KR20090031120A - 포크블레이드 타입 현장 전단파 속도 측정 프로브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포크블레이드 타입 현장 전단파 속도 측정 프로브에 관한 것이다. 이는 블레이드 타입의 경사부가 마련되어 있는 메인프레임과; 상기 메인프레임의 양측단부에 착탈 가능하게 고정되는 한 쌍의 사이드프레임과; 상기 각 사이드프레임에 장착되는 발신트랜스듀서 및 수신트랜스듀서를 포함한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 포크블레이드 타입 현장 전단파 속도 측정 프로브는, 구조적인 강성을 가져 관입시 관입 압력에 의한 변형이 없으며, 특히 연약지반이나 중간정도의 강성을 갖는 지반의 특성 파악을 매우 정확하게 할 수 있고, 측정된 심도별 전단파 속도 데이터를 통해 정밀한 수직 분해능을 도출할 수 있게 하며, 조립 분해가 가능하여 유지보수가 용이하다.

전단파, 프로브, 물리탐사

Description

포크블레이드 타입 현장 전단파 속도 측정 프로브{Fork blade type Field shear wave velocity probe}

본 발명은 포크블레이드 타입 현장 전단파 속도 측정 프로브에 관한 것이다.

근래 국토 전역에 걸친 개발이 계속적으로 진행되면서, 토목 건축 환경 관련 시설물 등에 대한 건설공사가 더 이상 양호한 지반에서만 이루어지기 어려운 상황에 직면하였다. 즉 해안가, 산악지대, 암반지대, 쓰레기 매립지, 도심지 기존구조물 근접부 등 종래의 건설공사 입지 선정시 제외되었던 악조건 현장에서도 공사를 수행해야만 하는 경우가 날로 늘어나고 있는 것이다.

이에 따라 구조물을 안전하고 경제적으로 시공하기 위하여 정확한 지반조사를 통한 지반정보의 획득과 평가가 요구되고 있다. 이러한 지반조사는 구조물을 가급적 안전하면서도 경제적으로 건설하며 유지 관리하는데 필요한 기초자료 예컨대 지반의 특성 및 지층의 상태, 침하량 산정에 필요한 기본자료를 준비하는데 그 목적이 있다.

상기한 지반조사 방법은 일반적으로 현장시험과 실내시험으로 나뉜다. 상기 현장시험은 해당 지반에 검사용 측정 프로브 등의 시험장치를 설치하여 지반 내부 상황이나 기타 필요한 정보를 얻는 과정이다. 또한 실내시험은 대상지반의 특성을 대표할 수 있는 시료를 획득하여 이를 실험실로 운반하고 실험실 내에서 여러 가지 필요한 시험 및 분석을 하는 것이다.

한편, 상기 현장시험을 위한 프로브로서 링타입(ring type)의 속도 측정 프로브가 제안된 바 있다. 그러나 상기한 링타입 속도 측정 프로브는, 단단한 점토질 지반에 관입시 내부에 흙이 뭉쳐진다는 단점을 갖는다. 흙이 뭉쳐진다는 것은 토양에 교란이 발생한 것이므로 해당 토양의 정확한 측정이 불가능하다.

이에 상기한 문제를 해결하기 위한 블레이드 타입의 속도 프로브가 사용되기도 하였지만, 블레이드 타입의 경우 관입시 프로브 자체에 기계적인 변형이 발생한다는 또 다른 문제를 갖는다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 구조적인 강성을 가져 관입시 관입 압력에 의한 변형이 없으며, 특히 연약지반이나 중간정도의 강성을 갖는 지반의 특성 파악을 매우 정확하게 할 수 있고, 측정된 심도별 전단파 속도 데이터를 통해 정밀한 수직 분해능을 도출할 수 있게 하며, 조립 분해가 가능하여 유지보수가 용이한 포크블레이드 타입 현장 전단파 속도 측정 프로브를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 조사대상 지역의 지중에 관입되어 해당 지반내에서의 전단파 속도를 측정하기 위한 것으로서, 평판의 형태를 취하며 그 하측부에는 관입시 토양의 교란을 허용치 이하로 유지하기 위한 블레이드 타입의 경사부가 마련되어 있는 메인프레임과; 상기 메인프레임의 양측단부에 착탈 가능하게 고정되며 메인프레임의 하단부보다 하부로 더욱 연장되고 상호 평행하며, 그 하단부에는 관입시 토양의 교란 정도를 허용치 이하로 유지하기 위한 블레이드부가 마련되어 있는 한 쌍의 사이드프레임과; 상기 사이드프레임 중 일측 사이드프레임에 장착되며 케이블을 통해 지상의 신호발생기에 접속되어 신호발생기로부터 전달받은 신호를 토양 내부로 발신하는 하나 이상의 발신트랜스듀서와; 타측 사이드프레임에 장착되며 상기 발신트랜스듀서와 일대일 대응하고, 상기 발신트랜스듀서에서 발생한 신호를 받아 케이블을 통해 지상의 신호가공부에 전달하는 수신트랜 스듀서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인프레임의 양측면에는 상기 사이드프레임을 메인프레임에 고정시킬 수 있는 사이드프레임장착부가 마련되어 있고, 상기 각 사이드프레임은 사이드프레임장착부에 밀착한 상태로 볼트에 의해 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 사이드프레임의 측부에는, 사이드프레임과의 사이에 상기 발신트랜스듀서와 수신트랜스듀서 및 각 케이블을 수용하며 보호하기 위한 커버플레이트가 착탈 가능하게 장착되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 메인프레임의 내부에는 상기 각 사이드프레임에 장착되는 트랜스듀서 케이블을 그 내부로 통과시키며 지상으로 유도하는 관통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 포크블레이드 타입 현장 전단파 속도 측정 프로브는, 구조적인 강성을 가져 관입시 관입 압력에 의한 변형이 없으며, 특히 연약지반이나 중간정도의 강성을 갖는 지반의 특성 파악을 매우 정확하게 할 수 있고, 측정된 심도별 전단파 속도 데이터를 통해 정밀한 수직 분해능을 도출할 수 있게 하며, 조립 분해가 가능하여 유지보수가 용이하다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포크블레이드 타입 현장 전단파 속도 측 정 프로브의 구성을 설명하기 위하여 일부 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 상기 도 1에 도시한 속도 측정 프로브의 내부 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와같이, 본 실시예에 따른 속도 측정 프로브(10)는, 평판의 형태를 취하며 그 내부에 관통로(14)가 마련되어 있는 메인프레임(16)과, 상기 메인프레임(16)의 양측단부에 착탈 가능하게 설치되며 상호 나란한 두 개의 사이드프레임(26)과, 상기 각 사이드프레임(26)에 장착되는 두 개씩의 트랜스듀서(36,46)를 포함한다.

상기 메인프레임(16)은 외부의 관입장비에 의해 지중으로 관입되는 것으로서 그 상부에 연결로드(12)가 구비된다. 상기 연결로드(12)는 관입장비가 연결되는 부위이다. 상기 연결로드(12)의 내부에도 상기 관통로(14)가 마련되어 있다. 상기 메인프레임(16) 및 사이드프레임(26)은 관입시 가해지는 물리적인 힘에 의해 변형되지 않도록 강철로 제작함이 좋다.

아울러 상기 메인프레임(16)의 하측에는 경사부(18)가 마련되어 있다. 상기 경사부(18)는 마치 도끼의 날처럼 날카롭게 가공된 부위로서 속도 측정 프로브(10)의 관입시 토양의 교란을 최소화하며 속도 측정 프로브(10)의 원활한 진입을 가능하게 한다.

또한 상기 메인프레임(16)의 양측단부에는 사이드프레임장착부(20)가 마련되어 있다. 상기 사이드프레임장착부(20)는 사이드프레임(26)이 장착되는 장소로서 사이드프레임(26)에 면접하는 밀착면(24)을 제공한다.

상기 밀착면(24)에는 다수의 암나사구(22)와 관통로(14)가 위치하고 있다. 상기 암나사구(22)는 사이드프레임(26)을 메인프레임(16)에 결합시킬 고정나사(34)가 결합하는 구멍이다. 또한 상기 관통로(14)는 도 2에 도시되어 있는 바와같이 메인프레임(16)과 연결로드(12)의 내부를 거쳐 지상으로 연장된 통로이다.

한편, 상기 사이드프레임(26)은 두 개가 서로 나란하며 메인프레임(16)보다 하부로 연장되어 있다. 특히 상기 각 사이드프레임(26)의 하단부는 상기 경사부(18)와 마찬가지로 샤프하게 가공되어 블레이드부(26a)를 이룬다. 기본적으로 상기 양측 사이드프레임(26)의 내부 구성은 동일하다.

상기 사이드프레임(26)은 고정나사(34)를 통해 사이드프레임장착부(20)에 착탈 가능하게 결합하며, 소정 위치에 발신트랜스듀서(36) 또는 수신트랜스듀서(46)를 갖는다.

상기 사이드프레임(26)을 메인프레임(16)에 나사 결합시키기 위하여 각 사이드프레임(26)에는 나사구멍(32)이 관통 형성되어 있다. 상기 나사구멍(32)은 고정나사(34)가 관통하는 구멍으로서 암나사구(22)에 일대일 대응한다.

또한 상기 나사구멍(32)의 상부에는 케이블관통구멍(30)이 마련되어 있다. 상기 케이블관통구멍(30)은 발신트랜스듀서(36)나 수신트랜스듀서(46)의 케이블(36a,46a)을 통과시켜 관통로(14)로 유도하는 구멍이다. 상기 케이블관통구멍(30)이 관통로(14)의 입구와 마주함은 물론이다.

아울러 상기 각 사이드프레임(26)에는 발신트랜스듀서(36)와 수신트랜스듀서(46)가 끼워진다. 도면상 좌측의 사이드프레임(26)에는 두 개의 발신트랜스듀서(36)가 설치되고, 우측의 사이드프레임(26)에는 상기 발신트랜스듀서(36)와 일대 일 대응하는 수신트랜스듀서(46)가 장착되는 것이다. 참고로 상기 발신트랜스듀서(36)와 수신트랜스듀서(46) 자체는 공지의 것이다.

각 사이드프레임(26)에 발신트랜스듀서(36)나 수신트랜스듀서(46)를 위치시킬 수 있도록, 사이드프레임(26)의 해당 위치에는 트랜스듀서설치구(38)가 마련되어 있다. 상기 각 트랜스듀서설치구(38)에 대한 트랜스듀서(36,46)의 결합방식은 경우에 따라 얼마든지 변경될 수 있다.

한편, 상기 각 사이드프레임(26)의 바깥쪽면에는 커버플레이트(42)가 장착된다. 상기 커버플레이트(42)는 발신트랜스듀서(36)와 수신트랜스듀서(46) 및 각각의 케이블(36a,46a)을 커버하며 보호하는 역할을 한다.

즉 상기 발신트랜스듀서(36)와 케이블(36a)을 사이에 두고 사이드프레임(26)에 결합하여 발신트랜스듀서(36) 및 케이블(36a)을 수용 보호하고, 마찬가지로 수신트랜스듀서(46)와 케이블(46a)을 사이에 두고 사이드프레임(26)에 결합하여 그 안의 수신트랜스듀서(46)와 케이블(46a)을 감싸 보호하는 것이다.

상기 커버플레이트(42)는 커버고정볼트(44)를 통해 사이드프레임(26)에 착탈 가능하게 장착된다. 상기 커버고정볼트(44)는 커버플레이트(42)의 상하단부에 마련되어 있는 구멍을 통해, 사이드프레임(26)의 암나사구(40)에 결합한다.

결국 상기한 바와같이, 본 실시예에 따른 현장 전단파 속도 측정 프로브는, 메인프레임(16)과 사이드프레임(26)과 커버플레이트(42) 등이 나사를 통해 결합하므로 (유지 보수나 기타 목적을 위해) 분해 조립이 용이하다. 따라서 이를테면 고장난 트랜스듀서(36,46)를 새것으로 간단히 교체한다거나, 사용하던 사이드프레임 을 다른 사이즈의 사이드프레임으로 바꾸어 끼울 수 있는 것이다.

한편, 도 2에 도시한 바와같이, 상기 발신트랜스듀서(36)는 케이블(36a)을 통해 지상의 신호발생기(50)와 접속되어 있다. 상기 신호발생기(50)는 발신트랜스듀서(36)에 전기신호를 인가하는 역할을 한다. 상기 발신트랜스듀서(36)는 신호발생기(50)로부터 전달된 전기신호를 변환하여 전단파를 발생한다. 이러한 신호발생기(50)와 발신트랜스듀서(36)의 기능은 공지된 기술이다.

또한 상기 수신트랜스듀서(46)는 케이블(46a)을 거쳐 신호가공부(52)에 연결된다. 상기 수신트랜스듀서(46)는 마주하고 있는 발신트랜스듀서(36)가 발신한 전단파를 받아들여 전기 신호로 바꾼 후 케이블(46a)을 통해 신호가공부(52)로 전달한다.

상기 신호가공부(52)는 케이블(46a)을 통해, 각 수신트랜스듀서(46)가 감지한 내용을 받아들이고 받아들인 신호에서 잡음을 제거하고 잡음이 제거된 신호를 증폭하는 역할을 한다.

아울러 상기 오실로스코우프(54)는 상기 신호발생기(50) 및 신호가공부(52)에 병렬 연결되며, 상기 발신트랜스듀서(36)와 수신트랜스듀서(46)의 사이를 통과한 전단파의 속도를 알아내어 작업자로 하여금 발신트랜스듀서와 수신트랜스듀서 사이 토양의 전단강성 및 교란도를 알아낼 수 있게 한다.

상기한 구성을 갖는 본 실시예의 속도 측정 프로브(10)를 사용해 관심 지역의 지반 특성을 검사하기 위한 방법은 다음과 같다.

먼저, 관입장치를 이용해 상기 속도 측정 프로브(10)를 지중에 필요한 깊이 로 관입한 후, 신호발생기(50)를 통해 발신트랜스듀서(36)에 전기신호를 보낸다. 발신트랜스듀서(36)는 전달받은 전기신호를 전단파로 변환 한 후 전단파를 주위로 발산한다.

이에 상기 발신트랜스듀서(36)에 마주하고 있는 수신트랜스듀서(46)는, 발신트랜스듀서(36)가 발생한 전단파를 받아들이고 이를 전기신호로 변환하여 상기 신호가공부(52)로 전달한다.

상기 신호가공부(52)에 전달된 신호는 신호가공부(52) 내부에서 가공된 후 오실로스코우프(54)로 전해진다. 그 동안 상기 신호발생기(50)도 오실로스코우프(54)로 신호를 전송함은 물론이다.

따라서, 상기한 바와같이 오실로스코우프(54)는 상기 발신트랜스듀서(36)와 수신트랜스듀서(46)의 사이를 통과한 전단파의 속도를 알아내어 작업자로 하여금 시료의 전단강성 및 교란도를 알아낼 수 있게 한다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포크블레이드 타입 현장 전단파 속도 측정 프로브의 구성을 설명하기 위하여 일부 도시한 분해 사시도이다.

도 2는 상기 도 1에 도시한 속도 측정 프로브의 내부 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10:속도 측정 프로브 12:연결로드

14:관통로 16:메인프레임

18:경사부 20:사이드프레임장착부

22:암나사구 24:밀착면

26:사이드프레임 26a:블레이드부

30:케이블관통구멍 32:나사구멍

34:고정나사 36:발신트랜스듀서

36a:케이블 38:트랜스듀서설치구

40:암나사구 42:커버플레이트

44:커버고정볼트 46:수신트랜스듀서

46a:케이블 50:신호발생기

52:신호가공부 54:오실로스코우프

Claims (4)

1. 조사대상 지역의 지중에 관입되어 해당 지반내에서의 전단파 속도를 측정하기 위한 것으로서,

   평판의 형태를 취하며 그 하측부에는 관입시 토양의 교란을 허용치 이하로 유지하기 위한 블레이드 타입의 경사부가 마련되어 있는 메인프레임과;

   상기 메인프레임의 양측단부에 착탈 가능하게 고정되며 메인프레임의 하단부보다 하부로 더욱 연장되고 상호 평행하며, 그 하단부에는 관입시 토양의 교란 정도를 허용치 이하로 유지하기 위한 블레이드부가 마련되어 있는 한 쌍의 사이드프레임과;

   상기 사이드프레임 중 일측 사이드프레임에 장착되며 케이블을 통해 지상의 신호발생기에 접속되어 신호발생기로부터 전달받은 신호를 토양 내부로 발신하는 하나 이상의 발신트랜스듀서와;

   타측 사이드프레임에 장착되며 상기 발신트랜스듀서와 일대일 대응하고, 상기 발신트랜스듀서에서 발생한 신호를 받아 케이블을 통해 지상의 신호가공부에 전달하는 수신트랜스듀서를 포함하는 것을 특징으로 하는 포크블레이드 타입 현장 전단파 속도 측정 프로브.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 메인프레임의 양측면에는 상기 사이드프레임을 메인프레임에 고정시킬 수 있는 사이드프레임장착부가 마련되어 있고, 상기 각 사이드프레임은 사이드프레임장착부에 밀착한 상태로 볼트에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 포크블레이드 타입 현장 전단파 속도 측정 프로브.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 각 사이드프레임의 측부에는, 사이드프레임과의 사이에 상기 발신트랜스듀서와 수신트랜스듀서 및 각 케이블을 수용하며 보호하기 위한 커버플레이트가 착탈 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 포크블레이드 타입 현장 전단파 속도 측정 프로브.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 메인프레임의 내부에는 상기 각 사이드프레임에 장착되는 트랜스듀서 케이블을 그 내부로 통과시키며 지상으로 유도하는 관통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포크블레이드 타입 현장 전단파 속도 측정 프로브.

Images