KR101064655B1

KR101064655B1 - 하향식 탄성파 시험을 위한 가진 장치 및 이를 이용한 하향식 탄성파 시험 방법

Info

Publication number: KR101064655B1
Application number: KR1020110049743A
Authority: KR
Inventors: 선창국
Original assignee: 한국지질자원연구원
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2031-05-25
Also published as: US8689929B2; US20130284533A1; US20120298440A1; JP2012247408A; JP5300926B2

Abstract

본 발명은 지반에 설치되어 효율적이고 정확한 탄성파 발현이 가능하며, 필요에 따라 분리휴대 및 현장 고정설치가 가능한 하향식 탄성파 시험을 위한 가진 장치로서 기존의 지하수위 관측공을 통해 하향식 탄성파 시험을 수행할 수 있도록 하는 것으로, 가진 망치; 일측이 상기 가진 망치에 연결되며 타측을 중심으로 상기 가진 망치를 회전시키는 거치대; 상기 거치대의 타측을 회동 가능하게 상부 말단에 결합시켜 상기 가진 망치 및 거치대를 특정 높이에서 지지하는 지지대; 및 상기 지지대를 상측면 상에서 기립시키며, 회전하는 상기 가진 망치에 의해 타격되어 탄성파를 발현시키는 가진원; 을 포함하며, 상기 지지대의 하부 말단에는 상기 가진원의 상측면에 형성된 지지대용 홈에 삽탈 가능한 고정부가 형성되어 상기 지지대, 거치대 및 가진 망치와 상기 가진원의 분리가 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

하향식 탄성파 시험을 위한 가진 장치 및 이를 이용한 하향식 탄성파 시험 방법{EXCITATION DEVICE AND DOWNHOLE SEISMIC TEST METHOD USING IT}

본 발명은 하향식 탄성파 시험을 위한 가진(加振) 장치 및 이를 이용한 하향식 탄성파 시험 방법에 관한 것으로, 지반에 설치되어 효율적이고 정확한 탄성파 발현이 가능하며, 필요에 따라 분리휴대 및 현장 고정설치가 가능한 하향식 탄성파 시험을 위한 가진 장치 및 이를 이용한 하향식 탄성파 시험 방법에 관한 것이다.

인류의 생존 기반이자 국가 산업 기반의 근본 요소인 물의 효율적 관리를 위하여 댐, 저수지, 방조제, 제방 등과 같은 구조물은 철근콘크리트로도 조성될 수 있으나, 주로 토사나 암석과 같은 지반 재료의 축조를 통해 성토 구조물의 형태로 조성된다.

지반 재료로 조성된 이 성토 구조물의 정상부는 통행이나 관광의 목적 외에도 침식, 풍화, 침투수 등과 같은 요인으로부터 성토체를 보호하기 위하여 단순 지반 재료로 방치하기 보다는 주로 일반적인 아스팔트나 콘크리트 또는 연성을 갖는 특수 재료로 포장되거나 다양한 형태나 크기의 블록(block)으로 보호된다. 치수를 위한 성토 구조물은 그 안정성이나 기능적 측면에서 내부 지하수위의 변화와 매우 긴밀한 관계를 보이게 되는데, 이러한 이유로 정상부의 중요 지점들에 지하수위 변화를 주기적으로 확인하기 위한 지하수위 관측공을 설치하여 운영하게 된다.

뿐만 아니라 도심 내 대형 건축물이나 구조물의 기초 조성 또는 지하공간 조성을 위한 대규모 및 대심도 굴착이 빈번하게 이루어지고 있으며, 굴착 시 주변 지반에 대해 여러 종류의 계측을 주기적으로 수행하여 인접 구조물에 대한 안정 여부를 지속적으로 분석하게 된다. 이 경우에서도 이미 도시화에 따라 지표면이 대부분 포장되어 있는 굴착 주변 지반에 대해 위치별로 다양한 지하수위 관측공 설치 운영을 수행하게 된다. 지하수위 변화의 정기적 계측을 통해 굴착에 따른 주변 지반의 영향 정도를 다양한 관점에서 파악할 수 있으므로, 여러 계측 대상 중에서도 지하수위 변화 계측은 매우 중요한 항목으로 고려되어 적용되고 있다.

일반적으로 치수 관련 성토 구조물이나 지반 굴착에 관한 설계는 지반공학이나 수공학 관점에서 목적 및 성능 확보 연한을 고려하여 가장 합리적으로 이루어진다. 그렇다 할지라도 대상 구조물이나 그 주변 지반 및 구조물의 안정성은 시공 과정이나 재료, 설계 고려 요인의 비정상적 변화, 내외부의 예측하지 못한 영향 요인 등으로 인해 시간적 흐름에 따라 변화될 수 있다.

이러한 측면에서 성토 구조물이나 굴착 주변 지반의 상태에 대한 정기적이고 지속적인 계측은 반드시 필요하다. 특히, 치수 관련 성토 구조물이나 지하수위가 굴착 저면 보다 높은 표고에 존재하는 굴착 주변 지반은 지표면 아래의 지하수 변화 정도나 이차적 유발 영향으로 인해 내부 구성 재료인 지반의 공학적 특성이 점진적으로 또는 급격하게 달라질 수 있다. 지반 재료 특성의 변화는 구조물의 국부적 또는 전체적 안정성에 직결되는데, 그 중에서도 최근 국내외적으로 중요하게 고려되고 있는 재료 특성 중의 한가지가 바로 미소변형률 수준에서의 동적 강성인 정량적 탄성파(elastic wave) 특성으로서의 체적파속도(body wave velocities)이다.

지반 재료는 간극유체의 거동을 고려한 유효 응력에 대한 거동이 매우 중요하므로, 압축파속도(compressional wave velocity, V _P )와 전단파속도(shear wave velocity, V _S )로 구성되는 체적파속도 중에서도 전단파속도(V _S )가 주요 인자로 고려되고 있다. 이러한 측면에서 전단파속도에 관한 주기적이고 지속적인 계측을 통한 대상 지반 재료의 안정성 평가가 유용한 지반공학적 기법으로 체계화되어야 한다.

그럼에도 불구하고, 안정성이 확보되어야 하는 대부분의 지반 재료에서는 전단파속도의 주기적이고 지속적인 계측 평가는 전혀 고려되지 않고 있다. 또한, 대상 구조물에 대한 전체 안정성 평가 과정에서 지표면에서의 비파괴 탄성파 시험과 같은 제한적 조건의 현장 탄성파 시험을 우선 고려하여 비정기적 상황의 재료에 대한 전단파속도 분포를 확인하는 상황이 보편적이다.

일반적으로 심도 증가에 따른 전단파속도 분포를 결정하는 기법들 중에서 지표면에서 이루어지는 표면파 기법에 비해 시추공(borehole)을 조성하여 수행되는 시추공 탄성파 기법(borehole seismic methods)이 더 신뢰도가 높으며, 특히 도 1의 개요도로 묘사한 하향식 탄성파 시험(downhole seismic test)은 시추공간 탄성파 시험(crosshole seismic test)에 비해 경제적이고 상대적으로 효율적이므로 여러 지반공학 관련 분야에서 활발하게 적용되고 있다.

도 1을 참조하면, 이러한 하향식 탄성파 시험은 지표면에 육면체 형상의 통나무와 같은 가진원(source)(加振源)(10)을 설치하고 지표면으로부터 심도 증가에 따른 연직 방향의 시추공(40)을 형성하고 그 내부에 감진 수신기(receiver)(50)를 하나 또는 여러 개 설치하여 시험 준비를 한다. 시험은 깊이 변화에 따라 수신기(50)의 위치를 변화시켜 가며 지표면에서 가진한 탄성파 신호를 획득하는 과정으로 현장에서 시험을 수행한다. 여기에서 가진원(10)과 연결된 초동 확인 장치(20)로부터 가진을 확인한 지상의 동적신호 획득장치(30)에서는 시추공(40) 내 수신기(50)로부터 탄성파 신호를 획득하게 된다.

현장에서 획득한 깊이별 탄성파 획득 신호를 몇 단계의 과정을 통해 분석 연산하여 깊이 증가에 따른 전단파속도 분포를 결정하게 되는데(선창국, 김홍종, 정종홍, 정경자, 2006, "국내 퇴적 지반의 전단파 속도 평가를 위한 탄성파 피에조콘 관입 시험의 종합적 활용", 물리탐사, 제9권, 제3호, pp. 207-224.), 전단파속도의 시간적 및 공간적 차이에 따른 정량적 변화를 토대로 대상 구조물의 상태 변화 및 그에 따른 영향 요인으로서의 구조물 안정성 평가를 진행할 수 있다.

본 발명의 목적은 분리 및 조립이 간편하게 이루어져 휴대운반이 용이한 하향식 탄성파 시험을 위한 가진 장치 및 이를 이용한 하향식 탄성파 시험 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 주기적인 시험이 필요한 시험 지반에 고정 설치가 가능하고 지속적인 상태 평가를 위해 해당 고정 위치에 설치고정된 상태에서 해당 지반이 정상 기능을 수행할 수 있도록 하는 하향식 탄성파 시험을 위한 가진 장치 및 이를 이용한 하향식 탄성파 시험 방법을 제공하는 것이다. 특히 원지반 내에 기준홈을 마련해 가진원의 절대 위치를 동일하게 확보할 수 있도록 하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 탄성파 발현시 탄성파의 방향성을 확보하고 발현 에너지를 극대화할 수 있는 하향식 탄성파 시험을 위한 가진 장치 및 이를 이용한 하향식 탄성파 시험 방법을 제공하는 것이다. 또한 이 발현 에너지 크기의 다변화가 가능해 다목적의 시험 데이터를 얻을 수 있도록 하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존의 지하수위 관측공을 활용함으로써 별도의 시험공 조성이 필요 없고 폐공의 필요가 없으며, 동일 공간 위치에서 지하수위 변화와 함께 전단파속도 및 압축파속도의 정량적 분포 변화를 복합 분석할 수 있어서 대상 지반의 안정성 평가 신뢰도를 획기적으로 증진시킬 수 있는 하향식 탄성파 시험을 위한 가진 장치 및 이를 이용한 하향식 탄성파 시험 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위한 수단으로, 가진 망치; 일측이 상기 가진 망치에 연결되며 타측을 중심으로 상기 가진 망치를 회전시키는 거치대; 상기 거치대의 타측을 회동 가능하게 상부 말단에 결합시켜 상기 가진 망치 및 거치대를 특정 높이에서 지지하는 지지대; 및 상기 지지대를 상측면 상에서 기립시키며, 회전하는 상기 가진 망치에 의해 타격되어 탄성파를 발현시키는 가진원; 을 포함하며, 상기 지지대의 하부 말단에는 상기 가진원의 상측면에 형성된 지지대용 홈에 삽탈 가능한 고정부가 형성되어 상기 지지대, 거치대 및 가진 망치와 상기 가진원의 분리가 가능한 것을 특징으로 하는 가진 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 가진원의 하측면에는 전달 쐐기의 탈착을 위한 내입틀이 형성되며, 해당 전달 쐐기의 머리 부분은 상기 내입틀에 삽입되고 선단 부분은 원지반 내에 직접 삽입되거나 원지반 내의 쐐기 기준홈에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 지지대는 ㄱ자 형으로 구성되어 가진 망치의 가진원 측면 타격을 위한 회전 공간을 확보하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 가진원은 목재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 내입틀 및 전달 쐐기는 철재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 가진원은 직육면체의 형상을 가지며, 폭이 30cm 내지 50cm 이고, 높이가 20cm 내지 40cm 이며, 길이가 50cm 내지 80cm 인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 지지대용 홈의 깊이는 해당 가진원의 높이의 1/3 인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 내입틀은 해당 가진원의 끝단으로부터 가진원 길이의 1/4 되는 지점에 형성되며, 내입틀의 깊이는 해당 가진원의 높이의 1/3 인 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 원지반 상부와 보호층을 굴착 제거하여 설치 공간을 확보하는 단계; (b) 상기 설치 공간에 전술한 특징들 중 어느 하나의 특징을 갖는 가진 장치를 설치하는 단계; (c) 지하수위 관측공에 감진용 수신기를 설치하고 상기 가진 장치로부터 발생된 탄성파 신호를 획득하여 하향식 탄성파 시험을 수행하는 단계; 및 (d) 시험 완료 후, 상기 가진 장치를 회수하고 해당 설치 공간에 덮개 블록을 삽입하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성파 시험 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 보호층은 지표 포장 재료를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 설치 공간은 지하수위 관측공과 직교하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 설치 공간의 연직 방향의 면에는 신축 재질의 경계 블록이 설치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 덮개 블록의 상부 표면에는 손잡이가 설치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 설치 공간의 원지반에는 쐐기 기준 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 쐐기 기준 홈은 목재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 가진 장치의 분리 및 조립이 간편하게 이루어져 휴대운반이 용이하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한 주기적인 시험이 필요한 시험 지반에 고정 설치가 가능하여 지속적인 상태 평가를 위해 해당 고정 위치에 설치고정된 상태에서 해당 지반이 정상 기능을 수행할 수 있도록 하는 효과도 있다. 특히 원지반 내에 기준홈을 마련해 가진원의 절대 위치를 동일하게 확보할 수 있어 시험 데이터의 신뢰도를 높일 수 있는 효과도 있다.

또한 탄성파 발현시 탄성파의 방향성을 확보하고 발현 에너지를 극대화할 수 있으며, 이 발현 에너지 크기의 다변화가 가능해 다목적의 시험 데이터를 얻을 수 있게 되는 효과도 있다.

또한 기존의 지하수위 관측공을 활용함으로써 별도의 시험공 조성이 필요 없고 폐공의 필요가 없으며, 동일 공간 위치에서 지하수위 변화와 함께 전단파속도 및 압축파속도의 정량적 분포 변화를 복합 분석할 수 있어서 대상 지반의 안정성 평가 신뢰도를 획기적으로 증진시킬 수 있는 효과도 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 하향식 탄성파 시험 방식을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가진 장치를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가진 장치의 덮개 블록을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하향식 탄성파 시험 방법을 설명하기 위한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

대상 성토 구조물은 대부분 구성 재료의 침식이나 풍화를 방지하기 위하여 정상부(crest)의 표층을 포장하거나 보호 또는 여러 관점의 성능 확보를 위한 블록 시공을 하게 된다. 또 다른 대상인 굴착 주변 지반 역시 이미 표층이 포장되어 있거나 보도블록 등으로 지표면 가공 처리가 된 상태가 일반적이다. 이런 이유로 대체로 원지반 재료 위에는 보조 기층이 존재하고 그 위에 기층이 조성되며, 기층 위에는 아스콘 포장, 연성 재료 포장, 보도 블록 등과 같은 표층이 존재하게 된다. 지반 재료 표면이 포장이나 가공 블록을 포함한 추가 조성 재료들로 처리되어 있는 상태에서 지반 재료를 포함한 대상 시설과 그 주변의 지속적 안정성 파악 예측을 위하여, 공학적으로 중요한 위치에 지표면부터 소정의 심도까지 지하수위 관측공을 설치하고 정기적인 지하수위 계측을 수행하게 된다.

본 발명에서는 지반 재료의 보호나 상용 목적으로 구성된 지반 재료 상부의 추가 구성 부분들(표층, 기층, 보조 기층)을 관통하고 원지반에 설치될 하향식 탄성파 시험용 가진 장치를 도 2와 같이 구성한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가진 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 가진 장치는 타격을 가하기 위한 가진 망치(110), 상기 가진 망치(110)에 회전력을 제공하기 위한 거치대(120), 상기 가진 망치(110) 및 거치대(120)를 일정 높이에서 지지하는 지지대(130), 상기 가진 망치(110)에 의해 타격되어 탄성파를 발현시키는 가진원(140) 및 상기 가진원(140)에 일측이 삽입되고 타측이 지반에 삽입되어 탄성파를 지반 내로 전달하는 전달 쐐기(150)을 포함하여 구성된다.

기본적으로 도 2의 (a)는 상술한 가진 망치(110), 거치대(120) 및 지지대(130)의 구성 및 동작을 설명하기 위한 측면도이고, 도 2의 (b)는 가진원(140)의 구성을 설명하기 위한 평면도이고, 도 2의 (c)는 가진원(140) 및 전달 쐐기(150)의 구성을 설명하기 위한 측단면도이며, 도 2의 (d)는 가진원(140) 및 전달 쐐기(150)의 구성을 설명하기 위한 저면도이다.

도 2의 (a)를 참조하면, 우선 지지대(130)는 하부 말단에 상기 가진원(140)의 지지대용 홈(141)에 삽입되어 고정될 수 있는 고정부(131)를 가지며, 상부 말단에는 거치대(120)의 일측이 고정설치되게 된다.

여기에서 이러한 지지대(130)는 상기 거치대(120) 및 이에 연결되는 가진 망치(110)를 일정한 높이에서 유지시키고 동시에 해당 가진 망치(110)의 타격회전을 위한 공간을 확보하기 위한 것으로, 바람직하게는 해당 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 전체적으로 ㄱ자 형으로 구성될 수 있으며 상부 말단에는 거치대(120)의 일측이 고정설치되고 하부 말단에는 상기 가진원(140)의 지지대용 홈(141)에 삽입되어 고정될 수 있는 고정부(131)가 형성되게 된다. 여기에서 이러한 고정부(131)는 상기 지지대용 홈(141)에 쉽게 삽탈 가능하여, 지지대(130), 거치대(120) 및 가진 망치(110)의 휴대를 위해 가진원(140)과 지지대(130)의 분리가 용이하게 이루어지게 된다.

한편, 상기 거치대(120)는 상술한 바와 같이 일측이 상기 지지대(130)의 상부 말단에 고정설치되고 타측은 자유단으로서 상기 가진 망치(110)와 연결된다. 따라서 상기 거치대(120)의 일측은 지지대(130)와 연결된 상태에서 회전축으로 작용하고, 타측은 해당 회전축을 중심으로 자유회전하게 된다.

이때, 상기 거치대(120)의 일측은 회전축으로서 작용 가능하도록 힌지 구조로 구성될 수 있으며, 선택적으로 거치대(120)의 회동각(즉, 가진 망치(110)의 회동각)을 측정할 수 있는 별도의 각도계가 함께 구비될 수 있다. 이러한 거치대(120)의 회전 각도는 1° 내지 180°의 범위 내에서 이루어질 수 있다.

한편, 상기 가진 망치(110)는 일측이 상기 거치대(120)의 자유단에 연결되어 고정되며 이러한 해당 거치대(120)의 자유회전에 따라 타측의 망치 머리부가 회동가능하게 구성된다.

상술한 가진 망치(110), 거치대(120) 및 지지대(130)의 구성은 한 쌍(2 조)으로 구성될 수 있다.

다음으로 도 2의 (a), (b) 및 (c)를 참조하면, 본 발명의 가진원(140)은 전체적으로 직육면체의 형상을 가지며, 바람직하게는 그 폭을 30cm 내지 50cm 정도로 제작하고 높이는 20cm 내지 40cm 정도로 그리고 길이는 50cm 내지 80cm 정도로 제작하는 것이 시험 수행 능력도 원만하고 휴대 운반 성능이나 제작 효율성에서 유리하다.

여기에서 이러한 가진원(140)은 통나무 목재로 제작될 수 있다.

이러한 가진원(140)의 상측면(도 2의 (a) 및 (b) 참조)에는 상기 지지대(130)의 고정부(131)를 삽입시켜 고정할 수 있는 지지대용 홈(141)이 양측 단부측에 각각 형성된다. 이때 이러한 지지대용 홈(141)의 깊이는 해당 가진원(140)의 높이의 1/3 정도로 조성한다.

가진원(140) 길이 방향의 양측 단부측에 형성된 지지대용 홈(141)은 평상시에는 동일 재질 목재로 충진하여 유지하고, 상기 가진 망치(110), 거치대(120) 및 지지대(130)는 따로 보관하게 된다.

하향식 탄성파 시험은 가진원(140)의 길이방향 양측면을 횡방향으로 타격하거나 가진원(140)의 상측면을 상하 방향으로 타격하여 각각 전단파(shear wave)나 압축파(primary wave)가 지배적인 탄성파(elastic wave)를 발생시키게 된다. 상기 지지대(130)를 설치하지 않을 경우 가진 망치(110)만을 이용한 횡방향의 인위적 타격 및 이에 따른 전단파 발현을 통한 가진도 가능하다.

일반적으로 인위적인 타격은 각 타격마다 그 가진 에너지 크기의 차이가 발생할 수 있으며, 이런 차이는 위치별 탄성파 진폭 크기 차이를 이용한 정량적 비교 분석의 제한 요소가 될 수 있다. 따라서 이러한 제한적 요소의 극복을 위해 가진 망치(110)가 연결된 지지대(130)를 설치하게 되며, 지지대(130) 상부의 가진 망치(110) 연결부에는 각 타격마다 동일한 에너지 확보가 가능하도록 가진 망치(110)의 타격 전 초기 위치의 설정이 가능한 거치대(120)를 설치하게 된다. 이때, 가진 에너지 크기의 다변화도 고려하고자 상술한 바와 같이 여러 다양한 각도의 설정이 가능한 다단계 거치대를 설치한다.

또한 이러한 가진원(140)의 하측면(도 2의 (b) 및 (c) 참조)에는 전달 쐐기(150)의 탈착(脫着)을 위한 내입틀(142)이 양측에 각각 설치된다. 이때 이러한 내입틀(142)은 가진원(140)의 끝단으로부터 전체 길이의 약 1/4 정도 되는 지점에 형성되며, 그리고 깊이는 해당 가진원(140)의 높이의 1/3 정도로 조성한다.

상기 내입틀(142)은 목재로 된 가진원(140)의 하측면에 설치되며, 바람직하게는 철재로 이루어질 수 있다. 이러한 내입틀(142)은 대형 끌과 같은 형상의 상기 전달 쐐기(150)를 수납하기 위한 부분이다. 여기에서 전달 쐐기(150) 역시 철재로 이루어질 수 있다.

보다 상세하게는 전달 쐐기(150)의 두꺼운 머리 부분은 가진원(140) 내 내입틀(142)에 삽입되며, 전달 쐐기(150)의 날카로운 선단 부분은 원지반 내에 직접 또는 원지반 내에 수납부를 추가 구성하여 삽입된다. 따라서 가진원(140) 내에 위치하면서 대상 지반 재료 내까지 도달하게 되는 전달 쐐기(150)는 하향식 탄성파 시험 과정의 가진시 대상 원지반과의 일체 변형 거동을 위한 키(key)로 작용하므로, 탄성파의 방향성을 확보할 뿐만 아니라 발현 에너지를 극대화하는 역할을 하게 된다.

한편, 본 발명에서는 원지반 재료 상부가 보호층(표층, 기층, 보조 기층)으로 조성된 일반 도로 역할의 정상부를 갖는 치수 구조물 그리고 굴착 배면 지반에서의 주기적인 하향식 탄성파 시험 수행 및 그에 따른 대상 지반의 지속적 상태 평가를 위하여, 가진 장치의 효율적 정위치 설치가 가능하고 평상시 도로 정상 기능 수행이 가능한 덮개 블록(200)과 그 적용 방법을 제시한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가진 장치의 덮개 블록을 설명하기 위한 도면이다.

기본적으로 도 3의 (a)는 지표 포장 지반 재료체의 초기 구성과 가진 장치를 설치하기 위한 굴착 대상 영역을 설명하기 위한 측단면도이고, 도 3의 (b)는 굴착 대상 영역에 덮개 블록(200)을 적용시킨 상태를 설명하기 위한 측단면도이며, 도 3의 (c)는 덮개 블록(200)의 개방 후 가진 장치를 설치한 상태를 설명하기 위한 측단면도이다.

도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 가진 장치의 탈착이 이루어지는 공간을 조성하기 위하여 보호층(표층, 기층, 보조 기층)과 원지반의 일부를 굴착하는 작업이 필요하다.

가진 장치의 탈착 공간 조성과 덮개 블록(200)에 관한 기하학적 개요를 살펴보면, 덮개 블록(200)의 적용을 위해서는 하향식 탄성파 시험용 가진 장치를 충분히 포괄하는데, 특히 공간의 장변 방향 길이는 하향식 탄성파 시험 시 가진 망치(110)의 자유 회전 타격에 지장이 없도록 충분히 길어야 하나, 탈착 공간의 폭은 가진원 폭에 비해 양 쪽 경계에서 각각 약 10 cm 정도 폭의 추가 여유만 확보하면 된다.

또한, 굴착 깊이는 원지반 상부 추가 조성층과 원지반의 극히 일부 상층을 포함할 수 있도록 고려해야 한다. 그리고 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 덮개 블록(200)은 효율적 탈착을 도모하고자 경량 재료를 적용하고 상부 표면부에는 평상시에는 표면과 동일 수준으로 함몰되어 있다가 인양 시에 표면 위로 당길 수 있는 구성의 손잡이(210)가 설치된다.

굴착 후 연직 방향의 4 개 면에는 고무 등과 같은 신축 재질의 경계 블록(220)을 구성하여 설치될 덮개 블록(200)과 원지반 상부 조성층의 신축 이음 역할을 하도록 한다. 또한, 도 3의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이 가진원(140)과 함께 적용되는 전달 쐐기(150)의 형상과 위치를 반영하여 원지반에 쐐기 기준 홈(socket)(300)을 조성해야 하며, 해당 쐐기 기준 홈(300)을 구성하는 재료는 철재와 흙 재료의 강성, 연성, 소성 등을 고려해 볼 때 그 사이 재료 특성인 목재가 적합하다. 이 목재의 쐐기 기준 홈(300)을 원지반 내에 삽입하여 조성함으로써 하향식 탄성파 시험 시마다 가진원의 절대 위치를 동일하게 확보할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는 상기 덮개 블록(200)이 설치될 수 있는 설치공간이 보호층(표층, 기층, 보조 기층) 및 원지반을 굴착하여 만들어지고(도 3의 (a) 참조), 이 설치공간의 아래에 쐐기 기준홈(300)이 위치고정되어 설치되고 덮개 블록(200)이 덮여져 평시 사용을 가능하게 하며(도 3의 (a) 참조), 시험시 정해진 위치에서 덮개 개방 후 가진 장치를 설치하여 하향식 탄성파 시험을 실시하게 되는 방식이다.

이제 도 4를 참조하여 기존의 지하수위 관측공을 이용한 본 발명의 하향식 탄성파 시험 방법에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하향식 탄성파 시험 방법을 설명하기 위한 도면이다.

하향식 탄성파 시험을 위한 가진 장치와 시험 시 수신기(R)를 위치시킬 지하수위 관측공(H)의 공간적 위치 제시는 도 4와 같다.

도 4의 (a)는 하향식 탄성파 시험 상태를 설명하기 위하여 가진 장치와 지하수위 관측공(H)을 위에서 바라본 도면이고, 도 4의 (b)는 하향식 탄성파 시험 상태를 설명하기 위하여 가진 장치와 지하수위 관측공(H)을 측면에서 바라본 단면도이다.

지하수위 관측공(H)은 대개 내부 직경이 50 mm 정도로서 일반적으로 하향식 탄성파 시험 수행을 위해 적용되는 60 mm 내지 70 mm 정도의 시험공에 비해 매우 작으므로, 지하수위 관측공(H)을 하향식 탄성파 시험공으로 사용하기 위해서는 기존의 일반적인 직경 60 mm 내외의 감진용 수신기(R)와는 달리 직경 45 mm 정도의 작은 감진용 수신기(R)를 이용해야 한다. 이런 소구경의 감진용 수신기(R)는 상용 소형 속도계 3 개의 삼방향 적용 구성을 통해 간편하게 제작할 수 있으며, 기존 상용의 소형 수신기(Geostuff, 2010, Geostuff Wall-Lock Borehole Geophones, http://www.geostuff.com/geophone.htm, Accessed 11 November 2010.)의 도입 및 이용도 가능하다.

아울러, 이 하향식 탄성파 시험 가진원의 설치 활용을 위한 지표 포장 대체의 덮개 블록(200)을 상기 지하수위 관측공(H)과 직교하도록 방향을 설정(즉 굴착된 설치공간이 지하수위 관측공과 직교하도록 방향을 설정)하고 2m 내지 3 m 정도 이격시켜 설치함으로써, 추가적인 시추를 통한 하향식 탄성파 시험공의 조성이 필요 없고 지하수위 관측공(H)의 다목적 활용성을 확보토록 하였다. 뿐만 아니라 상시 관측용 지하수위 관측공(H)이므로 탄성파 시험 후 폐공의 필요가 없고, 동일 공간 위치에서 지하수위 변화와 함께 전단파속도 및 압축파속도의 정량적 분포 변화를 복합 분석할 수 있으므로 이를 통한 대상 지반의 안정성 평가 신뢰도를 획기적으로 증진시킬 수 있다.

이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

110 : 가진 망치 120 : 거치대
130 : 지지대 131 : 고정부
140 : 가진원 141 : 지지대용 홈
142 : 내입틀 150 : 전달 쐐기
200 : 덮개 블록 210 : 손잡이
220 : 경계 블록 300 : 쇄기 기준 홈

Claims

가진 장치로서,
가진 망치;
일측이 상기 가진 망치에 연결되며 타측을 중심으로 상기 가진 망치를 회전시키는 거치대;
상기 거치대의 타측을 회동 가능하게 상부 말단에 결합시켜 상기 가진 망치 및 거치대를 특정 높이에서 지지하는 지지대; 및
상기 지지대를 상측면 상에서 기립시키며, 회전하는 상기 가진 망치에 의해 타격되어 탄성파를 발현시키는 가진원; 을 포함하며,
상기 지지대의 하부 말단에는 상기 가진원의 상측면에 형성된 지지대용 홈에 삽탈 가능한 고정부가 형성되어 상기 지지대, 거치대 및 가진 망치와 상기 가진원의 분리가 가능하며,
가진 장치가 설치되는 굴착된 설치공간의 연직 방향의 면에는 신축 재질의 경계 블록이 설치되는 것을 특징으로 하는 가진 장치.
제 1항에 있어서,
상기 가진원의 하측면에는 전달 쐐기의 탈착을 위한 내입틀이 형성되며, 해당 전달 쐐기의 머리 부분은 상기 내입틀에 삽입되고 선단 부분은 원지반 내에 직접 삽입되거나 원지반 내의 쐐기 기준홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 가진 장치.
제 1항에 있어서,
상기 지지대는 ㄱ자 형으로 구성되어 가진 망치의 가진원 측면 타격을 위한 회전 공간을 확보하는 것을 특징으로 하는 가진 장치.
제 1항에 있어서,
상기 가진원은 목재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가진 장치.
제 2항에 있어서,
상기 내입틀 및 전달 쐐기는 철재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가진 장치.
제 1항에 있어서,
상기 가진원은 직육면체의 형상을 가지며, 폭이 30cm 내지 50cm 이고, 높이가 20cm 내지 40cm 이며, 길이가 50cm 내지 80cm 인 것을 특징으로 하는 가진 장치.
제 1항에 있어서,
상기 지지대용 홈의 깊이는 해당 가진원의 높이의 1/3 인 것을 특징으로 하는 가진 장치.
제 2항에 있어서,
상기 내입틀은 해당 가진원의 끝단으로부터 가진원 길이의 1/4 되는 지점에 형성되며, 내입틀의 깊이는 해당 가진원의 높이의 1/3 인 것을 특징으로 하는 가진 장치.
(a) 원지반 상부와 보호층을 굴착 제거하여 설치 공간을 확보하는 단계;
(a-1) 상기 설치 공간의 연직 방향의 면에 신축 재질의 경계 블록을 설치하는 단계;
(b) 상기 설치 공간에 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 가진 장치를 설치하는 단계;
(c) 지하수위 관측공에 감진용 수신기를 설치하고 상기 가진 장치로부터 발생된 탄성파 신호를 획득하여 하향식 탄성파 시험을 수행하는 단계; 및
(d) 시험 완료 후, 상기 가진 장치를 회수하고 해당 설치 공간에 덮개 블록을 삽입하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성파 시험 방법.
제 9항에 있어서,
상기 보호층은 지표 포장 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성파 시험 방법.
제 9항에 있어서,
상기 설치 공간은 지하수위 관측공과 직교하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성파 시험 방법.
삭제
제 9항에 있어서,
상기 덮개 블록의 상부 표면에는 손잡이가 설치되는 것을 특징으로 하는 탄성파 시험 방법.
제 9항에 있어서,
상기 설치 공간의 원지반에는 쐐기 기준 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성파 시험 방법.
제 14항에 있어서,
상기 쐐기 기준 홈은 목재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄성파 시험 방법.