KR102446917B1 - Soil relative density control system for small-scale modeling tests and its method - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템은 사각 형상의 강체프레임, 상기 강체프레임의 내부에 지지되며 내부에 토사가 포설되는 공간을 가지는 토조부, 상기 토조부의 내부 바닥면에 설치되는 하나 이상의 밀도측정몰드, 상기 토조부에 자유낙하로 토사를 공급하여 모형지반을 형성하는 강사장치, 및 상기 토조부의 하부에 마련되어 토조부 내의 모형지반에 진동을 가하는 하나 이상의 진동모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템은 실내모형시험을 위해 제작된 강성토조 내의 모형지반에 일정시간 진동을 가하여 균질한 상대밀도를 가지도록 모사할 수 있어 신뢰성이 높은 실내 모형지반실험을 제공할 수 있다.The soil relative density control system for an indoor model test according to the present invention is a rectangular rigid frame, an earthwork part supported inside the rigid frame and having a space in which soil is installed, and one installed on the inner bottom surface of the earthwork part It characterized in that it comprises the above density measuring mold, an instructor device for forming a model ground by supplying soil in free fall to the earthwork part, and one or more vibration motors provided under the earthwork part to apply vibration to the model ground in the earthwork part do it with
The soil relative density control system for an indoor model test according to the present invention can simulate to have a homogeneous relative density by applying vibration to the model ground in the rigid soil tank manufactured for the indoor model test for a certain period of time. can provide

Description

실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템 및 그 방법{Soil relative density control system for small-scale modeling tests and its method}Soil relative density control system for small-scale modeling tests and its method

본 발명은 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 상세하게는 실내모형시험을 위해 제작된 토조에 밀도를 측정할 수 있는 밀도측정몰드를 매설하고, 토조 하부에 진동모터를 설치함으로써 모래에 일정시간 진동을 가하여 모형지반의 상대밀도를 조절할 수 있어 모형지반 제작의 시간단축과 다양한 다짐도를 가지는 모형지반을 제작할 수 있는 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a soil relative density control system for an indoor model test and a method therefor, and more particularly, a density measuring mold capable of measuring the density is buried in a soil tank manufactured for an indoor model test, and a vibration motor is installed under the soil tank This relates to a soil relative density control system and method for indoor model testing that can control the relative density of the model ground by applying vibration to the sand for a certain period of time, thereby reducing the time of model ground production and producing model ground having various degrees of compaction.

댐이나 방파제 또는 도로공사 등의 각종 토목시공에서 기초가 되는 지반의 안정을 위하여 지반의 다짐이 수행된다. 이러한 성토공사에서 축조에 사용되는 재료의 전단강도와 변형특성은 안정설계와 침하량 예측 등의 설계에서 중요한 공학적 요소이기 ‹š문에 양질의 소재를 사용하여 지반의 소정의 밀도를 확보하는 것이 바람직하다. 그러나 현장의 여건에 따라 양질의 소재를 확보하기 어려운 경우가 발생하며, 조건을 충족하지 못하는 소재를 사용하여야 하는 경우가 있는데, 이 경우 설계조건을 만족시키는 방법은 지반의 양호한 다짐도를 확보하는 것이다.Ground compaction is performed to stabilize the ground, which is the basis for various civil works such as dams, breakwaters, or road construction. Shear strength and deformation characteristics of materials used for construction in such embankment work are important engineering factors in the design of stability and settlement prediction, so it is desirable to secure a certain density of the ground using high-quality materials. However, there are cases where it is difficult to secure high-quality materials depending on the site conditions, and there are cases where materials that do not meet the conditions have to be used.

또한, 지반의 다짐도(즉, 상대밀도)는 매설된 기초 및 구조물에 큰 영향을 미치고 있으며, 다짐도에 의해 외부 하중을 받는 지반 내 구조물들의 저항력을 측정할 수 있다. 따라서 지반 내부에 구조물들을 설치하여 기초공사를 하는 경우 지반의 함수비와 밀도를 먼저 확인하여 흙의 물성을 파악하는 것이 중요하다.In addition, the degree of compaction (ie, relative density) of the ground has a great influence on the buried foundation and structures, and the resistance of structures in the ground to external loads by the degree of compaction can be measured. Therefore, when constructing a foundation by installing structures inside the ground, it is important to first check the water content and density of the ground to understand the properties of the soil.

한편, 이러한 지반의 다짐도를 현장에서 측정하기에는 그 측정의 범위가 넓은 문제 등이 있어 지반의 모형을 제작하여 다짐도의 특성을 평가하거나 지반조건을 형성하는 방법이 시행되고 있다.On the other hand, there is a problem in that the range of measurement is wide to measure the degree of compaction in the field, so a method of evaluating the characteristics of the degree of compaction or forming ground conditions by making a model of the ground is being implemented.

하기 [특허문헌 1]에는 상대밀도 조정 모형 토조 장치를 이용하여 지하 토질의 다짐도와 지하 수위의 변화에 따른 지반의 특성의 변화를 분석할 수 있는 상대밀도 조정 모형 실험 시스템을 개시하고 있고, [특허문헌 2]에는 토질 실험토조에 있어서 저장된 모래를 토조에 채워 모래의 충전밀도를 조절하는 모래 충전 장치를 개시하고 있다.The following [Patent Document 1] discloses a relative density adjustment model experiment system that can analyze changes in the characteristics of the ground according to the change in the degree of compaction of the underground soil and the water level using the relative density adjustment model earthmoving apparatus, [Patent Document 1] Document 2] discloses a sand filling device for controlling the filling density of sand by filling the soil with sand stored in the soil experimental soil tank.

그러나, 상기 문헌 모두 실험용 토조에 모래 강사장치를 이용하여 모래의 포설을 조절하여 토조의 밀도를 조절하는 것으로, 원하는 상대밀도를 쉽게 조성할 수 없고, 모형지반의 조건을 변경하고자 할 경우 모래를 다시 포설해야하는 단점이 있다.However, in all of the above documents, the density of the soil is controlled by controlling the laying of sand by using a sand instructor device in the experimental soil, and the desired relative density cannot be easily created. The downside is that it has to be installed.

[특허문헌 1] 한국등록특허 제10-1774340호(2017.09.04. 공고)[Patent Document 1] Korean Patent Registration No. 10-1774340 (2017.09.04. Announcement)

[특허문헌 2] 일본공개특허 제1996-201248호(1996.08.09. 공개)[Patent Document 2] Japanese Patent Laid-Open No. 1996-201248 (published on Aug. 9, 1996)

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 토조의 내부에 밀도측정몰드를 설치하고 토조 하부에 진동모터를 설치하고 일정시간 진동을 가하여 토조 내의 모형지반이 일정한 상대밀도 값을 가지도록 조절함으로써 실내모형시험을 위한 지반제작의 시간단축과 일정한 다짐도(상대밀도)를 지반조건을 형성하여 토목구조물의 검증을 위한 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to install a density measuring mold in the soil tank, install a vibration motor in the lower part of the soil tank, and apply vibration for a certain period of time so that the model ground in the soil tank is reduced. A soil relative density control system and method for indoor model testing for verification of civil structures by reducing the time of ground production for indoor model tests and forming ground conditions with a constant degree of compaction (relative density) by adjusting to have a constant relative density value. will provide

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템은 사각 형상의 강체프레임, 상기 강체프레임의 내부에 지지되며 내부에 토사가 포설되는 공간을 가지는 토조부; 상기 토조부의 내부 바닥면에 설치되는 하나 이상의 밀도측정몰드; 상기 토조부에 자유낙하로 토사를 공급하여 모형지반을 형성하는 강사장치; 및 상기 토조부의 하부에 마련되어 토조부 내의 모형지반에 진동을 가하는 하나 이상의 진동모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a soil relative density control system for an indoor model test according to the present invention includes a rectangular rigid frame, a soil part supported inside the rigid frame and having a space in which soil is installed; one or more density measuring molds installed on the inner bottom surface of the earthwork unit; an instructor device for forming a model ground by supplying soil to the soil part in a free fall; and one or more vibration motors provided under the earthwork unit to apply vibration to the model ground in the earthwork unit.

또한, 상기 강체프레임의 상부에는 가이드 프레임이 마련되고, 상기 가이드 프레임에는 상기 강사장치를 수평방향으로 이동시키는 가이드 레일을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a guide frame is provided on the upper portion of the rigid frame, and the guide frame further comprises a guide rail for moving the instructor device in a horizontal direction.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 방법은 모형지반시험을 위한 상대밀도 조절 방법으로서, 토조부 내부에 밀도측정몰드를 설치하는 단계와, 상기 토조부에 강사장치를 이용하여 모형지반을 형성하는 단계와, 상기 토조부 하부에 설치된 진동모터를 이용하여 모형지반에 진동을 가하는 단계와, 상기 토조부에 형성된 모형지반을 제거하고 상기 밀도측정몰드를 회수하는 단계, 및 상기 밀도측정몰드의 중량을 측정하여 상대밀도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the soil relative density control method for an indoor model test according to the present invention is a relative density control method for a model ground test. Forming a model ground using an instructor device in and measuring the relative density by measuring the weight of the density measuring mold.

또한, 상기 강사장치를 이용한 모형지반의 형성은 진동모터의 동작과 동시에 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the formation of the model ground using the instructor device is characterized in that it is made simultaneously with the operation of the vibration motor.

또한, 상기 상대밀도를 측정하는 단계는, 복수의 밀도측정몰드의 상대밀도 평균값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of measuring the relative density, it characterized in that it comprises the step of calculating the relative density average value of the plurality of density measuring molds.

본 발명에 따른 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템은 실내모형시험을 위해 제작된 강성토조 내의 모형지반에 일정시간 진동을 가하여 균질한 상대밀도를 가지도록 모사할 수 있어 신뢰성이 높은 실내 모형지반실험을 제공할 수 있다.The soil relative density control system for an indoor model test according to the present invention can simulate to have a homogeneous relative density by applying vibration to the model ground in the rigid soil tank manufactured for the indoor model test for a certain period of time. can provide

도 1은 본 발명에 따른 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템을 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템을 나타내는 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템의 밀도측정몰드를 나타내는 도면, 및
도 3은 본 발명에 따른 모형지반이 형성된 토조부를 설명하는 도면이다.1 is a perspective view showing a soil relative density control system for an indoor model test according to the present invention;
2 is a front view showing a soil relative density control system for an indoor model test according to the present invention;
3 is a view showing a density measuring mold of the soil relative density control system for an indoor model test according to the present invention, and
3 is a view for explaining the earthworks part formed with the model ground according to the present invention.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명함으로써 본 발명을 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Hereinafter, the present invention will be described by describing embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in each figure indicate like elements. Also, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Also, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

도 1은 본 발명에 따른 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템을 나타내는 정면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 밀도측정몰드를 설명하는 도면, 및 도 4는 본 발명에 따른 모형지반이 형성된 토조부를 설명하는 도면이다.1 is a perspective view showing a soil relative density control system for an indoor model test according to the present invention, FIG. 2 is a front view showing a soil relative density control system for an indoor model test according to the present invention, and FIG. 3 is a density measuring mold according to the present invention 4 is a view for explaining the earthworks part in which the model ground according to the present invention is formed.

본 발명에 따른 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템은 실내모형시험을 위해 대형강성토조 내 균질한 밀도를 가지는 모형지반을 모사하기 위한 것으로, 단기간 내에 모형지반을 제작할 수 있고, 다양한 조건의 다짐도(상대밀도)를 균일하게 조성할 수 있다.The soil relative density control system for an indoor model test according to the present invention is to simulate a model ground having a homogeneous density in a large rigid soil tank for an indoor model test. density) can be uniformly formed.

이와 같은 본 발명에 따른 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템은 사각 형상의 강체프레임(10)과, 상기 강체프레임의 내부에 지지되며 내부에 토사가 포설되는 공간을 가지는 토조부(100), 상기 토조부(100)의 내부 바닥면에 설치되는 하나 이상의 밀도측정몰드(300), 상기 밀도측정몰드(300)에 자유낙하로 토사를 공급하여 모형지반(1)을 형성하는 강사장치(30), 및 상기 토조부(100)의 하부에 마련되어 토조부(100) 내의 모형지반(1)에 진동을 가하는 하나 이상의 진동모터(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The soil relative density control system for an indoor model test according to the present invention as described above includes a rectangular rigid frame 10, a soil part 100 supported inside the rigid frame and having a space in which soil is installed, and the soil At least one density measuring mold 300 installed on the inner bottom surface of the jaw unit 100, an instructor device 30 for supplying soil and soil in free fall to the density measuring mold 300 to form the model ground 1, and It is characterized in that it includes one or more vibration motors (200) provided at the lower portion of the earthwork unit (100) to apply vibration to the model ground (1) in the earthwork unit (100).

본 발명에서 상기 사각 형상의 강체프레임(10)은 상기 토조부(100)를 내부에 수용할 수 있도록 복수의 뼈대로 이루어지는 프레임으로, 후술하는 토조부(100) 내의 모형지반(1)의 상대밀도를 조절함에 있어 토조부(100)에서 발생하는 진동을 지지하는 역할로, 프레임의 상부에는 가이드 프레임(20), 강사장치(30)를 포함할 수 있다.In the present invention, the rectangular rigid frame 10 is a frame made of a plurality of skeletons to accommodate the earthwork unit 100 therein, and the relative density of the model ground 1 in the earthwork unit 100 to be described later. The role of supporting the vibration generated in the earthwork unit 100 in adjusting the , the upper portion of the frame may include a guide frame 20 and the instructor device (30).

강체프레임(10)은 후술하는 토조부(100)의 진동을 지지할 수 있도록 강철 또는 알루미늄 재질의 프레임으로 구성하는 것이 바람직하다.The rigid frame 10 is preferably made of a frame made of steel or aluminum so as to support the vibration of the earthwork unit 100 to be described later.

가이드 프레임(20)은 상기 강체프레임(10)의 상부에 마련되는 프레임으로, 상기 강사장치(30)가 상기 토조부(100)의 상부에서 가이드 프레임(20)을 따라 수평방향으로 이동할 수 있는 가이드 레일(21)을 포함할 수 있다. 상기 가이드 레일(21)과 강사장치(30) 사이에는 강사장치(30)가 용이하게 가이드 레일(21)을 따라 이동할 수 있도록 바퀴(22)가 마련될 수 있다.The guide frame 20 is a frame provided on the rigid frame 10 , and the instructor device 30 is a guide capable of moving horizontally along the guide frame 20 from the top of the earthwork unit 100 . It may include a rail 21 . A wheel 22 may be provided between the guide rail 21 and the instructor device 30 so that the instructor device 30 can easily move along the guide rail 21 .

토조부(100)는 강사장치(30)를 통해 모래가 충전되어 모형지반(1)을 형성하는 컨테이너로, 토조부(100)는 가로 1m, 세로 1m, 높이 1m 이상의 상부가 개방된 강성토조이며, 토조부(100)는 내부의 토사에 의한 압력을 지지하도록 강성의 재질로 형성하는 것이 바람직하나 실시예에 따라서 토조부(100)의 외면은 외부에서 내부의 모형지반(1)을 관찰할 수 있도록 투명한 아크릴판 또는 유리 재질의 벽으로 구성할 수도 있다.The earthwork unit 100 is a container that is filled with sand through the instructor device 30 to form the model ground 1, and the earthwork unit 100 is a rigid earthwork with an open upper part of 1 m in width, 1 m in length, and 1 m in height. , the earthwork part 100 is preferably formed of a rigid material to support the pressure caused by the internal soil and sand, but according to an embodiment, the outer surface of the earthwork part 100 can observe the model ground 1 inside from the outside It can also be composed of a transparent acrylic plate or a glass wall.

밀도측정몰드(300)는 상기 토조부(100)의 내부 바닥면에 적어도 하나 이상이 설치되고 상기 토조부(100)로부터 분리 가능한 강체의 원통형상의 컨테이너로, 토조부(100) 바닥면에 긴밀하게 결합되어 후술하는 강사장치(30)로부터 포설되는 토사의 일부를 수용하고, 후술하는 진동모터(200)에 의해 내부에 수용된 토사는 특정 다짐도 즉, 상대밀도를 조성한다.The density measuring mold 300 is a rigid cylindrical container that is installed on the inner bottom surface of the earthwork unit 100 and is detachable from the earthwork unit 100, and is closely attached to the earthwork unit 100 bottom surface. Combined to accommodate a part of the soil installed from the instructor device 30 to be described later, and the soil accommodated therein by the vibration motor 200 to be described later creates a specific compaction degree, that is, relative density.

강사장치(30)는 외부로부터 모래 또는 흙을 공급받고 이를 상기 토조부(100)에 자유낙하시켜 모형지반(1)을 형성한다. 따라서 토조부(100)의 바닥면에 고정 설치되는 밀도측정몰드(300)의 내부에도 토사가 포설된다. 상기 가이드 프레임(20)의 가이드 레일(21)에 마련되어 가이드 레일(21)을 따라 자유롭게 슬라이딩 이동을 할 수 있다.The instructor device 30 receives sand or soil from the outside and freely falls on the earthwork part 100 to form the model ground 1 . Therefore, soil is also installed inside the density measuring mold 300 that is fixedly installed on the bottom surface of the earthwork unit 100 . It is provided on the guide rail 21 of the guide frame 20 to freely slide along the guide rail 21 .

또한, 강사장치(30)의 내부에는 토조부(100)에 포설 및 충전되는 모래의 입자의 크기를 균등하게 하기 위해 강사장치(30) 내부에 적어도 하나 이상의 망체를 설치하는 것이 바람직하다. 강사장치(30)는 밀도측정몰드(300) 내부의 모형지반(1)을 형성할 때 토사의 유출량, 강사장치(30)가 가이드 레일(21)을 따라 이동하는 슬라이딩 속도 등을 조절할 수 있는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.In addition, it is preferable to install at least one mesh body inside the instructor device 30 in order to equalize the size of the particles of sand installed and filled in the earthwork unit 100 inside the instructor device 30 . Instructor device 30 is a control unit that can adjust the amount of soil outflow, the sliding speed at which the instructor device 30 moves along the guide rail 21 when forming the model ground 1 inside the density measuring mold 300 . (not shown) may be included.

진동모터(200)는 토조부(100)의 하부에 설치되어 상기 토조부(100)에 형성된 모형지반(1)에 진동을 가하여 모형지반(1)의 다짐도 즉, 상대밀도를 조성한다. 본 발명에서의 상대밀도는 채워진 토사가 느슨한 상태인지 촘촘한 상태인지 입자간의 간격을 의미하는 것으로, 토조부(100)에 진동을 가하게 되면 모래입자가 진동하여 입자간 간격이 가까워지며 토조부(100)의 진동시간이 길어질수록 모래입자의 간격이 촘촘하도록 다져져 밀도가 증가하게 된다.The vibration motor 200 is installed under the earthwork part 100 and applies vibration to the model ground 1 formed in the earthwork part 100 to create a compaction degree of the model ground 1, that is, relative density. Relative density in the present invention means the spacing between particles whether the filled soil is in a loose or dense state. The longer the vibration time of the sand particles, the tighter the spacing between the sand particles increases and the density increases.

따라서, 진동모터(200)에 의해 밀도측정몰드(300)에 포설되는 토사는 진동시간에 따라 포설된 높이가 낮아지게되며 상기 강사장치(30)가 동작하는 상태에서 진동모터(200)를 동시에 동작시킬 수도 있다.Therefore, the soil installed in the density measuring mold 300 by the vibration motor 200 is lowered in height according to the vibration time, and the vibration motor 200 is simultaneously operated while the instructor device 30 is operating. may do it

또한, 진동모터(200)는 상기 토조부(100)의 바닥면에 고정 설치되는 밀도측정몰드(300)에 직접적인 진동을 전달할 수 있도록 밀도측정몰드(300)가 설치된 위치의 하부에 설치되는 것이 바람직하다.In addition, the vibration motor 200 is preferably installed at the lower part of the location where the density measuring mold 300 is installed so that the vibration can be transmitted directly to the density measuring mold 300 fixedly installed on the bottom surface of the earthmoving part 100 . do.

한편, 점성토의 경우는 일반적으로 점성토 주변의 흡착수로 인해 공학적 성질이 결정되는 반면, 사질토의 경우 상대적으로 느슨하고 촘촘한 정도에 따라 공학적 특성이 결정된다. 즉 사질토의 느슨하고 촘촘한 정도는 상대밀도를 측정함으로써 알 수 있는데 일반적으로 사질토의 최대 간극비를 emax, 최소 간극비를 emin, 자연상태의 간극비를 e 라고 하면 상대밀도 Dr은 다음과 같이 정의할 수 있다.On the other hand, in the case of clay soil, engineering properties are generally determined by the adsorbed water around the clay soil, whereas in the case of sandy soil, engineering properties are determined by the relative looseness and compactness. That is, the degree of looseness and fineness of sandy soil can be known by measuring the relative density. In general, if the maximum pore ratio of sandy soil is e max , the minimum pore ratio is e min , and the natural pore ratio is e, the relative density Dr can be defined as follows. have.

Figure 112020108450981-pat00001
Figure 112020108450981-pat00001

위의 식은 건조단위중량으로 다시 표기하면 다음과 같다.If the above formula is expressed again in terms of dry unit weight, it is as follows.

Figure 112020108450981-pat00002
Figure 112020108450981-pat00002

여기서 γdmin은 최소건조단위중량이고, γdmax은 최대건조단위중량, γd는 자연상태에서 측정한 건조단위중량으로, 본 발명에서는 각각 밀도측정몰드(300)를 통해 사전에 미리 측정한 최소건조중량, 최대건조중량, 및 모형지반(1)의 조성을 통해 측정할 건조중량을 의미한다. 따라서 사전에 부피를 알고있는 밀도측정몰드(300)를 이용하여 밀도측정몰드(300) 내부에 다져진 토사의 중량을 측정하고, 이를 이용하여 상대밀도를 측정할 수 있다.Here, γ dmin is the minimum dry unit weight, γ dmax is the maximum dry unit weight, and γ d is the dry unit weight measured in a natural state. It means the dry weight to be measured through the weight, the maximum dry weight, and the composition of the model ground (1). Therefore, using the density measuring mold 300 for which the volume is known in advance, the weight of the soil compacted inside the density measuring mold 300 can be measured, and the relative density can be measured using this.

이하에서는, 본 발명에 따른 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 방법에 대해 설명한다. 본 발명에 따른 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 방법은 토조부(100) 내부에 밀도측정몰드(300)를 설치하는 단계와, 상기 토조부(100)에 강사장치(30)를 이용하여 모형지반(1)을 형성하는 단계와, 상기 토조부(100)의 하부에 설치된 진동모터(200)를 이용하여 상기 모형지반(1)에 진동을 가하는 단계와, 상기 토조부(100)에 형성된 모형지반(1)을 제거하고 상기 밀도측정몰드(300)를 회수하는 단계, 및 상기 밀도측정몰드(300)의 중량을 측정하여 상대밀도를 측정하는 단계를 포함하여 구성할 수 있다.Hereinafter, a method for controlling the relative density of soil for an indoor model test according to the present invention will be described. The method for controlling the relative density of soil for an indoor model test according to the present invention includes the steps of installing a density measuring mold 300 inside the earthwork unit 100, and using the instructor device 30 in the earthwork unit 100 to model the ground ( Forming 1), applying vibration to the model ground 1 using a vibration motor 200 installed under the earthwork unit 100, and the model ground formed in the earthwork unit 100 ( 1) removing and recovering the density measuring mold 300 , and measuring the weight of the density measuring mold 300 to measure the relative density.

먼저, 토조부(100) 내부 바닥면에 설치할 소정의 부피를 가지고 중공의 강체원통형상을 가지는 밀도측정몰드(300)를 준비한다. 이때 밀도측정몰드(300)는 토조부(100)에 설치하기 전에 미리 토사가 최대로 느슨한 상태인 최소건조중량(γdmin), 및 토사가 최대로 조밀한 상태인 최대건조중량(γdmax)를 측정한다.First, a density measuring mold 300 having a hollow rigid cylindrical shape having a predetermined volume to be installed on the inner bottom surface of the earthwork unit 100 is prepared. At this time, the density measuring mold 300 is a minimum dry weight (γ dmin ) in a state in which the soil is at its most loose, and a maximum dry weight (γ dmax ) in a state in which the soil is at a maximum density before installation in the earthwork unit 100 ). measure

이후, 준비한 밀도측정몰드(300)를 토조부(100) 내부 바닥면에 고정 설치한다. 이때, 밀도측정몰드(300)는 토조부(100) 하부에 설치된 진동모터(200)로부터 원활하게 진동을 전달받기 위해 진동모터(200)가 위치하는 곳에 설치하는 것이 바람직하다.Thereafter, the prepared density measuring mold 300 is fixedly installed on the inner bottom surface of the earthwork unit 100 . At this time, the density measuring mold 300 is preferably installed in a place where the vibration motor 200 is located in order to receive vibration smoothly from the vibration motor 200 installed in the lower part of the earthwork unit 100 .

다음으로, 토조부(100)에 강사장치(30)를 이용하여 토사를 포설하고 모형지반(1)을 조성한다. 강사장치(30)는 별도의 제어에 의해 강체프레임(10)의 가이드 프레임(20)을 따라 이동하여 토사를 포설하며 강사장치(30)의 토사 분사속도, 가이드 프레임(20)을 따라 이동하는 이동속도 등을 조절하여 밀도측정몰드(300)의 모형지반(1)을 조성할 수 있다.Next, by using the instructor device 30 in the earthwork part 100, the soil is laid and the model ground 1 is created. The instructor device 30 moves along the guide frame 20 of the rigid frame 10 by a separate control to install the soil, and the soil spraying speed of the instructor device 30 and the movement moving along the guide frame 20 The model ground 1 of the density measuring mold 300 can be formed by adjusting the speed and the like.

이때, 모형지반(1)에는 지반의 상대밀도에 따른 기초 구조물의 거동 등을 시험하기 위해 모형지반(1)에 말뚝 형상의 파일(110)을 별도로 설치할 수 있다.At this time, the pile-shaped pile 110 in the model ground 1 may be separately installed in the model ground 1 in order to test the behavior of the foundation structure according to the relative density of the ground.

다음으로, 진동모터(200)를 이용하여 모형지반(1)에 진동을 주어 토사의 입자간 조밀도를 조절한다. 보다 상세하게는 밀도측정몰드(300)에 진동을 주어 밀도측정몰드(300) 내부에 포설되는 토사의 상대밀도를 조절한다. 진동모터(200)의 진동시간이 길어질수록 토사의 입자간 간격이 감소하여 밀도측정몰드(300)내 토사의 높이는 낮아지게 되고, 토사를 공급할 수 있는 공간이 형성된다. Next, the vibration is applied to the model ground 1 using the vibration motor 200 to control the density between the particles of the soil. In more detail, vibration is applied to the density measuring mold 300 to control the relative density of the soil installed inside the density measuring mold 300 . As the vibration time of the vibration motor 200 increases, the inter-particle spacing of the soil decreases, the height of the soil in the density measuring mold 300 decreases, and a space for supplying soil is formed.

이때, 진동모터(200)는 상기 강사장치(30)가 밀도측정몰드(300) 내부로 토사를 포설하는 단계와 동시에 이루어질 수 있다. 이 경우 진동모터(200)의 진동에 의해 밀도측정몰드(300)에 충진된 토사의 높이가 낮아지는 동시에 강사장치(30)가 지속적으로 토사를 공급하여 결과적으로 밀도측정몰드(300)에 공급된 토사의 밀도는 증가하게 된다.At this time, the vibration motor 200 may be performed simultaneously with the step of the instructor device 30 installing the soil into the density measuring mold 300 . In this case, the height of the soil filled in the density measurement mold 300 is lowered by the vibration of the vibration motor 200, and at the same time, the instructor device 30 continuously supplies the soil and consequently the density measurement mold 300 is supplied with The density of the soil will increase.

또한, 상기 강사장치(30)와 진동모터(200)에 의한 모형지반(1)의 형성은 강사장치(30)가 소정의 높이 만큼 토사를 포설하고 진동모터(200)로 토사를 진동시키고, 토사 입자의 진동에 의해 토사의 높이가 낮아지면 다시 강사장치(30)를 통해 토사를 공급하고 진동모터(200)를 더 동작시켜 모형지반(1)을 형성할 수도 있다.In addition, in the formation of the model ground 1 by the instructor device 30 and the vibration motor 200, the instructor device 30 lays the soil as much as a predetermined height and vibrates the soil with the vibration motor 200, When the height of the soil is lowered by the vibration of the particles, the soil may be supplied again through the instructor device 30 and the vibration motor 200 may be further operated to form the model ground 1 .

강사장치(30)와 진동모터(200)의 동작이 종료되면, 토조부(100) 내부의 밀도측정몰드(300)를 제외한 토사를 제거한다. 이후 밀도측정몰드(300)와 밀도측정몰드(300) 내부에 다져진 토사를 함께 회수한다. When the operation of the instructor device 30 and the vibration motor 200 is finished, the soil except for the density measuring mold 300 inside the earthwork unit 100 is removed. Thereafter, the soil compacted in the density measuring mold 300 and the density measuring mold 300 is recovered together.

다음으로, 토조부(100)로부터 분리한 밀도측정몰드(300)의 중량을 측정한다. 이후, 측정된 중량을 사전에 측정한 최소건조중량과 최대건조중량을 이용하여 상대밀도를 계산한다. 일실시예에서는 밀도측정몰드(300)를 복수 개 설치하고 몰드마다 중량을 측정후 평균값을 계산하여 상대밀도를 계산하는 것이 정확도를 더욱 높일 수 있는 점에서 바람직하다. Next, the weight of the density measuring mold 300 separated from the earthwork part 100 is measured. Then, the relative density is calculated using the minimum dry weight and the maximum dry weight previously measured for the measured weight. In one embodiment, it is preferable to install a plurality of density measuring molds 300 and calculate the relative density by measuring the weight for each mold and then calculating the average value in terms of further increasing the accuracy.

일실시예에 의한 진동시간에 따른 모형지반(1)의 상대밀도 측정 결과는 아래의 표 1과 같다.The measurement result of the relative density of the model ground 1 according to the vibration time according to an embodiment is shown in Table 1 below.

진동시간(sec)Vibration time (sec) 상대밀도 범위(%)Relative density range (%) 평균 상대밀도(%)Average Relative Density (%) 지반 상대밀도 구분Classification of ground relative density 22 29.26 ~ 32.1529.26 ~ 32.15 3131 느슨loose 1515 50.51 ~ 54.7050.51 ~ 54.70 5353 중간middle 9090 69.06 ~ 75.5569.06 ~ 75.55 7272 조밀dense

상기한 바와 같이, 본 발명은 토조부(100)에 설치된 진동모터(200)의 진동시간에 따라 평균 상대밀도가 증가하고 있음을 확인하였으며, 특정한 조밀도(상대밀도)를 가지는 모형지반(1)을 제공할 수 있다.As described above, the present invention confirmed that the average relative density increases according to the vibration time of the vibration motor 200 installed in the earthwork unit 100, and the model ground (1) having a specific density (relative density) can provide

1 : 모형지반 10 : 강체프레임
20 : 가이드 프레임 30 : 강사장치
100 : 토조부 200 : 진동모터
300 : 밀도측정몰드1: model ground 10: rigid frame
20: guide frame 30: instructor device
100: earthwork part 200: vibration motor
300: density measuring mold

Claims (5)

모형지반의 상대밀도 측정 및 상대밀도 조절을 할 수 있는 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템으로서,
사각 형상의 강체프레임;
상기 강체프레임의 내부에 지지되며 내부에 토사가 포설되는 공간을 가지는 토조부;
소정 부피의 중공부를 가지고, 상기 토조부의 내부 바닥면에 분리 가능하게 설치되는 하나 이상의 밀도측정몰드;
상기 토조부 및 밀도측정몰드에 자유낙하로 토사를 공급하여 모형지반을 형성하는 강사장치; 및
상기 토조부의 하부에 마련되어 상기 토조부 및 밀도측정몰드 내의 모형지반에 진동을 가하여 상기 모형지반의 상대밀도를 조절하는 하나 이상의 진동모터를 포함하되,
상기 강체프레임의 상부에 가이드 프레임이 마련되고, 상기 가이드 프레임에 상기 강사장치를 수평방향으로 이동시키는 가이드 레일이 마련되며,
상기 상대밀도 조절은 상기 진동모터의 진동시간에 따라 조절되며,
상기 상대밀도 측정은 하기의 식 (1)에 의해 측정되되,
Figure 112022046074706-pat00007
… (1)
γdmin는 상기 진동모터에 의해 상대밀도를 조절하기 전 상기 밀도측정몰드 내 토사의 최소건조단위중량이고, γdmax는 상기 진동모터에 의해 상대밀도를 조절하기 전 상기 밀도측정몰드 내 토사의 최대건조단위중량이고, γd는 상기 진동모터에 의해 상대밀도가 조절된 상기 밀도측정몰드 내 토사의 건조단위중량인 것을 특징으로 하는 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템.As a soil relative density control system for an indoor model test that can measure the relative density of the model ground and control the relative density,
Rectangular rigid frame;
a soil part supported inside the rigid frame and having a space in which soil is installed;
one or more density measuring molds having a hollow part of a predetermined volume and being detachably installed on the inner bottom surface of the earthwork part;
an instructor device for forming a model ground by supplying soil to the soil part and the density measuring mold by free fall; and
At least one vibration motor provided under the earthwork part to apply vibration to the model ground in the earthwork part and the density measuring mold to adjust the relative density of the model ground,
A guide frame is provided on the upper portion of the rigid frame, and a guide rail for moving the instructor device in the horizontal direction is provided on the guide frame,
The relative density control is adjusted according to the vibration time of the vibration motor,
The relative density is measured by the following formula (1),
Figure 112022046074706-pat00007
… (One)
γ dmin is the minimum dry unit weight of soil in the density measurement mold before adjusting the relative density by the vibration motor, and γ dmax is the maximum drying of soil in the density measurement mold before adjusting the relative density by the vibration motor is a unit weight, and γ d is a dry unit weight of soil in the density measuring mold whose relative density is controlled by the vibration motor. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 강사장치를 이용한 모형지반의 형성은 진동모터의 동작과 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템.According to claim 1,
The soil relative density control system for indoor model testing, characterized in that the formation of the model ground using the instructor device is performed simultaneously with the operation of the vibration motor. 제1항에 있어서,
상기 상대밀도 측정은, 복수 개의 상기 밀도측정몰드를 설치하고, 상기 밀도측정몰드 각각의 건조단위중량을 측정한 후 평균값을 계산하여 상대밀도를 측정하는 것을 특징으로 하는 실내모형시험용 토질 상대밀도 조절 시스템.According to claim 1,
The relative density measurement is a soil relative density control system for indoor model test, characterized in that a plurality of the density measurement molds are installed, the dry unit weight of each of the density measurement molds is measured, and the average value is calculated to measure the relative density. .
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