KR20070052850A - 압전필름을 이용한 토압계수 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

압전필름을 이용한 토압계수 측정장치 및 측정방법 Download PDF

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KR20070052850A
KR20070052850A KR1020050110602A KR20050110602A KR20070052850A KR 20070052850 A KR20070052850 A KR 20070052850A KR 1020050110602 A KR1020050110602 A KR 1020050110602A KR 20050110602 A KR20050110602 A KR 20050110602A KR 20070052850 A KR20070052850 A KR 20070052850A
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piezoelectric film
earth pressure
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piezoelectric
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KR1020050110602A
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이우진
이종섭
이창호
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고려대학교 산학협력단
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    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means

Abstract

본 발명은 압전필름(piezoelectric film)을 이용하여 연직방향응력과 수평방향응력을 측정함으로써 지반의 토압계수(coefficient of lateral earth pressure)를 산출하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 제1 실시예에 의한 압전필름을 이용한 토압계수 측정장치는 내부측벽에 다수개의 압전필름이 부착된 원통형의 시료통과, 시료의 하부접촉면을 이루는 하부캡과, 시료의 상부접촉면을 이루는 상부캡과, 상기 각각의 압전필름과 연결되어 각각의 전압을 측정하기 위한 전압측정장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하므로, 외부응력에 따라 일정한 전압을 발생시키는 압전필름(piezoelectric film)을 이용하여 응력을 측정하고 그에 의해 토압계수를 산출함으로써 측정이 매우 용이하고 저가의 일반적인 시료상자에도 간단하게 설치할 수 있다.
지반, 압전필름, 토압계수, 수평방향응력

Description

압전필름을 이용한 토압계수 측정장치 및 측정방법{The device for measuring coefficient of lateral earth pressure and the method thereof}
도 1은 하중과 전압을 상호 변환시키는데 사용되는 일반적인 압전필름을 보여주는 도면.
도 2는 가해지는 하중량에 따라 압전필름에 의해 발생되는 전압의 값을 보여주는 그래프.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 측정장치로서, 시료가 담긴 원통형의 시료통에 압전필름을 설치하여 토압계수를 측정하기 위한 장치를 보여주는 개략도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 측정장치로서, 시료가 담긴 원통형의 시료통에 압전필름을 설치하여 토압계수를 측정하기 위한 장치를 보여주는 개략도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 압전필름을 이용한 토압계수 측정방법의 각 단계를 도시한 플로우챠트.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 의한 압전필름을 이용한 토압계수 측정방법의 각 단계를 도시한 플로우챠트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 압전필름 20 : 시료통
30 : 하부캡 40 : 상부캡
50 : 전압측정장치 60 : 시료
본 발명은 지반의 토압계수(
Figure 112005066388752-PAT00001
)를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 압전필름(piezoelectric film)을 이용하여 연직방향응력과 수평방향응력을 측정함으로써 토압계수(
Figure 112005066388752-PAT00002
)를 산출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
지반에 대하여 연직방향으로 하중이 가해질 때 지반내에 존재하는 흙입자에 대하여 연직방향으로 응력이 발생할 뿐만 아니라 수평방향으로도 응력이 발생하는데, 연직방향응력과 수평방향응력은 그 크기가 다르다. 수평방향응력은 다음과 같이 연직방향응력의 비로 표시될 수 있다.
Figure 112005066388752-PAT00003
여기에서,
Figure 112005066388752-PAT00004
는 수평방향 유효응력을 나타내고,
Figure 112005066388752-PAT00005
는 연직방향응력과 수평방향응력의 비를 표시하는 비례상수로서 토압계수(coefficient of lateral earth pressure)라고 한다. 이 토압계수(
Figure 112005066388752-PAT00006
)는 연약지반의 침하량을 산정하거나 각종 설계식 등에 필요한 계수로서, 항상 일정한 것이 아니라 흙의 거동양상에 따라 변화한다.
지반조건이 흙인 경우 토압계수(
Figure 112005066388752-PAT00007
) 값은 1보다 작은 경우가 대부분이지만, 지반조건이 암(巖)인 경우 1보다 훨씬 큰 경우도 많다. 또한, 지반이 과거에 무거운 하중을 받았다가 하중이 제거된 경우에도 토압계수(
Figure 112005066388752-PAT00008
) 값은 1보다 클 수가 있는데, 이는 연직하중을 제거한다 하더라도 수평하중은 완전히 제거되지 않기 때문이다.
또한, 상기 식은 횡방향 구속조건으로서 횡방향으로 파괴가 유발되지 않은 정지상태에서 성립된다. 따라서, 임의의 경사단면에 작용하는 응력에 대한 도식적 해석방법인 모어 원(Mohr's circle)을 이용하여 응력분포원을 도시할 경우 파괴포락선과 만나지 않아 횡방향 강도를 설정할 수 없으므로, 일반적으로 실내시험인 삼축압축실험을 통한 시행착오법에 의하여 수평방향응력(
Figure 112005066388752-PAT00009
)과 토압계수(
Figure 112005066388752-PAT00010
)를 구한다.
삼축압축실험은 가장 현장조건을 잘 재현할 수 있는 실험으로서 연구 및 설계목적으로 가장 많이 사용되는 실험법인데, 흙입자 외부에서 최대주응력과 최소주응력을 가하여 두 응력차로 인하여 흙입자 내부에서 자연발생적으로 전단파괴면이 형성되고 이 파괴면을 따라 전단파괴가 발생하도록 하는 실험법이다.
그러나, 삼축압축 시험장비는 매우 고가인 문제점이 있으며, 시료의 규격이 일반적으로 36mm의 직경과 76mm의 높이로 정해져 있어서 시험시 그에 맞도록 시료를 성형해야 하는 점에 어려움이 있을 뿐만 아니라, 시험에 장시간이 소요되고 시험방법 역시 까다롭다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 외부응력에 따라 일정한 전압을 발생시키는 압전필름(piezoelectric film)을 이용하여 응력을 측정하고 그에 의해 토압계수를 산출함으로써 측정이 매우 용이한 토압계수(coefficient of lateral earth pressure) 측정장치 및 측정방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 저가의 일반적인 시료상자에도 간단하게 설치할 수 있는 압전필름(piezoelectric film)을 이용한 토압계수 측정장치 및 측정방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 의한 압전필름을 이용한 토압계수 측정장치는 내부측벽에 다수개의 압전필름이 부착된 원통형의 시료통과, 시료의 하부접촉면을 이루는 하부캡과, 시료의 상부접촉면을 이루는 상부캡과, 상기 각각의 압전필름과 연결되어 각각의 전압을 측정하기 위한 전압측정장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 의한 압전필름을 이용한 토압계수 측정방법은 다수개의 압전필름을 시료통의 내부측면에 설치하는 제1 단계와, 상기 시료통내에 배치된 하부캡위에 시료를 삽입하고 상부캡을 덮은 후 상부캡을 통하여 수직하중을 가하고 상기 하중을 단면적으로 나누어 수직응력(
Figure 112005066388752-PAT00011
)을 구하는 제2 단계와, 상기 각 부분의 압전필름에 의하여 발생된 전압을 전압측정장치로 각각 측정하는 제3 단 계와, 상기 측정된 각각의 전압치를 이용하여 측면에 대한 평균 전압치를 산출하는 제4 단계와, 압전필름 고유의 특성에 따른 전압-하중 그래프에 의하여 상기 측면의 평균 전압치에 상응하는 수평응력(
Figure 112005066388752-PAT00012
)을 구하는 제5 단계와, 상기 응력(
Figure 112005066388752-PAT00013
)을 이용하여 식
Figure 112005066388752-PAT00014
에 의해 토압계수(
Figure 112005066388752-PAT00015
)를 산출하는 제6 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 의한 압전필름을 이용한 토압계수 측정장치는 내부측벽에 다수개의 압전필름이 부착된 원통형의 시료통과, 상부면에 다수개의 압전필름이 부착된 하부캡과, 하부면에 다수개의 압전필름이 부착된 상부캡과, 상기 각각의 압전필름과 연결되어 각각의 전압을 측정하기 위한 전압측정장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 의한 압전필름을 이용한 토압계수 측정방법은, 다수개의 압전필름을 시료통의 상부캡과 하부캡 및 시료통의 내부측면에 설치하는 제1 단계와, 상기 시료통내에 배치된 하부캡위에 시료를 삽입하고 상부캡을 덮은 후 상부캡을 통하여 수직하중을 가하는 제1 단계와, 상기 각 부분의 압전필름에 의하여 발생된 전압을 전압측정장치로 각각 측정하는 제3 단계와, 상기 측정된 각각의 전압치를 이용하여 각 면에 대한 평균 전압치를 계산하는 제4 단계와, 압전필름 고유의 특성에 따른 전압-하중 그래프에 의하여 상기 각 면의 평균 전압치에 상응하는 수직 및 수평응력을 구하는 제5 단계와, 상기 수직 및 수평응력을 이용하여 식
Figure 112005066388752-PAT00016
에 의해 토압계수(
Figure 112005066388752-PAT00017
)를 산출하는 제6 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 의한 압전필름을 이용한 토압계수 측정장치 및 측정방법의 일실시예에 의한 구성을 예시도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 하중과 전압을 상호 변환시키는데 사용되는 일반적인 압전필름을 보여주는 도면이고, 도 2는 가해지는 하중량에 따라 압전필름에 의해 발생되는 전압의 값을 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 측정장치로서, 시료가 담긴 원통형의 시료통에 압전필름을 설치하여 토압계수를 측정하기 위한 장치를 보여주는 개략도이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 측정장치로서, 시료가 담긴 원통형의 시료통에 압전필름을 설치하여 토압계수를 측정하기 위한 장치를 보여주는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 압전필름을 이용한 토압계수 측정방법의 각 단계를 도시한 플로우챠트이며, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 의한 압전필름을 이용한 토압계수 측정방법의 각 단계를 도시한 플로우챠트이다.
압전소자(piezoelectric element) 는 압력이 가해졌을 때 전압을 발생시키고 전계가 가해졌을 때 기계적인 변형이 일어나는 소자로서, 기계에너지를 전기에너지로 혹은 전기에너지를 기계에너지로 상호변환이 가능하며 변환효율이 매우 높은 재료이다.
본 발명에 이용되는 압전소자는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 압전소자가 박막의 형태로 형성되어 있는 압전필름(piezoelectric film)(10)으로서, 이러한 압전 필름(10)은 그 측정범위에 따라 다양한 종류가 있으며 각각에 대한 하중-전압 관계는 실험적으로 측정되어 도표화되어 있다.
도 2는 상기 압전필름(10)의 일예에 대한 전압과 하중의 관계를 도식적으로 나타내고 있는데, 도면에서 알 수 있는 바와 같이 일정한 하중이 가해질 때 그에 상응하는 전압은 도표에 의하여 용이하게 파악할 수 있다. 예를 들면, 하중이 80 lbs일 때의 발생전압은 3.5 V인 것을 알 수 있으며, 그 역으로 전압이 3.5 V일 때 작용하는 하중이 80 lbs인 것을 알 수 있다. 여기에서, 구하고자 하는 응력은 하중을 단면적으로 나누면 쉽게 구해진다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 의한 측정장치는 내부측벽에 다수개의 압전필름(10)이 부착된 원통형의 시료통(20)과, 시료의 하부 접촉면을 이루는 하부캡(30)과, 시료의 상부접촉면을 이루는 상부캡(40)과, 상기 각각의 압전필름(10)과 연결되어 각각의 전압을 측정하기 위한 전압측정장치(50)를 포함하여 이루어진다.
상기 시료통(20)은 수평방향응력에 파괴되지 않는 강도를 가져야 하며 고가의 장비가 아니라도 요구되는 특정 강도를 가진 용기라면 시료통으로서 이용할 수 있는데, 일반적으로 흙시료를 시험하는데 사용되는 저가의 압밀 셀(consolidation cell)도 본 발명에 이용될 수 있다.
또한, 상기 하부캡(30) 및 상부캡(40)은 시료에 하중이 가해질 때 시료내에 함유된 수분이 배출될 수 있도록 다공성 재질로 구성된다.
즉, 일반적인 시료통(20)내에서 시료와 접촉되는 부분인 내부측벽에 도 1에 도시된 것과 같은 압전필름을 다수개 부착하고 각각에 대하여 전압측정장치(50)를 연결함으로써 토압계수(
Figure 112005066388752-PAT00018
)를 측정할 수 있다.
상기 전압측정장치(50)는 각각의 압전필름에서 발생되는 전압을 측정할 수 있는 전압계로서, 일반적으로 사용되는 전압계를 이용할 수 있다.
또한, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 의한 측정장치는 내부측벽에 다수개의 압전필름(10)이 부착된 원통형의 시료통(20)과, 상부면에 다수개의 압전필름(10)이 부착된 하부캡(30)과, 하부면에 다수개의 압전필름(10)이 부착된 상부캡(40)과, 상기 각각의 압전필름(10)과 연결되어 각각의 전압을 측정하기 위한 전압측정장치(50)를 포함하여 이루어진다.
즉, 시료통(20)내의 시료와 접촉되는 부분인 내부측벽과 하부면 및 상부면에 도 1에 도시된 것과 같은 압전필름을 다수개 부착하고 각각에 대하여 전압측정장치(50)를 연결함으로써 토압계수(
Figure 112005066388752-PAT00019
)를 측정할 수 있다.
또한, 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 의한 측정방법은 이러한 압전필름(10)의 특성을 이용하여 지반의 토압계수(
Figure 112005066388752-PAT00020
)를 산출할 수 있도록 한 것으로서, 다수개의 압전필름(10)을 시료통(20)의 내부측면에 설치하는 제1 단계(S1)와, 상기 시료통(20)내에 배치된 하부캡(30)위에 시료(60)를 삽입하고 상부캡(40)을 덮은 후 상부캡(40)을 통하여 수직하중을 가하고 상기 하중을 단면적으로 나누어 수직응력(
Figure 112005066388752-PAT00021
)을 구하는 제2 단계(S2)와, 상기 각 부분의 압전필름(10)에 의하여 발생된 전압을 전압측정장치(50)로 각각 측정하는 제3 단계(S3)와, 상기 측정된 각각의 전압치를 이용하여 측면에 대한 평균 전압치를 산출하는 제4 단계(S4)와, 압전필름(10) 고유의 특성에 따른 전압-하중 그래프에 의하여 상기 측면의 평균 전압치에 상응하는 수평응력(
Figure 112005066388752-PAT00022
)을 구하는 제5 단계(S5)와, 상기 응력(
Figure 112005066388752-PAT00023
)을 이용하여 식
Figure 112005066388752-PAT00024
에 의해 토압계수(
Figure 112005066388752-PAT00025
)를 산출하는 제6 단계(S6)로 이루어진다.
이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 제1 단계(S1)에서는 흙시료와 접촉되는 시료통(20)의 내부측면에 다수개의 압전필름(10)을 각각 설치하여 전압측정장치(50)에 연결한다.
설치되는 압전필름(10)의 수는 측면에 대한 합리적인 평균측정치를 산출할 수 있는 개수로 하는 것이 바람직하며, 본 발명의 제1 실시예에서는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 측면에 4개의 압전필름을 설치하고 있다.
상기 제2 단계(S2)에서는 상기 시료통(20)내의 바닥에 시료의 바닥면을 이루는 다공성의 하부캡(30)을 배치시키고, 그 위에 불교란 시료(60)를 삽입한 다음, 그 위에 시료의 바닥면을 이루는 다공성의 상부캡(40)을 덮은 후, 수직하중을 가할 수 있는 장치에 의하여 상기의 상부캡(40)을 통하여 하중을 가한다. 그리고 상기 작용하중을 단면적으로 나누어 수직응력(
Figure 112005066388752-PAT00026
)을 구한다. 상기 하중을 가하는 장치는 일반적으로 강도시험에 사용되는 가압장치들을 이용할 수 있다.
상기 제3 단계(S3)에서는 상기 시료통의 내부측면에 설치된 다수의 압전필름 (10)에 의하여 발생된 전압을 전압측정장치(50)에 의해 각각 측정한다.
상기 제4 단계(S4)에서는 상기에서 측정된 압전필름으로부터 발생된 전압을 이용하여 측벽면의 평균 전압치를 산출하는데, 이와 같이 측정전압치에 대한 평균값을 이용하는 이유는 주어진 조건에서 더욱 정확한 측정치를 산출하기 위한 것이다.
상기 제5 단계(S5)에서는 상기에서 산출한 평균 전압치를 이용하여 압전필름(10) 고유의 특성에 따른 전압-하중 그래프에 의해 상기 측면에 대한 작용하중을 구하고, 그에 의하여 시료에 작용하는 수평응력(
Figure 112005066388752-PAT00027
)을 구한다. 응력은 하중을 작용면적으로 나눈 값이므로 상기 그래프에 의해 하중이 산정되면 간단하게 측면의 응력을 구할 수 있다.
상기 제6 단계(S6)에서는 상기에서 구한 응력(
Figure 112005066388752-PAT00028
,
Figure 112005066388752-PAT00029
)값을 이용하여 식
Figure 112005066388752-PAT00030
에 의해 토압계수(
Figure 112005066388752-PAT00031
)를 산출할 수 있다.
또한, 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 의한 측정방법은 이러한 압전필름(10)의 특성을 이용하여 지반의 토압계수(
Figure 112005066388752-PAT00032
)를 산출할 수 있도록 한 것으로서, 다수개의 압전필름(10)을 시료통(20)의 하부캡(30)과 상부캡(40) 및 시료통(20)의 내부측면에 설치하는 제1 단계(T1)와, 상기 시료통(20)내에 배치된 하부캡(30)위에 시료(60)를 삽입하고 상부캡(40)을 덮은 후 상부캡(40)을 통하여 수직하중을 가하는 제2 단계(T2)와, 상기 각 부분의 압전필름(10)에 의하여 발생된 전압을 전압측정장치(50)로 각각 측정하는 제3 단계(T3)와, 상기 측정된 각각의 전압치를 이용하여 각 면에 대한 평균 전압치를 산출하는 제4 단계(T4)와, 압전필름(10) 고유의 특성에 따른 전압-하중 그래프에 의하여 상기 각 면의 평균 전압치에 상응하는 수직응력(
Figure 112005066388752-PAT00033
)과 수평응력(
Figure 112005066388752-PAT00034
)을 구하는 제5 단계(T5)와, 상기 응력(
Figure 112005066388752-PAT00035
,
Figure 112005066388752-PAT00036
)을 이용하여 식
Figure 112005066388752-PAT00037
에 의해 토압계수(
Figure 112005066388752-PAT00038
)를 산출하는 제6 단계(T6)로 이루어진다.
이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 제1 단계(T1)에서는 흙시료와 접촉되는 시료통(20)의 하부캡(30)과 상부캡(40) 및 시료통(20)의 내부측면에 다수개의 압전필름(10)을 각각 설치하여 전압측정장치(50)에 연결한다.
설치되는 압전필름(10)의 수는 각 면에 대하여 합리적인 평균측정치를 산출할 수 있는 개수로 하는 것이 바람직하며, 본 발명의 일실시예에서는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 각 면당 4개씩의 압전필름을 설치하고 있다.
상기 제2 단계(T2)에서는 상기 시료통(20)내의 바닥에 다수의 압전필름(10)이 설치된 하부캡(30)을 배치시키고, 그 위에 불교란 시료(60)를 삽입한 다음, 그 위에 다수의 압전필름(10)이 설치된 상부캡(40)을 덮은 후, 수직하중을 가할 수 있는 장치에 의하여 상기의 상부캡(40)을 통하여 하중을 가한다.
상기 제3 단계(T3)에서는 상기 시료통 내의 각 부분에 설치된 압전필름(10)에 의하여 발생된 전압을 전압측정장치(50)에 의해 각각 측정한다.
상기 제4 단계(T4)에서는 각 면에 설치된 다수개의 압전필름으로부터 발생된 전압을 이용하여 각 면, 즉 상부면, 하부면 및 측벽면의 평균 전압치를 산출하는데, 이와 같이 각 면의 전압치에 대한 평균값을 이용하는 이유는 주어진 조건에서 각면에 대한 더욱 정확한 측정치를 산출하기 위한 것이다.
상기 제5 단계(T5)에서는 상기에서 산출한 각 면에 대한 평균 전압치를 이용하여 압전필름(10) 고유의 특성에 따른 전압-하중 그래프에 의해 상기 각 면에 대한 작용하중을 구하고, 그에 의하여 시료에 작용하는 수직응력(
Figure 112005066388752-PAT00039
)과 수평응력(
Figure 112005066388752-PAT00040
)을 구한다. 응력은 하중을 작용면적으로 나눈 값이므로 상기 그래프에 의해 하중이 산정되면 간단하게 각 면의 응력을 구할 수 있다.
상기 제6 단계(T6)에서는 상기에서 구한 응력(
Figure 112005066388752-PAT00041
,
Figure 112005066388752-PAT00042
)값을 이용하여 식
Figure 112005066388752-PAT00043
에 의해 토압계수(
Figure 112005066388752-PAT00044
)를 산출할 수 있다.
상기에서 수평방향응력(
Figure 112005066388752-PAT00045
)만이 아니라 수직방향응력(
Figure 112005066388752-PAT00046
)도 함께 구하여 상기의 식에 적용하는 이유는 시료에 하중을 가할 경우 마찰이나 열소산 등의 하중소실원인에 의하여 가해진 하중이 모두 시료에 대한 응력으로 작용하지 않는 경우를 방지하기 위하여 수직방향에도 압전필름(10)을 설치하여 그에 대한 정확한 응력값을 얻음으로써 더욱 정확한 토압계수(
Figure 112005066388752-PAT00047
)를 산출하기 위한 것이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 압전필름(piezoelectric film)을 이용한 토압계수(coefficient of lateral earth pressure) 측정방법에 의하면, 외부응력에 따라 일정한 전압을 발생시키는 압전필름(piezoelectric film)을 이용하여 응력을 측정하고 그에 의해 토압계수를 산출함으로써 측정이 매우 용이하고 저가의 일반적인 시료상자에도 간단하게 설치할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 내부측벽에 다수개의 압전필름이 부착된 원통형의 시료통과, 시료의 하부접촉면을 이루는 하부캡과, 시료의 상부접촉면을 이루는 상부캡과, 상기 각각의 압전필름과 연결되어 각각의 전압을 측정하기 위한 전압측정장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전필름을 이용한 토압계수 측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시료통은 측정시험에서 요구되는 수평방향응력에 파괴되지 않는 강도를 가지는 것을 특징으로 하는 압전필름을 이용한 토압계수 측정장치.
  3. 다수개의 압전필름을 시료통의 내부측면에 설치하는 제1 단계와, 상기 시료통내에 배치된 하부캡위에 시료를 삽입하고 상부캡을 덮은 후 상부캡을 통하여 수직하중을 가하고 상기 하중을 단면적으로 나누어 수직응력(
    Figure 112005066388752-PAT00048
    )을 구하는 제2 단계와, 상기 각 부분의 압전필름에 의하여 발생된 전압을 전압측정장치로 각각 측정하는 제3 단계와, 상기 측정된 각각의 전압치를 이용하여 측면에 대한 평균 전압치를 산출하는 제4 단계와, 압전필름 고유의 특성에 따른 전압-하중 그래프에 의하여 상기 측면의 평균 전압치에 상응하는 수평응력(
    Figure 112005066388752-PAT00049
    )을 구하는 제5 단계와, 상기 응 력(
    Figure 112005066388752-PAT00050
    )을 이용하여 식
    Figure 112005066388752-PAT00051
    에 의해 토압계수(
    Figure 112005066388752-PAT00052
    )를 산출하는 제6 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전필름을 이용한 토압계수 측정방법.
  4. 내부측벽에 다수개의 압전필름이 부착된 원통형의 시료통과, 상부면에 다수개의 압전필름이 부착된 하부캡과, 하부면에 다수개의 압전필름이 부착된 상부캡과, 상기 각각의 압전필름과 연결되어 각각의 전압을 측정하기 위한 전압측정장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전필름을 이용한 토압계수 측정장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 시료통은 측정시험에서 요구되는 수평방향응력에 파괴되지 않는 강도를 가지는 것을 특징으로 하는 압전필름을 이용한 토압계수 측정장치.
  6. 다수개의 압전필름을 시료통의 상부캡과 하부캡 및 시료통의 내부측면에 설치하는 제1 단계와, 상기 시료통내에 배치된 하부캡위에 시료를 삽입하고 상부캡을 덮은 후 상부캡을 통하여 수직하중을 가하는 제1 단계와, 상기 각 부분의 압전필름에 의하여 발생된 전압을 전압측정장치로 각각 측정하는 제3 단계와, 상기 측정된 각각의 전압치를 이용하여 각 면에 대한 평균 전압치를 계산하는 제4 단계와, 압전필름 고유의 특성에 따른 전압-하중 그래프에 의하여 상기 각 면의 평균 전압치에 상응하는 수직 및 수평응력을 구하는 제5 단계와, 상기 수직 및 수평응력을 이용하여 식
    Figure 112005066388752-PAT00053
    에 의해 토압계수(
    Figure 112005066388752-PAT00054
    )를 산출하는 제6 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전필름을 이용한 토압계수 측정방법.
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