KR102112545B1 - 토층지반 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 토층지반 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치에 관한 것으로, 설정된 길이의 다공의 관형상으로 제작되며 길이 방향에 따라 토층지반의 지중에 타격식으로 매립되고, 길이방향에 따라 등분 분할된 제1케이싱(110)과 제2케이싱(120)으로 구성된 매립유공케이싱; 상기 매립유공케이싱을 통해 채취된 비교란 토층 내부에 설치되고 본래 위치의 토층지반에 재매립되어 지중 수분량을 감지하는 수분감지센서; 상기 수분감지센서에 케이블로 연결되고 상기 수분감지센서가 감지한 데이터를 전송 받아 정보화하여 저장하는 데이터로거; 분리된 상기 매립유공케이싱 절단부 경계면 내측에 구비되고, 분리된 상기 매립유공케이싱의 결합과 분해를 가능하게 하는 결합부; 상기 매립유공케이싱 상부에 구비되고, 지중으로 관입되는 상기 매립유공케이싱이 해머 등의 타격에 의해 손상되는 것을 방지하기 위한 캡; 상기 매립유공케이싱 하단부에 구비되고, 해머 등의 타격시 상기 매립유공케이싱이 지중에 쉽게 관입되도록 하는 쐐기형 날; 상기 매립유공케이싱 외주면에 구비되고, 관입 및 인발시 상기 매립케이싱의 벌어짐 방지를 위한 테이핑을 할 수 있도록 하는 띠모양 들홈;을 포함하는 함수비 측정장치를 제공함으로써 교란되지 않은 상태로 토층지반에 수분감지센서를 설치하여 정확한 함수비 측정이 이루어질 수 있도록 하는 토층지반 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 산지 토층지반의 함수비 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 자연상태의 산사면 토층지반에 교란되지 않은 상태로 함수비 측정장치를 설치함으로써 강우와 연동된 지중 함수비를 정확하게 측정할 수 있도록 발명된 토층지반의 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치에 관한 것이다.
산사태는 강우나 눈 등의 수분 침투에 의해 약화된 흙이나 암편이 사면을 따라 미끄러지거나 흘러내리는 현상을 말하는 것으로, 집중호우, 지진동, 급격한 수위변동 및 침식과 같은 다양한 원인에 의해 발생되며, 이러한 산사태는 대부분 산사면에서 발생되는 것으로 사면의 표층을 구성하고 있는 토층이 파괴되어 사면의 하부로 흘러내리는 유동성산사태이다. 따라서 산사태는 토층으로 이루어진 산사면의 붕괴로부터 시작된 사태물질이 빠른 속도로 흘러내려 하부지역에 퇴적되기까지를 일컫는 것으로, 그 형상과 규모는 산사면을 이루는 기하특성, 분포된 암반상태 및 토질특성, 강우조건 및 지하수상태 등에 따라 차이가 있다.
산사태의 발생원인은 내적 요소 및 외적 요인으로 구별되는데, 내적 요소는 산사면을 구성하고 있는 지형조건, 지질분포, 토질특성, 그리고 물리화학적 풍화작용에 의한 암반과 토층의 경계조건 등이며, 외적 요인으로는 집중호우, 지진, 산지개발로 인한 사면변형과 그에 따른 급격한 지하수변동 등을 들 수 있다.
일반적으로 토층지반에서의 흙입자들은 점착력이나 마찰력으로 인해 어느 정도 결속력을 가지고 있으며 흙입자들 사이에는 수분이 간극수의 형태로 존재하는데, 이렇게 토층으로 형성된 산사면에 집중호우가 발생될 경우 단기간에 침투된 우수가 간극들을 채우고 포화에 이르게 됨으로써 흙입자들 간의 결속력 저하와 단위중량의 급격한 증가로 인해 산사태가 발생하게 된다.
이러한 산사태는 과거 관련 연구가 많이 수행되지 못하였을 뿐만 아니라 산사태로 인한 피해규모 또한 크지 않았으나, 최근에는 대도시나 인구밀집지역 등에서도 산사태가 많이 발생되고 그 피해규모 또한 크게 증가됨으로써 산사태 발생가능성을 사전에 예측하거나 산사태로 인한 피해를 최소화하기 위한 사회적 요구가 증가하고 있다.
또한, 최근에는 과학기술이 발달함에 따라 산사태를 사전에 예측하고 대비할 수 있는 가능성이 제기되면서 산사태의 발생가능 위치는 물론 산사태가 발생될 수 있는 시기를 사전에 예지하고, 산사태로 인한 피해를 원천적으로 줄이고자 하는 목적으로 관련 연구들이 이루어지고 있다.
산사태의 발생위치 및 발생시기는 지형조건과 지질특성 등 내적 요소의 사전 평가에 더해 다양한 강우조건 및 지진동 등 외적 요인을 고려하여 예측할 수 있다. 즉, 강우가 산사면의 토층 내부로 침투되면서 토층지반의 함수비 및 강도 특성이 변화하는 양상을 실시간으로 탐지하여야 하며, 이에 대한 관찰을 통해 실제 산사태가 발생된 시점에서의 강우양상은 물론 토층 내부의 수리적·물리적·역학적 조건의 변화를 명확히 파악하여야 한다. 그리고 산사태 발생가능성 예측을 위해서는 특히 대상지역에서의 집중호우 발생양상을 실시간으로 관측하고 동시에 강우와 연동된 토층지반의 함수특성 및 강도특성 변화를 모니터링 하는 것이 필요하다.
따라서 산사면에서의 산사태 및 사면불안정성 모니터링을 위해 대상이 되는 층지반에 관련 계측센서들을 설치하고 함수특성 및 강도특성 변화를 측정함으로써 산사태를 예지할 수 있을 뿐만 아니라 그 결과에 따라 사전 대비 또한 가능하게 되는 것이다.
종래의 함수비 측정장치를 지중에 설치하는 방법은, 삽이나 괭이 및 곡괭이 등을 이용하여 토층지반에 구덩이를 판 후에 계측센서를 넣고 다지면서 되메우기를 하는 방식이었는데, 이러한 방식으로 계측센서를 설치하는 경우 넓은 공간 또는 체적에서 흙이 뒤섞임으로써 심하게 교란현상이 발생될 뿐만 아니라 되메우는 과정에서도 토층지반의 밀도특성이 달라지지 때문에 본래 지반조건에서의 함수특성 및 강도특성 변화를 정확하게 측정할 수 없다는 한계를 지니고 있는 실정이다.
선행기술 특허문헌 1 '토양의 수분측정장치'에서 제시된 바를 살펴보면, 토양밀도값을 산출 및 보정하여 토양에 포함된 수분율을 정밀하게 측정할 수 있는 토양의 수분측정장치에 관한 것으로, 토양의 둘 이상의 다른 깊이의 수분을 측정하는 복수의 수분측정부와 상기 복수의 수분측정부에 의해 수분의 하강속도를 계산하고, 측정된 하강속도를 근거로 토양밀도값을 산출하여 상기 복수의 수분측정부에 의해 측정된 값에 보정하여 토양의 수분율을 측정하는 제어부가 포함되어 이루어진다.
상기 기술한 토양의 수분측정장치는 토양의 밀도값을 산출하여 수분측정부에 의해 측정값을 보정함에 따라 토양의 수분율을 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 선행기술 특허문헌 2'토양의 함수량 측정장치'를 살펴보면, 함수량 측정대상 토양시료와 칼슘카바이드가 장입되는 챔버가 구비된 토양의 함수량 측정장치에 있어서, 상기 함수량 측정장치는, 디지털 디스플레이수단, 함수량 측정대상 토양시료로부터 발생되는 수분의 양을 측정하는 수분측정수단, 챔버 내의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 구비하는 온도측정수단, 상기 함수량 측정대상 토양의 위치를 검출하는 GPS 장치, 상기 압력측정수단, 온도측정수단, GPS 장치를 제어하는 제어부로 구성되며, 상기 압력측정수단은 탑재되는 압력계산 프로그램에 의하여 계산되는 것을 특징으로 하는 토양의 함수량 측정장치를 제공한다.
이상과 같은 선행 발명에 따르면, 함수량 측정장치에 함수량을 측정할 수 있는 프로그램이 탑재되어, 보일-샤를의 법칙에 의한 토양의 함수량 계산을 별도로 할 필요가 없으므로, 정확한 함수량의 측정이 가능하며, 함수량의 측정이 용이한 효과가 있다.
특허문헌 1과 특허문헌 2에 제시된 바에서도 알 수 있듯 종래의 선행기술들은 함수량 측정센서를 토층지반에 장입할 때 토층의 교란없이 센서를 설치하는 장치 및 방법이 제시되어 있지 않았고, 토질시료를 채취하는 과정에서도 지반교란이 발생됨으로써 정확한 지중 함수비의 측정이 쉽지 않았으며, 이러한 문제점들의 해결을 위해서는 토층지반에 비교란 상태로 설치가 가능한 지중 함수비 측정장치의 개발이 시급히 요구되는 실정이다.
상기한 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명은 집중호우 등으로 인해 산사면에서 발생되는 사면붕괴나 산사태 및 사면불안정성 등의 모니터링을 위한 지중 함수비 측정센서를 토층지반에 매립할 때 지반을 교란시키지 않고 고유 밀도 특성을 유지함으로써 강우와 연동된 지중 함수비를 정확하게 측정할 수 있는 토층지반의 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치를 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 강우조건에 따라 토층지반의 지중 함수비 변화양상을 측정하는 함수비 측정장치에 있어서 설정된 길이의 다공의 관형상으로 제작되며 길이 방향에 따라 토층지반의 지중에 타격식으로 매립되고, 길이방향에 따라 등분 분할된 제1케이싱(110)과 제2케이싱(120)으로 구성된 매립유공케이싱(100); 상기 매립유공케이싱(100)을 통해 채취된 비교란 토층 내부에 설치되고 본래 위치의 토층지반에 재매립되어 지중 수분량을 감지하는 수분감지센서(300); 상기 수분감지센서(300)에 케이블(400)로 연결되고 상기 수분감지센서(300)가 감지한 데이터를 전송 받아 정보화하여 저장하는 데이터로거(500); 분리된 상기 매립유공케이싱(100) 절단부 경계면 내측에 구비되고, 분리된 상기 매립유공케이싱(100)의 결합과 분해를 가능하게 하는 결합부(130); 상기 매립유공케이싱(100) 상부에 구비되고, 지중으로 관입되는 상기 매립유공케이싱(100)이 해머 등의 타격에 의해 손상되는 것을 방지하기 위한 캡(200); 상기 매립유공케이싱(100) 하단에 구비되고, 해머 등의 타격시 상기 매립유공케이싱이 지중에 쉽게 관입되게 하는 쐐기형 날(150); 상기 매립유공케이싱(100) 외주면에 구비되고, 관입 및 인발시 상기 매립케이싱의 벌어짐 방지를 위한 테이핑을 할 수 있도록 하는 띠모양 들홈(160);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 매립유공케이싱(100)은 설치완료 후 상기 매립유공케이싱(100)을 인발하지 않고 영구적으로 매립하여도 토층지반에서의 수분이동이 용이하게 이루어짐으로써 케이싱의 내측과 외측의 함수비가 항상 동일하게 유지될 수 있도록 다공으로 이루어진 유공관형태로 하여야 하며, 타격이나 인발에도 변형되지 않도록 강성을 유지하고, 수분에 노출되어도 녹슬지 않도록 스테인리스 등과 같은 방청재질로 이루어지고, 상기 결합부(130) 일측 경계면에는 상기 제1케이싱(110)과 제2케이싱(120)의 일부분에 각각 구비되어 상기 제1케이싱(110)과 상기 제2케이싱(120)을 분리 결합시키는 커넥터(131);가 구비되고, 타측 경계면에는 상기 제1케이싱(110)과 제2케이싱(120)을 연결하여 상기 매립유공케이싱(100)의 결합과 분해를 용이하게 하는 힌지타입 연결장치(132);가 구비된다.
또한 상기 케이블(400)은 지상에 위치한 상기 데이터로거(500)와 상기 매립유공케이싱(100) 내부에 위치한 상기 수분감지센서(300)를 상기 매립유공케이싱(100) 내부를 통해 위쪽으로 연결하고, 상기 매립유공케이싱(100) 관입시 장애가 되지 않게 외부로 돌출되지 않는다.
상기 캡(200)은 유압잭이나 지렛대를 이용하여 상기 매립유공케이싱(100)을 지중으로부터 지상으로 끌어내기 위해 유압잭이나 지렛대를 걸 수 있는 고리(210)를 더 포함하고, 상기 고리(210)는 타격 및 인발시 들고 날 수 있도록 인출입이 가능한 구조이며, 상기 매립유공케이싱(100)은 계측의 목적 및 지반의 상태에 따라 더 깊은 심도까지 설치가 가능하도록 동일한 매립유공케이싱(100)을 더 연결할 수 있으며, 연결부에 설치되는 매립유공케이싱(100) 하부에는 연결부재(140)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 결합부(130)는 상기 제1케이싱 및 제2케이싱(110, 120)이 맞닿는 경계면에 후크 형태의 걸고리(135)와 걸림부(134)로 결합되는 구조이거나 클립(136)이나 자력체(133)를 이용하여 결합되는 구조로서, 상기 매립유공케이싱(100) 내 외부로 돌출되는 부분이 없어 매립을 용이하게 하고, 상기 수분감지센서(300)는 상기 데이터로거(500)에 연결되어 측정대상 토층지반에서 감지한 수분에 대한 정보를 상기 데이터로거(500)로 전송시키는 통신모튤이 구비된 함체형의 센서본체(310); 상기 센서본체(310)의 일부분에서 돌출 형성되고 상기 통신모튤과 연결되어 측정 대상 토층에 삽입되고 측정 대상 토층의 수분을 감지하는 적어도 하나의 감지로드(320); 및 상기 센서본체(310)의 통신모튤에 연결되고 상기 데이터로거(500)를 상기 센서본체(310)와 연결시키고 상기 감지로드(320)가 감지한 측정 대상 토층의 수분에 대한 정보를 상기 데이터로거(500)로 전송 시키는 연결케이블(400)을 포함한다.
상기 매립유공케이싱(100)을 통해 채취된 토층에 설치되고 상기 데이터로거(500)에 연결되어, 지중의 유전율을 측정하여 그 측정정보를 상기 데이터로거(500)에 전송하는 유전율계(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 산사면에서의 사면붕괴와 산사태 및 사면불안전성을 감지하기 위한 함수비 측정장치를 토층지반이 교란되지 않은 상태로 지중 1m 정도 깊이까지 설치 가능하고, 그로 인해 강우조건과 연동된 토층지반의 함수특성 및 강도특성 변화를 실시간으로 측정함으로써 산사태 예측의 정확성 및 신뢰성을 제고하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명 토층지반 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치의 실시예에 따른 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 상기 함수비 측정장치에 의해 채취된 토층에 계측센서를 장착하는 실시예에 따른 도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 상기 함수비 측정장치의 커넥터 중 후크 형태로 결합하는 실시예에 따른 도이다.
도 3b는 본 발명에 따른 상기 함수비 측정장치의 커넥터 중 클립 형태로 결합하는 실시예에 따른 도이다.
도 3c는 본 발명에 따른 상기 함수비 측정장치의 커넥터 중 자력체로 결합하는 실시예에 따른 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 상기 함수비 측정장치의 매립유공케이싱이 개방된 상태의 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 상기 함수비 측정장치의 매립유공케이싱 중 캡과 연결부재가 구비된 실시예의 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 상기 함수비 측정장치를 나타낸 도1의 A 부분을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 상기 함수비 측정장치에 의해 채취된 토층에 계측센서를 장착하는 실시예에 따른 도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 상기 함수비 측정장치의 커넥터 중 후크 형태로 결합하는 실시예에 따른 도이다.
도 3b는 본 발명에 따른 상기 함수비 측정장치의 커넥터 중 클립 형태로 결합하는 실시예에 따른 도이다.
도 3c는 본 발명에 따른 상기 함수비 측정장치의 커넥터 중 자력체로 결합하는 실시예에 따른 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 상기 함수비 측정장치의 매립유공케이싱이 개방된 상태의 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 상기 함수비 측정장치의 매립유공케이싱 중 캡과 연결부재가 구비된 실시예의 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 상기 함수비 측정장치를 나타낸 도1의 A 부분을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 토층지반 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치는 도1 내지 도6에 도시된 바와 같이 토층지반에서 강우와 연동된 지중의 함수비 변화를 측정할 수 있는 함수비 측정장치에 있어서, 설정된 길이의 다공의 관형상으로 제작되며 길이 방향에 따라 지중에 타격식으로 매립되고, 길이방향에 따라 등분 분할되고 유공관형인 제1케이싱(110)과 제2케이싱(120)으로 구성된 매립유공케이싱(100); 상기 매립유공케이싱(100)을 통해 채취된 비교란 토층 내부에 설치되어 지중의 수분량을 감지하는 수분감지센서(300); 상기 수분감지센서(300)에 케이블(400)로 연결되고 상기 수분감지센서(300)가 감지한 데이터를 전송 받아 정보화 하여 저장하는 데이터로거(500); 분리된 상기 매립유공케이싱(100) 절단부 경계면 내측에 구비되고, 분리된 상기 매립유공케이싱(100)의 결합과 분해를 가능하게 하는 결합부(130); 상기 매립유공케이싱(100) 상단부에 구비되고, 지중으로 관입하는 상기 매립유공케이싱(100)이 해머 등의 타격으로 인해 손상되는 것을 방지하기 위한 캡(200); 상기 매립유공케이싱(100) 하단에 구비되고, 해머 등의 타격으로 지중에 쉽게 관입하기 위한 쐐기형 날(150); 상기 매립유공케이싱(100) 외부에 구비되고 관입 및 인발시 케이싱의 벌어짐 방지를 위해 테이핑할 수 있는 띠모양 들홈(160); 을 포함할 수 있다.
산사태는 주로 집중호우로 인해 산사면에서 발생되는 것으로, 최근에는 대도시나 인구밀집지역에서도 쉽게 발생됨으로써 많은 인명과 재산피해를 초래하고 있는 실정인데, 과학기술의 발달과 더불어 이러한 산사태를 사전에 예측할 수 있는 가능성이 제기되면서 그 발생위치는 물론 발생시기를 조기에 탐지하고 피해를 최소화하고자 하는 노력이 증가되고 있다.
산사태를 조기에 탐지하기 위해서는 무엇보다도 산사태가 발생될 가능성이 있는 지역을 대상으로 하여 산사태와 연관되는 여러 복합적 요소들을 실시간으로 파악할 수 있도록 산사면에 산사태 모니터링시스템을 설치하고 모니터링을 실시하여야 한다.
산사태발생에 기여하는 요소들은 매우 다양하지만, 산사태 모니터링에 있어서 매우 중요한 측정요소는 집중호우시의 강우양상과 그에 연동된 지반특성의 변화를 들 수 있다. 따라서 산사태의 신속한 예측을 위해서는 집중호우시 강우가 토층지반으로 침투하면서 토층 내부의 토질 및 강도 특성이 변화하는 양상, 즉 강우와 연동된 지반특성의 변화를 실시간으로 파악하는 것이 무엇보다도 중요한데, 이는 특히 지중의 함수비 변화와 깊은 상관성을 가지고 있다.
토질에서 함수비(含水比)란, 흙의 수분량을 중량비로 표시한 것으로 건조토 중량에 대한 수분중량을 백분율로 표현한다.
수분중량을 Wω, 습윤토중량을 Wt, 건조토중량을 Ws로 하면, 함수비 ω는 (Wω/Ws)×100=((Wt-Ws)/Ws)×100(%)로 정의된다.
함수비는 흙의 건조 전후 중량만으로 간단히 구할 수 있기 때문에 많이 사용되지만, 이 표시법으로는 토층지반에서 물이 간극을 완전히 메우는 정도를 알 수 없다는 단점이 있다.
한편, 현장의 토층지반에서 센서를 이용하여 지중의 함수비를 측정하는 방법으로는 텐션미터(tentionmeter), 석고블럭, TDR(Time Domain Reflectometry) 및 전기저항을 이용한 방법 등이 있다.
텐션미터를 이용한 측정방법은 텐션미터라는 센서로써 토층의 수분량을 측정하는 것으로, 물을 보충하는 물기둥부, 수분을 감지하는 세라믹감지부, 수분량을 지시하는 압력게이지로 구성된다.
텐션미터는 정확도가 떨어지고 물을 일정량 유지하기 위한 추가적인 보충이 필요하며 세라믹감지부가 쉽게 파손되는 등의 단점이 있으며, 토층에 포함된 수분량을 pf라는 단위로 표시한다.
석고블럭을 이용한 측정방법은 평판에 장착하여 토층 내에 삽입한 후 석고와 토층의 수분함유율이 평형을 이룰 때까지 수분을 측정하는 방법이며, 이는 토층 내 수분으로 인해 석고의 부식정도에 따라 수분 측정값의 오차가 커질 수 있으며, 석고블럭을 자주 교체해야 하는 번거로움이 있다.
TDR을 이용한 측정방법은 파형발생기에서 발생된 전자기파가 전송선을 통해서 흐르게 되는데 전자기파가 전송선을 통하여 흐르던 중 전송선의 단면이 변하면 그 지점의 임피던스가 변하여 그 구간에서 전자기파가 반향된다. 전송선을 통과하는 전자기파의 전파속도를 알고 있다면 반향시간을 통해 전송선의 길이를 구할 수 있고, 유전율의 변화에 따른 파의 전파속도가 변하는 성질을 이용하여 토층의 함수비를 구할 수 있다.
그리고 전기 저항을 이용한 측정방법은 두 지점 사이의 전기저항 값의 변화를 이용하여 토층 내의 수분율을 측정하는 방법이다. 전기저항을 이용하는 방법 또한 토층의 밀도와 온도의 변화를 고려하지 않아 토층의 밀도에 따라 수분의 변화가 발생하더라도 이를 인식하지 못하는 문제점이 있다.
상기 기술한 지중 함수비 측정센서와 같은 계측센서들을 산사면의 토층지반에 설치하여 산사태와 관련한 제반 요소들을 실시간으로 모니터링함으로써 사면붕괴, 산사태 및 사면불안정성을 미리 예측할 수 있게 되는 것이다.
종래의 함수비 측정장치를 지중에 설치하는 방법은, 인력으로 삽이나 괭이 및 곡괭이 등을 이용하여 구덩이를 판 후에 계측센서를 넣고 다지면서 도출된 흙을 되메우는 방법을 사용하는데, 이런 경우 토층지반을 본래의 위치 및 상태대로 되돌릴 수 없을 뿐만 아니라 되메우는 과정에서도 교란현상이 심하게 발생되고 밀도 특성도 달라지지 때문에 본래의 토층지반이 지니고 있는 제반 조건에서의 지반특성 변화를 정확하게 측정할 수 없는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 토층지반의 해당 심도에 매립유공케이싱(100)을 타격식으로 관입한 다음 케이싱의 내부에 토층이 내재된 채로 유압잭이나 지렛대를 이용하여 지중으로부터 회수하고, 회수된 케이싱 내부 비교란 토층의 일정 위치에 계측 센서를 삽입함으로써 일체화된 매립유공케이싱(100)을 토층지반의 교란 없이 다시 원위치로 매립 설치하게 되는데, 이는 교란되지 않은 상태로 원지반의 지반특성을 측정할 수 있기 때문에 산사태 예측의 정확성을 제고시키는 효과가 있다.
기본적으로 상기 매립유공케이싱(100)의 길이는 1m 또는 0.5m 길이로 제작되며, 상기 캡(200)은 타격용이나 인발용 캡을 별도로 사용할 수 있는 것을 배재하는 것은 아니다.
또는 상기 캡은 해머 등의 타격시 전용 가능하도록 연결고리 없이 평탄한 형태의 별도의 캡을 구비할 수 있다.
한편, 상기 매립유공케이싱(100)은 설치 후 인발하지 않고 영구적으로 매립이 가능하도록 다공의 유공관형태일 수 있으며, 타격이나 인발에도 변형되지 않도록 강성을 유지하고, 수분에 노출되어도 녹슬지 않도록 스테인리스 등과 같은 방청재질로 이루어질 수 있다.
유공관은 함수비 측정장치를 비교란 상태로 지중에 매입하더라도 강우와 연동되고 수분이동이 용이하게 이루어짐으로써 측정장치의 내측 및 외측의 함수비가 항상 동일하게 유지될 수 있도록 적정하게 유공관형태로 이루어질 수 있다.
상기 결합부(130) 일측 경계면에는 상기 제1케이싱(110)과 제2케이싱(120)의 일부분에 각각 구비되어 상기 제1케이싱(110)과 상기 제2케이싱(120)을 분리 결합시키는 커넥터(131);가 구비되고, 타측 경계면에는 상기 제1케이싱(110)과 제2케이싱(120)을 연결하여 상기 매립유공케이싱(100)의 결합과 분해를 용이하게 하는 힌지타입 연결장치(132);가 구비될 수 있다.
상기 매립유공케이싱(100)을 유압잭이나 지랫대를 이용하여 인발한 후 케이싱 내부에 위치한 비교란 토층에 계측센서를 용이하게 장착하기 위하여 상기 매립유공케이싱(100)은 길이 방향을 따라 반이 좌우로 갈라져 제1케이싱(110)과 제2케이싱(120)으로 분리되어야 한다.
그리고 나누어진 상기 매립유공케이싱(100)의 한 측면을 힌지로 연결하여 상기 제1케이싱 및 제2케이싱(110,120) 개폐시 상기 매립유공케이싱(100)을 고정하여 줌으로써 케이싱 내부 토층의 상태가 원형대로 보존 될 수 있도록 하고 개폐시 편리성을 증대 시키기도 한다.
타측면에는 상기 매립유공케이싱(100)을 개폐하는 커넥터(131)를 구비하는 데, 상기 케넥터(131)는 상기 매립유공케이싱(100)의 내외부로 돌출되는 부분없이 상기 제1케이싱 및 제2케이싱(110,120)이 만나는 접촉면에 설치된다.
이는 상기 매립유공케이싱(100)이 관입 및 인발시 장애가 되지 않도록 하여 원지반의 토층을 교란시키지 않으면서 관입 및 인발을 용이하게 하는 효과가 있다.
상기 케이블(400)은, 지상에 위치한 상기 데이터로거(500)와 지중에 위치한 상기 매립유공케이싱(100) 내부에 설치되어 있는 상기 수분감지센서(300)를 상기 매립유공케이싱(100) 내부를 통해 위쪽으로 연결하고, 상기 매립유공케이싱(100) 매립시 장애가 되지 않도록 외부로 돌출되지 않아야 한다.
상기 캡(200)은 유압잭이나 지렛대를 이용하여 상기 매립유공케이싱(100)을 지중으로부터 지상으로 끌어내기 위해 유압잭이나 지렛대를 걸 수 있는 고리(210)를 더 포함하고, 상기 고리(210)는 타격 및 인발시 들고 날 수 있도록 인출가능한 구조일 수 있다.
상기 고리(210)는 매립유공케이싱(100)을 매립시에는 타격에 영향을 주지 않도록 하기 위하여 내부로 삽입되었다가 인발을 위해 유압잭이나 지렛대를 사용시에는 이들을 걸 수 있도록 돌출이 용이하게 구성 되어 진다.
상기 매립유공케이싱(100) 하단부는 타격시 지중에 쉽게 관입 될 수 있도록 쐐기형 날로 이루어진다.
상기 매립유공케이싱(100)은 계측의 목적 및 지반의 상태에 따라 더 깊은 심도까지 설치가 가능하도록 동일한 매립유공케이싱(100)을 더 연결할 수 있으며, 연결부에 설치되는 매립유공케이싱(100) 하부에는 연결부재(140)가 더 구비되어 있다.
상기 매립유공케이싱(100)을 연결하는 연결부재(140)로는 나사형태나 고리형태일 수 있고 다른 용이한 연결부재나 방법들을 배제하는 것은 아니다.
상기 결합부(130)는 제1케이싱 및 제2케이싱(110,120)이 맞닿는 경계면에 후크 형태의 걸고리(135)와 걸림부(134)로 결합되는 구조이거나 클립(136)이나 자력체(133)를 이용하여 결합되는 구조로써, 상기 매립유공케이싱(100) 내 외부로 돌출되는 부분이 없어 관입 및 인발을 용이하게 한다.
상기 수분감지센서(300)는 상기 데이터로거(500)에 연결되어 측정대상 토층에서 감지한 수분에 대한 정보를 상기 데이터로거(500)로 전송시키는 통신 모튤이 구비된 함체형의 센서본체(310); 상기 센서본체(310)의 일부분에서 돌출 형성되고 상기 통신모튤과 연결되어 측정 대상 토층에 삽입되고 측정 대상 토층의 수분을 감지하는 적어도 하나의 감지로드(320); 및 상기 센서본체(310)의 통신모튤에 연결되고 상기 데이터로거(500)를 상기 센서본체(310)와 연결시키고 상기 감지로드(320)가 감지한 측정 대상 토층의 수분에 대한 정보를 상기 데이터로거(500)로 전송시키는 연결케이블(400)을 포함한다.
상기 매립유공케이싱(100)을 통해 채취된 토층에 설치되고 상기 데이터로거(500)에 연결되어, 지중의 유전율을 측정하여 측정정보를 상기 데이터로거(500)에 전송하는 유전율계(600)를 더 구비할 수 있다.
유전율계(600)는 다양한 프로브를 이용하여 고체나 액체 등 여러가지 재질을 주파수별로 구분하여 토층지반의 유전율을 측정하는 장치로서, 토층지반의 유전율계(600)는 지반을 구성하는 매질의 특성을 측정하는 것이다.
상기 기기들 이외에도 온도, EC, 압력, 흡입응력 센서 등 다양한 계측기기들을 상기 측정장치를 통해 설치하여 지중 토질상태를 측정하는 것도 가능하다.
본 발명 토층지반 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치의 설치방법으로서, 작업자는 캡(200)을 씌운 매립유공케이싱(100)을 해머 등으로 타격하여 지중에 관입하고 캡(200)에 있는 고리(210)를 돌출시켜 상기 고리(210)에 유압잭이나 지렛대를 걸어 상기 매립유공케이싱(100)을 인발하고, 인발된 매립유공케이싱(100)의 커넥터(131)를 열어 제1케이싱 및 제2케이싱(110,120)을 분리한 후 제1케이싱 및 제2케이싱(110,120) 중 어느 한 케이싱에 교란되지 않고 원형대로 내재된 토층에 수분감지센서(300)나 유전율계(600)를 고정한다,
상기 센서 고정이 완료된 매립유공케이싱(100)의 커넥터(131)를 닫아 지중 관입이 가능한 본래의 상태대로 재결합한 후 해머 등의 타격으로 당초의 위치에 다시 매립하고, 매립이 완료된 매립유공케이싱(100)의 내측을 통해 상기 수분감지센서(300)와 연결된 케이블(400)을 지상의 데이터로거(500)에 연결함으로써 해당 토층지반의 함수비나 유전율을 측정할 수 있는 것이다.
이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100: 매립유공케이싱
110: 제1케이싱
120: 제2케이싱
130: 결합부
131: 커넥터
132: 힌지타입연결장치
133: 자력체
134: 걸림부
135: 걸고리
136: 클립
140: 연결부재
150: 쐐기형 날
160: 띠모양 들홈
200: 캡
210: 고리
300: 수분감지센서
310: 센서본체
320: 감지로드
400: 케이블
500: 데이터로거
600: 유전율계
110: 제1케이싱
120: 제2케이싱
130: 결합부
131: 커넥터
132: 힌지타입연결장치
133: 자력체
134: 걸림부
135: 걸고리
136: 클립
140: 연결부재
150: 쐐기형 날
160: 띠모양 들홈
200: 캡
210: 고리
300: 수분감지센서
310: 센서본체
320: 감지로드
400: 케이블
500: 데이터로거
600: 유전율계
Claims (9)
- 토층지반의 지중 수분 함유정도를 측정하는 함수비 측정장치에 있어서,
설정된 길이의 다공의 관형상으로 제작되며 길이 방향에 따라 토층지반의 지중에 타격식으로 매립되고, 길이방향에 따라 등분 분할된 제1케이싱(110)과 제2케이싱(120)으로 구성된 매립유공케이싱(100);
상기 매립유공케이싱(100)을 통해 채취된 비교란 토층 내부에 설치되고 본래 위치의 토층지반에 재매립되어 지중 수분량을 감지하는 수분감지센서(300);
상기 수분감지센서(300)에 케이블(400)로 연결되고 상기 수분감지센서(300) 가 감지한 데이터를 전송받아 정보화하여 저장하는 데이터로거(500);
분리된 상기 매립유공케이싱(100) 절단부 경계면 내측에서 상기 매립유공케이싱(100) 외부로 돌출되는 부분이 없도록 설치되고, 분리된 상기 매립유공케이싱(100)의 결합과 분해를 가능하게 하는 결합부(130);
상기 매립유공케이싱(100) 상부에 구비되고, 매립유공케이싱(100)의 상부에 타격을 가하여 매립유공케이싱(100)을 지중으로 관입할 때 상기 매립유공케이싱(100)이 타격에 의해 손상되는 것을 방지하기 위한 캡(200);
상기 매립유공케이싱(100) 하단에 구비되고, 타격시 상기 매립유공케이싱이 지중에 쉽게 관입되도록 하는 쐐기형 날(150);
상기 매립유공케이싱(100) 외주면에 구비되고, 관입 및 인발시 상기 매립유공케이싱의 벌어짐 방지를 위한 테이핑을 할 수 있도록 하는 띠모양 들홈(160);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 토층지반 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 매립유공케이싱(100)은,
설치완료 후 상기 매립유공케이싱(100)을 인발하지 않고 영구적으로 매립하여도 토층지반에서의 수분이동이 용이하게 이루어짐으로써 케이싱의 내측과 외측의 함수비가 항상 동일하게 유지될 수 있도록 다공으로 이루어진 유공관형태로 하여야 하며, 타격이나 인발에도 변형되지 않도록 강성을 유지하고, 수분에 노출되어도 녹슬지 않도록 방청재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 토층지반 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 결합부(130) 일측 경계면에는 상기 제1케이싱(110)과 제2케이싱(120)의 일부분에 각각 구비되어 상기 제1케이싱(110)과 상기 제2케이싱(120)을 분리 결합시키는 커넥터(131);가 구비되고, 타측 경계면에는 상기 제1케이싱(110)과 제2케이싱(120)을 연결하여 상기 매립유공케이싱(100)의 결합과 분해를 용이하게 하는 힌지타입 연결장치(132);가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 토층지반 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 케이블(400)은,
지상에 위치한 상기 데이터로거(500)와 상기 매립유공케이싱(100) 내부에 위치한 상기 수분감지센서(300)를 상기 매립유공케이싱(100) 내부를 통해 위쪽으로 연결하고, 상기 매립유공케이싱(100) 관입시 장애가 되지 않게 외부로 돌출되지 않는 것을 특징으로 하는 토층지반 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 캡(200)은 유압잭이나 지렛대를 이용하여 상기 매립유공케이싱(100)을 지중으로부터 지상으로 끌어내기 위해 유압잭이나 지렛대를 걸 수 있는 고리(210)를 더 포함하고, 상기 고리(210)는 타격 및 인발시 들고 날 수 있도록 인출입이 가능한 구조인 것을 특징으로 하는 토층지반 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 매립유공케이싱(100)은,
계측의 목적 및 지반의 상태에 따라 더 깊은 심도까지 설치가 가능하도록 동일한 매립유공케이싱(100)을 더 연결할 수 있으며, 연결부에 설치되는 매립유공케이싱 (100) 하부에는 연결부재(140)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 토층지반 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 결합부(130)는,
상기 제1케이싱 및 제2케이싱(110, 120)이 맞닿는 경계면에 후크 형태의 걸고리(135)와 걸림부(134)로 결합되는 구조이거나 클립(136)이나 자력체(133)를 이용하여 결합되는 구조로서, 상기 매립유공케이싱(100) 내,외부로 돌출되는 부분이 없어 매립을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 토층지반 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치.
- 상기 제 1 항에 있어서,
상기 수분감지센서(300)는,
상기 데이터로거(500)에 연결되어 측정대상 토층지반에서 감지한 수분에 대한 정보를 상기 데이터로거(500)로 전송시키는 통신모튤이 구비된 함체형의 센서본체(310);
상기 센서본체(310)의 일부분에서 돌출 형성되고 상기 통신모튤과 연결되어 측정 대상 토층에 삽입되고 측정 대상 토층의 수분을 감지하는 적어도 하나의 감지로드(320); 및 상기 센서본체(310)의 통신모튤에 연결되고 상기 데이터로거(500)를 상기 센서본체(310)와 연결시키고 상기 감지로드(320)가 감지한 측정 대상 토층의 수분에 대한 정보를 상기 데이터로거(500)로 전송시키는 연결케이블(400)을 포함하는 것을 특징으로 하는 토층지반 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 매립유공케이싱(100)을 통해 채취된 토층에 설치되고 상기 데이터로거(500)에 연결되어, 지중의 유전율을 측정하여 그 측정정보를 상기 데이터로거(500)에 전송하는 유전율계(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토층지반 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치.
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| KR1020180047525A KR102112545B1 (ko) | 2018-04-24 | 2018-04-24 | 토층지반 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치 |
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| KR1020180047525A KR102112545B1 (ko) | 2018-04-24 | 2018-04-24 | 토층지반 교란 방지가 가능한 지중 함수비 측정장치 |
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