KR20190021888A - Loading device of freeze testing apparatus for ground - Google Patents

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KR20190021888A
KR20190021888A KR1020170107272A KR20170107272A KR20190021888A KR 20190021888 A KR20190021888 A KR 20190021888A KR 1020170107272 A KR1020170107272 A KR 1020170107272A KR 20170107272 A KR20170107272 A KR 20170107272A KR 20190021888 A KR20190021888 A KR 20190021888A
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윤찬영
전경재
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강릉원주대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a loading device for a ground freezing testing apparatus capable of measuring frost inflation pressure, floating water content, displacement, and temperature generated during ground freezing. The loading device for a ground freezing testing apparatus is to measure expansion pressure and expansion displacement of soil in a ground freezing testing apparatus including a rectangular and erected main body simulating freezing damage attributable to winter cold air-based freezing of the soil containing moisture; a cell passage disposed in the middle of the inside of the main body and having a plurality of cylindrical cells arranged as an inner wall, an intermediate wall, and an outer wall; and a cooling unit including upper and lower cooling plates respectively provided on the upper and lower sides of the cell passage and regulating the upper and lower temperatures of the sample. The loading device includes a displacement fixed measuring unit measuring the expansion pressure and the expansion displacement of the soil in a state where a cross head installed so as to be movable up and down on the cell passage inside the main body is fixed at a predetermined position; and a displacement non-fixed measuring unit measuring the expansion pressure and the expansion displacement of the soil in a state where the cross head can move up and down. The expansion pressure and the expansion displacement caused by expansion attributable to freezing due to winter cold air of the soil containing moisture can be measured by displacement fixing and displacement non-fixing, and thus the expansion pressure and the expansion displacement can be accurately measured.

Description

지반동결 시험장치의 하중재하장치{LOADING DEVICE OF FREEZE TESTING APPARATUS FOR GROUND}Technical Field [0001] The present invention relates to a load-

본 발명은 동절기 지반의 동결시험을 위한 시험장치에 관한 것으로서, 상세하게는 수분을 함유한 토질이 동절기 냉기에 의한 동결로 발생하는 동결피해를 모사하여, 토질의 동결과정에서 시료의 팽창압력과 팽창변위, 부동수분, 온도 등을 측정할 수 있도록 하는 지반동결 시험장치의 하중재하장치에 관한 것이다. More particularly, the present invention relates to a test apparatus for freezing test of a ground during winter, and more particularly, to a test apparatus for a freezing test in which a soil containing moisture contains freeze damage caused by freezing by cold in the winter season, The present invention relates to a load-bearing device for a ground freezing test apparatus capable of measuring displacement, floating water, temperature, and the like.

일반적으로 동결시험장비는 시험이 이루어지는 셀, 시험체의 상부에서 하부로 하중을 가하고 변위를 제어하는 하중장치, 시험대상물인 토질의 동결조건을 부여하는 냉각장치, 팽창압력과 팽창변위, 부동수분, 온도 등을 측정하는 측정부로 구성되어 있다.Generally, the freezing test equipment is composed of a cell to be tested, a load device that applies load from the top to bottom of the specimen and controls the displacement, a cooling device that gives the frozen condition of the soil to be tested, expansion pressure and expansion displacement, And the like.

그런데, 종래의 동결시험장비는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the conventional freezing test equipment has the following problems.

① 시료의 동결 시 시험체 벽면 부착으로 발생하는 셀의 파손문제① The cell damage caused by the wall adhesion of the specimen during freezing of the specimen.

동상시험 시 셀 내부의 시료가 동결되면 시료가 얼면서 셀 벽면과 부착이 발생한다. 또한 동시에 연직 상향으로 부피 팽창이 발생한다. 이 때 셀이 부피변화를 견디지 못하여 파손되는 경우가 있으므로 종래 기술에서는 시료 상하부를 개방하여 시료의 변형을 허용하고 셀 주변에 항온액체를 순환시켜 시료의 동결 부착을 억제한다. When the sample inside the cell is frozen during the frost phase test, the cell wall surface adheres due to freezing of the sample. At the same time, a volume expansion occurs vertically upward. In this case, since the cell can not withstand the volume change, the cell can be damaged. Therefore, according to the prior art, the upper and lower portions of the sample are opened to allow deformation of the sample and circulation of the constant temperature liquid around the cell inhibits freezing adhesion of the sample.

하지만, 이러한 기술의 경우에는 시료 내부에 깊이에 따라 동결면이 일정하게 형성되지 못하므로 실제 현장조건을 정확히 모사하는 것이 불가능하다는 단점이 있다. However, this technique has a disadvantage in that it is impossible to accurately simulate actual site conditions because the freezing surface is not formed uniformly according to the depth in the sample.

② 시료 측면의 단열 문제② Insulation problem on sample side

동상시험 시 아이스렌즈 즉 동결이 발생한 위치에 생기는 얼음 결정 부분이 평행하게 발생하도록 유도하기 위해서는 시료 측면의 단열이 중요하다. 기존의 동상시험장비에서도 시료측면에서 외부 온도에 의한 간섭을 최소화하기 위하여 셀 측면을 구리관 또는 단열재로 감싸는 방법을 사용하는데, 이 경우에는 셀이 불투명하여 실험중 시료의 변형을 확인할 수 없다는 단점이 있다. It is important to insulate the side of the sample in order to induce the ice crystals, that is, ice crystals generated at the position where freezing occurs, to occur in parallel. To minimize the interference from outside temperature on the side of the sample, the copper side tube is covered with a copper tube or a thermal insulator. In this case, the cell is opaque and the deformation of the sample can not be confirmed during the experiment. have.

또한, 이를 보완하기 위하여 투명한 재질로 항온액체를 순환시키기도 하지만 이 경우에도 외부 온도의 간섭으로 인하여 내부단열이 충분히 이루어지지 못하며 냉각부와 가까운 영역에서는 시료의 부착을 완전히 차단할 수 없다는 문제점이 있다. Also, in order to compensate the above problem, the thermostatic liquid is circulated through a transparent material. However, even in this case, the internal insulation can not be sufficiently achieved due to the interference of the external temperature, and the adhesion of the sample can not be completely blocked in the region close to the thermostat.

③ 시료 내부 부동수분 측정의 어려움③ Difficulty in measuring the floating water in the sample

실험과정에서 셀 내부의 온도가 영하로 내려가 시료가 동결이 되더라도, 여전히 얼지않고 남아있는 수분이 있다. 영하의 온도에서도 얼지 않고 남아있는 수분의 양을 부동수분이라고 하며 그 양은 시료의 특성과 온도에 따라서 계속 변화한다. In the course of the experiment, even if the temperature inside the cell drops below zero and the sample freezes, there is still water that remains freezing. The amount of water that remains without freezing at a subzero temperature is called floating water. The amount of free water is constantly changing according to the characteristics and temperature of the sample.

또한, 부동수분은 실제 동결이 발생하는 지반의 설계 및 해석 등 공학적으로 매우 중요한 측정치이다. 하지만 기존 장비에서는 토조의 상부와 하부에 개별적인 온도조절 장치가 들어가고 시료 상부에는 하중과 변위를 제어하기 위한 장치가 설치되며, 하부에는 동결과정에서 시료가 흡수하는 수분을 공급하는 장치가 들어가므로 실험과정에서 부동수분을 측정하기 어렵다는 단점이 있다. In addition, floating water is a very important measure in engineering such as design and analysis of the ground where actual freezing occurs. However, in existing equipment, individual temperature control devices are installed in the upper and lower parts of the tank, and a device for controlling the load and displacement is installed in the upper part of the sample, and a device for supplying moisture absorbed by the sample in the freezing process is installed in the lower part. It is difficult to measure the floating water content.

이를 해결하기 위하여 토조와 시험기를 냉동 챔버에 넣고 함수비센서를 시료내에 장착하기도 하지만 이 경우에는 하중 및 변위 제어장치를 설치하지 못한 채 시료의 변위만 측정을 하게 되며, 고가의 냉동챔버를 이용하기 때문에 큰 비용과 공간을 필요로 한다는 문제점이 있다. In order to solve this problem, it is necessary to install the toaster and the tester in the freezing chamber and install the water content sensor in the sample. In this case, only the displacement of the sample is measured without installing the load and displacement control device. There is a problem that a large cost and space are required.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 외부 온도에 의한 간섭을 최소화하고, 시험간 팽창에 의해 발생하는 팽창압력 및 팽창변위의 손실을 최소화하여 실제 지반이 동결되는 작용 원리를 유사하게 모사할 수 있도록 한 지반동결 시험장치의 하중재하장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to minimize the interference caused by the external temperature and to minimize the loss of expansion pressure and expansion displacement caused by expansion between tests, So that it is possible to simulate the freezing test apparatus.

또한, 수분을 함유한 토질이 동절기 냉기에 의한 동결로 팽창시에 발생하는 팽창압력 및 팽창변위를 변위 고정 방식 및 변위 비고정 방식의 두 가지 방식으로 각각 측정이 가능하도록 함으로써 팽창압력 및 팽창변위를 정확하게 측정할 수 있도록 한 지반동결 시험장치의 하중재하장치를 구축하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, it is possible to measure the expansion pressure and the expansion displacement, which occur when the soil containing moisture is expanded by freezing by freezing in the winter season, by the two methods of displacement fixing method and displacement ratio fixing method, And to construct a load-bearing device for a ground freeze testing apparatus so that the load can be accurately measured.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 지반동결 시험장치의 하중재하장치는, 수분을 함유한 토질이 동절기 냉기에 의한 동결로 발생하는 동결피해를 모사할 수 있도록 장방 형상으로 형성되어 직립되게 설치되는 본체와; 상기 본체의 내측 중앙에 배치되며 원통 형상의 셀이 내벽, 중간벽, 외벽으로 다중으로 구비되는 셀통과; 상기 셀통의 상측과 하측에 각각 구비되어 상기 시료의 상부와 하부의 온도를 조절하는 상부 냉각판과, 하부 냉각판으로 이루어지는 냉각부로 구성되는 지반동결 시험장치에서 상기 토질의 팽창압력과 팽창변위를 측정하기 위한 지반동결 시험장치의 하중재하장치로서, 상기 하중재하장치는 상기 본체 내측의 상기 셀통 상부에 승하강 이동 가능하게 설치된 크로스헤드가 특정 위치에 고정된 상태에서 상기 토질의 팽창압력과 팽창변위를 측정하는 변위 고정 측정부와; 상기 크로스헤드가 승하강 이동 가능한 상태에서 상기 토질의 팽창압력과 팽창변위를 측정하는 변위 비고정 측정부를 포함한 것을 특징으로 한다. In order to achieve the object of the present invention as described above, the load-carrying device of the ground freeze testing apparatus is constructed such that the soil containing moisture is formed into a rectangular shape so as to simulate freezing damage caused by freezing by cold in the winter season, ; A cell passage disposed in the center of the inside of the body and having a plurality of cylindrical cells arranged as an inner wall, an intermediate wall and an outer wall; The expansion pressure and the expansion displacement of the soil are measured in a soil freezing tester provided respectively on the upper side and the lower side of the cell box and composed of an upper cooling plate for regulating the temperature of the upper part and lower part of the sample and a cooling part composed of a lower cooling plate Wherein the load-carrying device is characterized in that when the crosshead installed on the upper portion of the cell box on the inside of the main body so as to move up and down is fixed at a specific position, the inflating pressure and the expansion displacement A fixed displacement measurement unit for measuring the displacement; And a displacement non-fixed measurement unit for measuring an expansion pressure and an expansion displacement of the soil in a state in which the crosshead is movable upward and downward.

여기서, 상기 변위 고정 측정부는 상기 본체 내측의 상기 셀통 상부에 승하강 이동 가능하게 설치된 크로스헤드의 하면에 설치되는 가압봉과, 상기 가압봉과 상기 크로스헤드 사이에 설치되는 로드셀을 포함할 수 있다. The displacement fixation measuring unit may include a pressure bar provided on the lower surface of the crosshead installed to move up and down on the upper portion of the cell box on the inside of the main body, and a load cell provided between the pressure bar and the crosshead.

그리고, 변위 고정 방식을 사용시에 상기 크로스헤드는 하강 이동하여 특정 위치에 고정됨으로써 상기 가압봉이 상기 상부 냉각판을 가압하도록 할 수 있다. When the displacement fixing system is used, the crosshead is moved downward and fixed to a specific position, so that the pressure rod can press the upper cooling plate.

또한, 상기 변위 비고정 측정부는 본체의 상면 중앙에 설치되는 실린더와, 상기 본체의 상면을 관통하여 상기 실린더에서 인입출 가능하도록 설치되어 단부가 상기 크로스헤드와 접촉되는 실린더로드를 포함할 수 있다. The displacement unfixed measurement unit may include a cylinder installed at the center of the upper surface of the main body, and a cylinder rod penetrating the upper surface of the main body so as to be pulled in and out of the cylinder and having an end contacted with the crosshead.

아울러, 상기 실린더의 일측에는 압력센서를 구비하여 상기 실린더에서 실린더로드 측으로 가해지는 압력 정도를 확인할 수 있도록 하는 압력계가 설치될 수 있다. In addition, a pressure gauge may be installed on one side of the cylinder to allow the pressure of the cylinder to be measured on the cylinder rod side.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 지반동결 시험장치의 하중재하장치는, 외부 온도에 의한 간섭을 최소화하고, 시험간 팽창에 의해 발생하는 팽창압력 및 팽창변위의 손실을 최소화하여 실제 지반이 동결되는 작용 원리를 유사하게 모사할 수 있는 효과가 있다. As described above, the load-carrying device of the ground freezing test apparatus according to the present invention minimizes the interference due to the external temperature and minimizes the loss of the expansion pressure and the expansion displacement caused by the expansion between the tests, There is an effect that the working principle can be similarly simulated.

또한, 수분을 함유한 토질이 동절기 냉기에 의한 동결로 팽창시에 발생하는 팽창압력 및 팽창변위를 변위 고정 방식 및 변위 비고정 방식의 두 가지 방식으로 각각 측정이 가능하도록 함으로써 팽창압력 및 팽창변위를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다. In addition, it is possible to measure the expansion pressure and the expansion displacement, which occur when the soil containing moisture is expanded by freezing by freezing in the winter season, by the two methods of displacement fixing method and displacement ratio fixing method, There is an effect that can be accurately measured.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상하이동식 다중셀을 이용한 지반동결 시험장치의 구조를 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상하이동식 다중셀을 이용한 지반동결 시험장치의 구조를 도시한 정면도이며,
도 3은 도 1의 상하이동식 다중셀을 이용한 지반동결 시험장치의 냉각부를 분해하여 도시한 분해도이고,
도 4는 도 1의 지반동결 시험장치의 하중재하장치의 구조를 도시한 사시도이며,
도 5는 도 4의 지반동결 시험장치의 하중재하장치의 구조를 도시한 정면도이다. FIG. 1 is a perspective view illustrating a structure of a ground freezing test apparatus using a vertically movable type multi-cell according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a front view showing the structure of a ground freezing test apparatus using a vertically movable type multi-cell according to an embodiment of the present invention,
FIG. 3 is an exploded view of the cooling unit of the ground freezing test apparatus using the vertically movable multi-cell of FIG. 1,
4 is a perspective view showing a structure of a load-carrying device of the ground freezing test apparatus of FIG. 1,
5 is a front view showing a structure of a load-carrying device of the ground freezing test apparatus of FIG.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 지반동결 시험장치의 하중재하장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a load-carrying device of a ground freeze testing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상하이동식 다중셀을 이용한 지반동결 시험장치의 구조를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상하이동식 다중셀을 이용한 지반동결 시험장치의 구조를 도시한 정면도이며, 도 3은 도 1의 상하이동식 다중셀을 이용한 지반동결 시험장치의 냉각부를 분해하여 도시한 분해도이고, 도 4는 도 1의 지반동결 시험장치의 하중재하장치의 구조를 도시한 사시도이며, 도 5는 도 4의 지반동결 시험장치의 하중재하장치의 구조를 도시한 정면도이다. FIG. 1 is a perspective view illustrating a structure of a ground freezing test apparatus using a vertically movable type multi-cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view illustrating a ground freeze test apparatus using a vertically movable multi- FIG. 3 is an exploded view of a cooling unit of a ground freeze testing apparatus using the vertically movable type multi-cell of FIG. 1, and FIG. 4 is an exploded perspective view of the structure of the load- And FIG. 5 is a front view showing a structure of a load-carrying device of the ground freezing test apparatus of FIG.

이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지반동결 시험장치의 하중재하장치는, 수분을 함유한 토질이 동절기 냉기에 의한 동결로 발생하는 동결피해를 모사할 수 있도록 장방 형상으로 형성되어 직립되게 설치되는 본체(100)와; 상기 본체(100)의 내측 중앙에 배치되며 원통 형상의 셀이 내벽(210), 중간벽(220), 외벽(230)으로 다중으로 구비되는 셀통(200)과; 상기 셀통(200)의 상측과 하측에 각각 구비되어 상기 시료의 상부와 하부의 온도를 조절하는 상부 냉각판(310)과, 하부 냉각판(320)으로 이루어지는 냉각부(300)로 구성되는 지반동결 시험장치에서 상기 토질의 팽창압력과 팽창변위를 측정하기 위한 지반동결 시험장치의 하중재하장치(400)로서, 상기 하중재하장치(400)는 상기 본체(100) 내측의 상기 셀통(200) 상부에 승하강 이동 가능하게 설치된 크로스헤드(110)가 특정 위치에 고정된 상태에서 상기 토질의 팽창압력과 팽창변위를 측정하는 변위 고정 측정부와; 상기 크로스헤드(110)가 승하강 이동 가능한 상태에서 상기 토질의 팽창압력과 팽창변위를 측정하는 변위 비고정 측정부를; 포함하여 구성되어 있다. As shown in these drawings, the load-carrying device of the apparatus for freezing the ground according to the embodiment of the present invention is a device in which a soil containing moisture is formed into a rectangular shape so as to simulate freezing damage caused by freezing by cold in winter A main body 100 formed and installed upright; A cell 200 disposed at the center of the inside of the main body 100 and having a plurality of cylindrical cells as an inner wall 210, an intermediate wall 220, and an outer wall 230; An upper cooling plate 310 and a lower cooling plate 320 which are respectively provided on the upper and lower sides of the cell box 200 to adjust the temperatures of the upper and lower parts of the sample, A load-carrying device (400) for a ground freezing test apparatus for measuring the inflation pressure and an expansion displacement of a soil in a test apparatus, the load-carrying device (400) being mounted on the upper part of the cell container A fixed displacement measuring unit for measuring the inflation pressure and the expansion displacement of the soil in a state where the crosshead 110 installed to move up and down is fixed at a specific position; A displacement non-fixed measurement unit for measuring the expansion pressure and the expansion displacement of the soil in a state in which the crosshead 110 can move up and down; .

우선, 본체(100)는 장방 형상으로 형성되어 직립되게 배치되는 부재로서 중앙에 셀통(200)을 안착시킬 수 있는 공간이 마련되어 있으며, 하측 내부에는 모터와 감속기로 구성되는 구동부(120)가 설치되어 있다. First, the main body 100 is formed in a rectangular shape and is disposed upright, and has a space for seating the cell case 200 at the center, and a driving unit 120 including a motor and a speed reducer is installed in a lower side thereof have.

그리고, 본체(100) 내측의 셀통(200)의 상부에는 크로스헤드(110)가 승하강 이동 가능하게 설치되고 하중재하장치(400)는 크로스헤드(110)와 연결되며, 크로스헤드(110)는 본체(100)의 일측에 구비된 구동부(120)와 연결되어 승하강 이동되도록 한다. The crosshead 110 is installed on the upper part of the cell box 200 inside the main body 100 so that the crosshead 110 can move upward and downward while the loader 400 is connected to the crosshead 110, And connected to the driving unit 120 provided at one side of the main body 100 so as to move up and down.

크로스헤드(110)는 하중재하시에 모터를 이용하여 일정한 하중이 시료측으로 재하되도록 하는 부재로서, 변위 고정 방식을 이용시에는 본체(100)와 연결되어 수평을 유지하여 버팀목 역할을 하도록 하고, 변위를 비고정 방식을 이용시에는 시료가 동결되면서 팽창하는 압력에 따른 변위를 수용하여 승강 이동하게 된다. The crosshead 110 is a member that allows a constant load to be loaded on the sample side by using a motor for the lowering of the load. When the displacement fixing system is used, the crosshead 110 is connected to the main body 100 to maintain a horizontal position, When the non-fixed type is used, the sample is frozen and moves up and down by receiving the displacement due to the expanding pressure.

셀통(200)은 원통 형상의 셀을 내벽(210), 중간벽(220), 외벽(230) 총 3단으로 구성하여 내벽(210)의 내부공간에는 시료를 성형하여 넣고, 중간벽(220)과 내벽(210) 사이의 공간에는 부동액을 순환시키고, 외벽(230)과 중간벽(220) 사이의 공간에는 진공을 가하여 셀통(200) 내부의 시료에 부동액의 온도를 유지하면서 외부 온도에 대한 영향을 저감시키는 구조를 갖도록 한다.The cylindrical body is formed by three stages of inner walls 210, an intermediate wall 220 and an outer wall 230 to form a sample in the inner space of the inner wall 210, And the vacuum is applied to the space between the outer wall 230 and the intermediate wall 220 to maintain the temperature of the antifreeze solution in the sample in the cell case 200 while influencing the external temperature To be reduced.

냉각부(300)는 상부 냉각판(310)과 하부 냉각판(320)으로 구성되며, 상부 냉각판(310)은 셀통(200)의 상부에 설치하여 시료 상부의 온도를 조절하게 되고, 하부 냉각판(320)은 셀통(200)의 하부에 설치하여 시료 하부의 온도를 조절할 수 있도록 한다. The cooling unit 300 includes an upper cooling plate 310 and a lower cooling plate 320. The upper cooling plate 310 is disposed on the upper portion of the cell container 200 to adjust the temperature of the upper portion of the sample, The plate 320 is installed under the cell box 200 to adjust the temperature of the lower part of the sample.

셀통(200)의 외측에는 지그결속 스크류(240)가 구비되고, 지그결속 스크류(240)의 하단은 하부 냉각판(320)이 결합된 하부지그(330)에 고정되고 지그결속 스크류(240)의 상부에는 상부 냉각판(310)이 결합된 상부지그(340)가 승하강 이동 가능하게 설치되어 있다. The lower end of the jig binding screw 240 is fixed to the lower jig 330 to which the lower cooling plate 320 is coupled and the lower end of the jig binding screw 240 is fixed to the upper jig 330. [ And an upper jig 340 to which the upper cooling plate 310 is coupled is installed to move upward and downward.

하부지그(330)는 셀통(200)의 직경보다 큰 직경을 갖도록 형성되어 그 판면 중앙을 하부 냉각판(320)이 관통하여 상측으로 돌출되고, 하부 냉각판(320)의 돌출된 영역은 셀통(200)의 내부로 인입되어 시료의 하측과 접촉되도록 한다. The lower jig 330 is formed to have a larger diameter than the diameter of the cell box 200. The center of the plate is protruded upward through the lower cooling plate 320, 200 so as to be brought into contact with the lower side of the sample.

그리고, 상부지그(340)도 마찬가지로 셀통(200)의 직경보다 큰 직경을 갖도록 형성되어 그 판면 중앙을 상부 냉각판(320)이 관통하여 하측으로 돌출되고, 하부 냉각판(320)의 돌출된 영역은 셀통(200)의 내부로 인입되어 시료의 상측과 접촉되도록 한다. The upper jig 340 is also formed to have a larger diameter than the diameter of the cell box 200. The center of the plate is protruded downward through the upper cooling plate 320, Is brought into contact with the upper side of the sample.

한편, 하중재하장치(400)는 셀통(200) 상부의 본체(100)에 설치되어 동결된 상기 시료 측으로 하중이 가해지도록 하는 역할을 한다. On the other hand, the load-carrying device 400 is installed in the main body 100 on the upper part of the cell container 200 and serves to load the sample on the frozen sample side.

이러한 하중재하장치(400)의 변위 고정 측정부는 크로스헤드(110)의 하면에 설치되는 가압봉(410)과, 가압봉(410)과 크로스헤드(110) 사이에 설치되는 로드셀(420)을 포함하여 구성된다. The fixed displacement measuring unit of the load-bearing device 400 includes a pressure bar 410 installed on a lower surface of the crosshead 110 and a load cell 420 installed between the pressure bar 410 and the crosshead 110 .

가압봉(410)은 크로스헤드(110)가 하측으로 이동시에 가압봉(410)의 단부가 상부냉각판(310)의 상면과 접촉되어 상부냉각판(310)을 누름으로써 상부냉각판(310)이 시료를 가압할 수 있도록 한다. The pressing rod 410 contacts the upper surface of the upper cooling plate 310 by pressing the upper cooling plate 310 when the end of the pressing rod 410 contacts the upper surface of the upper cooling plate 310 when the cross head 110 moves downward, Allow this sample to be pressurized.

로드셀(420)은 하중계의 일종으로 외부로부터 가해지는 힘(하중)에 비례한 전압이나 압력에 의해 변환하는 변환기로서, 전기저항변형 게이지식, 유압식, 기압식 등이 있으나 일반적으로 변형게이지식이 널리 쓰인다. The load cell 420 is a type of load cell which is a transducer that converts by a voltage or a pressure proportional to a force (load) externally applied. The load cell 420 is an electric resistance strain gauges, a hydraulic type, a pneumatic type, It is used.

상기 변형게이지식 로드셀은 무게를 받으면 탄성 변형하는 곳에 전기저항변형 게이지를 접착하여 브리지를 구성시켜 무게에 비례한 전압으로 변환할 수 있게끔 되어 있으며 정밀도, 직선성, 응답성이 좋고 소형이며 원격측정이나 기록하기가 쉽다는 특징을 갖는다. The strain gauged load cell is constructed by attaching an electric resistance strain gauge to a bridge where it is elastically deformed when it receives a weight, so that it can be converted into a voltage proportional to the weight. It is good in precision, It is easy to record.

이러한 로드셀(420)은 변위 고정 방식을 사용시에 시료의 동결에 의한 팽창압력을 측정하는데 사용된다. The load cell 420 is used to measure the expansion pressure due to the freezing of the sample when using the displacement fixing method.

그리고, 하중재하장치(400)의 변위 비고정 측정부는 본체(100)의 상면 중앙에 설치되는 실린더(430)와, 본체(100)의 상면을 관통하여 실린더(430)에서 인입출 가능하도록 설치되어 단부가 크로스헤드(110)와 접촉되는 실린더로드(440)를 포함하여 구성된다. The displacement non-fixed measurement unit of the load-bearing device 400 is installed to be able to pull in and out from the cylinder 430 through the upper surface of the main body 100 and the cylinder 430 installed at the center of the upper surface of the main body 100 And a cylinder rod 440 whose end is in contact with the crosshead 110.

이러한 실린더(430)와 실린더로드(440)는 변위 비고정 방식을 사용시에 크로스헤드(110) 상단에 위치시켜 시료의 동결에 따른 팽창에 의한 변위 발생시에 입력한 하중 이외의 팽창압만큼 크로스헤드(110)가 이동하도록 실린더(430) 내부의 압력을 조절하여 일정한 하중이 유지되도록 하는 역할을 한다. The cylinder 430 and the cylinder rod 440 are positioned at the upper end of the crosshead 110 at the time of using the displacement unlocking system so that when the displacement due to the expansion due to the freezing of the sample occurs, 110 are moved so that a constant load is maintained by controlling the pressure inside the cylinder 430. [

그리고, 실린더(430)의 일측에는 압력센서(450)를 구비하여 실린더(430)에서 실린더로드(440) 측으로 가해지는 압력 정도를 확인할 수 있도록 하는 압력계(460)가 설치되어 있다. A pressure gauge 460 is provided at one side of the cylinder 430 so as to check the degree of pressure applied to the cylinder rod 440 side by the pressure sensor 450.

압력센서(450)와 압력계(460)는 상술한 실린더(430)와 실린더로드(440)을 이용하여 변위 비고정 방식을 사용시에 시료의 팽창압력을 측정하는데 사용된다. The pressure sensor 450 and the pressure gage 460 are used to measure the expansion pressure of the sample when the displacement ratio fixing method is used by using the cylinder 430 and the cylinder rod 440 described above.

본체(100)의 일측에는 상기 시료의 상태를 표시하는 터치스크린(510)과, 상기 시료에 가해지는 압력을 표시하는 압력표시부(520)와, 상기 시료에 가해지는 하중을 표시하는 하중표시부(530)를 구비한 제어판넬(500)이 설치되어 있다. A pressure display unit 520 for displaying a pressure applied to the sample, a load display unit 530 for displaying a load applied to the sample, A control panel 500 is provided.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 지반동결 시험장치를 이용한 지반동결 시험방법은 다음과 같다. The ground freezing test method using the ground freeze testing apparatus according to the present invention having the above-described configuration is as follows.

우선, 하부 냉각판(320)을 본체(100)의 저부면에 고정시키고, 하부 냉각판(320)에 셀통(200)을 설치한다.First, the lower cooling plate 320 is fixed to the bottom surface of the main body 100, and the cell box 200 is installed in the lower cooling plate 320.

그리고, 셀통(200) 내부에 다짐도와 포화도에 따라 시료를 성형하고, 내부에 온도 및 부동수분 센서를 설치한다.Then, the sample is molded in the cell container 200 according to the degree of compaction and the degree of saturation, and a temperature and floating moisture sensor is installed inside.

그 후, 상부 냉각판(310)을 셀통(200)에 삽입하고, 셀통(200) 하부의 물주입구부터 셀통(200) 상부의 배수구로 물을 천천히 통과시켜 시료를 포화시키거나 일정한 높이까지 지하수위를 형성시킨다.Thereafter, the upper cooling plate 310 is inserted into the cell box 200, water is slowly passed through the water inlet of the lower part of the cell box 200 to the upper part of the cell box 200 to saturate the sample, .

이 때, 실험조건에 따라 물을 지속적으로 주입하는 개방형과 초기 포화도 및 수위조건만으로 실험을 하는 폐합형의 실험이 있는데 두 가지 경우를 모두 모사할 수 있다.In this case, we can simulate both cases of open type which injects water continuously according to experimental condition, and closed type experiment which experiment only with initial saturation and water level conditions.

그리고, 셀통(200) 측면 단열을 위하여 시료를 성형한 셀통(200)의 내벽(210)과 중간벽(220) 사이의 공간에는 4 ℃의 부동액을 충진하고, 중간벽(220)과 외벽(230) 사이의 공간에는 진공이 형성하도록 한다.The space between the inner wall 210 and the intermediate wall 220 of the cell 200 in which the sample is molded for inserting the side walls of the cell box 200 is filled with an antifreeze of 4 ° C and the intermediate wall 220 and the outer wall 230 ) In the vacuum space.

그 후, 상부 냉각판(310)와 하부 냉각판(320)의 온도도 4 ℃로 세팅하고, 크로스헤드(110)를 이동시켜 가압봉(410)을 셀통(200) 상단에 위치시키고 하중을 재하한다.Thereafter, the temperature of the upper cooling plate 310 and the lower cooling plate 320 is also set to 4 DEG C, the crosshead 110 is moved to place the pressure bar 410 at the upper end of the cell box 200, do.

그리고, 상부냉각 또는 하부냉각 시험에 따라서 한 방향의 냉각판 온도를 10℃ 또는 원하는 온도로 설정하여 시험을 수행한다.Then, according to the upper cooling or lower cooling test, the cooling plate temperature in one direction is set to 10 ° C or a desired temperature to perform the test.

시료 높이가 20cm의 경우 4 ℃에서 -10 ℃까지 약 13시간이 소요되며, 동결과 융해 반복 시험 시 5일간 시험을 수행함으로써 지반동결 시험장치를 이용한 지반동결 시험이 완료된다. When the sample height is 20cm, it takes about 13 hours from 4 ℃ to -10 ℃ and the ground freezing test using the ground freeze testing device is completed by performing the test for 5 days in the freezing and melting repeated test.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 지반동결 시험장치는 시료의 팽창에 의하여 이루어진 항온조절부의 냉각셀 혹은 진공셀이 파손되는 문제점을 해결하고 시료의 변형을 허용하기 위하여 셀의 상하부를 고정하지 않고 시험대상물이 팽창시 팽창변위에 따라 상하로 슬라이딩 되도록 하는 것이 바람직하다. The apparatus for freezing the ground according to the present invention having such a structure solves the problem that the cooling cell or the vacuum cell of the constant temperature regulating unit formed by the expansion of the specimen is broken and the upper and lower parts of the cell are not fixed, It is preferable to slide up and down along the expansion side at the time of inflation.

이 때, 토조 벽면의 길이는 시료의 변위를 허용할 수 있도록 충분히 길게 제작하며 시료 내에 포함된 물이 압력으로 인하여 항온조절부와 냉각부의 접촉면 사이로 유출되는 것을 방지하기 위하여 단열판과 냉각판에 오링 등의 방수처리를 하면서도 마찰이 최소화되도록 제작한다.At this time, the length of the wall of the wall is long enough to allow the displacement of the sample, and the water contained in the sample is prevented from flowing out between the wall of the heating chamber and the cooling part due to the pressure, It is manufactured to minimize friction while waterproofing.

그리고, 항온조절 및 단열을 위하여 셀 벽면의 내측에 온도 조절이 가능한 부동액이 순환하는 냉각셀을 두고, 외측에 진공상태의 진공셀을 두는 3중셀의 구조로 토조를 형성하는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that a cooling cell in which an anti-freezing liquid capable of temperature control is disposed inside the cell wall for constant temperature control and insulation, and a three-cell structure in which a vacuum cell is placed outside the cell.

이에 따라 외부의 온도 영향을 최소화하고 순간적인 외부 온도 변화에도 시료 온도의 상하승을 방지하도록 제작한다. Thus, the influence of the external temperature is minimized and the sample temperature is prevented from rising and falling even when the external temperature changes instantaneously.

또한, 항온조절부의 재질은 외부로부터 육안 관찰이 가능하도록 투명한 재질의 강화 아크릴, 강화 유리 등의 팽창압력을 버틸 수 있는 소재를 사용하는 것이 효과적이다. It is effective to use a material which can withstand the expansion pressure of reinforced acrylic, tempered glass or the like made of transparent material so that the thermostatic control part can be visually observed from the outside.

아울러, 기존 동상장치와 같이 토조 상부에는 하중과 변위를 제어할 수 있는 시스템을 구성하고 상하부에 온도제어장치를 설치하며, 시료의 동결 시 수분을 흡수할 수 있는 물공급장치를 설치한다. 이에 더하여 시료 내부에 함수비 센서를 추가하여 동결과정에서 부동수분 변화를 측정할 수 있도록 한다. In addition, a system capable of controlling the load and displacement is constructed on the upper part of the trench as in the case of a conventional coin type device, a temperature control device is installed on the upper and lower sides, and a water supply device capable of absorbing moisture when the sample is frozen is installed. In addition, a water content sensor is added to the inside of the sample to measure the change of the floating water during the freezing process.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It is to be understood that both the technical idea and the technical spirit of the invention are included in the scope of the present invention.

100 : 본체 110 : 크로스헤드
120 : 구동부 200 : 셀통
210 : 내벽 220 : 중간벽
230 : 외벽 240 : 지그결속 스크류
300 : 냉각부 310 : 상부냉각판
320 : 하부냉각판 400 : 하중재하장치
410 : 가압봉 420 : 로드셀
430 : 실린더 440 : 실린더로드
450 : 압력센서 460 : 압력계
500 : 제어판넬 510 : 터치스크린
520 : 압력표시부 530 : 하중표시부100: main body 110: crosshead
120: driving part 200:
210: inner wall 220: middle wall
230: outer wall 240: jig binding screw
300: cooling section 310: upper cooling plate
320: Lower cooling plate 400: Loading device
410: pressure rod 420: load cell
430: cylinder 440: cylinder rod
450: pressure sensor 460: pressure gauge
500: control panel 510: touch screen
520: pressure display part 530: load display part

Claims (5)

수분을 함유한 토질이 동절기 냉기에 의한 동결로 발생하는 동결피해를 모사할 수 있도록 장방 형상으로 형성되어 직립되게 설치되는 본체(100)와; 상기 본체(100)의 내측 중앙에 배치되며 원통 형상의 셀이 내벽(210), 중간벽(220), 외벽(230)으로 다중으로 구비되는 셀통(200)과; 상기 셀통(200)의 상측과 하측에 각각 구비되어 상기 시료의 상부와 하부의 온도를 조절하는 상부 냉각판(310)과, 하부 냉각판(320)으로 이루어지는 냉각부(300)로 구성되는 지반동결 시험장치에서 상기 토질의 팽창압력과 팽창변위를 측정하기 위한 지반동결 시험장치의 하중재하장치(400)로서,
상기 하중재하장치(400)는 상기 본체(100) 내측의 상기 셀통(200) 상부에 승하강 이동 가능하게 설치된 크로스헤드(110)가 특정 위치에 고정된 상태에서 상기 토질의 팽창압력과 팽창변위를 측정하는 변위 고정 측정부와;
상기 크로스헤드(110)가 승하강 이동 가능한 상태에서 상기 토질의 팽창압력과 팽창변위를 측정하는 변위 비고정 측정부를;
포함한 것을 특징으로 하는 지반동결 시험장치의 하중재하장치.A main body 100 formed in a rectangular shape and installed upright so as to simulate freezing damage caused by freezing by cold in the winter season; A cell 200 disposed at the center of the inside of the main body 100 and having a plurality of cylindrical cells as an inner wall 210, an intermediate wall 220, and an outer wall 230; An upper cooling plate 310 and a lower cooling plate 320 which are respectively provided on the upper and lower sides of the cell box 200 to adjust the temperatures of the upper and lower parts of the sample, A load-carrying device (400) for a ground freezing test apparatus for measuring an expansion pressure and an expansion displacement of a soil in a testing apparatus,
The load-carrying device 400 has a structure in which the crosshead 110 mounted on the upper portion of the cell box 200 inside the main body 100 is fixed at a specific position and the inflation pressure and the expansion displacement of the cross- A fixed displacement measurement unit for measuring the displacement;
A displacement non-fixed measurement unit for measuring the expansion pressure and the expansion displacement of the soil in a state in which the crosshead 110 can move up and down;
And the load-bearing device of the ground freezing test apparatus. 제1항에 있어서,
상기 변위 고정 측정부는 상기 본체(100) 내측의 상기 셀통(200) 상부에 승하강 이동 가능하게 설치된 크로스헤드(110)의 하면에 설치되는 가압봉(410)과, 상기 가압봉(410)과 상기 크로스헤드(110) 사이에 설치되는 로드셀(420)을 포함한 것을 특징으로 하는 지반동결 시험장치의 하중재하장치.The method according to claim 1,
The displacement fixation measuring unit includes a pressure bar 410 installed on the lower surface of the crosshead 110 mounted on the upper portion of the cell box 200 inside the main body 100 so as to move up and down, And a load cell (420) installed between the crossheads (110). 제2항에 있어서,
변위 고정 방식을 사용시에 상기 크로스헤드(110)는 하강 이동하여 특정 위치에 고정됨으로써 상기 가압봉(410)이 상기 상부 냉각판(310)을 가압하도록 하는 것을 특징으로 하는 지반동결 시험장치의 하중재하장치.3. The method of claim 2,
The crosshead 110 moves down and is fixed at a specific position when the displacement fixing system is used so that the pressure rod 410 presses the upper cooling plate 310. [ Device. 제1항에 있어서,
상기 변위 비고정 측정부는 본체(100)의 상면 중앙에 설치되는 실린더(430)와, 상기 본체(100)의 상면을 관통하여 상기 실린더(430)에서 인입출 가능하도록 설치되어 단부가 상기 크로스헤드(110)와 접촉되는 실린더로드(440)를 포함한 것을 특징으로 하는 지반동결 시험장치의 하중재하장치. The method according to claim 1,
The displacement unfixed measurement unit includes a cylinder 430 installed at the center of the upper surface of the main body 100 and a cylinder 430 installed at the upper end of the main body 100 so as to be capable of being drawn in and out of the cylinder 430, And a cylinder rod (440) which is in contact with the load (110). 제4항에 있어서,
상기 실린더(430)의 일측에는 압력센서(450)를 구비하여 상기 실린더(430)에서 실린더로드(440) 측으로 가해지는 압력 정도를 확인할 수 있도록 하는 압력계(460)가 설치된 것을 특징으로 하는 상하이동식 다중셀을 이용한 지반동결 시험장치.5. The method of claim 4,
And a pressure gauge 460 is provided at one side of the cylinder 430 to detect the degree of pressure applied to the cylinder rod 440 side of the cylinder 430. [ Freeze Test System Using Cells.
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