KR102221944B1 - 사면거동 모니터링 장치 및 이를 이용한 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사면에 매립되는 케이싱; 상기 케이싱 내에 구성되는 경사계센서; 상기 케이싱 하면을 관통하면서 지중에 타입되는 말뚝;을 포함하는 것을 특징으로 하는 사면거동 모니터링 장치에 관한 것이다.

Description

사면거동 모니터링 장치 및 이를 이용한 시스템{Monitoring device and system for landslide}

본 발명은 사면거동에 대한 모니터링이 가능하도록 하는 장치 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.

사면 붕괴(slope failure) 현상을 산사태라고도 하며, 탈락(fall), 전도(topple), 활동(slide), 유동(flow), 퍼짐(spread) 등을 포함하여 말한다.

우리나라의 경우 산이 많은 지형으로서 도로의 건설이나 주택의 건축 등을 시행하는 경우에 산이나 언덕을 절개하게 됨으로써 사면이 발생하게 되고, 댐이나 제방 등을 구축하는 경우에도 사면이 발생하게 된다.

이와 같이 사면이 발생하게 되면, 사면의 안정성을 파악하는 것이 매우 중요하며, 사면 붕괴가 발생할 가능성이 있는지를 미리 예측하여 대책을 강구하는 것이 필요하다.

사면 붕괴의 원인으로는 지질, 토질, 지질구조, 지형상의 취약점 등의 내적요인과, 강우, 융설, 지하수, 하천 및 해안의 침식, 지진 등의 자연적 외적요인과, 절토, 성토, 댐건설 등의 인위적 외적요인 등으로 구분할 수 있는데, 상기 요인으로 인하여 전단응력이 증가하거나 전단강도가 감소하여 안전율(=전단강도/전단응력)이 1인 상태에 도달하면 사면 붕괴가 발생하게 된다.

우리나라의 경우 주로 하절기의 집중 강우기 및 해빙기에 사면붕괴가 발생하고 있으며, 사면 붕괴가 발생하게 되면 막대한 인명과 재산상의 피해를 야기시킨다.

최근 하절기 불규칙 기상이변에 의한 집중폭우 등과 같이 기후변화, 지각변동으로 인하여 천재지변에 가까운 재해 및 재난이 가끔 발생하고 있는데, 관계 기관에서는 이와 같은 집중호우, 지진 등의 재해 및 재난에 대하여 다각적인 방면에서 관리하고자 노력을 하고는 있으나, 재해 및 재난 발생시 사면의 붕괴까지 예측하는 것은 매우 어려우므로, 사면붕괴 후 대책을 수립하는 수준의 수동적 관리에 머무르고 있는 실정이다.

사면은 크게 자연사면과 인공사면으로 나눈다. 사면은 깊이, 풍화도, 변질도, 지질구조의 유무와 종류 등에 따라 하나의 사면에서도 지반 물성이 다르게 나타나므로 사면의 안정성 여부를 정확하게 예측하는 것은 매우 어려운 작업이다.

참고로, 고정된 위치에 설치한 고정국에서 수신한 지피에스 신호를 이용하여 각 측정국에서 수신한 지피에스 신호의 오차에 대한 보정을 행하고, 원격지에서 인터넷이나 통신망을 통하여 사면의 거동을 파악하고 실시간으로 모니터링을 함으로써 그때 그때 사면의 상태를 파악할 수 있고, 사면의 안전여부를 판단할 수 있으며, 위험이 발생하는 경우 경보를 발령하여 인명 및 재산피해를 최소화할 수 있는 기술이 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0066218호(공개일자 2006년 6월 16일)의 "지피에스를 이용한 사면 거동의 모니터링 방법 및 시스템"에서 개시된 바 있다.

그런데 상기 기술의 경우 정확한 사면거동의 예측을 담보할 수 없으며 붕괴발생이 일어난 후 매립된 GPS 등이 유실되어 복구에 큰 비용이 소요될 수 있는 문제가 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2006-0066218호

이에 본 발명은 사면거동에 대한 모니터링의 정확도를 높일 수 있으며, 붕괴 등의 경우도 센서 등의 유실을 최대한 제어할 수 있는 장치 및 시스템을 제공하고자 함이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 사면거동 모니터링 장치(이하 "본 발명의 장치"라 함)는, 사면에 매립되는 케이싱; 상기 케이싱 내에 구성되는 경사계센서; 상기 케이싱 하면을 관통하면서 지중에 타입되는 말뚝;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 케이싱 하면에는 복수로 돌출되는 지지대와, 상기 지지대에서 수평이 조정되는 수평판이 구성되어 상기 수평판 상면에 상기 경사계센서가 설치되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 케이싱이 구성되는 사면에는 보호덮개가 구성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 보호덮개 외연으로 보호펜스가 구성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 케이싱 하면에는 복수의 침하제어봉이 형성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 케이싱의 일측에는 수분만이 유입되는 필터에 의해 지중과 연통하는 수위측정조와, 상기 수위측정조 내에서 유입된 수분의 수위에 따라 연동하는 부유재 및 상기 부유재에서 일체로 돌출되는 접촉부재로 구성된 부유부재와, 상기 접촉부재와 전기적 접촉을 감지하는 감지센서를 포함하는 함수율측정구가 더 구성됨을 특징으로 한다.

한편 본 발명에서는 상기 사면거동 모니터링 장치와, 상기 사면거동 모니터링 장치로부터 신호를 수신하여 분석 및 모니터링 하는 중앙서버를 포함하는 사면거동 모니터링 시스템에 대해서도 개시한다.

본 발명은 사면의 지반거동을 측정하여 붕괴 등을 사전에 감지할 수 있는 장점이 있는 것은 물론 사면에서 붕괴 등에 의해 센서가 유실되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한 센서 등에 대한 점검이 용이하고 이상 발생시 교체가 용이한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 장치가 설치된 상태를 나타내는 측단면도.
도 2는 본 발명의 장치의 일 실시예가 설치된 상태를 나타내는 측단면도.
도 3은 본 발명의 일 구성으로 케이싱의 일 예를 나타내는 측단면도.
도 4는 본 발명의 일 구성으로 케이싱의 다른 예를 나타내는 측단면도.
도 5는 본 발명의 실시예로서 함수율측정구를 나타내는 측단면도.
도 6은 본 발명의 시스템을 나타내는 블록도.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 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.

본 발명의 장치(1)는 도 1에서 보는 바와 같이 사면에 매립되는 케이싱(2); 상기 케이싱(2) 내에 구성되는 경사계센서(3); 상기 케이싱(2) 하면을 관통하면서 지중에 타입되는 말뚝(4);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 케이싱(2)은 도면에서 보는 바와 같이 사면을 터파기 한 후에 상기 케이싱(2)을 안치하고 채움재를 충진하여 상기 케이싱(2)이 지중에 매립이 되도록 하는 것이다.

상기 케이싱(2)은 내부에 상기 경사계센서(3)를 포함하는 전기적 구성이 내재되도록 하여 지반침하 등 외력으로부터 상기 구성들을 보호하도록 하는 것이며, 동결융해 등에 직접적으로 노출되는 것을 방지토록 하기 위한 것이다. 특히 상기 케이싱(2) 내부에 경사계센서(3)가 내재되도록 하여 측정치의 정확도를 높이도록 하기 위한 것이다.

즉 경사계센서(3)가 직접적으로 토사에 노출되는 경우 상기에서 언급한 외력, 동결융해 등에 의해 센서의 열화 등 고장을 초래하거나 측정치 자체도 오차가 발생할 확률이 높아짐에 따라 케이싱(2)에 의해 경사계센서(3)를 보호토록 하는 것이다.

또한, 상기 케이싱(2)의 구성에 의해 사면의 붕괴가 발생되더라도 경사계센서(3)가 케이싱(2)에 내재된 상태로 매몰이 되는 것이므로 복구과정에서 경사계센서(3)의 유실율을 최소화 할 수 있게 되는 것이다.

이에 더하여 도 3에서 보는 바와 같이 상기 케이싱(2) 하면에는 복수로 돌출되며 스프링에 의한 완화부(252)와 완화부(252)에 일체로 형성되는 몸체부(251)를 포함하는 지지대(25)와, 상기 지지대(25)에서 수평이 조정되는 수평판(24)이 구성되어 상기 수평판(24) 상면에 상기 경사계센서(3)가 설치되도록 하는 예를 제시한다.

이와 같이 구성되어 케이싱(2)에 외력이 작용하더라도 상기 완화부(252)에 의해 외력이 직접적으로 경사계센서(3)로 전달되는 것을 차단토록 함으로써 센서의 피로도를 줄이고 열화를 제어토록 하는 것이다.

여기서 상기 지지대(25)에서 상기 수평판(24)의 수평도 조절은 도면에 도시된 바와 같이 상기 몸체부(251)에서 볼트조절에 의해 수평판(24)의 수평도를 조절할 수 있도록 할 수 있으며, 이에 더하여 공지기술을 적용하여 유압 등에 의해 수평도가 자동적으로 조절되도록 할 수도 있다.

또한, 이렇게 구성됨에 의해 상기에서 언급한 동결융해 등 외기에 노출포인트를 최대한 줄일 수 있게 되는 것이다.

상기 경사계센서(3)는 도면에서 보는 바와 같이 사면에 매립된 케이블(7)에 연결되는 바, 도 3에서 보는 바와 같이 케이블(7)은 상기 케이싱(2)을 하면에서 관통하여 경사계센서(3)와 연결되도록 한다. 이때 수밀성을 위해 케이블(7)과 관통공(도면번호 없음) 사이에는 수밀링(도면번호 없음)이 체결되도록 하여야 한다.

상기 말뚝(4)은 상기 케이싱(2) 하면을 관통하면서 지중에 타입 되도록 하는 바, 상기 말뚝(4)은 케이싱(2) 하면에 형성되는 말뚝관통공(21)을 통해 지중에 타입 되도록 하는 것이며, 이 경우도 수밀성을 위해 말뚝관통공(21)과 말뚝(4) 사이에는 수밀링(22)이 체결되도록 하여야 한다.

이에 더하여 도면에서 보는 바와 같이 상기 케이싱(2)이 구성되는 사면에는 보호덮개(5)가 더 구성되도록 하는 것이 타당한데, 상기 보호덮개(5)가 구성됨에 의해 사면 외측에서의 외력에 의한 영향을 제어토록 하기 위한 것이다. 또한, 직접적으로 빗물 등이 스며드는 것을 제어토록 하기 위한 것이다.

이에 더하여 도 2에서 보는 바와 같이 상기 보호덮개(5) 외연으로 보호펜스(6)가 구성되도록 하여 케이싱(2)에 외력의 작용을 완전히 차단토록 한다.

이에 더하여 상기 케이싱(2)에는 도 4에서 보는 바와 같이 하면에 복수의 침하제어봉(8)이 구성되도록 하여 침하에 대한 저항성을 향상시키도록 한다. 즉 도면에서 보는 바와 같이 상기 케이싱(2)의 너비보다 긴 침하제어봉(8)을 상기 케이싱(2) 하면에 복수로 구성되도록 하여 침하, 전복 등에 대한 저항성을 향상시키도록 하는 것이다.

한편 본 발명에서는 사면에서 각 포인트의 함수율이 개략적으로 모니터링 되도록 하여 사면붕괴 등의 위험성이 높은 포인트가 감지되도록 하는 예가 도 5에 도시되고 있다.

본 실시 예에서는 함수율측정구(9)가 더 구성되는데, 상기 함수율측정구(9)는 상기 케이싱(2)의 일측에 수분만이 유입되는 필터(91)에 의해 지중과 연통하는 수위측정조(91)와, 상기 수위측정조(91) 내에서 유입된 수분의 수위에 따라 연동하는 부유재(931) 및 상기 부유재(931)에서 일체로 돌출되는 접촉부재(932)로 구성된 부유부재(93)와, 상기 접촉부재(932)와 전기적 접촉을 감지하는 감지센서(94)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 수위측정조(91)는 도면에서 보는 바와 같이 케이싱(2)의 모서리부분에 구성되는 것으로, 케이싱(2)의 모서리부분에서 케이싱(2) 측면 및 하면에 구성되는 필터(911)와 상기 필터(911)와 연하여 케이싱(2) 내측에서 상면 및 측면의 폐단면(912)으로 구성된다. 상기 필터(911)는 지중에 접하여 수분만이 내부로 유입되도록 하는 구성으로서 상기 필터(911)는 다양한 재질이 적용될 수 있으며, 예로 스테인레스 재질의 메쉬망으로 구성되도록 할 수 있다.

이와 같이 상기 수위측정조(91)는 케이싱(2)의 모서리에 구성되어 도면에서 보는 바와 같이 필터(911)를 통해 내부에 수분만이 유입되도록 하며, 유입된 수분은 다시 필터(911)를 통해 외부로 유출되도록 하는 것이다. 도면에서는 측면의 필터(911)를 통해 수분이 유입되고 하면의 필터(911)를 통해 수분이 유출되는 예를 도시하고 있으나 유입 및 유출의 방향을 다양하게 형성될 수 있는 것이다.

상기 부유부재(93)는 상기 수위측정조(91) 내에서 유입된 수분의 수위에 따라 연동하는 부유재(931)와 상기 부유재(931)에서 일체로 돌출되며 도면에서 보는 바와 같이 상기 수위측정조(91)의 상면을 관통하는 바형상의 접촉부재(932)로 구성된다.

수위측정조(91)에서 유입되는 수분의 량이 유출되는 수분의 량보다 많은 경우 수위가 상승할 것인데 이러한 수위상승에 따라 부유재(931)가 상승하는 것이며 부유재(931)와 일체로 연동하는 접촉부재(932)도 상승하게 되는 것이다.

이를 위해 상기 수위측정조(91)의 상면에는 상기 접촉부재(932)가 상,하로 슬라이드 연동이 가능하도록 슬라이드공(도면번호 없음)이 형성되도록 하며, 상기 부유재(931)가 상기 슬라이드공에 접할 시 도면에 도시된 바는 없으나 수밀링 등의 구성에 의해 수위측정조(91) 내부의 물이 케이싱(2)으로 누수됨을 제어토록 하여야 한다.

상기 감지센서(94)는 상기 수위측정조(91)의 상부에 구성되어 상기 접촉부재(932)와 전기적 접촉을 감지토록 하는 구성이다. 상기에서 언급한 바와 같이 수위측정조(91) 내부에 수위가 상승함에 따라 접촉부재(932)가 상승하게 되며 이러한 상승에 의해 접촉부재(932)의 끝단이 상기 감지센서(94)에 접촉하게 되면 접촉신호가 발생되는 것으로 상기 감지센서(94)는 상기 케이블(7)에 연결되어 상기와 같이 발생된 접촉신호가 케이블(7)을 통해 전달되도록 하는 것이다.

이러한 접촉신호는 어느 정도 시간을 초과하여 발생하는 경우 임계 접촉신호로 보아 해당 포인트에서 함수율이 붕괴위험에 해당한다고 판단할 수 있는 것이다.

이와 같이 본 발명의 장치(1)는 경사계센서(3)를 통한 사면의 경사도변화 및 함수율측정구(9)를 통한 사면의 함수율 측정을 통해 사면거동을 예측토록 하는 것이다.

한편, 본 발명에서는 도 6에서 보는 바와 같이 상기 사면거동 모니터링 장치(1)와, 상기 사면거동 모니터링 장치(1)로부터 신호를 수신하여 분석 및 모니터링 하는 중앙서버(10)를 포함하는 사면거동 모니터링 시스템에 대해서도 개시한다.

즉, 본 발명의 시스템은 사면에서 복수의 개소에 설치되는 장치(1)로부터 각각 경사도변화에 관한 신호가 중앙서버(10)로 전달되도록 하는 것이며, 이러한 신호를 바탕으로 상기 중앙서버(10)는 해당 장치(1)가 설치된 개소에서 사면거동을 예측토록 하는 것이다.

이에 더하여 상기에서 언급한 바와 같이 함수율측정구(9)를 통한 사면의 함수율 측정치 즉 수신되는 접촉신호가 기 설정된 시간을 초과하여 발생되는 경우를 임계 접촉신호로 보아 해당 포인트에서 함수율이 붕괴위험에 해당한다고 보는 것이다. 이러한 붕괴위험이 감지되는 경우 경고신호가 발생되도록 할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.

1 : 장치 2 : 케이싱
3 : 경사계센서 4 : 말뚝
5 : 보호덮개 6 : 보호펜스
7 : 케이블 8 : 침하제어봉

Claims (7)

1. 사면에 매립되는 케이싱;
   상기 케이싱 내에 구성되는 경사계센서;
   상기 케이싱 하면을 관통하면서 지중에 타입되는 말뚝;
   을 포함하고,
   상기 케이싱 하면에는 복수로 돌출되며 스프링에 의한 완화부와 완화부에 일체로 형성되는 몸체부를 포함하는 지지대와, 상기 지지대에서 수평이 조정되는 수평판이 구성되어 상기 수평판 상면에 상기 경사계센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 사면거동 모니터링 장치.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 케이싱이 구성되는 사면에는 보호덮개가 구성됨을 특징으로 하는 사면거동 모니터링 장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 보호덮개 외연으로 보호펜스가 구성됨을 특징으로 하는 사면거동 모니터링 장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 케이싱 하면에는 복수의 침하제어봉이 형성됨을 특징으로 하는 사면거동 모니터링 장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 케이싱의 일측에는 수분만이 유입되는 필터에 의해 지중과 연통하는 수위측정조와, 상기 수위측정조 내에서 유입된 수분의 수위에 따라 연동하는 부유재 및 상기 부유재에서 일체로 돌출되는 접촉부재로 구성된 부유부재와, 상기 접촉부재와 전기적 접촉을 감지하는 감지센서를 포함하는 함수율측정구가 더 구성됨을 특징으로 하는 사면거동 모니터링 장치.
   
7. 제 1항, 제 3항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 사면거동 모니터링 장치와, 상기 사면거동 모니터링 장치로부터 신호를 수신하여 분석 및 모니터링 하는 중앙서버를 포함하는 사면거동 모니터링 시스템.

Images