KR101683620B1 - X-ray CT 촬영을 위한 회전 및 유체주입을 통한 인장파괴 유도가 가능한 삼축압축시험용 삼축셀 및 이를 이용한 삼축압축시험 방법 - Google Patents
X-ray CT 촬영을 위한 회전 및 유체주입을 통한 인장파괴 유도가 가능한 삼축압축시험용 삼축셀 및 이를 이용한 삼축압축시험 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 삼축압축 상태에서 압축력에 의한 시편의 압축파괴를 유도할 수 있을 뿐만 아니라 삼축압축 상태에서 인장력에 의한 시편의 인장파괴를 유도할 있으며, 대심도(大深度)의 지반 시추공으로부터 채취된 시편에 대해, 대심도 시추공 내부에서의 높은 압력이 작용하는 구속응력 상태를 정밀하게 모사한 조건 하에서 삼축압축시험을 수행할 수 있으며, 지중의 깊은 곳에 위치하는 암반 내의 고압 구속조건을 구현한 상태에서 시편에 고압의 유체를 주입하여 인공 균열에 의한 수압파쇄를 유도할 수 있는 삼축압축실험이 가능하게 되고, 더 나아가 유체를 공급하는 호스의 꼬임이나 손상없이 시편을 회전시키면서 X-ray CT 촬영이 가능하게 만드는 "삼축압축시험용 삼축셀과, 이를 이용한 삼축압축시험 방법"에 관한 것이다.
Description
본 발명은 지반 시료 등과 같은 시편에 대해 삼축압축시험을 수행할 수 있는 삼축셀과, 이를 이용하여 시편에 대해 삼축압축시험을 수행하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 삼축압축 상태에서 압축력에 의한 시편의 압축파괴를 유도하는 삼축압축시험을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 삼축압축시험 과정에서의 시편의 점진적인 파괴양상을 실시간으로 가시적으로 분석할 수 있도록 삼축압축 상태에서도 X-ray CT 촬영이 동시에 진행될 수 있게 시편의 원활한 회전이 가능하고, 더 나아가 EGS(Enhanced Geothermal System)방식의 지열발전이나 셰일가스와 같이, 매우 낮은 투수계수와 고압력의 구속응력 상태를 가지는 암반의 조건을 대상으로 수압파쇄(hydraulic fracturing)를 통해 균열망을 생성시켜 인공저류층을 생성시키는 메커니즘을 정밀하게 모사하는 삼축압축시험과 같이, 대심도(大深度)의 지반 시추공으로부터 채취된 시편에 대해 대심도 시추공 내부에서의 높은 압력이 작용하는 구속응력 상태를 정밀하게 모사한 조건 하에서 유체를 시편에 주입하여 시편의 내부에서부터 고압이 작용하도록 함으로써 수압파쇄를 통한 인공균열을 생성시켜서 삼축압축 상태에서의 인장파괴를 유도하는 삼축압축시험의 수행이 가능한 "삼축압축시험용 삼축셀과, 이를 이용한 삼축압축시험 방법"에 관한 것이다.
지반의 물리적인 특성을 파악하기 위하여, 지반에 시추공을 천공하고 이를 통하여 시편을 채취한 후, 삼축셀(三軸 cell)을 이용하여 시편에 대해 삼축압축시험을 수행하게 된다. 최근에는 지열 발전을 위한 지열공과 같이, 지반의 매우 깊은 곳까지 이르는 대심도(大深度)의 시추공을 천공해야만 하는 경우가 늘어나고 있다. 이와 같은 대심도(大深度)의 시추공에서 채취한 시편에 대해 삼축압축시험을 수행하려면, 대심도 시추공의 조건에 맞추어서 고압의 구속조건을 구현할 수 있는 삼축셀이 필요하다.
일본 공개특허공보 특개2007-309712호(일본 특허출원 제2006-137201호)에는 삼축셀을 이용한 삼축압축시험에 대한 종래 기술의 일예가 개시되어 있지만, 이러한 종래 기술에 의한 삼축압축시험에서는 단순히 지반의 시편에 대한 투수성을 평가하기 위한 투수계수를 측정하는데에 초점이 맞추어져 있을 뿐이므로, 종래 기술에 개시된 삼축셀은 높은 압력이 시편에 작용하는 대심도의 시추공 상태를 모사하기에 부적합하다.
최근에는 시추공에서 채취한 시편이 압축력에 의해 파괴되는 "압축파괴"에 대한 물리적인 특성을 파악하는 것 이외에도, 시편이 인장력을 받을 때에 어떻게 거동하고 인장파괴 양상은 어떠한지 등과 같은 인장파괴에 관련한 물리적인 특성을 파악할 필요가 많이 발생하고 있다.
한편, EGS 방식의 지열발전이나 셰일가스 생산의 경우, 고압의 유체를 이용하여 인공적인 균열망을 생성하는 수압파쇄를 수행함으로써 인공적인 저류층을 생성해야 하는데, 정확한 암반의 균열을 예측하여 설계하기 위해서는, 이러한 균열생성 메커니즘 및 균열파괴형상을 모사하여 재현할 수 있는 실험이 필요하다. 즉, 지중의 깊은 곳에 위치하는 암반 내의 고압 구속조건을 구현한 상태에서 시편에 고압의 유체를 주입하여 인공 균열이 발생되도록 함으로써 수압파쇄를 유도할 수 있는 삼축압축실험이 가능해야 하며 이를 위한 삼축셀이 절실히 필요한 것이다.
특히, 위와 같이 인공 저류층 형성을 위해 시편에 유체압을 가하여 수압파쇄시켜서 균열파괴형상을 모사함에 있어서는, 시편에 유체 압력이 작용하였을 때 시편의 균열이 형성되어 인장파괴가 진행되는 상태를 시각적으로 관찰하고 분석할 필요가 있다.
그러나 종래 기술의 삼축셀은 단지 삼축압축 상태에 시편에 압축력을 가하여 시편의 압축파괴를 유도하는 삼축압축시험만을 수행할 수 있을 뿐이며, 위와 같은 고압의 구속조건 하에서 시편의 인장파괴 및 시편의 수압파쇄를 유도하는 삼축압축시험은 전혀 수행할 수 없다는 한계를 가지고 있다.
또한 종래의 삼축압축시험에서는 시편에 대한 X-ray CT 촬영과 같은 비파괴 촬영장치를 통한 시각적인 관찰을 전혀 고려하지 않고 있다. 특히 삼축압축시험에서의 시편에 대한 시각적인 관찰을 위해서는 다양한 각도에서 시편의 이미지를 취득하여야 한다. 이를 위해서는 삼축압축시험을 수행하면서 시편을 회전시켜야 하는데, 결국에는 시편이 설치된 삼축압축시험용 삼축셀 자체를 회전시켜야 한다. 그런데 종래의 삼축압축시험용 삼축셀에는 삼축압축을 위하여 유체 공급용 관로(호스)가 연결되어 있으므로, 삼축셀을 회전시키게 되면 유압 및 유체압을 조절하는 관로(호스)들이 꼬임이게 되어, 정상적인 삼축압축시험이 불가능하게 된다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 대심도의 시추공으로부터 채취된 시편에 대해, 대심도 시추공의 내부 상태 즉, 고압의 구속응력 상태를 정밀하게 모사한 조건 하에서 삼축압축시험을 수행할 수 있게 함으로써, 매우 현실적이고 정밀한 시험결과를 도출될 수 있게 하는 삼축셀과, 이를 이용한 삼축압축시험 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 시편에 대해 삼축압축 상태에서 압축력에 의해 파괴되는 "압축파괴"를 유도하는 삼축압축시험을 수행할 수 있음은 물론 삼축압축 상태에서 시편에 인장력이 작용하도록 하여 시편의 "인장파괴"를 유도하게 되는 삼축압축시험을 더 수행할 수 있도록 하며, 깊은 곳의 암반 내의 고압 구속조건을 구현하면서 시편에 고압의 유체를 주입하여 수압파쇄되는 균열생성 메커니즘을 실험할 수 있도록 하는 삼축셀과, 이를 이용한 삼축압축시험 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
더 나아가, 본 발명은 삼축압축시험을 수행하면서 시편을 X-ray CT 촬영하되, 원활한 X-ray CT 촬영이 가능하도록 인장파괴 유도 상태에서도 시편을 회전시키면서 삼축압축시험이 가능한 삼축셀과, 이를 이용한 삼축압축시험 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 시편으로 만들어진 시편유닛이 내부에 배치되며 가압유체가 채워지는 튜브부재와, 상기 튜브부재의 양단부를 밀실하게 폐쇄하는 제1, 2단부판을 포함하고 있어서 삼축압축상태에서의 시편 파괴를 유도하는 셀 본체, 및 상기 셀 본체가 회전될 수 있도록 제1단부판의 외측에 구비되는 유체 분배 블록을 포함하며; 유체 분배 블록은, 유체공급호스가 연결되는 유체통과공이 형성된 외측 유체유입 부재와, 유체가 흐르는 유체통로가 내부에 형성되어 있고 회전하는 동안에도 유체통로와 유체통과공이 지속적으로 연통되도록 하면서 외측 유체유입 부재에 대해 회전가능하게 결합되는 내측 회전분배 부재를 포함하며; 유체통로와 셀 본체는 유체가 흐르도록 연통되며; 유체공급호스가 꼬이지 않은 채로 유체공급호스, 유체통과공, 유체통로 및 셀 본체와 연결된 호스로 이어지는 유체의 흐름이 형성되면서, 셀 본체가 회전하는 상태로 시편의 삼축압축시험이 진행될 수 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 삼축압축시험용 삼축셀이 제공된다.
또한 본 발명에서는 이러한 삼축압축시험용 삼축셀을 이용하여 삼축압축시험을 수행하는 방법에 제공되는데, 구체적으로 시편을 상기한 삼축압출시험용 삼축셀의 튜브부재 내에 배치하고, 유체통로와 셀 본체 사이로 유체가 흐르도록 연통시키며, 유체공급호스가 꼬이지 않은 채로 유체공급호스, 유체통과공, 유체통로 및 셀 본체와 연결된 호스로 이어지는 유체의 흐름이 형성되면서 셀 본체가 회전하는 상태로 만들어서, 튜브부재 내에서 시편에 대해 삼축압축시험을 수행하면서, 시편에 X-ray를 조사하여 X-ray CT 촬영을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼축압축시험 방법이 제공된다.
위와 같은 본 발명에 따른 삼축압축시험용 삼축셀과 이를 이용한 삼축압축시험 방법에서, 외측 유체유입 부재는, 원기둥 형상의 중공이 형성된 통형상의 부재로 이루어지고; 내측 회전분배 부재는, 중공에 삽입되는 원기둥 형상의 분배기둥과, 그 하부의 하부설치부재로 구성되며; 내측 회전분배 부재의 하부설치부재와 외측 유체유입 부재 사이에는 베어링부재가 설치되고; 분배기둥의 외주면에는, 중공에 삽입되었을 때 유체통과공과 연통되는 링형상의 밀실한 독립공간을 이루는 유체 체류홈이 형성되어 있고; 유체 체류홈에는 제1유체공이 형성되어 있고, 하부설치부재에는 제2유체공이 형성되어 있어서, 유체통로에 의해 제1유체공과 제2유체공은 서로 연통되며; 제2유체공과 셀 본체는 호스로 연결되고; 유체공급호스가 꼬이지 않은 채로 셀 본체가 회전할 때, 유체공급호스, 유체통과공, 유체 체류홈, 제1유체공, 유체통로, 제2유체공 및 셀 본체와 연결된 호스로 이어지는 유체의 흐름이 지속적으로 형성되는 구성을 가질 수 있다.
또한 위와 같은 본 발명에 따른 삼축압축시험용 삼축셀과 이를 이용한 삼축압축시험 방법에서, 시편유닛은, 중공이 형성되어 있는 원통형상의 시편과, 중공과 연통되는 관통공이 형성되어 있으며 시편의 일단에 결합되는 제1결합판과, 시편의 타단에 결합되는 제2결합판을 포함하여 구성되고; 제1단부판과 제2단부판 중의 하나에는 튜브부재 내로 유체를 공급하기 위한 외부가압 유체 공급로가 형성되어 있으며; 제1단부판에는 내부가압 유체를 공급하기 위한 내부가압 유체 주입로가 형성되어 있고; 제2단부판에는 제1단부판의 방향으로 신축하는 신축가압부재가 구비되어 있으며; 제1결합판의 관통공이 내부가압 유체 주입로와 연통된 상태로 제1결합판이 제1단부판에 밀착하고, 제2결합판이 제2단부판의 신축가압부재에 밀착하도록, 시편유닛이 튜브부재 내에 설치되며; 내부가압 유체 주입로에는 제1호스가 연결되고 외부가압 유체 공급로에는 제2호스가 연결되며, 제1호스와 제2호스는 각각 제1단부판에 결합된 유체 분배 블록의 제2유체공에 연결되며; 튜브부재 내에 유체가 채워지고 신축가압부재의 신장에 의해 시편이 가압되어 있는 삼축압축 상태에서, 내부가압 유체 주입로 및 관통공을 통해 내부가압 유체가 중공 내부로 주입되어 중공 내부에서 팽창 압력을 유발하여, 시편의 인장파괴를 유도할 수 있게 되는 구성을 가질 수 있다.
더 나아가, 위와 같은 본 발명에 있어서, 제1결합판에서 관통공의 단부에는, 중공에 끼워져서 내부가압 유체를 중공 내로 주입할 수 있도록 제1결합판으로부터 돌출된 형상의 노즐부가 형성되어 있는 구성을 가질 수도 있으며, 특히 중공이 시편을 완전히 관통하도록 형성되는 경우, 제2결합판에는 중공에 끼워지도록 돌출된 형태의 끼움부가 구비되어 있는 구성을 가질 수도 있다.
또한 위와 같은 본 발명에 있어서, 삼축압축시험용 삼축셀에는, 튜브부재의 길이방향으로 길게 연장된 보강봉이 제1단부판과 제2단부판 사이에 일체로 구비될 수 있다.
그리고 위와 같은 본 발명에 있어서, 제2단부판의 외측에는 실린더가 밀실하게 결합 구비되고; 신축가압부재의 외측 단부는 실린더 내부를 실린더의 길이 방향으로 2개 공간으로 분할하도록 실린더 내에 위치하고 있어서, 실린더의 내부는 신축가압부재의 외측 단부와 제2단부판 사이의 제1공간과, 신축가압부재의 외측 단부와 실린더의 외측면 사이의 제2공간으로 구분되어 있으며; 제1공간과 제2공간 간의 압력 차이에 의해 신축가압부재가 제1단부판을 향하여 신장하거나 또는 제1단부판으로부터 멀어지도록 수축하게 되는 구성을 가질 수도 있고, 외부가압 유체 공급로는 제1단부판에 형성되어 있으며; 튜브부재 내의 외부가압 유체를 배출하기 위한 외부가압 유체 배출로는 제2단부판에 형성되어 있는 구성을 가질 수도 있다. 이 경우, 제2단부판에도 상기한 유체 분배 블록이 결합되어 구비된다.
본 발명에 의하면, 시추공을 통해서 채취한 시편이 지중에 존재하는 상태와 동일한 조건을 가지도록 모사된 삼축압축 환경에 놓인 상태에서 시편의 투수계수 등을 측정하거나 또는 시편이 압축력에 의해 압축파괴되도록 하는 삼축압축실험을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 시편의 내부에 압력을 발생시켜 시편이 인장력에 의해 파괴되도록 하는 인장파괴를 유도하는 삼축압축시험을 수행하는 것도 가능하다는 장점이 발휘된다.
또한 본 발명에 의하면, 지열 발전을 위한 지열공과 같이 대심도로 천공되는 시추공의 경우처럼, 매우 높은 압력을 받는 시추공 내부의 구속응력 상태를 정밀하게 모사한 조건 하에서 삼축압축시험을 수행할 수 있다는 장점이 발휘된다.
특히, 본 발명에 의하면 지중의 깊은 곳에 위치하는 암반 내의 고압 구속조건을 구현한 상태에서 시편에 고압의 유체를 주입하여 인공 균열에 의한 수압파쇄를 유도할 수 있는 삼축압축실험이 가능하게 되므로, EGS 방식의 지열발전이나 셰일가스 생산에서 인공 저류층의 생성을 위한 암반의 균열생성 메커니즘 및 균열파괴형상을 정밀하게 모사하여 재현할 수 있게 되는 장점이 있다.
더 나아가, 본 발명에서는 삼축압축 상태를 만들기 위한 유체를 지속적으로 셀 본체에 공급하면서도 유체 공급을 위한 도관(호스)이 꼬이지 않은 채, X-ray CT 촬영장치 내에서 시편을 자유롭게 회전시키면서 삼축압축시험을 수행할 수 있으며, 따라서 X-ray CT 촬영을 통한 시편의 파괴 형태 등을 시각적으로 그리고 다양한 영상처리방법에 의해 구체적으로 파악할 수 있다는 효과가 발휘된다. 그러므로 본 발명은, 인공 저류층 형성을 위해 시편에 유체압을 가하여 수압파쇄시켜서 균열파괴형상을 모사하면서, 시편에 유체 압력이 작용하였을 때 시편의 균열이 형성되어 인장파괴가 진행되는 상태를 시각적으로 관찰하고 분석할 수 있게 되는 장점을 가진다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명에 따른 삼축압축시험용 삼축셀을 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 삼축압축시험용 삼축셀의 개략적인 분해 사시도이다.
도 4는 설명을 위하여 셀 본체에 유체를 공급하기 위한 유체공급호스를 직접 연결한 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 4의 상태에서 셀 본체를 회전시켰을 때 유체공급호스가 꼬이는 현상을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 6은 셀 본체의 제2단부판 외측에 유체 분배 블록이 설치되어 있는 것을 보여주는 개략적인 조립 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 유체 분배 블록의 개략적인 분해 사시도이다.
도 8은 유체 분배 블록에서 외측 유체유입 부재와 베어링부재만을 단면 형태로 표현한 도 6의 선 D-D에 따른 개략적인 반단면 사시도이다.
도 9는 본 발명의 셀 본체에 대한 개략적인 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 셀 본체의 내부 구성을 보여주는 도 9의 선 A-A에 따른 셀 본체에 대한 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 발명에서 시편에 노즐 플레이트를 조립하여 시편유닛을 형성하는 상태를 보여주는 개략적인 분해 사시도이다.
도 12는 도 11의 상태에 후속하여 시편에 노즐 플레이트가 조립되어 시편유닛이 만들어진 상태를 보여주는 개략적인 조립 사시도이다.
도 13은 도 12의 선 B-B에 따른 개략적인 단면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 삼축압축시험용 삼축셀에서 제1단부판과 제2단부판의 사이에 시편유닛이 배치된 상태를 보여주는 개략적인 부분 사시도이다.
도 15는 본 발명의 삼축압축시험용 삼축셀을 이용하여 시편에 압축파괴를 유도하는 시험상태를 보여주는 도 10에 대응되는 개략적인 단면도이다.
도 16은 본 발명의 삼축압축시험용 삼축셀을 이용하여 시편에 인장파괴를 유도하는 시험상태를 보여주는 도 10에 대응되는 개략적인 단면도이다.
도 17은 인장파괴를 유도하는 삼축압축시험에 의해 인장파괴가 발생하고 있는 상태의 시편유닛을 보여주는 도 13에 대응되는 시편유닛의 개략적인 단면도이다.
도 18은 본 발명의 삼축셀에서 셀 본체만이 회전되는 상태를 보여주는 도 1에 대응되는 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 삼축압축시험용 삼축셀의 개략적인 분해 사시도이다.
도 4는 설명을 위하여 셀 본체에 유체를 공급하기 위한 유체공급호스를 직접 연결한 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 4의 상태에서 셀 본체를 회전시켰을 때 유체공급호스가 꼬이는 현상을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 6은 셀 본체의 제2단부판 외측에 유체 분배 블록이 설치되어 있는 것을 보여주는 개략적인 조립 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 유체 분배 블록의 개략적인 분해 사시도이다.
도 8은 유체 분배 블록에서 외측 유체유입 부재와 베어링부재만을 단면 형태로 표현한 도 6의 선 D-D에 따른 개략적인 반단면 사시도이다.
도 9는 본 발명의 셀 본체에 대한 개략적인 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 셀 본체의 내부 구성을 보여주는 도 9의 선 A-A에 따른 셀 본체에 대한 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 발명에서 시편에 노즐 플레이트를 조립하여 시편유닛을 형성하는 상태를 보여주는 개략적인 분해 사시도이다.
도 12는 도 11의 상태에 후속하여 시편에 노즐 플레이트가 조립되어 시편유닛이 만들어진 상태를 보여주는 개략적인 조립 사시도이다.
도 13은 도 12의 선 B-B에 따른 개략적인 단면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 삼축압축시험용 삼축셀에서 제1단부판과 제2단부판의 사이에 시편유닛이 배치된 상태를 보여주는 개략적인 부분 사시도이다.
도 15는 본 발명의 삼축압축시험용 삼축셀을 이용하여 시편에 압축파괴를 유도하는 시험상태를 보여주는 도 10에 대응되는 개략적인 단면도이다.
도 16은 본 발명의 삼축압축시험용 삼축셀을 이용하여 시편에 인장파괴를 유도하는 시험상태를 보여주는 도 10에 대응되는 개략적인 단면도이다.
도 17은 인장파괴를 유도하는 삼축압축시험에 의해 인장파괴가 발생하고 있는 상태의 시편유닛을 보여주는 도 13에 대응되는 시편유닛의 개략적인 단면도이다.
도 18은 본 발명의 삼축셀에서 셀 본체만이 회전되는 상태를 보여주는 도 1에 대응되는 개략적인 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 특히, 본 명세서에서는 압력 형성을 위하여 사용되는 매체를 "유체"라는 용어를 사용하는데, 이는 액체뿐만 아니라 기체도 포함하는 의미로 이해되어야 한다.
도 1 및 도 2에는 각각 본 발명에 따른 삼축압축시험용 삼축셀(100)(이하, "삼축셀"이라고 약칭함)을 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 따른 삼축압축시험용 삼축셀(100)의 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 3에서는 편의상 유체 분배 블록(102)과 셀 본체(101)를 연결하는 호스의 도시를 생략하였다.
본 발명의 삼축셀(100)은, 시편(200)이 설치되어 시편(200)을 삼축압축 상태에서 시편(200)의 파괴를 유도하여 삼축압축시험을 하게 되는 셀 본체(101)와, 상기 셀 본체(101)의 양단에 각각 구비되어 셀 본체(101)가 위와 같은 삼축압축시험을 수행하는 과정에서 X-ray CT 촬영을 위하여 셀 본체(101)가 자유롭게 회전될 수 있게 만드는 유체 분배 블록(102)을 포함하여 구성된다.
본 발명에서 셀 본체(101)는, 시편(200)이 내부에 배치되는 튜브부재(3)와, 상기 튜브부재(3)의 일측 단부를 밀실하게 폐쇄하는 제1단부판(1)과, 상기 튜브부재(3)의 타측 단부를 밀실하게 폐쇄하는 제2단부판(2)을 포함하여 구성된다. 일반적으로 삼축셀을 이용하여 삼축압축시험에서는 삼축셀을 연직하게 세운 상태로 시험을 수행하게 된다. 따라서 본 발명의 삼축셀(100) 역시 도면에 도시된 것처럼 셀 본체(101)를 연직하게 세워서 사용하게 되며, 그에 따라 제1단부판(1)은 아래쪽에 위치하는 하부판에 해당하게 되고, 제2단부판(2)은 위쪽에 위치하는 상부판에 해당하게 된다.
셀 본체(101)에서 제1단부판(1)과 제2단부판(2)은 서로 마주보도록 튜브부재(3)의 양단에 각각 설치되는데, 튜브부재(3) 내의 고압에 의해 발생되는 인장력으로 인하여 제1단부판(1)과 제2단부판(2)이 튜브부재(3)로부터 분리되는 것을 방지하기 위하여, 튜브부재(3)의 길이방향으로 길게 연장된 보강봉(6)이 제1단부판(1)과 제2단부판(2) 사이에 일체로 구비될 수 있다.
원통형상의 튜브부재(3) 내에는, 원통형상의 시편(200)이 배치되어 삼축압축상태에서 파괴가 유도되는데, 본 발명에서는 이와 같이 시편(200)에 대한 삼축압축상태에서의 파괴 유도를 통한 삼축압축시험을 수행하면서 시편(200)의 파괴 양상을 X-ray CT 촬영장치로 촬영하게 된다.
도 4에는 설명을 위하여 셀 본체(101)에 유체를 공급하기 위한 유체호스(500)를 직접 연결한 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 상태에서 셀 본체(101)를 회전시켰을 때 유체공급호스(500)가 꼬이는 현상을 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다.
셀 본체(101) 내에서 시편(200)을 삼축압축상태로 만들기 위해서는 튜브부재(3) 내에 유체를 공급하여야 한다. 또한 시편(200)을 연직방향으로 가압하기 위한 신축가압부재가 셀 본체(101)에 설치될 수 있고 이러한 신축가압부재는 유압에 의해 작동되는 구성을 가질 수 있으며, 이 경우 신축가압부재에도 유체가 지속적으로 공급되어야 한다. 그런데 시편(200)을 X-ray CT 촬영하여 그 파괴양상을 정밀하게 파악하려면, 셀 본체(101)를 단순히 X-ray CT 촬영장치 앞에 설치하여 X-ray를 일방향으로 조사하는 것에 그치는 것이 아니라 셀 본체(101)를 회전시키면서 X-ray를 조사하여 다양한 면에서 시편(200)의 영상을 취득하여야 한다.
그런데 시편(200)을 삼축압축상태로 만들어서 파괴를 유도하기 위하여 도 4에 도시된 것처럼 튜브부재(3) 내로 유체를 공급하는 유체공급호스(500)를 직접 셀 본체(101)에 연결한 경우에는, X-ray CT촬영을 위하여 셀 본체(101)를 회전시킬 때, 도 5에 도시된 것처럼 셀 본체(101)와 연결된 유체공급호스(500)가 셀 본체(101)를 휘감아서 꼬이게 되며, 그에 따라 유체공급호스(500)로 유체가 제대로 흐르지 못하게 되거나 또는 유체공급호스(500) 자체가 파손되는 문제, 더 나아가 셀 본체(101)가 원활하게 회전되지 않게 되고 셀 본체(101)가 회전할 수 있는 범위에 제한이 생기는 문제가 발생하게 된다.
본 발명에서는 이러한 문제점의 발생을 사전에 예방하기 위하여, 셀 본체(101)가 유체공급호스(500)와 지속적으로 연통하고 있어서 유체를 지속적으로 공급받아서 삼축압축상태를 만들거나 또는 유체공급호스(500)로 유체를 보내면서도 유체공급호스(500)가 꼬이지 않은 상태로 셀 본체(101)가 자유롭게 회전되어 X-ray CT촬영될 수 있도록 하기 위하여, 셀 본체(101)의 단부에는 유체 분배 블록(102)이 구비되는 것이다.
유체 분배 블록(102)은 셀 본체(101)에서 유체가 유입되는 단부판에 결합 설치되는데, 아래에서 도면과 관련하여 설명되는 실시예에서는 유체 분배 블록(102)이 셀 본체(101)의 양단 모두에 구비되는 것으로 예시하였다.
도 6에는 제2단부판(2)의 외측에 유체 분배 블록(102)이 설치되어 있는 개략적인 조립 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6에 도시된 유체 분배 블록(102)의 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있으며, 도 8에는 유체 분배 블록(102)에서 외측 유체유입 부재(80)와 베어링부재(82)만을 단면 형태로 표현한 도 6의 선 D-D에 따른 개략적인 반단면 사시도가 도시되어 있다. 도 6 내지 도 8에서도 유체 분배 블록(102)과 셀 본체(101) 사이에 유체를 소통시키는 호스는 편의상 도시를 생략하였다.
도 6 내지 도 8에 예시된 것처럼, 유체 분배 블록(102)에는, 외측 유체유입 부재(80)와, 내측 회전분배 부재(81)와, 베어링부재(82)가 포함되어 있다. 외측 유체유입 부재(80)는 원기둥 형태의 중공(83)을 구비하고 있는 통형상의 부재로서, 셀 본체(101) 내에서 필요한 압력을 형성할 수 있게 하는 유체를 외부에서 공급받거나 또는 셀 본체(101)에서 더 이상 필요하지 않은 유체를 외부로 송출하는 부재이다. 외측 유체유입 부재(80)에는 이와 같이 외부의 유체공급장치(도시되지 않음)로부터의 유체공급호스(500)가 연결되는 유체통과공(84)이 복수개로 형성되어 있는데, 유체통과공(84)은 연직방향으로 서로 다른 높이에 형성된다.
내측 회전분배 부재(81)는 외측 유체유입 부재(80)로부터 유체를 공급받아서 셀 본체(101)의 필요한 위치로 유체를 분배하거나 또는 셀 본체(101)로부터 배출되는 유체를 외측 유체유입 부재(80)로 다시 보내는 기능을 하는 부재이다. 도면에 도시된 것처럼 내측 회전분배 부재(81)에는 외측 유체유입 부재(80)의 중공(83)에 삽입되는 원통형상의 분배기둥(810)과, 상기 분배기둥(810)의 하단에 결합되는 하부설치부재(811)가 구비되어 있다.
분배기둥(810)의 외면에는 오목한 형태의 유체 체류홈(812)이 원주를 따라 형성되어 있는데, 유체 체류홈(812)은 외측 유체유입 부재(80)에 형성된 유체통과공(84)과 동일한 개수 및 동일한 연직 위치에 형성된다. 도면에 예시된 것처럼 외측 유체유입 부재(80)에서 유체통과공(84)이 3개 형성되어 있는 경우, 역시 분배기둥(810)에는 3개의 유체 체류홈(812)이 각각 유체통과공(84)과 동일한 연직 위치에 형성되는 것이다. 분배기둥(810)이 외측 유체유입 부재(80)의 중공(83)에 삽입되었을 때, 각각의 유체 체류홈(812)이 밀실한 형태의 독립된 공간을 이룰 수 있도록, 분배기둥(810)에서 유체 체류홈(812) 사이에는 O링 등으로 이루어진 밀봉링(818)이 각각 설치된다. 도 8에 도시된 것처럼, 유체 체류홈(812) 각각에는 제1유체공(813)이 형성되어 있고, 분배기둥(810)의 내부에는 각각의 제1유입공(813)과 연통되는 유체통로(814)가 형성되어 있으며 유체통로(814)는 하부설치부재(811) 내부까지 연장되어, 하부설치부재(811)에 형성된 제2유체공(815)까지 이어진다. 제2유체공(815)에는 호스(110, 190, 220, 550, 560)가 각각 연결되며, 각각의 호스는 셀 본체(101)에서 유체의 공급이 필요한 위치에 연결된다.
외측 유체유입 부재(80)와 내측 회전분배 부재(81)의 결합관계를 살펴보면, 내측 회전분배 부재(81)의 분배기둥(810)이 외측 유체유입 부재(80)의 중공(83) 내에 삽입되면서 하부설치부재(811) 위쪽으로 외측 유체유입 부재(80)가 놓이게 되는데, 내측 회전부재 부재(81)가 외측 유체유입 부재(80)에 대해 독립적으로 자유롭게 회전할 수 있도록, 하부설치부재(811)의 상면과 외측 유체유입 부재(80)의 하단 사이에는 베어링부재(82)가 설치된다.
분배기둥(810)이 외측 유체유입 부재(80)의 중공(83) 내에 삽입되면, 외측 유체유입 부재(80)에 형성된 복수개의 유체통과공(84)은 각각 유체 체류홈(812)과 연통된다. 유체 체류홈(812) 사이에는 밀봉링(818)이 설치되어 있으므로, 분배기둥(810)이 중공(83)에 삽입된 상태에서 유체 체류홈(812)은 각각 밀실한 상태로 분배기둥(810)의 외주를 따라 만들어지는 독립된 공간을 이루게 되며, 유체통과공(84)으로 유입된 유체는 밀실한 유체 체류홈(812) 내에 체류하게 된다. 유체 체류홈(812)에는 제1유체공(813)이 형성되어 있고 유체통로(814)에 의해 제1유체공(813)은 제2유체공(815)과 연통되어 있으므로, 유체통과공(84)을 통해서 지속적으로 유체가 공급되면, 유체는 유체 체류홈(812)에 체류하면서 제1유체공(813)으로 유입되어 제2유체공(815)까지 흘러가게 된다.
이와 같이 유체통과공(84)을 통해서 지속적으로 공급된 유체가 유체 체류홈(812)에 체류하면서 제1유체공(813)으로 유입되어 제2유체공(815)까지 흘러가는 상태는, 외측 유체유입 부재(80)는 고정되어 있고 내측 회전분배 부재(81)는 회전하더라도 계속 유지된다. 유체유입 부재(80)는 고정되어 있고 내측 회전분배 부재(81)는 회전하더라도 유체 체류홈(812)은 지속적으로 밀실한 독립 공간을 유지하고 있고 유체통과공(84)과 유체 체류홈(812)의 연통 상태 역시 계속 유지하고 있으며, 유체 체류홈(812)의 제1유체공(813)과 제2유체공(815)까지의 연통 상태도 계속 유지하고 있다. 따라서 내측 회전분배 부재(81)의 회전에 의해 분배기둥(810)이 중공(83) 내에 삽입된 상태로 회전하더라도, 유체통과공(84)을 통해서 공급된 유체는 유체 체류홈(812)에 체류하면서 제1유체공(813)으로 유입되어 제2유체공(815)까지 지속적으로 흘러가게 되어 유체분배호스(510)를 통해 셀 본체(101)의 각 필요한 위치로 공급되는 것이다.
위의 설명에서는 유체가 유체공급호스(500)를 통해서 유체유입 부재(80)로 공급되어 유체통과공(84), 유체 체류홈(812), 제1유입공(813), 유체통로(814), 제2유입공(815), 유체분배호스(510) 및 셀 본체(101)의 순서로 흘러가는 것으로 설명하였으나, 이와 반대 방향으로 유체가 흘러가는 경우에도, 위와 같이 유체유입 부재(80)는 고정되어 있고 내측 회전분배 부재(81)가 회전하는 상태에 구애받지 않고 유체가 원활하게 지속적으로 흘러갈 수 있는 것이다. 즉, 셀 본체(101) 및 유체분배호스(510)를 거쳐 제2유입공(815)으로 공급되는 유체는 유체통로(814)와 제1유입공(813)을 통해서 유체 체류홈(812)에 체류하게 된다. 유체유입 부재(80)는 고정되어 있고 내측 회전분배 부재(81)는 회전하더라도 제2유입공(815)으로 공급되는 유체는 유체 체류홈(812)까지 공급되어 체류하는 것이다. 유체 체류홈(812)은 유체통과공(84)과 항상 연통되어 있으므로, 내측 회전분배 부재(81)의 회전과 무관하게 유체 체류홈(812)의 유체는 유체통과공(84)을 통해서 항시 외부로 배출될 수 있는 것이다.
위와 같은 구성을 가지는 유체 분배 블록(102)은 각각 제1단부판(1)과 제2단부판(2)의 외측에 모두 결합되는데, 제2단부판(2)의 경우에는 도 6에 도시된 것처럼, 하부설치부재(811)의 하면이 제2단부판(2)의 상면에 결합되며, 제1단부판(1)의 경우에는 유체 분배 블록(102)이 도 6에 도시된 것과 반대방향으로 뒤집어서 위치하게 되어, 하부설치부재(811)의 하면(분배기둥이 형성된 면의 반대면)이 제1단부판(2)의 하면에 결합된다. 물론 후술하는 것처럼, 제2단부판(2)을 통해서는 셀 본체(101)로의 유체 흐름이 필요하지 않을 경우, 제2단부판(2)에는 유체 분배 블록(102)이 구비되지 않을 수 있다.
셀 본체(101)의 제1단부판(1) 외측에 유체 분배 블록(102)이 회전가능하게 결합되거나, 또는 셀 본체(101)의 제1단부판(1)과 제2단부판(2) 외측 모두에 각각 유체 분배 블록(102)이 회전가능하게 결합되어, 본 발명에 따른 삼축셀(100)을 이루게 된다. 앞서 언급한 것처럼, 셀 본체(101)의 튜브부재(3) 내에서는 시편(200)을 삼축압축상태로 만들어서 파괴를 유도하는 삼축압축시험을 수행하게 되는데, 본 발명에서는, 삼축압축시험을 수행함과 동시에 셀 본체(101)를 회전시키면서 셀 본체(101)에 X-ray를 조사하여 시편(200)을 X-ray CT촬영할 수 있게 된다. 즉, 유체 분배 블록(102)에서 외측 유체유입 부재(80)는 유체공급호스(500)를 통해 외부의 유체공급장치와 연결하면서 회전되지 않도록 고정시키고, 셀 본체(101)만을 회전시키면서 삼축압축시험을 수행하면서 셀 본체(101)의 튜브부재(3)에 X-ray를 조사하여 시편(200)을 X-ray CT 촬영하는 것이다. 필요한 경우, 외측 유체유입 부재(80)의 중공(83)에 삽입되는 분배기둥(810)을 길게 연장하여 외측 유체유입 부재(80)를 분배기둥(810)이 완전히 관통하게 한 후, 외측 유체유입 부재(80)의 외부로 돌출된 분배기둥(810)의 단부를 모터 등의 회전장치와 체결하여 분배기둥(810)을 회전시킴으로써, 외측 유체유입 부재(80)는 고정시킨 상태로 만들어서 유체공급호스(500)의 꼬임이 방지된 상태에서 셀 본체(101)만을 용이하게 회전시킬 수 있게 된다.
본 발명에서 셀 본체(101)는 종래 기술과 마찬가지로 시편(200)을 삼축압축상태에 놓은 후 압축력을 가하여 압축파괴를 유도하는 구성을 가질 수도 있지만, 종래 기술에서는 전혀 의도할 수 없었던, 시편(200)이 삼축압축 상태에 놓인 상태에서 시편(200)에 인장파괴를 유도하는 삼축압축시험을 수행할 수 있게 되는 추가적인 기능을 더 가지도록 구성될 수도 있다.
다음에서는 삼축압축 상태에 있는 시편(200)에 인장파괴를 유도하여 삼축압축시험을 수행하도록 새롭게 제안된 본 발명의 셀 본체(101)에 대하여 설명한다.
본 발명의 셀 본체(101)는, 삼축압축 상태에 놓인 시편(200)에 대해 압축력을 가하여 압축파괴를 유도하는 삼축압축시험을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 삼축압축 상태에 놓인 시편(200)에 대해 인장력이 작용하도록 하여 시편(200)이 인장력에 의해 파괴되는 "인장파괴"를 유도하는 삼축압축시험을 수행할 수 있도록 구성되어 있다. 도 9에는 유체 분배 블록은 생략한 상태로 본 발명의 셀 본체(101)만을 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 10에는 도 9에 도시된 셀 본체(101)의 내부 구성을 보여주는 도 9의 선 A-A에 따른 셀 본체(101)에 대한 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 참고로 도 9에서는 필요에 따라 설치되는 맴브레인(209)과 링 부재(208)는 생략하고, 오목한 홈(120, 210)이 보이도록 도시하였다.
앞서 언급한 것처럼, 본 발명의 셀 본체(101)는, 시편(200)이 내부에 배치되는 튜브부재(3)와, 상기 튜브부재(3)의 일측 단부를 밀실하게 폐쇄하는 제1단부판(1)과, 상기 튜브부재(3)의 타측 단부를 밀실하게 폐쇄하는 제2단부판(2)을 포함하여 구성된다. 원통형상의 튜브부재(3) 내에는, 시추공으로부터 채취된 원통형상의 시편(200)이 위치하게 되는데, 본 발명에 따라 시편(200)에 인장파괴를 유도하는 삼축압축시험을 수행하기 위해서는 시편(200)의 양단부에 각각 제1 및 제2결합판(41, 42)을 결합하여 시편유닛(7)을 제작하고, 이렇게 제작된 시편유닛(7)을 튜브부재(3) 내에 배치하게 된다. 도 11에는 시편(200)의 양단부에 각각 제1 및 제2결합판(41, 42)을 조립하여 시편유닛(7)을 형성하는 것을 보여주는 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 12에는 제1, 2결합판(41, 42)이 조립되어 시편유닛(7)이 만들어진 상태에 대한 개략적인 조립 사시도가 도시되어 있고, 도 13에는 제1, 2결합판(41, 42)이 조립되어 만들어진 시편유닛(7)의 단면 구성을 보여주는 도 12의 선 B-B에 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있다.
시편유닛(7)을 형성하게 되는 시편(200)은 원통형상을 가지고 있되, 중앙에는 소정 직경을 가지는 중공(201)이 형성되어 있다. 중공(201)은 도면에 예시된 것처럼 시편(200)을 완전히 관통하는 형태로 형성될 수도 있지만, 제1결합판(41)과 결합되는 일측은 외부와 통하도록 개방되어 있고 제2결합판(42)과 결합되는 타측으로는 막혀있는 형태의 구멍으로 형성될 수도 있다. 제1결합판(41)은 시편(200)의 길이 방향 단부 중에서 개방되어 있는 일측 단부에 결합되는 판형상의 부재인데, 중공(201)과 연통되어 중공(201) 내로 내부가압 유체를 공급할 수 있도록 관통공(410)이 형성되어 있다. 시편(200)이 제1결합판(41)과 결합되었을 때 시편(200)이 제1결합판(41)로부터 미끄러지거나 움직이지 않도록 하기 위하여, 도면에 예시된 것처럼 중공(201)에 끼워질 수 있도록 제1결합판(41)로부터 돌출된 형상의 노즐부(411)가 관통공(410)의 단부에 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 노즐부(411)가 형성되어 있는 경우, 관통공(410)은 노즐부(411)를 관통하도록 형성되고 돌출된 노즐부(411)가 중공(201)에 삽입되므로 시편(200)이 위치의 변동 없이 제1결합판(41)과 견고하게 밀착되며, 더 나아가 후술하는 것처럼 관통공(410)을 통하여 내부가압 유체가 주입될 때, 노즐부(411)를 통하여 중공(201) 내부로 내부가압 유체가 충실하게 그리고 원활하게 주입되어 중공(201) 내부에서 팽창압력을 더욱 효율적으로 발생시킬 수 있게 된다.
한편, 제2결합판(42) 역시 시편(200)의 길이 방향 타단부에 결합되는 판형상의 부재이다. 도면에 예시된 실시예의 경우, 시편(200)이 제2결합판(42)과 결합되었을 때 시편(200)이 움직이지 않도록 하기 위하여, 제2결합판(42)에도 돌출된 형태의 끼움부(421)가 구비되어 있다. 만일 중공(201)이 시편(200)을 완전히 관통하도록 형성되는 경우, 시편(200)의 타단부에서 끼움부(421)는 중공(201)에 끼워지게 된다. 그러나 중공(201)이 시편(200)을 완전히 관통하지 않아서 시편(200)의 타단부 즉, 제2결합판(42)과 결합되는 단부가 막혀 있는 경우에도, 돌출된 끼움부(421)에 대응되도록 시편(200)의 타단부에 오목한 부분을 형성하여 끼움부(421)가 이러한 오목부에 끼워지도록 하는 것이, 제2결합판(42)과 시편(200)이 견고하게 결합되도록 하는데 유리하다. 물론 제2결합판(42)과 결합되는 시편(200)의 타단부가 막혀 있는 경우에는, 제2결합판(42)에 돌출된 끼움부(421)를 형성하지 않고, 기타 다양한 형태를 적용하여, 시편(200)이 제2결합판(42)에서 미끄러지지 않도록 할 수 있다.
이와 같이 중공(201)이 형성된 시편(200)의 양단에 각각 제1,2결합판(41, 42)을 결합하여 "시편유닛(7)"을 형성한 후, 삼축압축시험을 위해서 시편유닛(7)은 튜브부재(3) 내에서 제1, 2단부판(1, 2) 사이에 배치된다. 제1단부판(1)에는, 시편(200)의 중공(201) 내부로 내부가압 유체를 공급하기 위한 내부가압 유체 주입로(11)가 형성되어 있는데, 제1결합판(41)이 제1단부판(1)에 밀착하도록 시편유닛(7)이 설치되었을 때, 내부가압 유체 주입로(11)는 제1결합판(41)의 관통공(410)과 연통된다. 내부가압 유체 주입로(11)에는 내부가압 유체를 공급하기 위한 제1주입호스(110)가 연결된다.
한편, 제1단부판(1)과 마주하고 있는 제2단부판(2)에는, 제1단부판(1)을 향하여 신축하게 되는 신축가압부재(21)가 구비되어 있는데, 시편유닛(7)의 제2결합판(42)은 신축가압부재(21)와 밀착하게 된다. 신축가압부재(21)가 제1단부판(1)을 향하여 신축하게 되는데, 도면에 도시된 실시예의 경우에는 신축가압부재(21)가 유체 작동에 의해 신축되도록 구성되어 있다. 도면에 예시된 실시예에서는 제2단부판(2)의 외측에 실린더(51)가 밀실하게 결합 구비되고, 신축가압부재(21)의 외측 단부는 실린더(51) 내부를 실린더(51)의 길이 방향으로 2개 공간으로 분할하도록 실린더(51) 내에 위치하고 있다. 따라서 실린더(51)의 내부는 신축가압부재(21)의 외측 단부와 제2단부판(2) 사이의 제1공간(55)과, 신축가압부재(21)의 외측 단부와 실린더(51)의 외측면 사이의 제2공간(56)으로 구분된다. 제1공간(55)과 제2공간(56) 각각에는 유압을 공급할 수 있는 작동유압호스(550, 560)가 연결된다. 이러한 구성에서는 제1공간(55)과 제2공간(56)간의 압력 차이에 의해 신축가압부재(21)가 제1단부판(1)을 향하여 신장하거나 또는 제1단부판(1)으로부터 멀어지도록 수축하게 된다. 그러나 신축가압부재(21)를 이와 같이 제1단부판(1) 방향으로 신장시키거나 또는 제1단부판(1)으로부터 멀어지도록 수축시키는 구성은, 상기한 실린더(51)를 이용한 압력 작동에 의한 것에 한정되지 않는다. 예를 들어 모터 등의 기계적인 장치에 의해 신축가압부재(21)를 신축시킬 수 있으며, 기타 다양한 방식에 의해 신축가압부재(21)를 위와 같이 신축시킬 수 있는 것이다.
튜브부재(3)의 내부공간에는 유체가 채워지게 되는데, 이를 위해서는 튜브부재(3)의 내부로 유체를 공급하기 위한 외부가압 유체 공급로(19)와, 튜브부재(3)의 내부에 존재하던 유체를 배출하기 위한 외부가압 유체 배출로(22)가 필요하다. 유체는 아래에서부터 위쪽으로 채워지는 것이 바람직하므로, 도면에 도시된 실시예의 경우, 외부가압 유체 공급로(19)는 제1단부판(1)에 형성되어 있고, 외부가압 유체 배출로(22)는 제2단부판(2)에 형성되어 있다. 외부가압 유체 배출로(22)에는 배출호스(220)가 연결되고, 외부가압 유체 공급로(19)에는 제2주입호스(190)가 연결된다.
한편, 위와 같이 제1단부판(1)이 제1결합판(41)에 밀착함에 있어서, 도면에 예시된 것처럼 제1단부판(1)에서 제1결합판(41)이 밀착되는 위치에는 시편(200) 방향으로 솟아 있는 설치부(12)가 형성될 수 있다. 설치부(12)의 외주면에는 오목한 홈(120)이 링형태로 형성되는 것이 바람직하다. 또한 제2결합판(42)에 밀착하게 되는 신축가압부재(21)의 단부에서도 외주면에 오목한 홈(210)이 링형태로 형성되어 있는 것이 바람직하다(도 10 참조). 이러한 구성은 시편(200)의 외면을 피복재(맴브레인)로 감쌀 때 매우 유용하다. 시편(200)은 암석 등과 같이 원통형의 외형을 그대로 유지하는 것일 수도 있지만 토사 등과 같이 그 재료 자체로는 원통형의 외형을 그대로 유지하지 못하거나 매우 어려운 것일 수도 있다. 이 경우에는 시편(200)의 원통형 외면을 고무나 합성수지 등으로 이루어진 맴브레인(209)으로 감싸서 원통형의 상태를 유지시키게 된다. 도 14에는 제1단부판(1)과 제2단부판(2)의 사이에 시편유닛(7)이 배치된 상태를 보여주는 개략적인 부분 사시도가 도시되어 있는데, 도면에 도시된 것처럼 제1단부판(1)과 제2단부판(2)의 사이에 시편유닛(7)이 배치된 상태에서 시편(200)의 외면을 맴브레인(209)로 감싸되, 맴브레인(209)이 설치부(12)의 외주면과 신축가압부재(21)의 단부도 감싼 상태에서 링 부재(208)로 맴브레인(209)과 설치부(12)를 감싸서 링 부재(208)가 오목한 홈(120)에 배치하도록 하고, 또다른 링부재(208)로 맴브레인(209)과 신축가압부재(21)의 단부를 감싸서 링부재(208)가 오목한 홈(210)에 배치하게 되면, 맴브레인(209)이 시편(200)을 감싸서 안정적으로 원통형상을 유지하도록 하는 것이 매우 용이하게 되는 장점이 있다. 물론 다른 방식으로 그리고 더 나아가 다른 재료로 맴브레인(209)을 제작하여 시편(200)의 외면을 피복할 수도 있다.
다음에서는 위와 같은 구성을 가지는 본 발명의 삼축셀(100)을 이용하여 삼축압축 상태에서 시편(200)에 압축파괴를 유도하거나 인장파괴를 유도하는 과정을 설명한다.
튜브부재(3)의 양단에는 각각 제1, 2단부판(1, 2)이 결합되어 튜브부재(3) 내부는 밀실된 공간으로 만들어지는데, 중공(201)이 형성된 시편(200)의 양단에 각각 제1,2결합판(41, 42)이 결합되어 만들어진 시편유닛(7)은 튜브부재(3) 내에서 제1, 2단부판(1, 2) 사이에 배치된다. 이 때, 제1결합판(41)의 외측은 제1단부판(1)에 밀착되고, 제2결합판(42)의 외측은 제2단부판(2)에 구비된 신축가압부재(21)에 밀착된다. 이러한 셀 본체(101)의 제1단부판(1)의 외측, 또는 제1단부판(1)과 제2단부판(2) 모두의 각 외측에는 앞서 설명한 유체 분배 블록(102)이 회전가능하게 결합되어 삼축셀(100)을 형성한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 유체 분배 블록(102)과 셀 본체(101) 간의 호스 연결관계를 알 수 있는데, 앞서 언급한 것처럼 셀 본체(101)에서 제1단부판(1)의 외부가압 유체 공급로(19)에는 제1호스(110)가 연결된다. 따라서 제1호스(110)에 의해서는 제1단부판(1)에 구비된 유체 분배 블록(102)의 제2유체공(815)이, 제1단부판(1)의 외부가압 유체 공급로(19)와 서로 연통된다.
시편(200)의 인장파괴를 유도하는 삼축압축시험을 수행하는 경우에는, 제1단부판(1)에는 내부가압 유체 주입로(11)가 더 구비되며, 내부가압 유체 주입로(11)에는 제2호스(190)가 연결된다. 제2호스(190)는 제1단부판(1)에 구비된 유체 분배 블록(102)의 제2유체공(815)과 연결된다.
제2단부판(2)에 외부가압 유체 배출로(22)가 형성되어 있는 경우, 외부가압 유체 배출로(22)에는 제3호스(220)가 연결된다. 한편, 제2단부판(2)에 구비된 신축가압부재(21)가 실린더(51)에 의해 작동되는 구성을 가지는 경우, 실린더(51)의 제1공간(55)과 제2공간(56) 각각에는 제4 및 제5호스(550, 560)가 연결된다. 그리고 제3호스(220), 제4호스(550) 및 제5호스(560)는 각각 제2단부판에 결합된 유체 분배 블록(102)의 내측 회전분배 부재(81)에 형성된 제2유체공(815)에 연결된다. 따라서 제3호스(220)에 의해서는 제2단부판의 외부가압 유체 배출로(22)가 내측 회전분배 부재(81)와 연통되고, 제4호스(550)에 의해서는 실린더(51)의 제1공간(55)과 연통되어 있는 유압통로(551)가 내측 회전분배 부재(81)와 연통되며, 제5호스(560)에 의해서는 실린더(51)의 제2공간(56)과 연통되어 있는 유압통로(561)가 내측 회전분배 부재(81)와 연통된다.
이러한 상태에서 유체를 공급하는 외부 장치와 연결된 유체공급호스(500)를, 각각의 유체 분배 블록(102)의 외측 유체유입 부재(80)에 형성된 유체통과공(84)에 연결하여, 필요한 유체를 외측 유체유입 부재(80)로 공급한다. 본 발명에서는 셀 본체(101)가 회전하더라도 외측 유체유입 부재(80)로 공급된 유체는 지속적으로 내측 회전분배 부재(81)로 흐르게 되고, 그에 따라 제2유체공(815)을 통해서 각각의 연결되어 있는 호스로 공급된다. 그에 따라 튜브부재(3)의 내부는 유체로 채워진다.
앞서 언급한 것처럼, 본 발명에서 신축가압부재(21)는 반드시 유압이나 공압에 의해 작동하는 실린더(51)에 의해 신축되어야만 하는 것은 아니다. 신축가압부재(21)는 실린더(51)가 아닌, 모터 등의 기계적인 장치에 의해 신축될 수가 있다. 이 경우에는 제2단부판(2)에서 제4, 제5호스(550, 560)가 필요하지 않게 된다. 한편, 앞서 설명한 실시예에서는, 제2단부판(2)에 튜브부재(3)의 내부와 연통되는 외부가압 유체 공급로(19)가 형성되어 있는 것으로 설명하였으나, 제1단부판(1)에 이와 같이 튜브부재(3)의 내부와 연통되는 외부가압 유체 공급로(19)가 형성되어 있는 경우, 제2단부판(2)에는 외부가압 유체 공급로(19)가 형성되지 않아도 무방하다. 따라서 신축가압부재(21)가 유체의 작동에 의하지 않고 모터 등의 기계적인 장치에 의해 신축됨과 동시에 제2단부판(2)에 외부가압 유체 공급로(19)가 형성되어 있지 아니한 경우에는, 제1단부판(1)의 외측에만 유체 분배 블록(102)이 구비되면 충분하고, 제2단부판(2)의 외측에는 유체 분배 블록(102)이 구비되지 않아도 무방하다.
도 15에는 본 발명의 삼축셀(100)을 이용하여 시편(200)에 압축파괴를 유도하는 삼축압축시험 상태를 보여주는 도 10에 대응되는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 시편(200)의 압축파괴를 유도하는 삼축압축시험의 경우에는 튜브부재(3)의 내부가 유체로 채워진 상태에서, 신축가압부재(21)를 더욱 신장시켜서 시편(200)에 대해 압축력을 가하며, 그에 따른 시편(200)의 압축 거동 및 압축파괴에 따른 물리량을 측정한다. 도 15에서 신축가압부재(21)의 신장에 의해 시편(200)에 가해지는 압축력은 화살표 P로 표현되어 있다. 본 발명에서는 제1단부판(1)과 제2단부판(2) 사이에는 보강봉(6)이 일체로 구비되어 있고, 그에 따라 튜브부재(3) 내에 고압이 형성되더라도, 그로 인하여 발생되는 인장력에 의해 제1단부판(1)과 제2단부판(2)이 튜브부재(3)로부터 분리되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 따라서 본 발명에서는 시편(200)이 대심도 시추공의 조건에 맞추어서 고압의 구속조건에 놓이도록 할 수 있으며, 높은 압력이 시편(200)에 작용하는 대심도의 시추공 상태를 모사한 상태로 삼축압축시험을 수행할 수 있게 된다.
본 발명의 삼축셀(100)을 이용하면, 시편(200)의 압축파괴 유도를 통한 삼축압축시험 이외에도 인장파괴 유도를 통한 삼축압축시험을 수행할 수 있다. 위와 같이 신축가압부재(21)의 신장에 의해 시편(200)이 그 길이 방향과 외주면에 각각 압력이 가해져서 삼축압축 상태에 놓인 상태에서, 내부가압 유체 주입로(11)를 통해서 오일 등의 내부가압 유체(E)를 주입한다. 주입된 내부가압 유체(E)는 관통공(410)을 지나 노즐부(411)를 통해서 시편(200)의 중공(201) 내로 공급되고, 그에 따라 시편(200)의 중공(201) 내에서는 중공(201) 내면으로 작용하는 내부압력이 발생하게 된다. 도 16에는 본 발명의 삼축셀(100)을 이용하여 시편(200)에 "인장파괴"를 유도하는 삼축압축시험 상태를 보여주는 도 10에 대응되는 개략적인 단면도가 도시되어 있으며, 도 17에는 인장파괴"를 유도하는 삼축압축시험에 의해 인장파괴가 발생하고 있는 상태의 시편유닛(7)을 보여주는 도 13에 대응되는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 17에서 내부가압 유체(E)에 의해 중공(201) 내면에 작용하는 팽창 압력은 화살표 R로 표시되어 있고, 이러한 팽창 압력에 의해 시편(200)에 가해지는 인장력은 화살표 T로 표시되어 있으며, 내부가압 유체(E)가 작용하기 전의 상태는 점선으로 도시되어 있지만 내부가압 유체(E)에 의해 팽창 압력이 작용하여 시편(200)에 인장파괴가 유도되는 상태는 실선으로 도시되어 있다. 이와 같이, 내부가압 유체(E)의 주입으로 인하여 중공(201) 내에 팽창압력이 발생하게 되면, 시편(200)은 실질적으로 인장력을 받게 된다. 즉, 본 발명에서는 시편(200)이 지중에 존재하는 것과 동일하게 외부에 압력이 작용하는 삼축압축 상태에 놓인 상태에서, 시편(200)의 내부에 압력을 가함으로써, 시편(200)에 인장력이 작용하게 만드는 것이다.
시험자는 노즐부(411)를 통해서 시편(200)의 중공(201) 내로 공급되는 내부가압 유체의 압력을 점차 증가시키면서 내부가압 유체 공급 압력을 지속적으로 측정한다. 내부가압 유체 공급이 지속되면, 앞서 언급한 것처럼 중공(201) 내에서의 내부압력이 증가하게 되고, 그에 따라 시편(200)에 작용하는 인장력도 증가하게 되며, 내부가압 유체의 공급 압력을 더욱 증가시키면 결국 시편(200)은 인장력에 의해 파괴되어 시편(200)의 인장파괴가 발생하게 된다. 시편(200)이 인장 파괴되면 시편(200)의 중공(201) 내부의 압력과 시편(200)의 외부에 작용하는 압력은 동일하게 되므로 인장파괴의 순간에는 내부가압 유체 공급 압력의 측정값은 급격히 저하된다. 따라서 시험자는 이와 같이 내부가압 유체의 공급 압력 측정값이 급격히 저하되는 순간을 시편(200)의 인장 파괴 순간으로 인지하게 되며, 이러한 시편(200)의 인장파괴 순간까지의 측정된 중공(201) 내에서의 내부압력 값, 외부 압력 값 등을 시험 결과로 취득하게 된다.
위와 같은 과정을 통한 본 발명의 삼축압축시험 방법에서는, 신축가압부재(21)를 신장시켜서 시편(200)에 필요한 정도로 외측의 압력이 작용하게 삼축압축 상태에서 시편(200)의 압축파괴를 유도할 수도 있지만, 신축가압부재(21)를 신축을 조정함과 동시에 중공(201)의 내부에 팽창압력을 발생시켜서 시편(200)의 인장파괴를 유도할 수도 있다. 즉, 튜브부재(3) 내에 외부가압 유체를 채우고 신축가압부재(21)의 신축을 조정하여 시편(200)이 외부에서 가압되어 있는 삼축압축 상태를 변화시켜가면서 중공(201) 내부에 팽창압력을 유발함으로써 시편(200)의 인장파괴를 유도할 수도 있는 것이다.
종래 기술에서는 시편의 외부에 압력을 가하여 삼축압축 상태로 만든 후 시편의 투수계수 등을 측정하거나 또는 단지 시편을 그 길이 방향으로 압축하여 압축파괴를 유발하는 시험을 것에만 국한되었지만, 본 발명에서는 시편(200)이 지중에 존재하는 상태와 동일한 조건을 가지도록 모사된 삼축압축 환경에 놓인 상태에서 종래 기술과 마찬가지로 시편의 투수계수 등을 측정하거나 또는 시편이 압축력에 의해 압축파괴되는 실험을 수행할 수 있는 것은 물론이고, 종래 기술과는 달리 시편(200)의 내부에 압력을 발생시켜 시편(200)이 인장력을 받아서 파괴되는 "인장파괴"를 유도하여 시험을 수행할 수 있게 된다. 즉, 종래 기술은 시편(200)의 압축파괴를 유도하는 삼축압축시험에 그치는 것인데 반하여, 본 발명은 시편(200)의 인장파괴를 유도하는 삼축압축시험까지도 수행할 수 있다는 장점을 가지는 것이다.
그러므로 본 발명에 의하면 지중의 깊은 곳에 위치하는 암반 내의 고압 구속조건을 구현한 상태에서 시편에 고압의 유체를 주입하여 인공 균열에 의한 수압파쇄를 유도할 수 있는 삼축압축실험이 가능하게 되며, EGS 방식의 지열발전이나 셰일가스 생산에서 인공 저류층의 생성을 위한 암반의 균열생성 메커니즘 및 균열파괴형상을 정밀하게 모사하여 재현할 수 있게 되는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 삼축셀(100)은, 튜브부재(3)의 길이방향 양단에 각각 결합된 제1단부판(1)과 제2단부판(2)이 보강봉(6)에 의해 견고하게 결합될 수 있는데, 이 경우 튜브부재(3) 내에 매우 높은 압력이 발생하더라도 제1단부판(1)과 제2단부판(2)이 튜브부재(3)로부터 분리되지 않게 된다. 따라서 본 발명에 의하면, 지열 발전을 위한 지열공과 같이 대심도로 천공되는 시추공의 경우처럼, 매우 높은 압력을 받는 시추공 내부의 구속응력 상태를 정밀하게 모사한 삼축압축 상태에서, 시편의 인장파괴를 유도하는 삼축압축시험을 수행할 수 있다는 추가적인 장점을 가진다.
물론 앞서 설명하였듯이, 본 발명에서는 위와 같은 시편의 압축파괴 유도 및 인장파괴 유도 삼축압축시험을 수행함과 동시에, 유체공급호스의 꼬임을 발생시키지 않은 상태로 시편을 회전시키면서 X-ray CT 촬영하여 시각적인 시험측정결과를 취득할 수 있게 된다. 도 18에는 셀 본체(101)만이 회전되는 상태를 보여주는 도 1에 대응되는 본 발명의 삼축셀(100)에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 18에 도시된 것처럼, 유체 분배 블록(102)의 외측 유체유입 부재(80)에는 유체공급호스(500)가 연결되어, 외부의 유체공급장치로부터 유체공급호스(500)를 통해 유체가 공급된다. 이러한 상태에서 셀 본체(101)만이 회전할 수 있다. 즉, 셀 본체(101)의 튜브부재(3) 내에서는 시편(200)을 삼축압축상태로 만들어서 파괴를 유도하는 삼축압축시험을 수행하면서 셀 본체(101)가 회전되는 것이다. 앞서 도 4 및 도 5에서 살펴본 경우에는 셀 본체가 회전하게 되면 외부의 유체공급장치와 연결된 유체공급호스(500)도 꼬이게 되지만, 본 발명의 경우에는 셀 본체(101)가 회전되더라도, 유체공급호스(500)는 셀 본체(101)의 회전에 의해 어떠한 영향을 받지 않고 원래의 연결상태를 유지하게 된다. 따라서 본 발명에서는 유체공급호스(500)의 꼬임 등이 발생하지 않은 상태로 셀 본체(101)를 회전시키면서 삼축압축시험을 수행할 수 있고, 그러므로 삼축압축시험을 수행하면서 회전 중에 있는 셀 본체(101)에 X-ray를 조사하여 시편(200)을 X-ray CT촬영할 수 있게 되는 것이다. 그러므로 본 발명에 의하면, 더욱 정확하고 신뢰성있는 삼축압축시험을 수행할 수 있게 되는 특별한 효과가 발휘되는 것이다.
1: 제1단부판
2: 제2단부판
3: 튜브부재
6: 보강봉
11: 내부가압 유체 주입로
41: 제1결합판
42: 제2결합판
80: 외측 유체유입 부재
81: 내측 회전분배 부재
82: 베어링부재
83: 중공
84: 유체통과공
101: 셀 본체
102: 유체 분배 블록
810: 분배기둥
811: 하부설치부재
812: 유체 체류홈
813: 제1유입공
814: 유체통로
815: 제2유체공
818: 밀봉링
2: 제2단부판
3: 튜브부재
6: 보강봉
11: 내부가압 유체 주입로
41: 제1결합판
42: 제2결합판
80: 외측 유체유입 부재
81: 내측 회전분배 부재
82: 베어링부재
83: 중공
84: 유체통과공
101: 셀 본체
102: 유체 분배 블록
810: 분배기둥
811: 하부설치부재
812: 유체 체류홈
813: 제1유입공
814: 유체통로
815: 제2유체공
818: 밀봉링
Claims (9)
- 시편(200)으로 만들어진 시편유닛(7)이 내부에 배치되며 유체가 채워지는 튜브부재(3) 및 상기 튜브부재(3)의 양단부에 결합되는 제1, 2단부판(1, 2)을 포함하고 있어서 삼축압축상태에서의 시편(200) 파괴를 유도하는 셀 본체(101), 및 상기 셀 본체(101)가 회전될 수 있도록 제1단부판(1)의 외측에 구비되는 유체 분배 블록(102)을 포함하며;
유체 분배 블록(102)은, 유체공급호스(500)가 연결되는 유체통과공(84)이 형성된 외측 유체유입 부재(80)와, 유체가 흐르는 유체통로(814)가 내부에 형성되어 있고 회전하는 동안에도 유체통로(814)와 유체통과공(84)이 지속적으로 연통되도록 하면서 외측 유체유입 부재(80)에 대해 회전가능하게 결합되는 내측 회전분배 부재(81)를 포함하는데;
외측 유체유입 부재(80)는, 원기둥 형상의 중공(83)이 형성된 통형상의 부재로 이루어지고;
내측 회전분배 부재(81)는, 중공(83)에 삽입되는 원기둥 형상의 분배기둥(810)과, 그 하부의 하부설치부재(811)로 구성되며;
내측 회전분배 부재(81)의 하부설치부재(811)와 외측 유체유입 부재(80) 사이에는 베어링부재(82)가 설치되고;
분배기둥(810)의 외주면에는, 중공(83)에 삽입되었을 때 유체통과공(84)과 연통되는 링형상의 밀실한 독립공간을 이루는 유체 체류홈(812)이 형성되어 있고;
유체 체류홈(812)에는 제1유체공(813)이 형성되어 있고, 하부설치부재(811)에는 제2유체공(815)이 형성되어 있으며, 유체통로(814)에 의해 제1유체공(813)과 제2유체공(815)은 서로 연통되며;
제2유체공(815)과 셀 본체(101)는 호스로 연결되어, 유체통로(814)와 셀 본체(101)는 유체가 흐르도록 연통되고;
유체공급호스(500), 유체통과공(84), 유체 체류홈(812), 제1유체공(813), 유체통로(814), 제2유체공(815), 및 셀 본체(101)와 연결된 호스로 이어지는 유체의 흐름이 지속적으로 형성되면서, 유체공급호스(500)가 꼬이지 않은 채로 셀 본체(101)가 회전하는 상태로 시편(200)의 삼축압축시험이 진행될 수 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 삼축압축시험용 삼축셀.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
시편유닛(7)은, 중공(201)이 형성되어 있는 시편(200), 중공(201)과 연통되는 관통공(410)이 형성되어 있고 시편(200)의 일단에 결합되는 제1결합판(41), 및 시편(200)의 타단에 결합되는 제2결합판(42)을 포함하여 구성되고;
제1단부판(1)에는, 튜브부재(3) 내로 유체를 공급하기 위한 외부가압 유체 공급로(19), 및 시편(200)의 중공(201) 내로 내부가압 유체를 공급하기 위한 내부가압 유체 주입로(11)가 각각 형성되어 있고;
제2단부판(2)에는 신축가압부재(21)가 구비되어 있으며;
관통공(410)과 내부가압 유체 주입로(11)가 연통되는 상태로 제1결합판(41)이 제1단부판(1)에 밀착하고, 제2결합판(42)이 신축가압부재(21)에 밀착하도록, 시편유닛(7)이 튜브부재(3) 내에 설치되며;
내부가압 유체 주입로(11)에는 제1호스(110)가 연결되고 외부가압 유체 공급로(19)에는 제2호스(190)가 연결되며, 제1호스(110)와 제2호스(190)는 각각 제1단부판(1)에 결합된 유체 분배 블록(102)의 제2유체공(815)에 연결되며;
튜브부재(3) 내에 유체가 채워지고 신축가압부재(21)가 신장되어, 시편(200)이 외부에서 가압되어 있는 삼축압축 상태에서, 내부가압 유체 주입로(11)와 관통공(410)을 통해 내부가압 유체가 중공(201) 내부로 주입됨으로써 중공(201) 내부에 팽창압력을 유발하여, 시편(200)의 인장파괴를 유도할 수 있는 것을 특징으로 하는 삼축압축시험용 삼축셀.
- 제3항에 있어서,
제2단부판(2)의 외측에는 실린더(51)가 밀실하게 결합 구비되고;
신축가압부재(21)의 외측 단부는 실린더(51) 내부를 실린더(51)의 길이 방향으로 2개 공간으로 분할하도록 실린더(51) 내에 위치하고 있어서, 실린더(51)의 내부는 신축가압부재(21)의 외측 단부와 제2단부판(2) 사이의 제1공간(55)과, 신축가압부재(21)의 외측 단부와 실린더(51)의 외측면 사이의 제2공간(56)으로 구분되어 있으며;
제1공간(55)과 제2공간(56) 간의 압력 차이에 의해 신축가압부재(21)가 제1단부판(1)을 향하여 신장하거나 또는 제1단부판(1)으로부터 멀어지도록 수축하게 되며;
원기둥 형상의 중공(83)이 형성된 통형상의 부재로 이루어지고, 내측 회전분배 부재(81)는, 중공(83)에 삽입되는 원기둥 형상의 분배기둥(810)과, 그 하부의 하부설치부재(811)로 구성되며, 내측 회전분배 부재(81)의 하부설치부재(811)와 외측 유체유입 부재(80) 사이에는 베어링부재(82)가 설치되고, 분배기둥(810)의 외주면에는, 중공(83)에 삽입되었을 때 유체통과공(84)과 연통되는 링형상의 밀실한 독립공간을 이루는 유체 체류홈(812)이 형성되어 있고, 유체 체류홈(812)에는 제1유체공(813)이 형성되어 있고, 하부설치부재(811)에는 제2유체공(815)이 형성되어 있어서 유체통로(814)에 의해 제1유체공(813)과 제2유체공(815)은 서로 연통되는 구성을 가지는 유체 분배 블록(102)이 제2단부판(2)의 외측에도 결합 설치되며;
제2단부판(2)에 결합된 유체 분배 블록(102)의 제2유체공(815)과 셀 본체(101)는 호스로 연결되고;
실린더(51)의 제1공간(55)과 제2공간(56) 각각에는 제4 및 제5호스(550, 560)가 연결되어, 제4 및 제5호스(550, 560)는 각각 제2단부판(2)에 결합된 유체 분배 블록(102)의 제2유체공(815)에 연결되어;
셀 본체(101)가 회전할 때, 제2단부판(2) 외측에 구비되는 유체 분배 블록(102)에서도 유체공급호스(500), 유체통과공(84), 유체 체류홈(812), 제1유체공(813), 유체통로(814), 제2유체공(815) 및 셀 본체(101)와 연결된 호스로 이어지는 유체의 흐름이 지속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 삼축압축시험용 삼축셀.
- 제3항 또는 제4항에 있어서,
제1결합판(41)에서 관통공(410)의 단부에는, 중공(201)에 끼워져서 내부가압 유체를 중공(201) 내로 주입할 수 있도록 제1결합판(41)로부터 돌출된 형상의 노즐부(411)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 삼축압축시험용 삼축셀.
- 제3항 또는 제4항에 있어서,
중공(201)은 시편(200)을 완전히 관통하도록 형성되며;
제2결합판(42)에는 중공(201)에 끼워지도록 돌출된 형태의 끼움부(421)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 삼축압축시험용 삼축셀.
- 제1항 또는 제3항에 있어서,
제1단부판(1)과 제2단부판(2) 사이에는, 튜브부재(3)의 길이방향으로 길게 연장된 보강봉(6)이 일체로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 삼축압축시험용 삼축셀.
- 유체가 채워지는 튜브부재(3) 및 상기 튜브부재(3)의 양단부에 결합되는 제1, 2단부판(1, 2)을 포함하며, 제1단부판(1)에는 튜브부재(3) 내로 외부가압 유체를 공급하기 위한 외부가압 유체 공급로(19)가 형성되어 있으며, 제2단부판(2)에는 신축가압부재(21)가 구비되어 시편(200)에 대해 삼축압축시험을 수행하게 되는 셀 본체(101)를 제작하며;
상기 셀 본체(101)가 회전될 수 있도록 제1단부판(1)의 외측에 유체 분배 블록(102)을 결합 설치하는데, 유체 분배 블록(102)은, 유체공급호스(500)가 연결되는 유체통과공(84)이 형성된 외측 유체유입 부재(80)와, 유체가 흐르는 유체통로(814)가 내부에 형성되어 있고 셀 본체(101)가 회전하는 동안에도 유체통로(814)와 유체통과공(84)은 지속적으로 연통되면서 외측 유체유입 부재(80)에 대해 회전가능하게 결합되는 내측 회전분배 부재(81)를 포함하는 구성을 가지며;
시편(200)을 튜브부재(3) 내에 배치하며;
유체통로(814)와 셀 본체(101) 사이로 유체가 흐르도록 연통시키며;
유체공급호스(500)가 꼬이지 않은 채로 유체공급호스(500), 유체통과공(84), 유체통로(814) 및 셀 본체(101)와 연결된 호스로 이어지는 유체의 흐름이 형성되면서 셀 본체(101)가 회전하는 상태로 만들어서, 튜브부재(3) 내에서 시편(200)에 대해 삼축압축시험을 수행하면서, 시편(200)에 X-ray를 조사하여 X-ray CT 촬영을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼축압축시험 방법.
- 제8항에 있어서,
시편(200)은 중공(201)이 형성되어 있도록 원통형상으로 준비하여, 관통공(410)이 형성되어 있는 제1결합판(41)을 관통공(410)이 중공(201)과 연통되도록 시편(200)의 일단에 결합하고, 시편(200)의 타단에는 제2결합판(42)을 결합하여 시편유닛(7)을 제작하고;
제1단부판(1)을 제작할 때에는, 시편(200)의 중공(201) 내부에 내부가압 유체를 주입하기 위한 내부가압 유체 주입로(11)가 형성되도록 제작하며;
시편(200)을 튜브부재(3) 내에 배치할 때에는, 제작된 시편유닛(7)의 제1결합판(41)이 제1단부판(1)에 밀착하며 제2결합판(42)이 신축가압부재(21)에 밀착하도록 하며;
튜브부재(3) 내에 외부가압 유체를 채우고 신축가압부재(21)의 신축을 조정하여 시편(200)이 외부에서 가압되어 있는 삼축압축 상태를 변화시켜가면서 내부가압 유체 주입로(11)와 관통공(410)을 통해 내부가압 유체를 중공(201) 내부로 주입하여 중공(201) 내부에 팽창압력을 유발함으로써 시편(200)의 인장파괴를 유도하게 되는 것을 특징으로 하는 삼축압축시험 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020150083324A KR101683620B1 (ko) | 2015-06-12 | 2015-06-12 | X-ray CT 촬영을 위한 회전 및 유체주입을 통한 인장파괴 유도가 가능한 삼축압축시험용 삼축셀 및 이를 이용한 삼축압축시험 방법 |
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| KR1020150083324A KR101683620B1 (ko) | 2015-06-12 | 2015-06-12 | X-ray CT 촬영을 위한 회전 및 유체주입을 통한 인장파괴 유도가 가능한 삼축압축시험용 삼축셀 및 이를 이용한 삼축압축시험 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101683620B1 true KR101683620B1 (ko) | 2016-12-07 |
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ID=57572676
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