 피스톤(61)은 상하로 왕복이동함으로써, 토조(10)는 상하로 진동하게 된다. 본 실시예와 같이 2개의 실린더(60)를 사용하는 경우 두 개의 실린더의 진동 상하폭을 동일하게 조절할 수 있으며, 어느 한쪽의 실린더만 진동하게 하거나, 두 개의 실린더의 진동폭을 서로 다르게 조절할 수도 있다.
그리고 토조(10)는 두 개의 실린더(60)를 매개로 베이스부재(20)에 지지되므로, 두 개의 실린더의 피스톤(62) 높이를 서로 달리함으로써 토조(10)의 초기 경사각을 조절할 수 있다. 토조(10)의 초기 경사각은 토조(10)에 부착된 경사계(15)를 통해 확인하면서, 피스톤(62)의 높이를 조절함으로써 쉽게 설정할 수 있다.
진동폭에 따른 지반가속도는 다음과 같이 구한다.
높이(h)와 시간(t) 따른 중력가속도(g)는 아래의 식으로 정리된다.
h = 1/2gt2
중력가속도는 0.98m/s2 이므로, 일반적으로 진폭 0.05m(5cm)를 가지는 상하운동에 대해서 0.1g의 중력가속도를 얻기 위해서는 왕복시간은 아래의 식과 같이 계산된다.
t2 = 0.05m/(0.98m/s2) = 0.319s
즉, 0.319초 사이에 토조가 상하왕복운동을 완료하면 지반가속도는 0.1g를 가지는 지진동을 재현할 수 있다. 왕복속도를 변경시킴으로써 지반가속도를 실험조건에 맞게 변경시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 산사태의 사면 거동에 있어서, 산사태 경사면의 형상에 의한 영향을 파악하기 위하여 형상가변수단을 채용하였고, 지진동에 의한 영향을 파악하기 위해 진동수단을 채용하였다. 당연히 기존의 토조 실험장치와 마찬가지로 토조에 물을 공급할 수 있도록 하여 강수에 의한 영향을 파악할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 산사태의 중요한 영향인자들을 대부분 실험에 적용할 수 있게 함으로써, 현실에서의 산사태의 발생 거동을 정확하게 실험적으로 파악할 수 있는 기반을 제공했다는데 큰 의미가 있다.
지금까지, 도 1 내지 도 4를 참고하여 설명한 실시예에서는 회전가능한 높이조절바(413)가 표면판(21)에 결합되지 않는 것으로 설명하였으나, 도 6에 도시된 제2실시예에서는 회전가능한 높이조절바(413)가 표면판(21)과 결합되는 구성이 도시되어 있다.
도 6을 참고하면, 표면판(21)에 베어링(44)을 삽입되게 설치하고, 실린더의 피스톤(43)과 동축상, 즉 높이조절바(413)의 회전중심에 상기 베어링(44)에 끼워져 결합되는 돌기(417)를 형성함으로써 표면판(21)과 높이조절바(413)를 상호 결합시킬 수 있다. 베어링(44)의 외부링(442)은 표면판(21)에 고정되게 결합되고, 내부링(441)은 외부링(442)에 대하여 상대회전 가능하다. 높이조절바(413)와 돌기(417)는 한 몸체로서 함께 회전되어야 하며, 돌기(417)는 표면판(21)에 베어링(44)을 매개로 결합되어 있으므로 높이조절바(413)와 돌기(417)는 함께 회전될 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에서는 제1높이조절볼트(46)와 제2높이조절볼트(45)가 토조(10)의 바닥면(구체적으로 나사공 18) 또는 높이조절바(41, 구체적으로 나사공 48)에 직접 나사체결되는 것으로 설명하였다. 즉, 제1높이조절볼트(46)와 제2높이조절볼트(45)가 회전되어야 하므로 표면판(21)과 제1높이조절볼트(46) 및 제2높이조절볼트(45)는 상호 결합되지 않고 단순히 접촉만 되는 것으로 설명하였다.
그러나, 도 7에 도시된 제3실시예에서는 표면판(21)과 제1높이조절볼트(46) 및 제2높이조절볼트(45)는 상호 결합될 수 있다.
제2높이조절볼트(45)에 대해서 먼저 설명한다. 높이조절바(41)에는 길이방향을 따라 복수의 관통공(419)이 형성되며, 제2높이조절볼트(45)는 관통공(419)에 끼워진다, 제2높이조절볼트(45)의 머리부(451)는 높이조절바(45)의 상부에 배치되며 나사축부(452)에는 너트(47)가 끼워져 나사체결된다. 이 너트(47)는 위치고정된 상태에서 정역방향으로 회전만 가능하다. 너트(47)가 위치고정된 상태에서 회전되면 제2높이조절볼트(45)는 회전하지 않고 상하방향으로만 이동된다. 상기한 바와 같이, 제2높이조절볼트(45)가 회전하지 않으므로, 제2높이조절볼트(45)는 표면판(21)과 공지의 다양한 접합방식에 의하여 견고하게 결합될 수 있다. 너트(47)를 위치고정된 상태로 회전시키기 위해서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 베어링(44)의 내부링(441)에 너트(47)를 끼워서 고정시키고, 외부링(442)을 높이조절바(41)에 고정시킨다. 너트(47) 또는 베어링(44)의 내부링(441)에 핀홀(443)을 형성하면, 이 핀홀(443)에 핀(미도시)을 끼우고 돌릴 수 있다. 내부링(441)과 너트(47) 중 어느 하나만 회전시키면 이들은 상호 결합되어 있으므로 함께 회전됨으로써 너트(47)가 정역방향으로 회전된다.
제1높이조절볼트(46)도 제2높이조절볼트(45)와 동일하게 베어링(44)과 너트(47)를 활용하여 제1높이조절볼트(46)는 회전하지 않고 상하운동만 하게 할 수 있다. 이 경우 베어링(44)은 토조(10)의 하부에 결합되며, 제1높이조절볼트(46)가 끼워지는 토조(10)의 관통공(16)은 내주면에 나사산이 형성되지 않은 단순한 구멍이다.
한편, 제1높이조절볼트(46)나 제2높이조절볼트(45)가 회전하지 않고 상하운동만을 하도록 상기한 바와 같은 구성을 선택하면 베어링을 많이 사용해야 하므로 경제적이지 못할 수 있다. 제1높이조절볼트(46)와 제2높이조절볼트(45)는 매트릭스 형태로 복수 개 설치되므로 베어링을 모두 사용하면 비경제적일 수 있다.
이에, 도 8에 도시된 제4실시예에서는 베어링을 사용하지 않고 제1높이조절볼트(46)와 제2높이조절볼트(45)를 표면판(21)에 결합시킬 수 있는 구성을 제시한다.
도 8을 참고하면, 제4실시예에서는 표면판(21)에 두께가 얇고 내부가 비어 있는 원통형의 하우징(51)을 삽입설치한다. 하우징(51)의 하면에는 직경방향을 따라 얇은 슬릿(52)이 형성된다.
제1높이조절볼트(46) 및 제2높이조절볼트(45)는 토조(10)의 나사공(18) 또는 높이조절바(41)의 나사공(48)에 직접 나사체결되므로 제1높이조절볼트(46)와 제2높이조절볼트(45)가 직접 정역방향으로 회전되어야 상승 및 하강한다. 그리고 제1높이조절볼트(46) 및 제2높이조절볼트(45)상단부는 알파벳 'T'자 형으로 형성된다.
제1높이조절볼트(46)와 제2높이조절볼트(45)의 상단부를 슬릿(52)을 통해 하우징(51) 내부로 삽입시킨 뒤, 회전시키면 제1높이조절볼트(46)와 제2높이조절볼트(45)는 회전하면서 상승한다. 제1높이조절볼트(46)와 제2높이조절볼트(45)는 회전과 동시에 상승하면서 하우징(51)에 내부 상면에 접촉되어 계속 상방향으로 하우징(51)을 가압한다. 하우징(51)은 표면판(21)에 결합되어 있으므로, 결국 하우징(51)을 상승시킬 수 있다. 표면판(21)을 하강시키고자 할 때에는 제1높이조절볼트(45)와 제2높이조절볼트(46)를 역방향으로 회전시켜 하강시키면 표면판(21)이 지지되지 않으므로, 원위치로 복귀하려는 표면판(21)의 탄성력에 의해 표면판(21)은 원위치로 하강한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 산사태 발생원인들 중 중요한 요소들인 경사면의 형상, 지진동, 강수를 모두 실험적으로 재현할 수 있으므로, 산사태 발생 거동을 각 요소별 영향에 의해 파악할 수 있는 기반을 제공할 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 통해 높이조절바, 제1높이조절부재, 제2높이조절부재를 사용하여 산사태 발생면의 경사각은 물론, 큰 굴곡과 잔 굴곡을 다양한 형상으로 조절할 수 있다는 이점이 있다.
또한 본 발명에서는 높이조절바를 회전시켜 배치각도를 조절하기 위한 구성, 그리고 제1높이조절부재, 제2높이조절부재 및 높이조절바가 표면판과 결합시키기 위한 다양한 구성을 제공하여 경제적으로 실험장치를 제조할 수 있다는 이점도 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100,200,300,400 ... 제1실시예~제4실시예에 따른 토조 실험장치
10 ... 토조 11 ... 홈부
15 ... 경사계 16,419 ... 관통공
18,48 ... 나사공 20 ... 베이스부재
21 ... 표면판 41,411,412,413 ... 높이조절바
417 ... 돌기 42 ... 실린더
43 ... 피스톤 44 ... 베어링
441 ... 내부링 442 ... 외부링
443 ... 핀홀 45 ... 제2높이조절볼트
46 ... 제1높이조절볼트 451,461... 볼트 머리부
452,462 ... 볼트 나사축부 47 ... 너트
51 ... 하우징 52 ... 슬릿
60 ... 실린더 61 ... 실린더바디

Claims (11)

  1. 산사태가 발생하는 경사면을 구현하기 위한 것으로서, 경사지게 배치되며, 내부에 토양을 수용하며 상방이 개구되어 있는 토조;
    상기 토조의 하부에 배치되어 상기 토조를 지지하는 베이스부재; 및
    상기 베이스부재에 설치되어 상기 토조를 상하방향으로 진동시키는 진동수단;을 구비하며,
    상기 토조의 바닥면의 형상을 가변시키기 위한 형상가변수단을 더 구비하며,
    상기 형상가변수단은, 상기 토조의 바닥면 위에 설치되며 휘어질 수 있는 유연한 소재로 이루어진 표면판과,
    상기 토조의 바닥면에 설치되어 상하방향으로 이동가능하여 상기 표면판의 높이를 조절하는 복수의 높이조절부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 상하진동형 토조 실험장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진동수단은,
    상기 베이스부재 내에 설치되는 실린더바디와,
    상기 실린더바디에 상하방향으로 이동가능하게 설치되며, 상단부는 상기 토조에 결합되는 피스톤을 구비하는 실린더인 것을 특징으로 하는 상하진동형 토조 실험장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 실린더는 상기 토조의 길이방향을 따라 서로 이격되게 2개 배치되며,
    상기 피스톤은 상기 토조에 힌지가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 상하진동형 토조 실험장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 토조의 경사진 정도를 파악할 수 있도록 상기 토조에 부착되는 경사계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 상하진동형 토조 실험장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 높이조절부재는 바(bar) 또는 봉(rod) 형상으로 상기 토조의 바닥면에 길게 배치되는 높이조절바를 포함하는 것을 특징으로 하는 상하진동형 토조 실험장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 높이조절바에는 길이방향을 따라 복수의 높이조절볼트가 상호 이격되어 나사결합되며,
    상기 높이조절볼트는 상기 높이조절바에 대하여 상하방향으로 이동가능한 것을 특징으로 상하진동형 토조 실험장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 높이조절바는 상기 토조의 바닥면 위에서 회전가능한 것을 특징으로 하는 상하진동형 토조 실험장치.
  9. 제1항에 있어서
    상기 높이조절부재는,
    상기 바닥면에 나사체결되어 상하방향으로 이동가능한 복수의 높이조절볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 상하진동형 토조 실험장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 토조의 바닥면에는 상기 높이조절볼트가 삽입되는 복수의 관통공이 형성되며,
    상기 토조의 바닥면에 대하여 회전가능하되 상하방향으로는 위치고정되도록 설치되는 너트를 더 구비하여, 상기 너트의 정역방향 회전에 따라 상기 높이조절볼트가 상하방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 상하진동형 토조 실험장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 높이조절부재는,
    볼트 형상으로 이루어져 상기 토조의 바닥면에 나사체결되는 제2높이조절볼트와, 일방향으로 길게 배치되며 상기 토조의 바닥면에 삽입되는 제1위치와 상기 바닥면에 대하여 돌출되는 제2위치 사이에서 상하방향으로 이동가능하며, 내부에 상하방향으로 이동가능한 복수의 제2높이조절볼트가 결합되어 있는 복수의 높이조절바를 구비하며,
    상기 높이조절바는 복수 개 배치되어 상기 토조의 가로방향 및 세로방향을 따라 배치되며,
    상기 제1높이조절볼트와 제2높이조절볼트는 상기 바닥면에 매트릭스 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 상하진동형 토조 실험장치.
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