지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치{UNIFIED DEVICE FOR MEASURING MECHANICAL CHARACTERISTICS OF SOFT GROUND CONSIDERING SETTLING SELF-CONSOLIDATION AND PRE-CONSOLIDATION STRESS}

본 발명은 시료 조성장치에 관한 것으로서, 상세하게는 면모화 상태를 유지하면서 퇴적지층을 구현하는 컬럼 시험 본체를 이용하여 침강-자중압밀시험을 수행하여 압밀도와 같은 특성을 구한 상태에서 컬럼 시험 본체의 자연 상태 퇴적지층에 상재하중이력을 구현할 시 상기 컬럼 시험 본체에 의한 마찰하중손실을 보정하도록 하는 지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치에 관한 것이다.

해성퇴적지반이나 준설매립지반의 경우 해수에 위해 운반되어 온 토립자가 침강 및 자중압밀 과정을 거쳐 지반을 형성하게 되고, 선행 퇴적된 지반에 대해 후행 퇴적된 지반과 상부의 해수 또는 상등수는 재하중으로 작용하여 퇴적 이력에 따라 퇴적 지층별 서로 상이한 하중이력을 보유하게 된다.

이러한 지반에 대한 개량공법 적용을 위해서는 교란되지 않은 상태로 시료를 채취하여 현장 상태와 가장 유사한 조건 하에서 실내실험을 실시하여 역학적 특성 을 검토한 후 적절한 개량공법의 종류와 범위를 선정하는 것이 가장 중요한 사항이다.

현재까지 시추에 의한 시료 채취시 시추케이싱 관입에 의한 시료의 교란도에 대해 많은 문제점을 안고 있고, 더욱이 양호한 상태로 시료를 채취하였다고 하더라도 실험 공간까지 몰드(Mould)를 운반하는 과정에서 차량에 의한 진동하중 및 이동 시간의 경과에 따라 시료에 함유된 간극수가 이동 및 보관시 불균등하게 되면서 시료의 함수비가 시료 내부에서 위치별로 변화하는 등 불교란 시료에 대한 실내실험은 많은 문제점을 안고 있다.

이러한 이유로 퇴적지반에 대한 실내실험은 현장에서 채취한 시료를 건조시킨 후 현장의 함수비 조건과 동일한 함수비 상태로 물을 첨가하여 인위적으로 조성한 상태를 많이 이용한다.

흙의 역학적 성질은 주로 애터버그 한계와 초기함수비에 의해 많은 영향을 받기 때문에 이러한 형태의 실험이 주로 수행되고 있으나, 점토입자는 일반 토사와는 달리 판상구조를 이루고 있으며 쌍극자의 성격을 띠게 되어 자연상태에서 퇴적되는 경우 면모화 구조를 형성하게 된다. 점토의 특성은 이처럼 단순한 함수비의 조건만이 아니라 점토입자의 구조적 결합에 의해서도 영향을 받게 되는데, 이러한 침강 과정을 거치지 않고 실내에서 인위적으로 배합하여 조성한 경우에는 점토입자의 구조적 결합이 분산구조(또는 층상구조, 이산구조)를 형성하게 되어 자연상태에서 결합된 면모화구조와 비교하여 투수특성과 역학적 특성에 많은 차이를 보이게 된다.

실내에서 면모화 구조를 형성하는 시료를 제작하기 위해 현재까지는 일반적으로 컬럼(Column) 시험을 널리 이용하고 있다.

컬럼시험은 초기 함수비를 수백~수천%까지 조성한 후 점토입자가 stoke 법칙에 따라 수중침강 후 퇴적됨으로서 조성된 시료가 면모화 구조를 형성하게 되는 시험원리이다. 이로부터 준설매립지반의 개량에 필요한 자중압밀 시·종점 시간과 이때의 간극비를 구하여 개량설계에 이용하고 있다. 현재의 컬럼시험은 단순히 침강 및 자중압밀에 관한 효과만을 파악하기 위한 것으로, 실제 자중압밀이 완료된 시료라 할지라도 시료가 퇴적된 이후의 선행압밀하중이력을 구현할 수 없기 때문에 시료의 함수비는 수십~수백%에 해당하게 되어, 실내역학실험을 위한 시료의 성형이 불가능하게 되므로, 주로 강도특성을 콘관입시험 및 베인전단시험 등을 통해 구하고 있으나 선행압밀하중이 고려되지 않은 상태에서의 결과이므로 그 값을 신뢰하기 힘들다.

실제로 지반개량을 위한 파라미터 산정에는 표준압밀시험 등을 통한 압축특성과 직접전단 및 삼축압축시험 등을 통한 전단강도 특성 등, 요소시험이 필수적으로 요구된다. 따라서, 자연상태의 퇴적과정을 거쳐 자연조건과 유사한 조건에서의 선행압밀하중을 구현하고, 이 상태의 시료에 대한 요소시험을 실시하는 것이 가장 신뢰성 있는 시험방법이라 하겠다.

일부 연구자들은 컬럼시험을 실시하여 침강-자중압밀 특성을 구하고, 예압밀 시험기를 이용하여 자중압밀 종료시의 시료와 동일한 함수비 조건으로 별도의 시료를 조성하여(재조성 시료) 선행압밀하중을 부여한 후 이 시료를 채취하여 요소시험 을 실시함으로써 근사한 시험데이터를 제시하고 있으나, 재조성 과정을 거침과 동시에 시료의 구조적 결합이 자연상태의 면모화 구조와는 달리 분산구조를 이루게 되어 서로 차이가 발생하기 때문에 이러한 일련의 시험은 동일한 시료에 대해 연속적으로 수행되어야 한다.

한편 컬럼시험의 경우에도 컬럼의 직경 등에 관한 다양한 논란이 존재한다. 즉, stoke 법칙은 입자간의 반발력과 유체의 점성 등에 의해 지배되므로, 컬럼의 직경에 따라 실험결과에 많은 차이가 발생하는데, 이는 주로 컬럼의 벽면마찰에 관한 영향이다. 이는 예압밀 과정에서도 마찬가지로서 벽면마찰에 의해 실제 재하된 하중과 시료가 경험하는 하중의 차이가 발생하게 되어 압밀하중을 정확히 고려하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 면모화 상태를 유지하면서 퇴적지층을 구현하는 컬럼 시험 본체를 이용하여 침강-자중압밀시험을 수행한 후, 동일한 시료에 대해서 자연상태의 압밀도와 같은 특성을 구현하기 위해 침강-자중압밀이 종료된 시료의 상부에 상재하중이력을 부여하고, 이때 컬럼 시험 본체에 의한 마찰하중손실을 보정하도록 함으로써 실내에서 자연 상태와 동일한 면모화 구조를 형성하는 시료를 제작 및 실험할 수 있도록 하는 지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

시료인 함수비가 조정된 점토입자가 면모화 상태를 유지하면서 자중압밀에 의해 자연상태의 퇴적지층을 구현하여 침강-자중압밀시험을 수행하도록 다단의 셀로 분리가 가능한 투명 재질로 형성되고, 측면에 길이 방향으로 눈금이 형성되는 컬럼 시험 본체와; 포화토에서 배출된 간극수의 양으로 체적변화를 추정하도록 상기 컬럼 시험 본체에서 배출되는 간극수를 수집하는 간극수 집수정과; 상기 컬럼 시험 본체에서 시료의 침강-자중압밀시험이 종료된 상태에서 상기 컬럼 시험 본체중 퇴적지층이 구현된 최하단의 셀에 결합되어 시료인 자연상태 퇴적지층에 상재하중이력을 연속적으로 공급하는 선행하중 재하장치와; 상기 컬럼 시험 본체 및 상기 선행하중 재하장치로부밀시출력되는 데이터를 수집하는 데이터 로거; 및 상기 데이터 로거로부밀시출력되는 데이터를 이용하여 침강-자중압밀시험시 시료의 압밀도ㄹ를 취득하여 1차 재하중 보정값을 계산하고, 상기 1차 재하중 보정값을 통해 재하중이력을 1차 보정하여 상기 선행하중 재하장치의 상재하중이력을 공급한 상태에서 시료의 변위값을 취득하여 2차 재하중 보정값을 계산하며, 상기 2차 재하중 보정값을 통해 재하중이력을 2차 보정하여 상기 컬럼 시험 본체에 의한 마찰하중손실을 보정하는 분석용 컴퓨터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 컬럼 시험 본체는 원통형으로 형성되되, 상하단에 각각 제 1플랜지가 형성되고, 상면에 상부 커버가 상기 제 1플렌지와 결합되며, 측면에 길이 방향으로 등간격을 가지며 형성되는 제 1측면 간극 수압 측정 포트가 구비되는 제 1셀과; 상기 제 1셀의 하면에 결합되도록 원통형으로 형성되되, 상하단에 각각 제 N플랜지가 형성되고, 측면에 길이 방향으로 등간격을 가지며 형성되는 제 N측면 간극 수압 측정 포트 및 눈금이 구비되는 제 N셀과; 상기 제 N셀의 하면에 결합되도록 원통형으로 형성되되, 상하단에 각각 압력 셀용 플랜지가 형성되고, 하면에 하부 커버가 상기 압력 셀용 플렌지와 결합되며, 측면에 길이 방향으로 등간격을 가지며 형성되는 압력 셀용 측면 간극 수압 측정 포트가 구비되는 압력 셀; 및 상기 제 1측면 간극 수압 측정 포트와, 제 N측면 간극 수압 측정 포트 및 압력 셀용 측면 간극 수압 측정 포트에 각각 설치되어 센싱값을 상기 데이터 로거로 출력하는 압력 센서로 이루어진다.

여기에서 또한, 상기 압력 셀의 상기 하부 커버는 그 상면에 간극수를 배수하도록 제 1다공판이 구비되고, 상기 제 1다공판의 중앙부에 압력 게이지가 설치되며, 저면에 제 1간극수 배출밸브 및 상기 압력 게이지의 신호선을 배출하는 배선 포트가 각각 구비된다.

여기에서 또, 상기 간극수 집수정은 상하단이 폐쇄된 투명 재질의 원통형으로 형성되어 상면에 간극수 수집시 내부의 에어를 배출하는 에어 배출 밸브가 구비되고, 상하면에 각각 간극수 수집밸브가 구비된다.

여기에서 또, 상기 선행하중 재하장치는 상기 압력 셀의 상단에 형성된 압력 셀용 플랜지와 결합되도록 원판 형태로 형성되되, 중앙부에 로드 홀이 형성되는 압력 셀용 상부 커버와; 외부의 제어에 따라 상기 압력 셀 내부로 공급되는 공기압을 가변시켜 상재하중이력을 가변시키도록 상기 압력 셀용 상부 커버에 결합되는 레귤 레이터와; 상기 압력 셀용 상부 커버에 형성된 로드 홀에 이의 로드가 결합되어 상기 레귤레이터를 통해 공급되는 공기압에 의해 하강되어 상기 압력 셀 내부의 자연상태 퇴적지층에 상재하중이력을 연속적으로 공급하는 피스톤; 및 상기 피스톤의 로드에 일측이 결합되고, 타측이 상기 압력 셀용 상부 커버에 결합되어 상기 피스톤의 로드의 이동 거리를 측정하여 데이터를 출력하는 변위 게이지를 포함한다.

여기에서 또, 상기 피스톤은 상기 로드의 길이 방향으로 이를 관통하는 간극수 배출홀이 형성되고, 상기 간극수 배출홀에 제 2간극수 배출밸브가 형성되며, 저면에 상기 간극수 배출홀로 간극수를 배수하도록 제 2다공판이 구비된다.

여기에서 또, 상기 분석용 컴퓨터는 상기 컬럼 시험 본체의 압력 센서로부터 출력되는 각각의 센싱값이 입력되는 시점을 통해 시료의 압밀도를 취득하고, 기입력된 시료의 단위중량(t/㎥)과 시료의 높이(m) 및 상기 압력 셀의 압력 게이지로부터 입력되는 시료의 총반력(σ)을 통해 1차 재하중 보정값을 계산하여 취득한다.

여기에서 또, 상기 분석용 컴퓨터는 상기 선행하중 재하장치가 상기 압력 셀에 결합된 상태에서 1차 재하중 보정값을 통해 상기 레귤레이터의 공급 압력을 가변시켜 상재하중이력을 1차 보정한 상태에서 공기압을 공급하고, 상기 변위 게이지를 통해 상기 피스톤의 로드의 변위값을 측정함과 동시에 상기 압력 셀의 압력 게이지로부터 입력되는 시료의 총반력(σ)을 통해 기입력된 압력 셀 내부의 시료의 단위중량(t/㎥)과 시료의 높이(m)를 통해 2차 재하중 보정값을 계산하여 취득한 후 2차 재하중 보정값을 통해 상기 레귤레이터의 공급 압력을 가변시켜 상재하중이력을 2차 보정한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치에 따르면, 면모화 상태를 유지하면서 퇴적지층을 구현하는 컬럼 시험 본체를 이용하여 침강-자중압밀시험을 수행하고, 압밀도와 같은 특성을 구한 상태에서 컬럼 시험 본체의 자연 상태 퇴적지층에 상재하중이력을 구현할 시 상기 컬럼 시험 본체에 의한 마찰하중손실을 보정하도록 하여 실내에서 자연 상태와 동일한 면모화 구조를 형성하는 시료를 제작 및 실험할 수 있도록 함으로써 이와 같이 조성된 시료를 이용하여 현장 상태와 가장 유사한 조건 하에서 실내실험을 실시하여 역학적 특성을 검토한 후 적절한 개량공법의 종류와 범위를 선정할 수 있도록 할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치를 이용하여 침강-자중압밀시험의 모습을 나타낸 개요도이고, 도 2는 본 발명에 따른 지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치를 이용하여 상재하중이력을 구현하는 모습을 나타낸 개요도이며, 도 3은 본 발명에 따른 지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치중 컬럼 시험 본체의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치중 간극수 집수정의 구성을 나타낸 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치중 선행하중 재하장치의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치에 적용된 수학식을 도식화한 도면이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치(10)는 컬럼 시험 본체(100)와, 간극수 집수정(200)과, 선행하중 재하장치(300)와, 데이터 로거(400)와, 분석용 컴퓨터(500)로 이루어진다.

먼저, 컬럼 시험 본체(100)는 시료인 함수비가 조정된 점토입자가 면모화 상태를 유지하면서 자중압밀에 의해 자연상태의 퇴적지층을 구현하여 침강-자중압밀시험을 수행하도록 다단의 셀로 분리가 가능한 투명 재질로 형성되고, 측면에 길이 방향으로 눈금(110)이 형성된다.

컬럼 시험 본체(100)는 제 1셀(120)과, 제 N셀(130)과, 압력 셀(140)과, 압력 센서(150)로 구성된다.

제 1셀(120)은 아크릴, 유리와 같은 재질로 원통형으로 형성되되, 상하단에 각각 제 1플랜지(121)가 형성되고, 상면에 상부 커버(123)가 제 1플렌지(121)와 결합되며, 측면에 길이 방향으로 등간격을 가지며 형성되는 제 1측면 간극 수압 측정 포트(125)가 구비된다. 여기에서, 제 1셀(120)의 직경과 길이는 임의로 가변이 가능하다.

제 N셀(N=정수)(130)은 제 1셀(120)의 하면에 결합되도록 아크릴, 유리와 같은 재질로 원통형으로 형성되되, 상하단에 각각 제 N플랜지(131)가 형성되고, 측면에 길이 방향으로 등간격을 가지며 형성되는 제 N측면 간극 수압 측정 포트(133)가 구비된다.

압력 셀(140)은 제 N셀(130)의 하면에 결합되도록 원통형으로 형성되되, 상하단에 각각 압력 셀용 플랜지(141)가 형성되고, 하면에 하부 커버(143)가 압력 셀용 플렌지(141)와 결합되며, 측면에 길이 방향으로 등간격을 가지며 형성되는 압력 셀용 측면 간극 수압 측정 포트(145)가 구비된다. 여기에서, 하부 커버(143)는 그 상면에 간극수를 배수하도록 제 1다공판(143-1)이 구비되고, 제 1다공판(143-1)의 중앙부에 압력 게이지(143-3)가 설치되며, 저면에 제 1간극수 배출밸브(143-5) 및 압력 게이지(143-3)의 신호선을 배출하는 배선 포트(143-7)가 각각 구비되며, 그 저면에 다리(143-9)가 일체로 돌출 형성된다.

압력 센서(150)는 제 1측면 간극 수압 측정 포트(125)와, 제 N측면 간극 수 압 측정 포트(133) 및 압력 셀용 측면 간극 수압 측정 포트(145)에 각각 설치되어 센싱값을 하기에서 설명할 데이터 로거(400)로 출력한다.

또한, 간극수 집수정(200)은 컬럼 시험 본체(100)의 압력 셀(140)에 구비된 제 1간극수 배출밸브(143-5)에서 배출되는 간극수를 수집하여 포화토에서 배출된 간극수의 양으로 체적변화를 추정하도록 상하단이 폐쇄된 아크릴, 유리와 같은 투명 재질의 원통형으로 형성되어 상면에 간극수 수집시 내부의 에어를 배출하는 에어 배출 밸브(210)가 구비되고, 상하면에 각각 간극수 수집밸브(220)가 구비된다. 여기에서, 간극수 집수정(200)의 하단에는 지지 다리(230)가 돌출 형성된다. 여기에서 또한, 포화토는입자+물의 2상 구조를 띠고 있고, 입자는 비압축성이므로 배수된 간극수의 양을 측정하면 체적변화량을 파악할 수 있다.

또, 선행하중 재하장치(300)는 컬럼 시험 본체(100)에서 시료의 침강-자중압밀시험이 종료된 상태에서 컬럼 시험 본체(100)중 퇴적지층이 구현된 최하단에 위치한 압력 셀(140)에 결합되어 시료인 자연상태 퇴적지층에 상재하중이력을 연속적으로 공급한다.

선행하중 재하장치(300)는 압력 셀용 상부 커버(310)와, 레귤레이터(320)와, 피스톤(330)과, 변위 게이지(340)로 구성된다.

압력 셀용 상부 커버(310)는 압력 셀(140)의 상단에 형성된 압력 셀용 플랜지(141)와 결합되도록 원판 형태로 형성되되, 중앙부에 로드 홀(311)이 형성된다.

레귤레이터(320)는 분석용 컴퓨터(500)에 따라 컴프레셔(미도시)로부터 압력 셀(140) 내부로 공급되는 공기압을 가변시켜 상재하중이력을 가변시키도록 압력 셀용 상부 커버(310)에 결합된다.

피스톤(330)은 압력 셀용 상부 커버(310)에 형성된 로드 홀(311)에 로드(331)가 결합되고, 레귤레이터(320)를 통해 공급되는 공기압에 의해 하강되어 압력 셀(140) 내부의 자연상태 퇴적지층에 상재하중이력을 연속적으로 공급한다. 여기에서, 피스톤(330)은 로드(331)의 길이 방향으로 이를 관통하는 간극수 배출홀(333)이 형성되고, 간극수 배출홀(333)에 제 2간극수 배출밸브(335)가 형성되며, 이의 저면에 간극수 배출홀(333)로 간극수를 배수하도록 제 2다공판(337)이 구비된다.

변위 게이지(340)는 피스톤(330)의 로드(331)에 일측이 결합되고, 타측이 압력 셀용 상부 커버(310)에 결합되어 피스톤(330)의 로드(331) 이동 거리를 측정하고, 이에 대한 데이터를 하기에서 설명할 데이터 로거(400)로 출력한다.

한편, 데이터 로거(400)는 컬럼 시험 본체(100)의 압력 센서(150) 및 압력 게이지(143-3)로부터 출력되는 데이터와, 선행하중 재하장치(300)의 변위 게이지(340) 및 레귤레이터(320)로부터 출력되는 데이터를 수집한다.

그리고, 분석용 컴퓨터(500)는 데이터 로거(400)를 통해 컬럼 시험 본체(100)의 압력 센서(150)로부터 출력되는 각각의 센싱값이 입력되는 시점을 통해 시료의 압밀도를 취득하고, 아래의 수학식 1에 따라 기입력된 시료의 단위중량(t/㎥)과 시료의 높이(m) 및 압력 셀(140)의 압력 게이지(143-3)로부터 입력되는 시료의 총반력(σ)을 통해 1차 재하중 보정값을 계산하여 취득한다.

또한, 분석용 컴퓨터(500)는 선행하중 재하장치(300)가 압력 셀(140)에 결합된 상태에서 1차 재하중 보정값을 통해 레귤레이터(320)의 공급 압력을 가변시켜 상재하중이력을 1차 보정한 상태에서 공기압을 공급하고, 변위 게이지(340)를 통해 피스톤(330)의 로드(331)의 변위값을 측정함과 동시에 압력 셀(140)의 압력 게이지(143-3)로부터 입력되는 시료의 총반력(σ)을 통해 기입력된 압력 셀(140) 내부의 시료의 단위중량(t/㎥)과 시료의 높이(m)를 통해 2차 재하중 보정값을 계산하여 취득한 후 2차 재하중 보정값을 통해 레귤레이터(320)의 공급 압력을 가변시켜 상재하중이력을 2차 보정한다.

이때, γ : 시료의 단위중량(t/㎥), H : 시료의 높이(m), Δσ : 재하중, σ : 시료 하부의 총 반력, σ _f : 셀의 벽면마찰력이다.

이하, 지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치의 실험 과정을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 컬럼 시험 본체(100)의 제 1셀(120)과, 제 N셀(130)과, 압력 셀(140)을 결합한다. 이때, 압력 셀(140)이 최하단에 위치하도록 한다.

그리고, 압력 셀(140)의 제 1간극수 배출밸브(143-5)와 간극수 집수정(200)의 간극수 수집밸브(220)를 배관을 이용하여 상호 연결시킨다. 한편, 압력 셀(140)과 간극수 집수정(200)은 시험 목적에 따라 선택적으로 연결할 수 있는 데, 시험과 동시에 간극수를 간극수 집수정(200)에 집수하는 경우에는 상기와 같이 상호 연결시키고, 제 1셀(120)과, 제 N셀(130)을 분리 후 압력 셀(140) 내의 간극수만을 집수하는 경우 선행하중 재하장치(300)를 압력 셀(140)과 결합 후 연결시킨다.

이러한 상태에서, 압력 센서(150) 및 압력 게이지(143-3)를 데이터 로거(400)와 연결하고, 데이터 로거(400)를 분석용 컴퓨터(500)와 연결시킨다.

그런 다음, 컬럼 시험 본체(100) 내에 함수비가 조정된 점토입자인 시료를 채운다. 이때, 실험자는 컬럼 시험 본체(100)의 눈금(110)을 읽어 자중압밀 시·종점 시간을 측정한다.

한편, 분석용 컴퓨터(500)는 데이터 로거(400)를 통해 컬럼 시험 본체(100)의 압력 센서(150)로부터 출력되는 각각의 센싱값이 입력되는 시점을 통해 시료의 압밀도를 취득함과 동시에 압력 셀(140)의 압력 게이지(143-3)로부터 입력되는 시료의 총반력(σ)을 취득한다.

그런 다음, 분석용 컴퓨터(500)는 취득된 시료의 총반력(σ)과 실험자로부터 기입력된 시료의 단위중량(t/㎥)과 시료의 높이(m) 및 시료의 총반력(σ)을 통해 1 차 재하중 보정값을 계산하여 취득한다. 즉, 실험시 컬럼 시험 본체(100)의 벽면 마찰력이 없으면 시료의 하중, 즉 시료의 단위중량(t/㎥)과 시료의 높이(m)를 곱한값과 시료의 총반력(σ)이 동일해야만 하는 데, 컬럼 시험 본체(100)의 벽면 마찰력이 발생하고 이로 인해 오차가 발생을 하게 되는 데, 분석용 컴퓨터(500)는 오차값을 취득한다.

한편, 컬럼 시험 본체(100)에서 시료의 침강-자중압밀시험이 종료되면, 실험자는 압력 센서(150)와 데이터 로거(400)의 연결을 해제시키고, 압력 셀(140)의 상부에서 제 1셀(120)과, 제 N셀(130)을 분리시킨다. 이때, 간극수가 배수된 경우 곧바로 제거하고, 간극수가 배출되지 않는 경우 제 1셀(120)과, 제 N셀(130) 내의 간극수를 별도의 장비를 이용하여 배출하는 데, 압력 셀(140) 내의 간극수는 유지시킨다.

그런 다음, 실험자는 압력 셀(140)에 선행하중 재하장치(300)의 압력 셀용 상부 커버(310)를 결합한 후 레귤레이터(320)와, 피스톤(330)과, 변위 게이지(340)를 순차적으로 결합시킨다.

그리고, 실험자는 데이터 로거(400)와 레귤레이터(320)와, 변위 게이지(340)를 연결시킨다. 이때, 압력 셀(140)의 제 1간극수 배출밸브(143-5)와 간극수 집수정(200)의 간극수 수집밸브(220)가 미연결된 경우 이들을 배관을 이용하여 상호 연결시키고, 피스톤(330)에 형성된 제 2간극수 배출밸브(335)와 간극수 수집밸브(220)를 배관을 이용하여 상호 연결시킨다.

상기와 같이 선행하중 재하장치(300)의 설치가 완료되면 실험자는 분석용 컴 퓨터(500)를 실험 시작 명령을 입력한다.

그러면, 분석용 컴퓨터(500)는 상기에서 취득된 1차 재하중 보정값을 통해 레귤레이터(320)의 공급 압력을 보정하여 공기압을 공급한다. 즉, 벽면 마찰력만큼 압력을 더 가하여 공급한다.

이러한 상태에서 분석용 컴퓨터(500)는 변위 게이지(340)를 통해 피스톤(330)의 로드(331)의 변위값을 측정함과 동시에 압력 셀(140)의 압력 게이지(143-3)로부터 입력되는 시료의 총반력(σ)을 통해 기입력된 압력 셀(140) 내부의 시료의 단위중량(t/㎥)과 시료의 높이(m)를 통해 2차 재하중 보정값을 계산한다.

그리하여, 분석용 컴퓨터(500)는 벽면 마찰력에 의한 마찰하중손실 만큼 압력을 더 가하여 상재하중이력을 가하면서 선행압밀을 수행한다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치를 이용하여 침강-자중압밀시험의 모습을 나타낸 개요도,

도 2는 본 발명에 따른 지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치를 이용하여 상재하중이력을 구현하는 모습을 나타낸 개요도,

도 4는 본 발명에 따른 지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치중 간극수 집수정의 구성을 나타낸 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치중 선행하중 재하장치의 구성을 나타낸 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 지반의 퇴적특성과 하중이력을 고려한 역학적 성능평가를 위한 일체형 시료 조성장치에 적용된 수학식을 도식화한 도면.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

100 : 컬럼 시험 본체 200 : 간극수 집수정

300 : 선행하중 재하장치 400 : 데이터 로거

500 : 분석용 컴퓨터