KR101742107B1 - 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 싱크홀의 발생을 모사하면서, 싱크홀 발생과정에서 토양의 전단응력 변화 양상을 파악할 수 있는 측정장치를 제공한다. 특히 싱크홀 발생과정에서 토양의 최대 및 잔류전단응력을 파악할 수 있어 싱크홀 발생과 전단응력 사이의 관계를 정량적으로 파악할 수 있다.

Description

지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING SHEAR STRENGTH OF SOIL IN GROUND SUBSIDENCE ENVIRINMENT}

본 발명은 지질, 지반의 거동을 파악하기 위한 시험장치 또는 측정장치에 관한 것으로서, 특히 싱크홀과 같은 지반함몰 환경에서의 토양의 전단강도를 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.

싱크홀(sinkhole)이 이슈가 되고 있다.

싱크홀은 지반함몰 현상 중 하나로서 지반 내부가 연약해지거나 비어있는 상태에서 상부 지반이 내려앉으면서 생기는 구멍이다. 지반이 연약해지거나 공동이 형성 상태에서 지하수위의 변화, 강우가 반복되면 공동이 확산되고, 최종적으로 공동 상측의 지반이 붕괴하면서 싱크홀이 발생된다. 예를 들면, 석회석 지반이 장기간에 걸쳐 지하수에 용해되거나, 일정 수위에 머물러 있던 지하수가 급격히 배출되면서 발생되기도 한다. 이렇게 자연적 현상에 기인한 싱크홀의 경우 지름이 수십 m, 깊이가 백m를 넘는 경우가 발견되기도 한다. 기존에는 싱크홀이 주로 석회석 지대나 광산 채굴지역 등 인적이 드문 지대에서 발생하였기 때문에 큰 재난재해로 분류되지 않았다. 그러나 최근에는 사람과 시설이 밀집되어 있는 도심지에서 싱크홀이 발생하여 이슈가 되고 있는 것이다.

도심지 싱크홀은 자연적으로 발생적인 것과 토목공사의 부실에 의한 것으로 구분된다. 특히 도심지 토목공사에서는 충분한 조사없이 시행된 지반 굴착으로 인하여 주변 지반의 지하수위를 변화시키고 이로 인하여 지반에 기구축된 인공구조물 안정성과 지하시설물을 지지하는 지반을 약화시키는 원인이 되기도 한다. 이러한 이유로 도심지 싱크홀 재해에 대하여 사전조사하고 유지관리 시스템을 구축하기 위해서는 위험예상지역에 대한 지질과 지하수의 특성을 고려한 지반안정성을 꾸준히 모니터링할 필요가 있다.

현재 싱크홀에 대한 재난안전 대책은 싱크홀 위험 그 자체에 대한 위험성 검증과 사회적 불안감을 해소하는 차원에서 이루어지고 있다. 최근 도심지 싱크홀 사전조사 작업의 일환으로 지표투과레이더(Ground Penetrating Radar, GPR)을 탑재한 차량을 통하여 도심지 포장체 아래의 지하공동을 탐지하기 위한 사업을 수행한 바 있다. 하지만 지표투과레이더는 단순 지표 수 미터 내(최대 1∼5 m)의 지층에 대한 정보를 감지할 뿐 지하구조물 인근의 지반변형을 조사하기에 완벽한 장비라고 할 수 없다. 이 또한 영상을 분석하는 전문가의 의견이 분분하다. 따라서 지표투과레이더라는 신기술을 사용하더라도 지하공간에 분포하는 지반이완(ground loosening)영역과 다양한 크기로 존재하는 지하 공동(cavity)를 정확히 탐지하기는 사실상 힘들다. 이에 싱크홀의 발 메카니즘을 규명하고 싱크홀 예경보 시스템을 구축하기 위한 체계적이고 과학적인 접근이 필요한 시점이다.

싱크홀에 대비하기 위해서는 싱크홀의 발생 원인에 대한 규명을 시작으로, 싱크홀의 발생 위험도를 정량화하고, 일상적으로 지반의 안정성을 모니터링할 수 있어야 한다. 현재 싱크홀이 발생하는 물리적 원인은 규명하였지만, 발생위험도를 정량화하여 위험을 평가하고 예측하는 데에는 한계를 보이고 있다. 싱크홀 위험도를 정량화할 수 있는 연구가 선행되어야 한다.

싱크홀의 발생 위험도를 정량화하는데 있어서 가장 중요한 요소 중 하나는 토양의 전단강도이다. 싱크홀은 지반 내부에 공동이 생긴 상태에서 상부 지반이 함몰되는 것이기 때문에, 상부 지반에 작용하는 중력(전단응력)과, 함몰 토체와 주변 지반 사이의 전단저항력(전단강도) 사이의 관계가 매우 중요하다. 전단응력이 임계치를 넘어가면 함몰이 발생하는 것이다. 이에 지반함몰 상황에서의 지반의 전단응력과 전단강도를 정략적으로 파악하는 것은 싱크홀의 위험도와 안전성을 정량화하는데 매우 중요하다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 싱크홀을 모사하면서 싱크홀의 발생 과정에서 토양의 전단강도 변화를 파악할 수 있으며, 특히 최대전단강도와 잔류전단강도를 파악할 수 있는 지반함몰 토양의 전단강도 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치는, 토체를 모사하도록 내부에 토사를 수용하며, 상면에는 제1관통부가, 하면에는 제2관통부가 형성되어 있는 토조부; 상기 토조부 상면의 제1관통부에 끼워지는 제1패널과, 상기 토조부 하면의 제2관통부에 끼워지는 제2패널과, 상기 토조부 내측을 통해 상기 제1패널과 제2패널을 상호 연결하는 연결봉을 구비하는 함몰유도부; 및 상기 토조부의 하부에 설치되어 상기 토조부를 지지하는 로드셀;을 구비하여, 상기 함몰유도부를 상기 토조부의 하측으로 당겨서 상기 제1패널과 제2패널 사이의 토체를 슬라이딩시킬 때 슬라이딩면에 작용하는 전단응력을 상기 로드셀에서 측정한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 토조부의 일측면에는 복수의 물 유입구가 형성되어, 토양 내 충진되는 물의 수위를 조절가능하다.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 함몰유도부의 제2패널 하부에는 사용자가 파지할 수 있는 자루부가 형성된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 제1패널의 외주면과 상기 제1관통부의 내주면 사이 및 상기 제2패널의 외주면과 상기 제2관통부의 내주면 사이에는 고리형의 제1슬릿 및 제2슬릿이 형성되며, 상기 제1슬릿으로 삽입되어 제2슬릿을 통과함으로써 상기 제1패널과 제2패널 사이에 충전된 토체와 주변의 토체 사이에 분리면을 형성하도록, 고리형으로 형성되는 절개링을 더 구비한다. 특히, 상기 절개링의 하부에는 톱니가 연속적으로 형성되어 용이하게 토체를 분리할 수 있다.

그리고, 상기 절개링의 상부에는 사용자가 파지하여 상기 절개링을 회전시킬 수 있도록 손잡이부가 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 절개링의 내부에는 물이 수용되는 링 형상의 채널이 형성되고, 상기 절개링의 하부에는 다수의 물 배출공이 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 절개링은 원통 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명은 토체를 모사하도록 내부에 토사를 수용하며, 상면에는 제1관통부가, 하면에는 제2관통부가 형성되어 있는 토조부; 상기 토조부의 하부에서 상기 토조부를 지지하는 받침부; 상기 토조부 상면의 관통부에 끼워지는 제1패널과, 상기 토조부 내측을 통해 상기 제1패널과 받침부를 상호 연결하는 연결봉을 구비하는 함몰유도부; 및 상기 받침부의 하부에 설치되는 로드셀;을 구비하여, 상기 토조부를 상부로 인상하여 상기 제1패널과 받침부 사이의 토체가 주변 토체가 슬라이딩시킬 때 슬라이딩면에 작용하는 전단응력을 상기 로드셀에서 측정한다.

본 발명에 따른 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치는 싱크홀이 발생되는 과정을 모사하면서 이 과정에서 토양의 전단응력이 변화하는 양상을 시계열적으로 정확하게 파악할 수 있다는 이점이 있다. 보다 구체적으로는 싱크홀이 발생과 관련한 중요 정량 지표인 잔류전단응력과 최대전단응력을 측정할 수 있다는 이점이 있다.

특히 싱크홀의 발생에서 가장 중요한 요소인 잔류전단응력(residual shear stress)의 측정이다. 흙의 잔류전단응력은 외력에 의하여 임의의 전단(sliding)면이 형성되며 흙 입자와 흙 입자 간에 존재하는 마찰력이 감소되고 이미 형성된 전단면을 따라 흙 입자가 완전 재배열되며 이런 흙의 상태에서 측정된 응력을 말한다. 따라서 주어진 변형에 대하여 최소 전단응력으로 간주한다. 주로 잔류전단응력은 무한 회전이 가능한 링전단시험장치나 직접전단시험장치를 통하여 결정한다. 하지만 두 시험장치는 연직방향에 대한 토양의 저항값을 고려할 수 없고 전단면을 사전에 형성할 수 없는 단점이 있다. 따라서 본 시험장치에서 전단면을 미리 형성하는지 여부에 따라 2가지 방법으로 측정할 수 있으므로 잔류전단응력을 보다 신뢰성있게 파악할 수 있다.

본 발명을 통해 축적된 데이터들은 지반함몰 위험 지역에서 실측된 토양의 전단강도와 비교하여 싱크홀 발생에 대하여 미리 평가하고 대비할 수 있는 기회를 제공할 것으로 기대한다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치의 주요 부분의 개략적 사시도이다.
도 2는 도 1의 a-a선 개략적 단면도이다.
도 3은 도 2의 상태에서 함몰유도부가 하강한 상태의 개략적 단면도이다.
도 4는 전단응력과 변형률 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 절개링의 구성과 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5의 개략적 단면도로서, 절개링의 절개과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치의 개략적 사시도이다.
도 8은 도 7의 b-b선 개략적 단면도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에서 '지반함몰'은 이른바 '싱크홀'을 포함하여 지반에 공동이 생기는 현상을 통칭하는 것이다. 본 명세서에서는 그 규모나 유발원인과 관계없이 지반에 공동이 형성되는 모든 현상을 '지반함몰'로 정의한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치에 대하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치의 주요 부분의 개략적 사시도이며, 도 2는 도 1의 a-a선 개략적 단면도이고, 도 3은 도 2의 상태에서 함몰유도부가 하강한 상태의 개략적 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지반함몰 지반 토양 전단강도 측정장치(100, 이하, '전단강도 측정장치'라고 함)는 토조부(10), 함몰유도부(20) 및 로드셀(30)을 구비한다.

토조부(10)는 토양 시료(g)를 수용하기 위하여 내부가 비어 있는 박스 형태로 이루어진다.

토양 시료(g)가 채워지면 하나의 토체(soil mass)를 형성하게 되며, 이는 싱크홀이 발생하는 지역의 지반을 모사한다. 토양 시료(g)는 싱크홀 발생 위험지역의 현장에서 교란되지 않은 상태로 이송된 것을 사용할 수도 있으며, 정교한 실험을 위해 조성이나 입도가 조절된 시료를 사용할 수도 있다. 또한 현장의 지반 상황을 정확하게 모사할 수 있도록 토양 시료(g)를 압밀하여 충진하는 등의 방법을 사용할 수도 있다.

토조부(10)의 일측면에는 복수의 물 유입구(13,14)가 형성된다. 물 유입구(13,14)를 통해 토양 시료(g)에 물을 공급한다. 물은 토양의 공극 사이를 충진하며, 이는 토체 내 지하수위를 모사한다. 상하방향으로 이격되어 복수의 물 유입구(13,14)를 형성하는 이유는 수위 조절을 보다 용이하게 하기 위해서이다. 다만, 하부에 하나의 물 유입구만 있다고 하여도 토조부 내부에 센서 등을 설치하여 지하수위를 조절할 수 있다. 그리고 토조부(10)는 투명한 재질로 이루어져 토양 시료(g)의 거동을 육안으로 확인하거나, 촬영장치로 촬영할 수 있는 것이 바람직하다.

토조부(10)의 상면은 분리가능하게 결합되어 상면을 개방한 상태에서 토양 시료(g)를 충진할 수 있다.

토조부(10)의 상면과 하면 중앙에는 각각 제1관통부(11)와 제2관통부(12)가 형성된다. 그리고 제1관통부(11)로부터 토조부(10) 내측을 걸쳐 제2관통부(12)까지 함몰유도부(20)가 설치된다.

함몰유도부(20)는 제1패널(21), 제2패널(22) 및 연결봉(23)을 구비한다. 제1패널(21)은 제1관통부(11)와 대응되게 판 형상으로 이루어지며 제1관통부(11)에 끼워져 설치된다. 마찬가지로 제2패널(22)은 제2관통부(12)와 대응되게 판 형상으로 이루어져 제2관통부(12)에 끼워진다. 연결봉(23)은 제1패널(21)과 제2패널(22) 사이를 연결하며 토조부(10) 내측에 길게 설치된다. 따라서 토양 시료(g)를 토조부인(10)에 담고 제1패널(21)과 제2패널(22)을 토조부의 각 위치에 설치한 다음 연결봉(23)을 상기 두 패널에 결합시켜 지반함몰영역을 결정할 수 있다. 제2패널(22)의 하부에는 봉 형상의 자루부(24)가 설치된다. 사용자는 자루부(24)를 잡고 함몰유도부(20)를 하방으로 잡아당길 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같은 초기 상태에서 함몰유도부(20)를 잡아 당기면 도 3에 도시된 바와 같이 제1패널(21)과 제2패널(22) 사이에 배치된 토체가 제2관통부(12)를 통해 하부로 배출된다.

즉, 함몰유도부(20)는 인위적으로 지반함몰 또는 싱크홀을 모사하기 위한 것이다. 지반함몰은 앞에서도 설명하였지만 지반 하부에 공동이 생긴 상태에서 공동 상부의 토체가 하부로 함몰되는 현상이다. 본 장치에서 하부의 공동은 모사되지 않지만, 함몰유도부(20)를 하방으로 잡아 당김으로써 공동 상부의 토체에 작용하는 응력을 모사한다.

그리고 토조부(10)의 하측에는 복수의 로드셀(30)이 설치되어 지반함몰 과정에서 토체에 작용하는 전단응력과, 이에 대응하는 전단강도를 측정한다.

즉, 도 2를 참고하면, 사용자가 함몰유도부(20)를 잡아당기면 슬라이딩면(s, 전단면)를 기준으로 제1패널(21)과 제2패널(22) 사이의 토체에는 하방으로 당기는 힘(P)이 작용하며, 주변의 토체에는 하부로 당기는 힘에 저항하는 힘(Q)이 작용하게 된다. 저항하는 힘은 물질의 성질에 관한 것이므로 일종의 마찰력, 즉 전단강도라고 한다. 잡아당기는 힘(P)이 토양 시료의 최대전단강도 이상이 되면 급격하게 슬라이딩이 일어나게 된다.

도 4에는 전단응력과 변형율 사이의 관계가 그래프로 도시되어 있다. 초기에는 응력이 증가하여도 탄성적 변형이 이루어지므로 변위는 거의 발생하지 않지만, 임계점을 넘어 가면, 즉 최대전단응력 이상으로 힘이 가해지면 급격하게 변형이 일어나며 그 이후에는 변위를 발생시키는데 최대전단 응력보다 작은 잔류응력만이 필요하다.

본 측정장치로 돌아와서 설명하면, 사용자가 초기에 힘을 주어 함몰유도부(20)를 서서히 잡아당기면 토체가 힘은 받지만 미소변형만 발생할뿐 흙의 파괴시점에 도달하지 못하는데, 힘을 증가시키면 점진적으로 흙의 전단응력은 증가하고 흙의 탄성영역 구간을 지나 결국 파괴에 도달한다. 더 큰 힘이 가해지면 토체가 하방으로 슬라이딩 되는데 이것은 잡아당기면 방향으로 강제적으로 전단면이 형성되었다는 것을 의미하며 그 이후에는 보다 작은 힘으로도 변위가 발생한다. 로드셀(30)에서는 슬라이딩면에 작용하는 힘을 지속적으로 측정할 수 있다. 즉, 초기에 당기는 힘부터 변위가 발생하기 시작할 때, 그리고 변위가 발생한 후의 힘을 측정할 수 있다. 당기는 힘이 커지면 슬라이딩면에 작용하는 힘이 커지므로 로드셀에서 측정되는 값이 커지게 된다. 붕괴에 이르는 순간에 로드셀에서 측정되는 값이 최대전단응력이 되는 것이다. 다른 말로하면, 토체의 최대전단강도가 된다. 전단면이 발생한 이후에는 최대전단응력보다 낮은 잔류응력만이 슬라이딩면(s, 전단면)에 작용하며, 로드셀에서도 이를 측정할 수 있다.

상기한 바와 같이, 토양 시료(g)에 대하여 함몰유도부를 이용하여 인위적 함몰실험을 수행하면 해당 토양의 최대전단응력 및 잔류전단응력 구할 수 있다.

한편, 싱크홀의 발생과 위험도를 평가할 때 최대전단응력 보다 더욱 중요한 요소는 잔류전단응력이다.

본 발명에서는 위에서 설명한 측정방식 이외에 보다 정교하게 잔류전단응력을 측정할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다. 이러한 추가적 장치는 도 5 및 도 6에 개시되어 있다.

도 5는 절개링의 구성과 작용을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 5의 개략적 단면도로서, 절개링의 절개과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 5 및 도 6을 참고하면, 본 실시예(110)에서는 추가적으로 절개링(50)을 구비할 수 있다. 절개링(50)은 토조부(10)에 수용된 토체에 인위적으로 전단면(s)을 형성하기 위한 것이다. 토조부(10)의 상면과 하면에는 각각 제1패널(21)과 제2패널(22) 둘레를 따라 각각 제1슬릿(27)과 제2슬릿(28)이 얇게 형성된다. 그리고 절개링(50)은 슬릿(27,28) 보다 더 얇게 고리형으로 형성되어 슬릿(27,28)에 삽입될 수 있다. 절개링(50)의 상부에는 손잡이(52)가 수직하게 형성되어 제1슬릿(27)에 삽입된 절개링(50)을 회전시킬 수 있다.

즉, 도 6에서 시간의 순서에 따라 (a), (b), (c)로 표시한 것처럼 절개링(50)을 제1슬릿(27)에 삽입시킨 상태에서 하방으로 힘을 가해 회전시키면 절개링(50)은 토양 시료(g)를 양분하며 전단면(s)을 형성하고 제2슬릿(28)을 통해 배출된다. 본 실시예에서는 특히 토양 시료(g)의 절개를 보다 용이하게 할 수 있도록, 절개링(50)의 하부에 연속적으로 톱니(51)를 형성하였다. 특히 현장 시료에는 식물의 뿌리 등이 섞여 있는 경우가 많으므로 톱니(51)가 매우 유용하다.

또한, 도시하지는 않았지만, 절개링(50)의 내부에는 물이 수용되는 채널이 형성되고, 채널의 하부에는 복수의 물 배출공이 형성된다. 절개링(50)이 토양 시료에 전단면을 형성할 때, 절개링(50)을 통해 물을 공급하면 일종의 윤활작용을 통해 보다 용이하게 토양 시료(g)에 전단면을 형성할 수 있다. 여기서 토조부(10)내 절개링(50)을 통해 전단면이 만들어지더라도 제1패널과 제2패널이 토조부(10)에 연결되어 지반함몰유도부(20)는 자연낙하하지 않는다.

상기한 바와 같이, 절개링(50)을 통해 전단면(s)을 형성하면 제1패널(21)과 제2패널(22) 사이의 토체는 약간의 힘만으로도 변위를 급격하게 일으키며 하부로 배출될 수 있다. 이때 원통형 전단면에 작용하는 힘을, 즉 흙의 변형에 대해 저항하는 힘을 잔류전단응력으로 볼 수 있다. 즉, 절개면을 형성한 상태에서 함몰유도부(20)를 하방으로 당겨서 변위를 발생시키면, 변위가 발생하기 시작한 순간의 힘이 잔류전단응력으로 볼 수 있다.

절개면을 형성하지 않은 경우에는 움직이기 시작한 순간의 힘이 최대전단응력이 되지만 절개면을 형성한 후에는 잔류전단응력으로 볼 수 있다.

실제 싱크홀의 발생 과정을 살펴보면, 지반 하부가 느슨해지면 상부의 지반은 하방으로 점점 큰 힘을 받게 된다. 중력은 언제나 동일하게 작용하지만 하부의 지지력이 점차 약해지기 때문이다. 이렇게 지속적으로 힘을 받으면 느슨해진 지반 상부의 토체에는 전단면이 형성되다가 결국 하방으로 붕괴되는 것이다. 결국 싱크홀이 생기기 바로 직전의 토양의 전단응력이 싱크홀 발생과 직결된다.

본 발명을 이용하면 토사의 종류, 압밀 정도, 수위 및 환경적 요인인 강우 등 다양한 조건에서 잔류전단응력을 측정할 수 있으며, 이렇게 측정된 데이터들을 토대로 싱크홀 발생 직전의 토양의 전단강도가 어느 정도인지를 케이스별로 파악하여 데이터 베이스화할 수 있다.

이러한 데이터 베이스는 싱크홀에 대한 발생 위험도를 정량적으로 평가할 수 있는 기초를 제공한다. 예컨대, 지반함몰 위험이 높은 지반에 대해서는 토목업계에서 널리 사용되는 베인 시험기를 이용하여 토양의 전단강도를 측정할 수 있다. 그리고 측정된 전단강도를 본 발명에 의하여 확보된 데이터 베이스 상의 싱크홀 발생 직전의 잔류전단응력과 비교할 수 있다. 베인시험기 등을 통해 실측된 토양의 전단강도가 데이터 베이스상의 잔류전단응력과 비슷한 수준에 있는 경우에는 예경보를 통하여 싱크홀 발생에 대비하거나 긴급 지반조사를 수행할 수 있다. 반대로 실측된 전단강도가 데이터 베이스상의 최대전단응력과 비슷한 수준에 있다면 싱크홀 발생 안전지역으로 평가할 수 있다.

이렇게 본 발명에서는 싱크홀의 발생과정에서 토양의 전단강도의 변화 양상을 시계열적으로 파악할 수 있다. 그리고 다양한 시료와 조건에서 반복 측정을 진행하여 해당 조건에서의 최대전단응력과 잔류전단응력에 대한 데이터 베이스를 구축할 수 있을 것이다. 측정회수가 많아질수록 데이터 베이스의 신뢰도는 높아질 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같이, 지반함몰을 모사하며 시간의 경과에 따른 토양의 전단응력 변화를 파악할 수 있으므로, 싱크홀 발생과정에서의 역학관계를 학술적으로 파악할 수 있을 뿐만 아니라, 실제 안전대책으로 활용할 수 있다.

지금까지는 함몰유도부(20)를 하부로 잡아당겨서 지반함몰을 모사하였지만, 본 발명의 다른 실시예에서는 거꾸로 토조부(10)를 인상하여 지반함몰을 모사할 수도 있다.

이러한 형태의 실시예가 도 7 및 도 8에 도시되어 있다.

도 7 및 도 8을 참고하면, 앞에서 설명한 실시예와 달리 본 실시예(200)에서는 토조부(10)의 하면은 개방되어 있으며 당연히 제2관통부는 형성되지 않는다. 그러나 토조부(20)의 하측에는 받침대(40)가 마련된다. 로드셀(30)은 받침대(40)의 하부에 설치된다. 본 실시예에서는 지반함몰의 모사를 위하여 토조부(10)를 상방으로 인상한다는 점이 앞의 실시예와 상이하다. 그러나 결과적으로 함몰유도부(20) 내부에 배치된 토체와 그 주변의 토체 사이에 전단면(s)이 발생한다는 점에서는 동일하다. 또한 절개링을 이용하여 미리 전단면을 형성할 수 있다는 점도 동일하다. 도 7 및 도 8에 표시된 참고번호들 중 도 1 내지 도 6에 표시된 참고번호와 동일한 요소들은 이미 앞에서 설명하였으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

미설명한 참조번호 T는 테이블로서 토조부를 지지하기 위한 것이며, 함몰유도부(20)를 하방으로 당길 수 있도록 테이블의 중앙부는 관통되어 있다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

100,200: 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치
10: 토조부, 11: 제1관통부, 12: 제2관통부
20: 함몰유도부, 21: 제1패널, 22: 제2패널
30: 로드셀
40: 받침대
50: 절개링, 51: 톱니, 52: 손잡이부
s: 전단면(슬라이딩면), g: 토양 시료

Claims (10)

1. 토체를 모사하도록 내부에 토사를 수용하며, 상면에는 제1관통부가, 하면에는 제2관통부가 형성되어 있는 토조부;
   상기 토조부 상면의 제1관통부에 끼워지는 제1패널과, 상기 토조부 하면의 제2관통부에 끼워지는 제2패널과, 상기 토조부 내측을 통해 상기 제1패널과 제2패널을 상호 연결하는 연결봉을 구비하는 함몰유도부; 및
   상기 토조부의 하부에 설치되어 상기 토조부를 지지하는 로드셀;을 구비하여,
   상기 함몰유도부를 상기 토조부의 하측으로 당겨서 상기 제1패널과 제2패널 사이의 토체를 슬라이딩시킬 때 슬라이딩면에 작용하는 전단응력을 상기 로드셀에서 측정하는 것을 특징으로 하는 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 토조부의 일측면에는 복수의 물 유입구가 형성되어, 토양 내 충진되는 물의 수위를 조절가능한 것을 특징으로 하는 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 함몰유도부의 제2패널 하부에는 사용자가 파지할 수 있는 자루부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1패널의 외주면과 상기 제1관통부의 내주면 사이 및 상기 제2패널의 외주면과 상기 제2관통부의 내주면 사이에는 고리형의 제1슬릿 및 제2슬릿이 형성되며,
   상기 제1슬릿으로 삽입되어 제2슬릿을 통과함으로써 상기 제1패널과 제2패널 사이에 충전된 토체와 주변의 토체 사이에 분리면을 형성하도록, 고리형으로 형성되는 절개링을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 절개링의 하부에는 톱니가 연속적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 절개링의 상부에는 사용자가 파지하여 상기 절개링을 회전시킬 수 있도록 손잡이부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치.
7. 제4항에 있어서,
   상기 절개링의 내부에는 물이 수용되는 링 형상의 채널이 형성되고,
   상기 절개링의 하부에는 다수의 물 배출공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치.
8. 제4항에 있어서,
   상기 절개링은 원통 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치.
9. 토체를 모사하도록 내부에 토사를 수용하며, 상면에는 제1관통부가, 하면에는 제2관통부가 형성되어 있는 토조부;
   상기 토조부의 하부에서 상기 토조부를 지지하는받침부;
   상기 토조부 상면의 관통부에 끼워지는 제1패널과, 상기 토조부 내측을 통해 상기 제1패널과 받침부를 상호 연결하는 연결봉을 구비하는 함몰유도부; 및
   상기 받침부의 하부에 설치되는 로드셀;을 구비하여,
   상기 토조부를 상부로 인상하여 상기 제1패널과 받침부 사이의 토체가 주변 토체가 슬라이딩시킬 때 슬라이딩면에 작용하는 전단응력을 상기 로드셀에서 측정하는 것을 특징으로 하는 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 토조부의 일측면에는 복수의 물 유입구가 형성되어, 토양 내 충진되는 물의 수위를 조절가능한 것을 특징으로 하는 지반함몰 지반의 토양 전단강도 측정장치.

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