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KR20080054566A - 대형 오이도미터 시험기 - Google Patents

대형 오이도미터 시험기 Download PDF

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KR20080054566A
KR20080054566A KR1020060126959A KR20060126959A KR20080054566A KR 20080054566 A KR20080054566 A KR 20080054566A KR 1020060126959 A KR1020060126959 A KR 1020060126959A KR 20060126959 A KR20060126959 A KR 20060126959A KR 20080054566 A KR20080054566 A KR 20080054566A
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조성은
이종욱
김기영
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Abstract

본 발명은 모래, 자갈 또는 쇄석 재료 등에 유압을 통해 하중을 재하하고 물의 침투정도를 측정함으로써 시료의 압축성 및 투수성을 시험하기 위한 대형 오이도미터 시험기에 관한 것으로, 이동 대차(110)가 이동가능하도록 레일(120)이 설치된 베이스(130) 위에 수직으로 복수의 컬럼(140)이 설치되고, 이 컬럼(140)의 상단부에 크로스헤드(150)가 부착된 로딩 프레임(100)과; 이 로딩 프레임(100)의 이동 대차(110) 위에 안치되며 내부에 시료(600)가 투입되는 시료 셀(200)과; 상기 크로스헤드(150)에 설치되어 시료 셀(200)에 채워진 시료(600)에 하중을 재하하도록 피스톤 축(310) 하단에 가압판(320)이 부착된 유압서보 액추에이터(300)와; 상기 유압서보 액추에이터(300)에 공급되는 유압의 세기를 제어하는 유압서보 제어유니트(400)와; 상기 유압서보 액추에이터(300)의 피스톤 축(310)과 가압판(320) 사이에 설치되어 압축하중을 측정하는 로드셀(500);을 포함하여 이루어진다.
대형, 오이도미터, 시험, 재하, 일정 스트레스, 일정 스트레인, 압축성, 투수성

Description

대형 오이도미터 시험기 {Large scale oedometer}
도 1은 본 발명에 의한 대형 오이도미터 시험기의 사시도,
도 2는 본 발명에 의한 대형 오이도미터 시험기의 정면도,
도 3은 본 발명에 의한 대형 오이도미터 시험기의 측면도,
도 4a는 시료 셀의 평면도,
도 4b는 시료 셀의 단면도,
도 5는 본 발명에 의한 시험기의 시험상태를 도시한 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 로딩 프레임 110 : 이동 대차
120 : 레일 130 : 베이스
140 : 컬럼 150 : 크로스헤드
200 : 시료 셀 210 : 다공판
212 : 배수구 220 : 집수공간
230 : 배수라인 240 : 여과지
300 : 유압서보 액추에이터 310 : 피스톤 축
320 : 가압판 322 : 급수구
324 : 유량계 326 : 급수관
328 : 개폐밸브 400 : 유압서보 제어유니트
500 : 로드셀 600 : 시료
본 발명은 대형 오이도미터 시험기에 관한 것으로, 상세히는 입경이 큰 자갈이나 암석재 등의 지반재료에 대한 시험이 가능하고, 유압서보 제어시스템을 이용하여 하중을 걸어줄 수 있으므로 정속 및 정하중 재하시험이 가능하며, 시료가 투입된 시료 셀 내부에 급수 및 배수가 가능하도록 되어 있어 지반재료의 침수에 따른 압축특성과 각 하중단계별 투수특성을 간편하고 정확하게 분석할 수 있도록 한 것이다.
일반적으로 오이도미터 시험기란 교란되지 않은 점토시료 또는 입경이 작은 모래를 대상으로 시간에 따른 침하량을 각 하중 단계별(최대 12.8kg/cm2)로 측정하여 압축계수, 체적변화계수, 팽창지수, 선행압밀하중 그리고 투수계수등을 도출하기 위한 장치임. 기존의 일반적인 압밀시험 장치의 크기는 지름 6cm 높이 2cm 정도가 주를 이루고 있으며, 추를 이용한 재하방식인 일정 스트레스 방식을 주로 채택하고 있음. 최근에는 시료의 횡방향 압밀특성을 측정하기 위하여 좀 더 큰 치수(최 대직경 25cm, 높이 9cm)의 Rowe 압밀 셀이 사용되고 있긴 하지만 대부분 점토 및 실트시료에 대한 시험만을 위주로 실시되고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 입경이 큰 자갈이나 암석재 등의 지반재료에 대한 시험이 가능하고, 정속 및 정하중 재하시험의 각 하중 단계별 재하가 시간에 따라 자동적으로 가능하며(추가), 지반재료의 침수에 따른 압축특성 및 투수특성 또한 간편하고 정확하게 분석할 수 있는 대형 오이도미터 시험기를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이동 대차가 이동가능하도록 레일이 설치된 베이스 위에 수직으로 복수의 컬럼이 설치되고 이 컬럼의 상단부에 크로스헤드가 부착된 로딩 프레임과; 이 로딩 프레임의 이동 대차 위에 안치되며 내부에 시료가 투입되는 시료 셀과; 상기 크로스헤드에 설치되어 시료에 하중을 재하하도록 피스톤 축 하단에 가압판이 부착된 유압서보 액추에이터와; 상기 유압서보 액추에이터에 공급되는 유압의 세기를 제어하는 유압서보 제어유니트와; 상기 유압서보 액추에이터의 피스톤 축과 가압판 사이에 설치되어 압축하중을 측정하는 로드셀;을 포함하여 이루어지는 대형 오이도미터 시험기를 제공한다.
더욱 바람직하기로는 상기 가압판에는 시료 셀 내부의 시료에 급수를 하기 위한 급수구가 구비되고, 이 급수구에는 유량계가 부착된 급수관이 연결되며, 상기 시료 셀 하부에는 시료를 통과하여 배수된 물이 배출되는 배수구가 구비되어 지반재료의 침수에 따른 압축특성또한 간편하고 정확하게 분석할 수 있도록 한다.
본 발명의 대형 오이도미터 시험기는 댐 축조재료와 같은 큰 조립재료의 압밀(압축)특성을 재현하기 위한 장치로 일반적으로 시험용 재료의 최대골재치수는 셀 크기의 1/6정도를 사용할 수 있는 것으로 알려져 있는바, 본 시험기의 경우 직경 60cm 셀인 경우 시험 가능한 최대골재치수는 약 10cm, 직경 1m 셀인 경우는 최대 직경 16cm 정도의 골재를 사용할 수 있다. 또한 점토 및 세립재료의 경우 시료 입자가 작은 관계로 하중에 따른 입자의 파쇄현상을 파악하기 어렵지만 이 장치의 경우 최대하중을 200ton 까지 재현함으로써 종전의 일반장치의 최대압밀 하중(12.8kg/cm2)의 두 배인 25kg/cm2의 압밀하중을 단계적으로 자동 재현할 수 있으며, 일정변위를 제어할 수 있는 스트레인(Strain) 방식도 채택할 수 있어 댐과 같이 높은 하중이 작용하는 성토재료의 압출 및 파쇄특성을 다양하게 파악할 수 있는 장점이 있다. 또한, 각 하중단계마다 일정유량을 주입시키고 유입수량과 유출수량이 동일시 되는 시점으로부터 유출되는 유량과 시간을 측정함으로써 각 하중단계에서의 투수계수를 측정할 수 있게 된다.
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 의한 대형 오이도미터 시험기를 도시한 사시도와 정면도 및 측면도이고, 도 4는 시료 셀의 평면도이다.
상기 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 대형 오이도미터 시험기는 이동 대차(110)가 이동가능하도록 레일(120)이 설치된 베이스(130) 위에 수직으로 복수의 컬럼(140)이 설치되고, 이 컬럼(140)의 상단부에 크로스헤드(150)가 부착된 로딩 프레임(100)과; 이 로딩 프레임(100)의 이동 대차(110) 위에 안치되며 내부에 시료(도시안됨)가 투입되는 시료 셀(200)과; 상기 크로스헤드(150)에 설치되어 시료 셀(200)에 채워진 시료에 하중을 재하하도록 피스톤 축(310) 하단에 가압판(320)이 부착된 유압서보 액추에이터(300)와; 상기 유압서보 액추에이터(300)에 공급되는 유압의 세기를 제어하는 유압서보 제어유니트(400)와; 상기 유압서보 액추에이터(300)의 피스톤 축(310)과 가압판(320) 사이에 설치되어 압축하중을 측정하는 로드셀(500);을 포함하여 이루어져 있다.
상기 이동 대차(110)는 시험시 하중이 가이드 롤러(112)에 걸리는 것을 방지할 수 있도록 이동 중에는 가이드 롤러(112)가 레일(120) 위를 주행할 수 있도록 하강하고, 시험 중에는 가이드 롤러(112)를 들어 올려줄 수 있도록 하기 위하여 가이드 롤러(112)의 상부에 각각 공압실린더(114)가 설치되어 있다.
또, 상기 시료 셀(200)은 도 4a의 평면도 및 도 4b의 단면도에서 알 수 있는 바와 같이 속이 빈 원통형으로 이루어져 있으며, 그 상부는 개방되어 있고, 하부에는 다수의 배수구(212)가 천공된 다공판(210)이 설치되어 있어 내부에 채워진 시료를 통과하여 배수된 물이 배출될 수 있도록 되어 있으며, 상기 다공판(210)의 하부로는 배수된 물이 모이는 집수공간(220)이 형성되어 있으며, 이 집수공간(220)의 외측으로는 배수라인(230)이 연결되어 있어 시료에서 배수된 물의 양을 따로 모아서 측정할 수 있도록 되어 있다.
상기 유압서보 액추에이터(300)는 크로스헤드(150) 상에 수직으로 설치되어 시료 셀(200)에 채워진 시료에 하중을 재하하도록 피스톤 축(310) 하단에 가압판(320)이 부착되어 있으며, 이는 유압서보 제어유니트(400)에 의해 공급되는 유압이 제어되어 정속(constant speed) 및 정하중(constant stress) 재하시험이 가능하도록 되어 있다.
본 발명은 또, 상기 가압판(320)에는 시료 셀(200) 내부에 채워진 시료에 급수를 하기 위한 급수구(322)가 일정한 밀도로 복수개 분포되어 있고, 이 급수구(322)에는 유량계(324)가 부착된 급수관(326)이 연결되어 있어 급수량을 정확하게 측정할 수 있도록 되어 있으며, 이 급수관(326)에는 개폐밸브(328)가 부착되어 있다.
상기 로드셀(500)은 유압서보 액추에이터(300)의 피스톤 축(310) 하단에 부착되는 가압판(320)의 상부에 설치되어 가압시의 압력을 측정할 수 있도록 되어 있다.
도 5는 본 발명의 시험기를 사용하여 시료의 특성을 시험하는 상태를 도시한 단면도로서, 본 발명의 시험기를 사용하여 시료의 압축시험과 투수시험을 하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
[압축시험과정]
1. 시료 셀(200) 안의 바닥에 다공판(210)과 여과지(240)를 차례대로 넣고 그 위에 시료(600)를 투입한다.
2. 시료(600)가 들어 있는 시료 셀(200)을 크레인(도시안됨)을 이용하여 이동 대차(110) 위에 실은 후, 베이스(130)의 레일(120)을 따라 본 발명의 오이도미터 시험기로 이동시킨다. 이때, 시료 셀(200) 내의 시료(600) 단면과 가압판(320)의 중심이 정확히 일치하도록 시료 셀의 위치를 조정한다.
3. 시료 세팅 후 하중 재하를 시작한다. 하중은 로드셀(500)의 부하하중이 단계적으로 증가하도록 재하한다. 이때, 한 하중단계에서 시료의 변형이 완료된 후 다음 단계의 하중을 가한다. 필요에 따라 하중재하 전 또는 일정 하중재하 단계에서 가압판(320)에 형성된 급수구(322)를 통해 시료 셀(200) 내의 시료(600)에 물을 침투시켜 물의 침투(혹은 포화)가 시료의 변형에 미치는 영향을 관찰할 수 있다.
4. 각 하중단계에서 발생한 재료의 변형량을 기록하여 하중-변형 관계로부터 재료의 압축성을 파악한다.
[투수시험과정]
1. 시료 셀(200) 안의 바닥에 다공판(210)과 여과지(240)를 차례대로 넣고 시료(600)를 투입한 후 필요에 따라 다짐을 실시하여 시료를 제작한다. 시료 완성 후 시료의 상부에도 여과지(도시안됨)를 올려 놓는다.
2. 시료에 물을 침투시키고 이때 공급되는 물과 배수되는 물의 양이 일정하게 되면 그 이후부터 일정한 시간동안 배수되어 나오는 물의 양을 측정한다.
3. 시료를 통과하는 물의 속도는 일정 시간동안 배수된 유량과의 관계로부터 측정이 가능하다.
본 발명의 대형 오이도미터 시험기에서, 직경 60cm 셀인 경우 시험 가능한 최대골재치수는 약 10cm이고, 직경 1m 셀인 경우는 최대 직경 16cm 정도의 골재를 사용할 수 있다.
또한, 점토 및 세립재료의 경우에는 시료 입자가 작은 관계로 하중에 따른 입자의 파쇄현상을 파악하기 어렵지만 이 장치의 경우 최대하중을 200ton 까지 재현함으로써 종전의 일반장치의 최대압밀 하중(12.8kg/cm2)의 두 배인 25kg/cm2의 압밀하중을 단계적으로 자동 재현할 수 있으며, 일정변위를 제어할 수 있는 스트레인(Strain) 방식도 채택할 수 있어 댐과 같이 높은 하중이 작용하는 성토재료의 압 출 및 파쇄특성을 다양하게 파악할 수 있는 장점이 있다.
또한, 각 하중단계마다 일정유량을 주입시키고 유입수량과 유출수량이 동일시 되는 시점으로부터 유출되는 유량과 시간을 측정함으로써 각 하중단계에서의 투수계수를 측정할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 입경이 큰 자갈이나 암석재 등의 지반재료에 대한 시험이 가능하고, 유압서보 제어시스템을 이용하여 하중을 걸어줄 수 있으므로 정속 및 정하중 재하시험이 가능하며, 시료가 투입된 시료 셀 내부에 급수 및 배수가 가능하도록 되어 있어 지반재료의 침수에 따른 압축특성 및 각 하중단계별 투수계수를 간편하고 정확하게 분석할 수 있는 등의 유용한 효과를 갖는다.

Claims (3)

  1. 이동 대차(110)가 이동가능하도록 레일(120)이 설치된 베이스(130) 위에 수직으로 복수의 컬럼(140)이 설치되고, 이 컬럼(140)의 상단부에 크로스헤드(150)가 부착된 로딩 프레임(100)과;
    상기 로딩 프레임(100)의 이동 대차(110) 위에 안치되며 내부에 시료(600)가 투입되는 시료 셀(200)과;
    상기 크로스헤드(150)에 설치되어 시료 셀(200)에 채워진 시료(600)에 하중을 재하하도록 피스톤 축(310) 하단에 가압판(320)이 부착된 유압서보 액추에이터(300)와;
    상기 유압서보 액추에이터(300)에 공급되는 유압의 세기를 제어하는 유압서보 제어유니트(400)와;
    상기 유압서보 액추에이터(300)의 피스톤 축(310)과 가압판(320) 사이에 설치되어 압축하중을 측정하는 로드셀(500);을 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 오이도미터 시험기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시료 셀(200)은 속이 빈 원통형으로 이루어져 있으며, 그 상부는 개방되고 하부에는 다수의 배수구(212)가 천공된 다공판(210)이 설치되며, 이 다공판(210)의 하부로는 배수된 물이 모이는 집수공간(220)이 형성되고, 이 집수공 간(220)의 외측으로는 배수라인(230)이 연결되는 것을 특징으로 하는 대형 오이도미터 시험기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가압판(320)에는 시료 셀(200) 내부의 시료에 급수를 하기 위한 급수구(322)가 구비되고, 이 급수구(322)에는 유량계(324)가 부착된 급수관(326)이 연결되며, 상기 시료 셀(200) 하부에는 시료를 통과하여 배수된 물이 배출되는 배수구(212)가 천공된 다공판(210)이 설치되고, 이 다공판(210)의 하부로는 배수된 물이 모이는 집수공간(220)이 형성되며, 이 집수공간(220)의 외측으로는 배수라인(230)이 연결되어 시료에서 배수된 물의 양을 따로 모아서 측정할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 대형 오이도미터 시험기.
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