KR20130103983A - 하상 및 하천 퇴적층의 수리특성을 분석하기 위한 투수성 시험장치 - Google Patents

하상 및 하천 퇴적층의 수리특성을 분석하기 위한 투수성 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하상 및 하천 퇴적층의 수리특성을 분석하기 위한 투수성 시험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 퇴적층 조건에 따라 장비를 쉽고 편리하게 이용하기 위해 모래 및 자갈용 비트를 장착하여, 정확하고 정밀한 자료를 획득하기 위하여 케이싱 내외부에 자동수위측정기기를 설치한 투수성 시험장치에 관한 것이다.

Description

하상 및 하천 퇴적층의 수리특성을 분석하기 위한 투수성 시험장치{Apparatus for permeability to interpret from hydraulic properties in fluvial deposits and stream deposits}
본 발명은 하상 및 하천 퇴적층의 수리특성을 분석하기 위한 투수성 시험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 퇴적층에서 장비를 보다 편리하고 쉽게 이용하기 위해 모래 및 자갈용 비트를 장착하고, 정밀한 자료를 획득하기 위하여 케이싱 내에는 내부 자동수위측정기를, 케이싱 외부에는 내부 자동수위측정기와 대기압측정기인 다이버를 설치하여 하상 및 하천 퇴적층의 수리특성을 분석하기 위한 투수성 시험장치에 관한 것이다.
일반적으로 토양에서 물의 침투속도를 측정하는 투수시험 장비 및 방법들이 연구되어 왔지만, 하천 하상과 같은 수중 내에 존재하는 퇴적층에 대한 투수시험 장비 들은 현장 시험 및 획득된 측정값 획득에의 신뢰성 등의 문제로 제한적이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 기존에 개발된 현장용 투수시험기(한국특허공개 제10-2010-0067160)은 투명 폴리카보네이트를 비롯한 투명 소재로 이루어진 원통형의 케이싱과, 이 케이싱의 하단부에 결합되어 수중의 퇴적층을 굴착하는 굴착용 비트와, 상기 케이싱의 상단부에 분리가능하게 결합되어 케이싱 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지함과 아울러 케이싱을 수중의 퇴적층에 박기 위해 해머로 타격할 수 있도록 된 덮개와, 상기 덮개의 내측에 인계줄로 연결되어 케이싱 내부의 적정 높이에 설치되는 내부 자동수위관측기를 포함하여 이루어진다.
그러나, 상기한 인용발명은 투수성 시험장치의 주변의 수위변화 및 대기변화에 대응하지 못하여 정밀한 분석을 도출하지 못한다는 한계가 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 퇴적층에서 장비를 편리하고 쉽게 이용하기 위해 모래 및 자갈용 비트가 탈부착되고, 정밀한 자료를 획득하기 위하여 케이싱 내부에는 내부 자동수위관측기가 설치되고 케이싱 외부에는 외부 자동수위측정기와 대기압측정기인 바로다이버가 설치되어는 하상 및 하천 퇴적층의 수리특성을 분석하기 위한 투수성 시험장치를 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중공체의 케이싱; 상기 케이싱의 하단에 착탈가능하게 결합되어 수중의 바닥면을 굴착하는 굴착비트; 상기 케이싱의 상단부에 착탈가능하게 결합되며, 내부로 물을 공급할 수 있는 물공급홀이 형성되는 커버; 및 상기 커버에 로프로 연결돼서 상기 케이싱 내부의 수위를 측정하는 내부 자동수위관측기와, 케이싱 외부의 하천 수위를 측정하는 자동수위 측정기 및 대기압측정기인 바로다이버를 포함하는 투수성 시험장치이다.
대기압을 측정하는 바로다이버(기압계)가 상기 커버 외측으로 연장설치돼서, 상기 투수성 시험장치의 주변의 기압에 따른 지하수위를 보정하는 것이 가능하다.
또, 상기 케이싱 외부의 하천 수위를 측정하는 자동수위측정기가 상기 커버 외측으로 연장설치돼서, 하천 등의 수위변화를 케이싱 내부의 수위강하와 동시에 측정하는 것이 가능하다.
그리고, 상기 커버에는 상기 케이싱을 회전시키기 위한 손잡이가 착탈가능하게 설치돼서, 상기 투수성 시험장치의 휴대성을 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 손잡이는 상술한 바로다이버(기압계)와 외부 자동수위측정기의 설치장소를 제공할 수 있다.
상기 커버의 상부에는 해머에 의한 타격에 대하여 상기 커버의 파손을 방지하는 완충부재가 설치돼서, 상기 투수성 시험장치의 반복적인 사용이 가능하다.
또, 하천수위에 접하는 최상측에 위치하는 케이싱의 외주면에는 물주입 시험시 내부의 수위상승을 육안관찰할 수 있는 관찰창이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 하상퇴적층 및 하천 바닥 층의 현장 수리시험을 현장에서 쉽고 편리하게 투수시험 장치를 설치하여 측정할 수 있으며, 재래식 측정 방식에서 디지털 측정방식인 내부 자동수위관측기를 사용하고, 깊은 수심에서도 수리시험을 할 수 있도록 분리 연결식 케이싱을 사용하였다.
그리고 케이싱을 보다 편리하게 설치할 수 있도록 케이싱 하단부는 퇴적 층후(thickness)와 매질의 특성에 따라 여러 가지 비트를 장착할 수 있는 교체방식을 적용하였다.
본 발명은 하상퇴적층 및 하천에서의 정밀한 수위강하 자료 획득, 수심이 깊은 곳에서의 현장투수시험, 케이싱 하단부에 장착될 여러 가지 비트 장착에 의한 설치의 편리성 등 여러 가지 유용한 기대효과가 클 것을 판단된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투수성 시험장치의 분해사시도이며, 케이싱의 하단에 일반굴착비트가 조립된다.
도 2는 도 1의 투수성 시험장치의 조립된 상태의 사시도이다.
도 3은 도 1의 투수성 시험장치의 케이싱의 하단에 보호캡을 조립하는 모습의 분해사시도이다.
도 4는 도 1의 투수성 시험장치의 케이싱의 하단에 조립질 모래에 적합한 세립용 굴착비트를 조립하는 모습의 분해사시도이다.
도 5는 도 1의 투수성 시험장치의 케이싱의 하단에 세립질 자갈층에 적합한 자갈용 굴착비트를 조립하는 모습의 분해사시도이다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1에 표시된 도면부호 100은 본 발명의 실시예에 따른 하상 및 하천 퇴적용 투수성 시험장치를 지시한다.
상기 투수성 시험장치(100)는 중공체의 케이싱(144,150)과, 상기 케이싱의 하단에 착탈가능하게 결합되어 수중의 바닥면을 굴착하는 굴착비트(156,174,180)와, 상기 케이싱(144,150)의 상단부에 착탈가능하게 결합되는 커버(110)와, 상기 커버(110)에 로프(140)로 연결돼서 상기 케이싱(144,150) 내부의 수위를 측정하는 내부 자동수위관측기(142)를 포함하여 구성된다.
상기 케이싱(144,150)은 수압에 견딜 수 있는 금속재질로 이루어지고, 내부를 관찰할 수 있도록 외주면에 관측창(145)이 설치된다. 또, 전체를 투명재질의 강화플라스틱으로 제작하는 것도 가능하다. 또한, 상기 케이싱(144,150)은 하천의 깊이에 상관없이 투수성 시험이 가능하도록, 전체길이를 사용자의 임의대로 조절가능하여야 한다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 상기 케이싱(144,150)에 나사부(146,148,152,154)를 두어서, 복수의 케이싱 유니트를 서로 연결하여 원하는 길이만큼 자유롭게 늘릴 수 있도록 하였다.
그리고, 상기 케이싱(144,150)의 하단에는 굴착비트(156,174,180)가 설치된다. 상기 굴착비트(156,174,180)는 상기 케이싱(144,150)에 대하여 착탈이 가능하며, 수중의 바닥면의 상태에 따라 다른 팁을 가지는 굴착비트를 선택하여 장착할 수 있다. 본 발명에서는 도 1 및 도 2에서와 같이, 일반적인 모래, 점토 및 자갈이 혼합된 층에 적합한 톱니형 굴착비트(156)와, 도 3에서와 같이 가는 모래에 적합한 세립용 굴착비트(174)와, 도 4에서와 같이 굵은 자갈층에 적합한 자갈용 굴착비트(180)를 예시적으로 나열하였다. 상기 굴착비트(156,174,180)는 상단에 상기 케이싱(144,150)의 하단부와 나합되기 위한 굴착비트결합부(158,172,176)을 가지며, 하단에는 하천바닥을 굴착하기 위한 굴착팁(160,178,184)이 형성된다.
또, 휴대를 위하여, 상기 케이싱(144,150)의 하단에는 보호캡(170)을 장착할 수 있다. 상기 보호캡(170)에는 보호캡결합부(172)가 형성돼서, 상기 케이싱(144,150)에 대하여 착탈이 가능하다.
그리고, 상기 커버(110)는 상기 케이싱(144,150)의 상단에 착탈가능하도록 결합되며, 상기 커버(110)의 상부 또는 측부에는 상기 커버(110)를 통해 상기 케이싱(144,150)의 내부로 물을 공급할 수 있는 물공급홀(116)이 설치된다. 상기의 상부에 설치된 물공급홀(116)은 케이싱(144, 150) 내부에 물주입시 상승된 안정 수위에서 원래의 수위로 강하되는 투수성 시험을 하기 위하여 물을 공급하게 된다.
상기 커버(110)는 상기 케이싱(144,150) 내부로 이물질이 들어가지 않도록 보호하는 역할과 함께 하상퇴적층 및 하천퇴적층 굴착시 해머(186)를 이용하여 타격을 가할 수 있도록 스테인리스로 제작하는 것이 바람직하다. 상기 해머(186)는 헤머헤드(190)와 상기 헤머헤드(190)에 결합되는 헤머로드(188)로 구성될 수 있다. 상기 헤머헤드(190)는 충격을 작게 하기 위해, 고무재질을 사용하는 것도 가능하다.
그리고, 상기 커버(110)의 상부에는 상기 커버(110)를 해머 등으로 타격할 경우, 상기 커버(110)의 손상을 방지하는 완충부재(112)가 설치된다. 따라서, 상기 커버(110)를 충격손상으로부터 보호할 수가 있어서, 상기 투수성 시험장치(100)의 반복사용이 가능하다.
그리고, 상기 커버(110)의 하부에는 상기 내부 자동수위관측기(142)를 설치할 수 있는 제1고정부(118)이 설치된다. 상기 제1고정부(118)는 상기 커버(110)의 하부에 일체로 고정되는 고리 등으로 이루어질 수 있다. 상기 내부 자동수위관측기(142)는 상기 제1고정부(118)에 제1로프(140)에 의해 고정된다.
또한, 상기 커버(110)의 주위에는 상기 커버(110)를 회전시켜, 그 회전을 상기 케이싱(144,150)을 거쳐 굴착비트(156)에 전달하기 위한 손잡이(120,122,124,126)이 착탈가능하게 설치된다. 상기 손잡이(120,122,124,126)의 착탈은 커버(110)의 외주면에 형성된 나사홀(114)에 손잡이(120,122,124,126)의 일단에 형성된 결합나사가 나합되는 것으로 이루어진다.
상기 커버(110)에는 줄자(162)의 일단이 고정되고, 줄자(162)의 타단은 케이싱(144,150)의 단부에 고정된다. 따라서, 줄자(162)에 의해 케이싱(144,150)이 수중에 굴착되는 깊이 또는 하천수위를 측정할 수 있다. 상기 줄자(162)의 설치를 용이하게 하기 위하여, 상기 커버(110)와 상기 케이싱(144,150)의 하부에는 줄자거치부(111,147,153)이 설치될 수 있다. 상기 줄자거치부(111,147,153)로는 예를 들어, 연결용 고리 또는 후크를 사용할 수 있다.
상기 손잡이(120)의 일단에는 바로다이버(136)가 설치된다. 좀 더 상술하면, 상기 손잡이(120)의 일단에 형성되는 제2고정부(128)에 제2로프(132)를 매달고, 상기 제2로프(132)의 하단에 상기 바로다이버(136)를 설치한다. 따라서, 상기 바로다이버(136)를 통해 대기압의 측정이 가능해 진다. 상기 제2고정부(128)는 고리 등으로 이루어질 수 있다.
또, 다른 손잡이(122)의 일단에는 외부자동수위측측기(138)가 설치된다. 상기 외부 자동수위측정기(138)는 상기 손잡이(122)의 일단에 형성되는 제3고정부(130)에 제3로프(134)를 매달고, 상기 제3로프(134)의 하단에 설치된다. 상기 제3고정부(130)는 고리 등으로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 외부 자동수위측정기(138)를 통해 상기 케이싱(133,150)의 외부의 하천수위 측정이 가능해 진다.
따라서, 상기 바로다이버(136)와 상기 외부 자동수위측정기(138)에 의해 퇴적층의 수리특성과 함께 대기압과 하천 등의 수위를 비교 시험할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 투수성 시험장치(100)는 기본적으로 상술한 바와 같이 구성된다. 이하, 상기 투수성 시험장치(100)에 의한 시험과정을 설명한다.
먼저, 상기 케이싱(144,150)의 길이를 측정하고자 하는 위치의 수위를 고려하여 복수의 케이싱 유니트를 연결한다. 그리고, 상기 케이싱(144,150)의 하단에는 측정하고자 하는 수중의 바닥면의 퇴적층을 고려하여 하상 및 하천 퇴적층에 적합한 굴착비트(156,174,180)를 설치하고, 상기 케이싱(144,150)의 상단에는 커버(110)를 설치한다. 이 때, 상기 커버(110)의 제1고정부(118)에는 제1로프(140)를 이용하여, 케이싱(144,150)의 내부에 내부 자동수위관측기(142)를 고정한 상태이다.
상기 커버(110)에는 손잡이(120,122,124,126)를 설치하고, 상기 손잡이(120)의 일단에 형성되는 제2고정부(128)에 제2로프(132)를 매달고, 상기 제2로프(132)의 하단에 상기 바로다이버(136)를 설치한다. 그리고, 다른 손잡이(122)의 일단에 형성되는 제3고정부(130)에 제3로프(134)를 매달고, 상기 제3로프(134)의 하단에 상기 외부 자동수위측정기(138)를 고정한다.
그리고, 상기 커버(110)를 해머(186) 등으로 타격하고, 상기 손잡이(120,122,124,126)를 돌려 하상퇴적층 및 하천퇴전층에 적절한 심도로 굴착한다.
그리고, 상기 케이싱(110)의 내부에 상기 물공급홀(116)을 통해 지속적으로 물을 공급하여, 상기 케이싱(144,150)의 내부에 하천의 수위보다 높게 유지한다.
물주입 이후, 수위강하에 대하여 상기 내부 자동수위관측기(142) 및 상기 외부 자동수위측정기(138)를 이용하여 보다 정확한 현장수리시험을 수행할 수 있다. 그리고, 상기 손잡이(120) 설치된 바로다이버에 의해 상기 케이싱(144,150) 주변의 대기변화를 함께 측정하여 대기압에 영향을 받는 지하수위를 보정하여 보다 정밀한 분석을 도출할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 물주입홀(116)로 주입된 물은 케이싱(144,150) 내에 안정수위(C)를 유지시킨 이후에, 시간 t1에서의 수위(H1)와 시간 t2에서의 수위(H2)까지를 시간경과에 따른 수위강하(C에서 B까지의 수위변위)를 측정하여, 이 값들로부터 수리전도도(K)를 산정한다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 투수성 시험장치 110: 커버
111,147,153: 줄자거치부 112: 완충부재
114: 나사홀 116: 물공급홀
118: 제1고정부 120,122,124,126: 손잡이
128: 제2고정부 130: 제3고정부
132: 제2로프 134: 제3로프
136: 바로다이버 138: 외부 자동수위측정기
140: 제1로프 142: 내부 자동수위관측기
144,150: 케이싱 145,151: 관측창
156,174,180: 굴착비트 158: 굴착비트결합부
160: 굴착팁 162: 줄자
170: 보호캡 172: 보호캡결합부
186: 해머 188: 해머로드
190: 해머헤드 A: 하천수위
B: 케이싱 내부수위 C: 물주입에 따른 안정수위
H1: A와 C의 수위차(m) H2: A와 B의 수위차(m)

Claims (6)

  1. 중공체의 케이싱;
    상기 케이싱의 하단에 착탈가능하게 결합되어 수중의 바닥면을 굴착하는 굴착비트;
    상기 케이싱의 상단부에 착탈가능하게 결합되며, 내부로 물을 공급할 수 있는 물공급홀이 형성되는 커버; 및
    상기 커버에 로프로 연결돼서 상기 케이싱 내부의 수위를 자동측정하는 내부 자동수위관측기를 포함하는 하상 및 하천 퇴적층의 투수성을 분석하기 위한 투수성 시험장치.
  2. 제1항에 있어서, 하천수위 및 케이싱내의 수위를 보정하기 위한 바로다이버가 상기 커버 외측으로 연장설치되는 것을 특징으로 하는 투수성 시험장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 케이싱 외부의 하천수위를 측정하는 외부 자동수위측정기가 상기 커버 외측으로 연장설치되는 것을 특징으로 하는 투수성 시험장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커버에는 상기 케이싱을 회전시키기 위한 손잡이가 착탈가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 투수성 시험장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 커버의 상부에는 해머에 의한 타격에 대하여 상기 커버의 파손을 방지하는 완충부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 투수성 시험장치.
  6. 제1항에 있어서,
    하천수위에 접하는 최상측에 위치하는 케이싱의 외주면에는 물주입 시험시 내부의 수위상승을 육안관찰할 수 있는 관찰창이 형성되는 것을 특징으로 하는 투수성 시험장치.
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