Development of Portable Multi-function Sensor (Mini CPT Cone + VWC Sensor) to Improve the Efficiency of Slope Inspection

비탈면 점검 효율화를 위한 휴대형 복합센서 개발

In order to efficiently analysis the stability of a slope, measuring the shear strength of soil is needed. The Standard Penetration Test (SPT) is not appropriate for a slope inspection due to cost and weights. One of the ways to effectively measure the N-value is the Dynamic Cone Penetration Test (DCPT). This study was performed to develop a minimized multi-function sensors that can easily estimate CPT values and Volumetric Water Content. N value with multi-fuction sensor DCPT showed -2.5 ~ +3.9% error compared with the SPT N value (reference value) in the field tests. Also, the developed multi-fuction sensor system was tested the correlation between the CPT test and the portable tester with indoor test. The test result showed 0.85 R2 value in soil, 0.83 in weathered soil, and 0.98 in mixed soil. As a result of the field test, the multi-function sensor shows the excellent field applicability of the proposed sensor system. After further research, it is expected that the portable multi-function sensor will be useful for general slope inspection.

본 논문에서는 비탈면의 안전점검에서 지반정수를 간편하게 측정할 수 있는 휴대형 시추기에 적용이 가능한 콘 형태의 복합센서를 개발하였으며, 지반정보를 예측할 수 있는 휴대용 지반정보 계측기 (Portable Tester)를 개발하였다. 휴대가 간편한 비탈면 안전점검용 센서개발을 위해서, 비탈면취약도 평가에 필요한 지층 및 지반정보를 측정할 수 있는 센서들을 포함하며, 비탈면안전성 평가에 필요한 조사데이터(토층심도, 강도정수 등)를 자동 추출하고, 상부 자연사면 토사붕괴 징후파악을 위해 깊이별 함수비 측정도 가능하도록 복합센서로 설계하였다. 지반정보 복합센서의 선단을 구성하는 소형 전자식 콘 프로브는 CPT 및 DCPT를 수행하기 위해 개발하였으며, 직경 30mm 콘과 길이 250mm Friction Sleeve를 기본 스펙으로 콘관입력과 마찰력을 손실 없이 로드셀로 전달하기 위한 로드와 어댑터, 로드셀 모듈로 설계하였다. 복합센서의 로드셀 부분를 응용하여, 토양경도계 형태로 휴대가 간편하면서도 CPT처럼 표토층의 콘관입력을 측정하면서 동시에 슬리브 마찰력 측정을 가능하게 함으로써 좀 더 구체적인 지반정보를 예측할 수 있는 휴대용 지반정보 계측기 (Portable Tester)도 개발하였다. 개발한 센서 시스템은 실내 시험을 통해서 CPT 시험과 휴대용 지반정보 계측기 시험의 상관성을 확인하였으며, 현장시험을 통해서 CPT 콘저항값과 표준관입시험의 N치를 추정하여 현장 적용성을 검증하였다.