KR101263293B1

KR101263293B1 - 매설형 변형 계측장치 및 이를 이용한 지반의 변형 계측방법

Info

Publication number: KR101263293B1
Application number: KR1020120001597A
Authority: KR
Inventors: 유지형
Original assignee: 유지형; 경일대학교산학협력단
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2013-05-10

Abstract

본 발명은 건설, 토목 계측 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지반, 구조물 등의 계측대상에 매설되어 변형을 계측할 수 있도록 하는 매설형 변형 계측장치 및 이를 이용한 지반의 변형 계측방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 계측대상과 일체로 거동될 수 있도록 상기 계측대상에 매설되며, 원통형 피복(12)과 상기 피복(12)의 중심에 구비된 도체(14)와, 상기 피복(12)과 도체(14) 사이가 일정간격으로 유지되도록 하는 절연체(16)로 이루어진 복수의 동축 케이블(10); 상기 복수의 동축케이블(10)을 상호 방사상으로 배치된 상태로 하나로 결속시키는 케이블 번들(20); 상기 각각의 동축케이블(10)에 신호를 발신하는 발신기(30); 상기 각각의 동축케이블(10)로부터 반사된 신호를 수신하는 수신기(40);를 포함하는 것을 특징으로 하는 매설형 변형 계측장치를 제시할 수 있다.

Description

매설형 변형 계측장치 및 이를 이용한 지반의 변형 계측방법{BURYING TYPE MEASURING INSTRUMENT AND METHOD OF GROUND USING THE SAME}

본 발명은 건설, 토목 계측 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지반, 구조물 등의 계측대상에 매설되어 변형을 계측할 수 있도록 하는 매설형 변형 계측장치 및 이를 이용한 지반의 변형 계측방법에 관한 것이다.

최근 우리나라는 과거에 경험하지 못한 기록적인 기상이변과 이에 따른 막대한 규모의 자연재해가 자주 발생하고 있으며, 이로 인해 산사태와 절개지 및 축대붕괴 등이 빈번하게 발생하는 실정이다. 우리나라의 최근 30년간 발생한 자연재해 중 산사태로 인한 피해는 연평균 50여명의 인명피해와 수조원의 재산피해를 내고 있는 실정이다.

지반 및 대형구조물의 붕괴는 집중호우가 내리는 경우 많이 발생되는데 붕괴까지의 변형이 작고 종래부터 일반적으로 쓰이고 있는 변위계측기에서는 그 전조현상을 포착하기 어려워 붕괴의 사전 예지가 거의 불가능하다.

현재까지 토목구조물의 유지관리 및 방재를 위한 국내연구는 다양한 방법으로 수행되어 왔으나, 계측정보 수집을 위한 센서 고도화 및 운영기술 개발, 상시계측시스템의 구현은 미비한 실정이다.

또한, 지반구조물에서 콘크리트 구조물이나 암반사면과 같은 경우에는 취성파괴가 일어나며, 토사사면이나 연약지반, 풍화토지반에서의 터널의 경우 연성파괴가 일어나기 때문에, 파괴 특성에 적절한 계측방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 지반 또는 구조물 등의 계측대상의 변형 거동을 정확하고 편리하게 계측할 수 있도록 한 매설형 변형 계측장치 및 이를 이용한 지반의 변형 계측방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 계측대상과 일체로 거동될 수 있도록 상기 계측대상에 매설되며, 원통형 피복(12)과 상기 피복(12)의 중심에 구비된 도체(14)와, 상기 피복(12)과 도체(14) 사이가 일정간격으로 유지되도록 하는 절연체(16)로 이루어진 복수의 동축 케이블(10); 상기 복수의 동축케이블(10)을 상호 방사상으로 배치된 상태로 하나로 결속시키는 케이블 번들(20); 상기 각각의 동축케이블(10)에 신호를 발신하는 발신기(30); 상기 각각의 동축케이블(10)로부터 반사된 신호를 수신하는 수신기(40); 포함하는 것을 특징으로 하는 매설형 변형 계측장치를 제시할 수 있다.

상기 복수의 동축케이블(10)은 상호 위상 차가 180도인 2개의 동축케이블(10)이 한 쌍을 이루며, 상기 케이블 번들(20)은 한 쌍 또는 두 쌍 이상의 동축케이블(10)을 결속할 수 있다.

상기 케이블 번들(20)은 상기 계측대상에 매설되어 일체로 거동될 수 있도록, 탄성 변형될 수 있는 합성수지 재질로 형성될 수 있다.

상기 케이블 번들(20)은 상기 복수의 동축케이블(10)이 각각 끼워질 수 있는 복수의 끼움부(22)를 가질 수 있다.

상기 케이블 번들(20)은 상기 동축케이블(10)의 길이방향을 따라 상기 동축케이블(10)과 함께 길게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기의 매설형 변형 계측장치를 이용한 지반(2)의 변형 계측방법으로, 계측대상인 지반(2)을 시추하여 시추공(2a)에 상기 케이블 번들(20)로 일체화된 복수의 동축케이블(10)을 상기 동축케이블(10)의 길이방향을 따라 직선으로 삽입하는 제1단계; 상기 제1단계 후, 상기 시추공(2a)에 그라우팅 작업을 하여 상기 매설형 변형 계측장치를 매설 완료하는 제2단계; 상기 발신기(30)로부터 상기 매설된 동축케이블(10)에 신호를 발신하는 제3단계; 상기 수신기(40)로 상기 동축케이블(10)로부터 반사되는 신호를 수신받아 상기 지반(2)의 변위 위치, 변위 방향, 변위 유형을 분석하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반(2)의 변형 계측방법을 제시할 수 있다.

본 발명은 지반, 구조물 등의 계측대상의 연성파괴를 분포형으로 정확하고 편리하게 계측할 수 있다. 특히, 본 발명은 변위 위치뿐만 아니라, 변위 유형, 변위 방향도 정확하게 정밀하게 계측할 수 있다.

도 1 이하는 본 발명에 따른 매설형 변형 계측장치에 관한 것으로,
도 1은 지반의 변형계측을 모식한 도면.
도 2는 동축 케이블을 모식한 사시도.
도 3은 동축 케이블과 케이블 번들의 조합 상태 사시도.
도 4는 동축 케이블과 케이블 번들의 조합 상태 평면도.
도 5는 다른 실시 예에 따른 동축 케이블과 케이블 번들의 조합 상태 평면도.
도 6a는 본 발명에 따른 수신기에 수신되는 전단변형의 파형.
도 6b는 본 발명에 따른 수신기에 수신되는 인장변형의 파형.
도 7은 동축 케이블의 변형 예를 모식한 도면.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

도 1 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 매설형 변형 계측장치는 계측대상과 일체로 거동될 수 있도록 상기 계측대상에 매설되며, 원통형 피복(12)과 상기 피복(12)의 중심에 구비된 도체(14)와, 상기 피복(12)과 도체(14) 사이가 일정간격으로 유지되도록 하는 절연체(16)로 이루어진 복수의 동축 케이블(10); 상기 복수의 동축케이블(10)을 상호 방사상으로 배치된 상태로 하나로 결속시키는 케이블 번들(20); 상기 각각의 동축케이블(10)에 신호를 발신하는 발신기(30); 상기 각각의 동축케이블(10)로부터 반사된 신호를 수신하는 수신기(40)를 포함할 수 있다.

도 2와 같이, 동축케이블(10)은 원통형 피복(12)과, 피복(12) 중심에 놓인 내부 도체(14), 및 이들을 일정간격으로 유지시키는 절연체(16)로 이루어진 것으로, 길이를 길어 지반(2) 또는 구조물에 분포형으로 매설될 수 있기 때문에 지반(2) 또는 구조물과 일체로 거동하면서 파괴면의 변형 계측이 가능하며, 아울러 재질적 특성상 연성체이기 때문에 계측대상의 연성파괴 측정이 가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 계측장치는 지반(2), 구조물과 같은 계측대상의 연성 파괴에 따른 변형을 계측할 수 있다.

복수의 동축케이블(10)은 변위의 방향 계측을 위해, 상호 위상 차가 180도인 2개의 동축케이블(10)이 한 쌍을 이루도록 이루어질 수 있다. 보다 정확하고 정밀한 방향 계측이 가능토록, 복수의 동축케이블(10)은 케이블 번들(20)에 의해 두 쌍 이상의 동축케이블(10)이 하나로 결속될 수 있도록 구성될 수 있다.

케이블 번들(20)은 계측대상에 매설되어 일체로 거동됨과 아울러 연성 파괴시 파단되지 않도록, 탄성 변형될 수 있는 합성수지 재질로 형성되는 것이 보다 유리할 수 있다. 또한, 케이블 번들(20)은 전기가 통하지 않도록 절연재질로 이루어지거나 반도체와 같은 반절연재질로 형성될 수 있다.

이와 같은 케이블 번들(20)은 어떠한 형상이든 무방하며, 바람직하게는 복수의 동축케이블(10)이 각각 끼워질 수 있는 복수의 끼움부(22)를 갖도록 형성될 수 있다. 도 3 및 도 4와 같이, 케이블 번들(20)의 끼움부(22)는 동축케이블(10)이 용이하게 끼워질 수 있도록 케이블 번들(20)의 가장자리에 케이블 번들(20)의 내외방향으로 형성된 홈과 같이 개방형으로 형성될 수 있으며, 또는 도 5와 같이, 케이블 번들(20)의 길이방향을 따라 관통된 중공과 같이 폐쇄형으로 형성될 수 있다.

케이블 번들(20)은 동축케이블(10)의 길이방향으로 따라 동축케이블(10)을 견고하게 지지함과 아울러 보호할 수 있도록, 동축케이블(10)의 길이방향을 따라 동축케이블(10)과 함께 길게 형성될 수 있다.

발신기(30) 및 수신기(40)는 전기적 신호를 발신하고, 수신하는 기기로서, 레이더 등 다양한 기술분야에서 일반적으로 사용되고 있는바, 본 발명의 요지를 흐트리지 않기 위해 상세한 설명은 생략한다.

이하, 위와 같은 본 발명에 따른 변형 계측장치를 이용한 지반(2), 특히 사면의 변형 계측방법을 설명한다.

지반(2)의 변형을 계측하기 위해서는 먼저 본 발명에 따른 변형 계측장치를 동축케이블(10)의 길이방향을 따라 길게 매설이 가능토록 지반(2)을 시추하여 소정 깊이의 시추공(2a)을 만든다.

음, 시추공(2a)에 케이블 번들(20)로 일체화된 복수의 동축케이블(10)을 동축케이블(10)의 길이방향을 따라 직선으로 삽입한 후, 시추공(2a)에 그라우트재(4)로 그라우팅 작업을 한다. 그라우트재(4)는 원 지반(2)과 유사한 강도를 갖는 것으로 벤토나이트, 소일 시멘트(soil cement) 중 적어도 어느 하나를 포함토록 이루어질 수 있다. 이와 같이 그라우트팅 작업을 하게 되면, 동축케이블(10) 및 케이블 번들(20)이 원 지반(2)과 일체화되어 지반(2)의 거동에 대응하여 정확하고 정밀하게 변형될 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 매설형 변형 계측장치의 매설작업이 완료되고 나면, 발신기(30)를 통해 매설된 동축케이블(10)에 전기적 신호를 발신한다. 동축케이블(10)에 발신된 신호는 동축케이블(10)의 길이방향을 따라 진행하며, 이때 초기에 동축케이블(10)이 직선형으로 매설되기 때문에 지반(2) 변형 전에는 발신된 신호가 동축케이블(10)의 길이방향을 따라 변화없이 계속해서 진행한다.

반면, 도 1의 'A'와 같이 지반(2) 변형이 생기면, 동축케이블(10)이 변형된 지반(2)과 일체로 거동하여 지반(2)의 변형에 대응되는 지점이 국부적으로 구부러져 변형되며, 이에 따라 발신된 신호가 동축케이블(10)의 변형 지점에서 반사되어 수신기(40)에 수신될 수 있다. 즉, 동축케이블(10)의 변형 지점에서 국부적인 커패시턴스(capacity)의 변화가 생기고 이때 케이블 테스터(cable tester)(42)에 나타나는 펄스의 반사파형이 변화하게 된다.

따라서, 변화된 반사파형을 모니터링함으로써 지반(2)의 변형을 계측할 수 있다. 즉, 신호 발신 후, 반사되어 수신되기까지의 시간과 동축케이블(10)을 따라 전송되는 신호의 전송속도로부터 동축케이블(10)의 변형된 지점까지의 거리를 연산할 수 있으며, 이로부터 지반(2)의 변위 위치를 알 수 있다. 또한, 케이블 테스터에 나타나는 반사파형을 통해 변위 유형을 알 수 있다. 즉, 도 6a와 같이 상대적으로 짧게 파형의 변화가 생기면 전단변형이며, 도 6b와 같이 상대적으로 길게 파형의 변화가 생기면 인장변형이다. 또한, 도 7과 같이 복수의 동축케이블(10)의 변형이 발생하면, 변형 방향을 따라 도 7의 'I'에 대응되는 가장 내측에 위치된 동축케이블(10)의 변형된 지점까지의 거리가 가장 짧고, 도 7의 'O'에 대응되는 최외측에 위치된 동축케이블(10)의 변형된 지점까지의 걸기가 가장 길다. 예컨대, 도 3 내지도 5와 같이 두 쌍의 동축케이블(10), 제1~제4동축케이블(10a,10b,10c,10d)이 방사상으로 배치된 상태에서, 제1동축케이블(10a)에서 제2동축케이블(10b) 방향으로 변형이 생기면, 제1동축케이블(10a)의 변형된 지점까지의 거리에서 제2동축케이블(10b)의 변형된 지점까지의 거리를 뺀 값이 (-)값이 되며, 제3동축케이블(10c)과 제4동축케이블(10d) 간 차이는 '0'이 된다. 이로부터 각 쌍의 동축케이블(10) 간 변형된 지점까지의 거리 차이를 연산하여 가장 큰 (-)값이 나온 방향을 알게 되면, 변위 방향을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

2; 지반 10; 동축케이블
20; 케이블 번들 30; 발신기
40; 수신기

Claims

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삭제
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삭제
계측대상과 일체로 거동될 수 있도록 탄성 변형될 수 있는 합성수지 재질로 형성되어 상기 계측대상에 매설되고, 원통형 피복(12)과 상기 피복(12)의 중심에 구비된 도체(14)와, 상기 피복(12)과 도체(14) 사이가 일정간격으로 유지되도록 하는 절연체(16)로 이루어지며, 상호 위상 차가 180도인 2개가 한 쌍을 이루도록 매설되는 복수의 동축 케이블(10); 상기 복수의 동축케이블(10)을 상호 방사상으로 배치된 상태로 하나로 결속시키도록 상기 복수의 동축케이블(10)이 각각 끼워질 수 있는 복수의 끼움부(22)를 구비하고, 상기 동축 케이블(10)의 길이 방향을 따라 상기 동축 케이블(10)과 함께 길게 형성된 케이블 번들(20); 상기 각각의 동축케이블(10)에 신호를 발신하는 발신기(30); 상기 각각의 동축케이블(10)로부터 반사된 신호를 수신하는 수신기(40); 를 포함한 매설형 변형 계측장치를 이용한 지반(2)의 변형 계측방법으로서,
계측대상인 지반(2)을 수직 방향으로 시추하여 시추공(2a)에 상기 케이블 번들(20)로 일체화된 복수의 동축케이블(10)을 상기 동축케이블(10)의 길이 방향을 따라 직선으로 삽입하는 제1단계;
상기 제1단계 후, 상기 시추공(2a)에 그라우팅 작업을 하여 상기 매설형 변형 계측장치를 매설 완료하는 제2단계;
상기 발신기(30)로부터 상기 매설된 동축케이블(10)에 신호를 발신하는 제3단계;
상기 수신기(40)로 상기 동축케이블(10)로부터 반사되는 신호를 수신받아 상기 지반(2)의 변위 위치, 변위 방향, 변위 유형을 분석하는 제4단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반(2)의 변형 계측방법.