JP6112663B2 - In-situ rock test method and test equipment - Google Patents
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Description
本発明は、原位置岩盤試験方法及び試験装置に関するものであり、より詳細には、異方性を有する岩盤の変形特性及び強度特性を単純剪断モードの原位置載荷試験によって調べ又は特定することができる原位置岩盤試験方法及び試験装置に関するものである。 The present invention relates to an in-situ rock test method and test apparatus, and more specifically, the deformation characteristics and strength characteristics of an anisotropic rock can be investigated or specified by an in-situ loading test in a simple shear mode. The present invention relates to an in-situ rock mass test method and test apparatus that can be used.
岩盤の力学特性を原位置試験により調べる試験方法として、試験体の露頭部分に剪断力等の外力又は荷重を与える岩盤剪断試験(ロック剪断試験及びブロック剪断試験(地盤工学会基準:JGS3511-2004))や、平板載荷試験(地盤工学会基準:JGS3521-2004)、原位置岩盤三軸試験(特許第4043568号公報(特許文献1)、岩盤捩じり剪断試験(ISRM、1974(非特許文献1))等が知られている。この他、この種の原位置試験として、ボーリング孔内で試験体に外力を与える孔底三軸試験(特許第4043568号(特許文献1))、或いは、プレッシャーメータ試験(地盤工学会基準:JGS 3531-2004)等が知られている。 As a test method to examine the mechanical properties of rock mass by in-situ test, rock shear test (rock shear test and block shear test (JGS3511-2004 standard) that applies external force or load such as shear force to the outcrop portion of the specimen) ), Plate loading test (Geotechnical Society standard: JGS3521-2004), in-situ rock triaxial test (Patent No. 4043568 (Patent Document 1), rock torsional shear test (ISRM, 1974 (Non-Patent Document 1)) In addition, as this type of in-situ test, a hole bottom triaxial test (Patent No. 4043568 (Patent Document 1)) that applies an external force to the test body in the bore hole, or pressure Meter tests (geological engineering society standard: JGS 3531-2004) etc. are known.
また、試験体に引張り荷重を与えて引張り載荷時の変形特性及び強度特性(引張り強さ)等を調べる試験として、原位置岩盤三軸試験に類似した原位置引張り試験が、特開2011-107049号公報(特許文献2)において提案されている。 Further, as a test for applying a tensile load to a test body and examining deformation characteristics and strength characteristics (tensile strength) at the time of tensile loading, an in-situ tensile test similar to the in-situ rock triaxial test is disclosed in JP2011-107049A. No. 2 (Patent Document 2).
地震時の繰返し載荷を考慮した岩盤の力学特性(変形特性と強度特性)については、上述の原位置岩盤試験において繰返し載荷を行うことにより、その試験方法に相応して特定される剪断モードに関して調べることができるかもしれない。しかしながら、これは、単純剪断モードの原位置岩盤試験ではない。 Regarding the dynamic characteristics (deformation characteristics and strength characteristics) of rock mass considering repeated loading during an earthquake, the shear mode specified according to the test method is examined by repeated loading in the above-mentioned in-situ rock mass test. It may be possible. However, this is not a simple shear mode in situ rock test.
他方、岩盤からサンプリングした岩石採取試料を供試体として使用する室内力学試験においては、単純剪断モードの試験が知られている。単純剪断モードの室内力学試験として、例えば、単純剪断試験(地盤工学会、2009)、中空捩じり剪断試験(地盤工学会基準:JGS 0543-2009、0551-2009(非特許文献2))、多段リング剪断試験(Ishikawa et al.、2011(非特許文献3):田中 他、2001(非特許文献4))が挙げられる。また、一本の円筒形状の供試体に対する三軸試験によって、面内等方弾性体を仮定した変形特性の異方性を評価する異方性評価方法も知られている(Gonzaga et al.、2008(非特許文献5))。しかしながら、室内力学試験においては、採取試料の乱れ、寸法効果の影響等があるので、地盤を構成する岩盤の力学特性を室内力学試験によって適切に評価することは困難である。即ち、地盤を構成する岩盤に対して直に力学試験を行なう原位置岩盤試験と、採取後の岩石試料を用いた室内力学試験とは、異質の試験である。 On the other hand, a simple shear mode test is known in a laboratory dynamic test in which a rock sample sampled from a rock is used as a specimen. As the indoor mechanical tests in the simple shear mode, for example, the simple shear test (Geotechnical Society, 2009), the hollow torsional shear test (Geotechnical Society standards: JGS 0543-2009, 0551-2009 (non-patent document 2)), Multistage ring shear test (Ishikawa et al., 2011 (non-patent document 3): Tanaka et al., 2001 (non-patent document 4)). An anisotropy evaluation method for evaluating the anisotropy of deformation characteristics assuming an in-plane isotropic elastic body is also known by a triaxial test on a single cylindrical specimen (Gonzaga et al., 2008 (Non-Patent Document 5)). However, in the indoor mechanics test, there is a disturbance of the collected sample, the influence of the size effect, etc., so it is difficult to appropriately evaluate the mechanical properties of the rock constituting the ground by the indoor mechanics test. That is, the in-situ rock test that directly performs a mechanical test on the rock constituting the ground and the indoor mechanical test using the rock sample after sampling are different tests.
前述のとおり、従来の原位置岩盤試験の試験方法では、単純剪断モードで岩盤の力学特性を調べことができず、異方性を有する岩盤の変形特性及び強度特性を特定することもできなかった。以下、この点について更に説明する。 As described above, the conventional in-situ rock test method was unable to investigate the dynamic characteristics of the rock in the simple shear mode, nor could it identify the deformation and strength characteristics of the anisotropic rock. . Hereinafter, this point will be further described.
(1)単純剪断モードについて (1) Simple shear mode
地盤材料の力学特性は、その変形(又は歪み)や、荷重(又は応力)の与え方、即ち、剪断モードに依存する。 The mechanical properties of the ground material depend on the deformation (or strain) and how to apply the load (or stress), that is, the shear mode.
直接剪断(direct shear)モードの1種である単純剪断(simple shear)モードは、要素を或る一定の方向に剪断変形させ、要素内に一様な剪断変形を生じさせるモードである。一面剪断(box shear)モードが、定まった1つの面で剪断させるのに対して、単純剪断モードは、要素の内部に一様な剪断変形を生じさせる剪断モードである。 A simple shear mode, which is a type of direct shear mode, is a mode in which an element is shear-deformed in a certain direction and a uniform shear deformation is generated in the element. The single shear mode is a shear mode that causes a uniform shear deformation within the element, whereas the box shear mode shears on one fixed surface.
繰返し載荷時の単純剪断モードは、地震時の地盤要素の状態、即ち、一定の上載圧の下で、鉛直上向きに伝播するS波により水平面上に繰返し剪断応力が作用する状態に最も近いと考えられる。このため、地盤の変形特性(剪断剛性率Gや、減衰定数hと剪断歪みγの関係等)は、地震時の地盤の変形や安定性の評価にとって非常に重要である。 The simple shear mode at the time of repeated loading is considered to be the closest to the state of the ground element at the time of earthquake, that is, the state in which repeated shear stress acts on the horizontal plane due to the S wave propagating vertically upward under a constant upper loading pressure. It is done. For this reason, the deformation characteristics of the ground (such as the shear rigidity G and the relationship between the damping constant h and the shear strain γ) are very important for evaluating the deformation and stability of the ground during an earthquake.
しかしながら、従来の原位置岩盤試験には、単純剪断モードの試験が存在しない。即ち、岩盤剪断試験(ロック剪断試験とブロック剪断試験)及び岩盤捩じり剪断試験は一面剪断モードであり、原位置岩盤三軸試験、原位置引張り試験及び孔底三軸試験は、主応力軸を固定した軸対称の三軸モードである。また、平板載荷試験やプレッシャーメータ試験は、要素試験でなく、半無限水平地盤上且つ軸対象条件下の剛板載荷モード、或いは、軸対称平面歪み条件下の円孔拡大モードであるにすぎない。 However, there is no simple shear mode test in the conventional in situ rock test. That is, the rock shear test (rock shear test and block shear test) and the rock torsional shear test are single-sided shear modes, and the in-situ rock triaxial test, in-situ tensile test and hole bottom triaxial test are the principal stress axes. This is an axially symmetric triaxial mode in which is fixed. In addition, the flat plate loading test and pressure meter test are not elemental tests, but only a rigid plate loading mode on a semi-infinite horizontal ground and an axial object condition, or a circular hole expansion mode under an axially symmetric plane strain condition. .
なお、室内力学試験においては、単純剪断モードの試験(単純剪断試験、中空捩じり剪断試験、多段リング剪断試験)が実施されているが、サンプリングによる試料の乱れの問題があるばかりでなく、供試体サイズが比較的小寸法のものに限定されるので、寸法効果の問題があり、このため、不均質性や不連続性の影響を考慮する必要がある岩盤については、その力学特性を適切に評価することはできない。また、多段リング剪断試験では、リングの境界位置で不連続性が生じ、高さ方向において供試体変形の連続性が得られないことや、側面に剪断応力が作用するという問題も生じる。 In the laboratory dynamics test, simple shear mode tests (simple shear test, hollow torsional shear test, multi-stage ring shear test) are carried out, but not only there is a problem of sample disturbance due to sampling, Since the specimen size is limited to relatively small dimensions, there is a problem of dimensional effects. For this reason, for rock masses that need to take into account the effects of inhomogeneities and discontinuities, the mechanical properties are appropriate. Cannot be evaluated. Further, in the multi-stage ring shear test, discontinuity occurs at the boundary position of the ring, and there is a problem that the continuity of the deformation of the specimen cannot be obtained in the height direction and the shear stress acts on the side surface.
(2)異方性を調べる簡易且つ安価な方法が過去に存在しないことについて (2) About the absence of a simple and inexpensive method for examining anisotropy in the past
従来の原位置岩盤試験においては、単一の試験体に対する1回の試験によって、試験方法(試験体の形状及び載荷の方法)に相応して定まる主応力方向(又は主歪み方向)の力学特性を評価し得るにすぎない。このため、岩盤の力学特性に関する異方性を調べるには、方向を変えて同じ試験方法を複数回実施する必要が生じる。例えば、岩盤剪断試験(ロック剪断試験及びブロック剪断試験)、平板載荷試験、原位置岩盤三軸試験、原位置引張り試験および岩盤捩じり剪断試験では、方向が異なる試験体を複数個作製して同様の試験を反復実施する必要がある。 In the conventional in-situ rock test, the mechanical characteristics in the principal stress direction (or principal strain direction) determined according to the test method (the shape of the specimen and the loading method) by a single test on a single specimen. Can only be evaluated. For this reason, in order to investigate the anisotropy related to the dynamic characteristics of the rock mass, it is necessary to change the direction and perform the same test method a plurality of times. For example, in the rock shear test (rock shear test and block shear test), flat plate loading test, in-situ rock triaxial test, in-situ tensile test, and rock torsional shear test, multiple specimens with different directions are prepared. Similar tests need to be repeated.
また、岩盤の力学特性に関する異方性を孔底三軸試験やプレッシャーメータ試験により調べるには、異なる方向に掘削した複数のボーリング孔において試験を反復実施する必要が生じる。他方、中空円筒の試験体を用いた静水圧試験では、歪みテンソルの6成分を算出するのに十分な測定点数の歪みを計測すれば、剛性の異方性を特定し得るかもしれないが、等方応力下の試験であることから、強度異方性を特定することはできない。 In addition, in order to investigate the anisotropy related to the dynamic characteristics of rock mass by the hole bottom triaxial test or the pressure meter test, it is necessary to repeat the test in a plurality of boreholes drilled in different directions. On the other hand, in the hydrostatic pressure test using a hollow cylindrical specimen, if the strain of the number of measurement points sufficient to calculate the six components of the strain tensor is measured, the rigidity anisotropy may be specified. Since it is a test under isotropic stress, the strength anisotropy cannot be specified.
更には、従来の岩盤剪断試験(ロック剪断試験及びブロック剪断試験)、原位置岩盤三軸試験、原位置引張り試験、岩盤捩じり剪断試験では、自重の影響によって試験体に過度の曲げ応力や剪断応力が作用してしまうために、中心軸線が鉛直方向から大きく乖離する試験体(例えば、中心軸線が鉛直方向に対して20度以上傾いた試験体)を用いて原位置試験を行なうことは、極めて困難である。 Furthermore, in conventional rock shear tests (rock shear test and block shear test), in-situ rock triaxial test, in-situ tensile test, and rock torsional shear test, excessive bending stress and Performing an in-situ test using a specimen whose central axis is greatly deviated from the vertical direction (for example, a specimen whose central axis is tilted by 20 degrees or more with respect to the vertical direction) due to the shear stress acting. It is extremely difficult.
即ち、従来の原位置岩盤試験では、岩盤の力学特性に関する異方性を調べるために複数回又は多数回の試験を行う必要が生じるので、多大な時間及び労力を要するばかりでなく、試験に要する費用が高額化し、しかも、試験方法によっては、試験の実施自体が困難であるという問題があった。 That is, in the conventional in-situ rock mass test, it is necessary to perform the test several times or many times in order to investigate the anisotropy related to the dynamic characteristics of the rock mass. There is a problem that the cost is increased and the test itself is difficult depending on the test method.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、異方性を有する岩盤の変形特性及び強度特性を単純剪断モードの原位置載荷試験により比較的容易且つ短時間に調べ又は特定することができる原位置岩盤試験方法及び試験装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the object of the present invention is to make it easy to determine the deformation characteristics and strength characteristics of an anisotropic rock mass by an in-situ loading test in a simple shear mode. An object of the present invention is to provide an in-situ rock test method and test apparatus that can be investigated or specified in a short time.
上記目的を達成すべく、本発明は、岩盤の露頭部又はボーリング孔の孔底部分を掘削又は削孔して中空円筒状の試験体を原位置に成形し、該試験体に荷重を載荷して試験体の変形特性及び強度特性を調べ又は特定する原位置岩盤試験方法において、
直応力及び剪断応力を計測する計測手段を有するキャップ又は蓋体を前記試験体の頂部又は上端部に配置し、
前記試験体の中心軸線方向の軸荷重と、前記試験体の中心軸線廻りのモーメントとを前記キャップ又は蓋体に同時に載荷することにより、該キャップを介して軸荷重及びモーメントを前記試験体に作用せしめ、
前記キャップ又は蓋体と前記試験体の頂面又は上面との境界に作用する直応力及び剪断応力を前記計測手段によって検出するとともに、直応力及び剪断応力の円周方向の分布を求めることにより、岩盤の変形特性及び強度特性を調べ又は特定することを特徴とする原位置岩盤試験方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention excavates or drills a rock head outcrop or a bottom portion of a borehole to form a hollow cylindrical specimen in its original position, and loads the specimen on the load. In-situ rock test method to examine or specify the deformation characteristics and strength characteristics of the test body,
A cap or lid having a measuring means for measuring a direct stress and a shear stress is disposed on the top or upper end of the test body,
By simultaneously loading an axial load in the direction of the central axis of the specimen and a moment about the central axis of the specimen on the cap or the lid, the axial load and the moment act on the specimen via the cap. Cough,
By detecting the direct stress and shear stress acting on the boundary between the cap or lid and the top surface or the upper surface of the test body by the measuring means, and obtaining the circumferential distribution of the direct stress and the shear stress, In-situ rock mass testing method characterized by examining or identifying the deformation characteristics and strength characteristics of rock mass.
本発明の上記構成によれば、キャップ又は蓋体の底面と試験体の頂面又は上面との境界に作用する直応力及び剪断応力が計測手段によって検出されるとともに、直応力及び剪断応力の円周方向分布が求められる。これにより、岩盤の異方性を求めるとともに、異方性を有する岩盤の変形特性及び強度特性を求めることができる。 According to the above configuration of the present invention, the direct stress and the shear stress acting on the boundary between the bottom surface of the cap or the lid and the top surface or the top surface of the test body are detected by the measuring means, and the direct stress and the shear stress circle are detected. Circumferential distribution is obtained. As a result, the anisotropy of the rock mass can be obtained, and the deformation characteristics and strength characteristics of the anisotropic rock mass can be obtained.
本発明は又、岩盤の露頭部又はボーリング孔の孔底部分を掘削又は削孔して原位置に成形した中空円筒状の試験体に荷重を載荷する載荷装置と、前記試験体の変形特性及び強度特性を調べ又は特定するために該試験体に作用する応力を検出する計測手段とを有する原位置岩盤試験装置において、
直応力及び剪断応力を計測する計測手段を有するキャップ又は蓋体が、前記試験体の頂部又は上端部に配設され、
前記載荷装置は、前記キャップ又は蓋体を介して軸荷重及びモーメントを前記試験体に同時に載荷するように構成され、
前記計測手段は、前記キャップ又は蓋体と前記試験体の頂面又は上面との境界に作用する直応力又は軸荷重と剪断応力又は剪断荷重とを検出する複数の計測部又は計測器を有し、
該計測部又は計測器は、前記試験体の頂面又は上面に周方向に配列されることを特徴とする原位置岩盤試験装置を提供する。
The present invention also provides a loading device for loading a hollow cylindrical test body formed in situ by excavating or drilling a rocky outcrop or a hole bottom portion of a borehole, and deformation characteristics of the test body and In-situ rock test apparatus having a measuring means for detecting stress acting on the test body in order to examine or specify strength characteristics,
A cap or lid having measuring means for measuring direct stress and shear stress is disposed on the top or upper end of the test body,
The aforementioned loading device is configured to simultaneously load an axial load and a moment on the test body via the cap or the lid,
The measuring means has a plurality of measuring units or measuring devices for detecting a direct stress or axial load and a shear stress or a shear load acting on a boundary between the cap or lid and the top surface or the upper surface of the test body. ,
The measuring unit or measuring instrument is arranged in the circumferential direction on the top surface or the upper surface of the test body.
本発明の上記構成によれば、キャップ又は蓋体の底面と試験体の頂面又は上面との境界に作用する直応力(又は軸荷重)と剪断応力(又は剪断荷重)とが、複数の計測部又は計測器によって検出される。計測部又は計測器の検出結果に基づき、直応力及び剪断応力の円周方向分布を求め、これにより、岩盤の異方性を求めるとともに、異方性を有する岩盤の変形特性及び強度特性を求めることができる。 According to the above configuration of the present invention, the direct stress (or axial load) and the shear stress (or shear load) acting on the boundary between the bottom surface of the cap or the lid and the top surface or the top surface of the test body are a plurality of measurements. It is detected by a part or a measuring instrument. Based on the detection results of the measuring unit or measuring instrument, the circumferential distribution of direct stress and shear stress is obtained, thereby obtaining the anisotropy of the rock mass and the deformation characteristics and strength characteristics of the rock mass having anisotropy. be able to.
好ましくは、試験体の上面に接するキャップ又は蓋体の底面は、円周方向に複数の区画に等分割される。計測部又は計測器は、各区画に作用する直応力又は軸荷重を検出するとともに、各区画に作用する捩じり方向の剪断応力又は剪断荷重を検出するためのロードセルからなる。ロードセルの出力は、記録手段を構成する制御ユニット又はPC等の制御装置又は制御システムに入力され、試験体の上面に作用する直応力の円周方向分布と、捩じり方向の剪断応力の円周方向分布とが求められる。岩盤の異方的な力学特性は、かくして得られた応力分布に基づいて評価される。力学特性の評価においては、求められた応力の円周方向分布より、異方性を適切に考慮した構成モデルが仮定され、この構成モデルを記述する地盤パラメータが逆解析により求められる。構成モデルの例として、面内等方性(traverse isotropy)が挙げられるが、これに限定されるものではない。 Preferably, the cap or the bottom surface of the lid contacting the top surface of the test body is equally divided into a plurality of sections in the circumferential direction. The measuring unit or measuring instrument includes a load cell for detecting a direct stress or axial load acting on each section and detecting a torsional direction shear stress or shear load acting on each section. The output of the load cell is input to a control device or control system such as a control unit or PC constituting the recording means, and the circumferential distribution of the direct stress acting on the upper surface of the specimen and the circle of the shear stress in the torsional direction. A circumferential distribution is required. The anisotropic mechanical properties of the rock mass are evaluated based on the stress distribution thus obtained. In the evaluation of the mechanical characteristics, a constitutive model that appropriately considers anisotropy is assumed from the circumferential distribution of the obtained stress, and ground parameters describing the constitutive model are obtained by inverse analysis. Examples of constitutive models include, but are not limited to, in-plane isotropic (traverse isotropy).
キャップ又は蓋体の底面の分割数nは、少なくとも6分割、好ましくは、8分割以上の分割数に好ましく設定し得る。これにより、応力分布の形状を精度良く特定し、岩盤の力学特性の異方性を正確に評価することができる。 The division number n of the bottom surface of the cap or the lid can be preferably set to a division number of at least 6 divisions, preferably 8 divisions or more. Thereby, the shape of the stress distribution can be specified with high accuracy, and the anisotropy of the dynamic characteristics of the rock can be accurately evaluated.
所望により、試験体の径方向内側及び径方向外側に内セル及び外セルが形成される。各セルはゴム膜により画成され、流体圧が各セル内の領域に作用する。流体圧による直応力が試験体に作用した状態で軸荷重及びモーメントが試験体に作用し、軸変位と円周方向の捩じり変位とが試験体に作用する。好ましくは、試験体の内側面及び外側面に夫々作用する直応力は、等しい圧力値に設定される。載荷は、変位制御(又は歪み制御)の方式のものであっても、荷重制御(又は応力制御)の方式のものであっても良い。また、載荷は、単調載荷として行なうだけでなく、繰返し載荷として行なうことも可能である。 If desired, an inner cell and an outer cell are formed on the radially inner side and the radially outer side of the specimen. Each cell is defined by a rubber film, and fluid pressure acts on a region in each cell. The axial load and moment act on the test body in a state where the direct stress due to fluid pressure acts on the test body, and the axial displacement and the torsional displacement in the circumferential direction act on the test body. Preferably, the direct stress acting on the inner surface and the outer surface of the test body is set to an equal pressure value. The loading may be a displacement control (or strain control) method or a load control (or stress control) method. Moreover, loading can be performed not only as monotonous loading but also as repeated loading.
好適には、試験体の変形モードが単純剪断モードであると仮定するため、試験体の内径・外径比(din/dout)は、1.0>din/dout≧0.6の範囲内に設定される。このような内径・外径比を採用した場合、上記区画内で試験体の上面に作用する剪断応力及び剪断歪みの径方向分布は一様であると仮定して試験結果を解析することができる。 Preferably, since it is assumed that the deformation mode of the specimen is the simple shear mode, the inner diameter / outer diameter ratio (d in / d out ) of the specimen is 1.0> d in / d out ≧ 0.6 Is set within the range. When such an inner diameter / outer diameter ratio is adopted, it is possible to analyze the test results on the assumption that the radial distribution of shear stress and shear strain acting on the upper surface of the test body is uniform in the section. .
更に好適には、試験体の高さ・外径比(hs/dout)は0.5以上の値に設定される。上記原位置試験においては、周辺岩盤が試験体の下端部に連続するが、このような高さ・外径比の採用により、試験結果に対する周辺岩盤の影響を軽減することができる。 More preferably, the height / outer diameter ratio (h s / d out ) of the specimen is set to a value of 0.5 or more. In the above in-situ test, the surrounding rock mass continues to the lower end of the test body. By adopting such a height / outer diameter ratio, the influence of the surrounding rock mass on the test result can be reduced.
試験体の寸法は、岩盤の不均質性や不連続性を代表できるサイズであること、そして、円筒断面の曲率を低減し得るサイズであることが望ましいが、経済合理性を考慮し、試験体の外径doutは、少なくとも100mmに設定され、好ましくは、200〜600mmの範囲内の寸法に設定される。 The size of the test specimen should be the size that can represent the heterogeneity and discontinuity of the rock mass, and the size that can reduce the curvature of the cylindrical cross section. The outer diameter d out is set to at least 100 mm, and preferably set to a dimension in the range of 200 to 600 mm.
好ましくは、上記荷重載荷装置は、軸荷重を試験体に載荷するための軸荷重載荷装置と、モーメントを試験体に載荷するためのモーメント載荷装置とを有する。軸荷重載荷装置及びモーメント載荷装置は、軸荷重及びモーメントをキャップ又は蓋体に出力し、キャップ又は蓋体は、計測部又は計測器を介して軸荷重及びモーメントを試験体の上端部に伝達する。 Preferably, the load loading apparatus includes an axial load loading apparatus for loading an axial load on the test body and a moment loading apparatus for loading a moment on the test body. The axial load loading device and the moment loading device output the axial load and moment to the cap or the lid, and the cap or lid transmits the axial load and the moment to the upper end of the test body via the measuring unit or the measuring instrument. .
本発明の原位置岩盤試験方法及び試験装置によれば、異方性を有する岩盤の変形特性及び強度特性を単純剪断モードの原位置載荷試験により比較的容易且つ短時間に調べ又は特定することができる。 According to the in-situ rock mass testing method and test apparatus of the present invention, it is possible to investigate or specify the deformation characteristics and strength characteristics of anisotropic rock mass relatively easily and in a short time by an in-situ loading test in a simple shear mode. it can.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明に係る原位置岩盤捩じり剪断試験の概要を示す縦断面図及び横断面図であり、試験体の作製過程が図1に概略的に示されている。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view and a transverse sectional view showing an outline of an in-situ rock torsional shear test according to the present invention, and a process for producing a specimen is schematically shown in FIG.
図1(A)には、原位置試験を実施すべき岩盤Mの露頭部が示されている。地表面Maは、ディスク型ビット等の掘削・削孔手段を用いて平滑に整形される。整形後の地表面Maは、図1(D)及び図1(E)に示す中空円筒状の試験体SPの上面を構成する。岩盤Mの地表面Maは、ボーリング作業により削孔された掘削孔の孔底面Md(図4)であっても良い。 FIG. 1 (A) shows the outcrop of the rock M to be subjected to the in-situ test. The ground surface Ma is smoothly shaped using excavation / drilling means such as a disk-type bit. The ground surface Ma after shaping constitutes the upper surface of the hollow cylindrical specimen SP shown in FIGS. 1 (D) and 1 (E). The ground surface Ma of the rock mass M may be the bottom Md (FIG. 4) of the excavation hole drilled by the boring operation.
図1(A)には、岩盤Mに削孔すべき円形断面の中心孔2が、破線示されている。中心孔2は、ディスク型ビット4を備えたコアバレル5等の削孔手段によって、図1(B)に示す如く地表面Maに垂直に削孔される。中心孔2は、鉛直な中心軸線Cを中心とした所定直径の真円形断面を有する。
In FIG. 1 (A), a
図1(B)及び図1(C)には、岩盤Mに削孔すべき外周溝3が、破線で示されている。外周溝3は、ディスク型ビット6を備えたコアバレル7等の削孔手段によって、中心孔2と同心状に岩盤Mに削孔される。外周溝3も又、整形後の地表面Maに対して垂直に削孔され、外周溝3の内周面及び外周面は、中心軸線Cを中心とした所定直径の真円形断面を有する。
In FIG. 1 (B) and FIG. 1 (C), the outer
共軸の中心孔2及び外周溝3を削孔することにより、底部が岩盤Mと連続した中空円筒状の試験体SPが、図1(D)及び図1(E)に示す如く、岩盤Mの原位置に成形される。試験体SPは、滑らかに仕上げられた上面Sa、内側面Sb及び外側面Scを有する。上面Saは、中心軸線Cと直交する水平面であり、内側面Sbは、中心軸線Cを中心とした直径dinの真円形内周壁面であり、外側面Scは、中心軸線Cを中心とした直径doutの真円形外周壁面である。なお、本実施形態においては、試験体SPは、鉛直な中心軸線Cを中心とした円筒形輪郭を有するが、中心軸線Cを傾斜させることも可能である。中心軸線Cの傾斜は、望ましくは、自重の影響によって試験体に過度の曲げ応力又は剪断応力が作用しない範囲内の角度に設定される。中心軸線Cの傾斜は、鉛直方向に対する中心軸線Cの傾斜角が20度未満の範囲内の角度に好ましく設定し得るが、所望により、中心軸線Cの傾斜角を20度以上の角度に設定することも可能である。
By drilling the coaxial
後述する載荷試験において試験体SPの変形モードを単純剪断モードと仮定するには、内側面Sb及び外側面Scの曲率差を低減して剪断応力の分布を一様にすることが望ましく、このため、本実施形態において、内径・外径比(din/dout)は、0.6以上(1.0>din/dout≧0.6)の値に設定される。但し、このような仮定をしない解析方法を用いるのであれば、内径・外径比(din/dout)を0.6以下の値に設定することも可能である。極端な条件として、内径dinがゼロの場合(din/dout=0)、試験体SPは中実の円柱であり、従って、中心孔2及び内セル20(図2)を省略し得るので、試験装置1の構造や、試験の手順(施工性)を簡素化することができる。しかしながら、試験体の上面Saに作用する剪断応力や、捩じり方向の剪断歪みの値は、中心軸線Cにおいて実質的にゼロ値であり、従って、剪断応力及び剪断歪みの半径方向の分布が、一様ではなくなる。このため、このような場合には、剪断応力及び剪断歪みの非一様性の影響を適切に考慮した解析方法を採用する必要が生じると考えられる。
In order to assume that the deformation mode of the specimen SP is the simple shear mode in the loading test described later, it is desirable to reduce the difference in curvature between the inner surface Sb and the outer surface Sc to make the shear stress distribution uniform. In this embodiment, the inner diameter / outer diameter ratio (d in / d out ) is set to a value of 0.6 or more (1.0> d in / d out ≧ 0.6). However, if an analysis method that does not make such an assumption is used, the inner diameter / outer diameter ratio (d in / d out ) can be set to a value of 0.6 or less. As an extreme condition, when the inner diameter d in is zero (d in / d out = 0), the specimen SP is a solid cylinder, and therefore the
岩盤の力学特性の寸法効果を考慮すると、試験体SPの外径doutは、100mm以上に設定することが望ましく、また、試験の経済的合理性等を重視すると、外径doutは、200mm〜600mm程度の寸法に設定することが望ましい。但し、経済的合理性以外の他の観点より、外形dout>600mmに設定することも可能である。 In consideration of the dimensional effect of the dynamic characteristics of the rock mass, it is desirable to set the outer diameter d out of the specimen SP to 100 mm or more, and considering the economic rationality of the test, the outer diameter d out is 200 mm. It is desirable to set the dimensions to about 600 mm. However, from the viewpoint other than the economic rationality, it is possible to set the outer shape d out > 600 mm.
試験体SPの高さ方向及び半径方向の寸法バランスを考慮すると、試験体SPがほぼ一様な単純剪断モードの変形をすると見做すには、試験体SPは、円筒体上端部から円筒体下端部の区間の高さ寸法hsが外径doutの0.4倍以上であることが望ましい。好ましくは、試験体SPの高さ・外径比(hs/dout)は、試験体SPの下端部が周辺の岩盤Mに連続することの影響を更に考慮し、0.5以上(1.0>hs/dout≧0.5)の範囲内の寸法に設定される。 In view of the dimensional balance in the height direction and the radial direction of the test body SP, in order to assume that the test body SP is deformed in a substantially uniform simple shear mode, the test body SP has a cylindrical body from the upper end of the cylindrical body. It is desirable that the height dimension h s of the lower end section is 0.4 times or more of the outer diameter d out . Preferably, the height / outer diameter ratio (h s / d out ) of the test specimen SP is 0.5 or more (1) in consideration of the effect of the lower end of the test specimen SP continuing to the surrounding rock mass M. 0.0> h s / d out ≧ 0.5).
図2は、図1と同じく、本発明に係る原位置岩盤捩じり剪断試験の概要を示す縦断面図及び横断面図であり、原位置岩盤捩じりせん試験装置1(以下、「試験装置1」という。)を試験体SPに設置した状態が図2に概略的に示されている。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view and a transverse sectional view showing an outline of the in-situ rock torsional shear test according to the present invention, as in FIG. FIG. 2 schematically shows a state in which the
図2に示す如く、本実施形態に係る試験装置1は、試験体SPの上面に設置されたキャップ又は蓋体10(以下、「キャップ10」という。)と、中心孔2に設置された内セル20と、外周溝3に設置された外セル30とを有する。
As shown in FIG. 2, the
内セル20は、中心孔2内に挿入され且つ試験体SPの内側面Sbを被覆する環状ゴム膜21によって形成される。外セル30は、外周溝3に挿入され且つ試験体SPの外側面Scを被覆する環状ゴム膜31と、外周溝3に挿入され且つ岩盤Mの内周壁面Mbを被覆する環状ゴム膜32とによって形成される。ゴム膜21、31、32の両端を固定する端部固定手段(図示せず)は、試験体SPの軸方向変位(圧縮・伸張)及び捩じり変位を拘束せず、試験体SPの変位に追従し得る構造を有する。なお、試験装置1は、内周壁面Mbをゴム膜32により被覆した構造を有するので、岩盤Mの反力を利用し、試験体SPの剛性及び強度を低減し、試験体SPを薄く軽い構造にすることができる。なお、キャップ10は、内セル20及び外セル30の流体をセル内に封止する封止手段(図示せず)を有する。
The
内セル20及び外セル30は、流体管路8を介してセル圧供給装置の流体圧供給源(図示せず)に接続される。流体管路8には、圧力計9が介装される。圧力供給媒体としての流体は、油圧等の液圧を供給する作動液であっても、空圧を供給する圧縮空気であっても良いが、制御性及び安全性等を考慮し、作動液による圧力供給方式を好ましく採用し得る。流体圧供給源は、内セル20及び外セル30に流体圧を供給し、側圧(直応力)Pinを試験体SPの内側面Sbに作用せしめ且つ側圧(直応力)Poutを試験体SPの外側面Scに作用せしめる側圧載荷手段又は拘束圧載荷手段を構成する。本実施形態においては、液圧源及び液圧として水圧源及び水圧が用いられる。
The
単純剪断モードの試験の場合、内セル20の圧力Pinと外セル30の圧力Poutとは、同一の値に設定されるので(Pin=Pout)、単一のセル圧供給装置(図示せず)によって内セル20及び外セル30を加圧することができる。しかしながら、中間主応力の影響を検討する場合には、両者を独立に制御できるようにすることが望ましい(Pin≠Pout)。
In the case of the simple shear mode test, the pressure P in of the
図3(A)は、試験装置1の構造を概略的に示す縦断面図であり、図4は、図3に示す試験装置1と同等の試験装置1'を用いて孔底で試験を実施する態様を示す縦断面図である。
FIG. 3A is a longitudinal sectional view schematically showing the structure of the
図3(A)には、岩盤Mの露頭部、或いは、調査坑の底面の浅部において試験を実施するのに適した構造を有する試験装置1が示されている。試験装置1を用いた試験は、一般に、深度2m以浅の試験に限定される反面、中規模の試験(200mm≦dout<400mm)のみならず、比較的大規模の試験(400mm≦dout)を実施することも可能である。このような中規模又は大規模の試験によれば、岩盤Mの物性に関する試験結果の代表性又は信頼性等を向上することができる。また、このような浅い深度域における試験では、試験装置1の設計、計測システムの構築、試験の手順(試験体SPの作製、試験装置1のセット等の各種作業)等は、ボーリング孔の孔底等で行う試験に比べ、迅速且つ容易に遂行することができる。
FIG. 3A shows a
試験装置1は、軸荷重載荷装置11とモーメント載荷装置12とを有する。軸荷重載荷装置11は、キャップ10を介して試験体SPの上面Saに軸方向(圧縮・伸張方向)の荷重を載荷し、モーメント載荷装置12は、中心軸線C廻りに捩じりモーメント(トルク)を載荷する。載荷装置11、12は、一定の荷重速度(又は応力速度)及び変位速度(又は歪み速度)で載荷重又はモーメントを制御可能な機能を備え、単調載荷のみならず、繰返し載荷等も実施する機能を有することが望ましい。載荷装置11、12の動力源として、油圧、空圧等の流体圧や、電動モーター等の機械的駆動源を好ましく使用し得るが、所定の捩じりモーメント(トルク)を確保し得るのであれば、手動形式の載荷機構を用いることも可能である。本実施形態においては、流体圧作動型シリンダ装置13、14の流体圧が載荷装置11、12の駆動源として採用される。なお、載荷装置11、12の最大流体圧は、試験条件によって定められるが、試験体SPを構成する岩盤Mの一般的な強度を勘案すると、数MPa〜20MPa程度の圧力に設定すれば良いものと考えられる。
The
軸荷重の反力は、岩盤Mの露頭部や、調査坑の天端又は側面によって確保することができる。図3(A)に示す試験装置1においては、鉛直荷重(軸荷重)の反力を確保する軸荷重支持手段として、試験装置1の上方に位置する試掘杭天井、仮設架台等の仮設構造物、或いは、ボーリング機械又は車両の機体等からなる反力体Nを使用し得る。また、図3(A)に示す試験装置1においては、モーメント(トルク)の反力を確保するモーメント支持手段として、支柱51を挿入可能な係留孔Mcが岩盤Mに穿孔される。支柱51が係留孔Mcに挿入され、グラウト材等の係留用硬化材52が係留孔Mcに充填される。これにより、支柱51は、岩盤Mに堅固に支持される。支柱51の上端部に載荷枠50の端部が固定され、載荷枠50が地表面Maの上方域に架設される。なお、軸荷重支持手段及びモーメント支持手段として、同一の反力体を共用することも可能である。
The reaction force of the axial load can be secured by the outcrop of the rock mass M or the top or side of the survey mine. In the
軸荷重載荷装置11は、流体圧制御回路(図示せず)を介して作動流体源(図示せず)に連結された流体圧作動型のシリンダ装置13を有する。シリンダ装置13のシリンダ筐体は、反力体Nに一体的に支持される。シリンダ装置13は、中心軸線C上に合芯したピストンロッド15を備える。モーメント載荷装置12は、流体圧制御回路(図示せず)を介して作動流体源(図示せず)に連結された流体圧作動型シリンダ装置14を有する。シリンダ装置14のシリンダ筐体は、載荷枠50に一体的に支持される。シリンダ装置14は、回転体17に連結された水平なピストンロッド16を備える。ピストンロッド16の中心軸線は、回転体17の回転中心(中心軸線C)に対して偏心した位置において回転体17に連結される。
The axial
シリンダ装置13のピストンロッド15は、回転体17を貫通して鉛直下方に延び、ピストンロッド15の下端部は、キャップ10の中心部に連結される。ピストンロッド15は、回転体17にトルク伝達可能に固着、係合又は嵌合しており、ピストンロッド15は、回転体17の回転に相応して回転体17と一体的に回転する。
The
軸荷重載荷装置11のシリンダ装置13は、ピストンロッド15の伸縮により、軸荷重Qをキャップ10に載荷し、軸荷重Qは、キャップ10を介して試験体SPに伝達する。軸荷重Qは、圧縮荷重及び伸張(引張り)荷重の双方を含む概念であり、シリンダ装置13は、圧縮荷重及び伸張(引張り)荷重の双方をキャップ10に出力することができる。図3には、圧縮荷重として試験体SPに作用する軸荷重Qが矢印で示されている。
The
モーメント載荷装置12のシリンダ装置13は、ピストンロッド16の伸縮により、中心軸線C廻りのモーメント(トルク)Tを回転体17に出力し、回転体17は、入力したモーメントTをピストンロッド15に伝達する。ピストンロッド15は、モーメントTをキャップ10に伝達する。モーメントTは、時計廻り方向及び反時計廻り方向の双方向に制御される。図3(A)には、回転体17に作用する反時計廻り方向のモーメントTが矢印で示されている。
The
図3(B)〜図3(D)は、キャップ10を構成するロードセルユニットLUの構造を概略的に示す平面図、底面図及び側面図である。荷重伝達に実質的に関与しないキャップ10の部分は、図3(D)に破線で示されている。
FIGS. 3B to 3D are a plan view, a bottom view, and a side view schematically showing the structure of the load cell unit LU constituting the
キャップ10は、全体的に剛な円盤又は円筒体からなるロードセルユニットLUを有する。ロードセルユニットLUは、直応力及び剪断応力を計測する計測手段を構成する。ロードセルユニットLUは、ピストンロッド15の下端部に一体的に連結された上側の剛性円板LAと、多数の剛性セクタLbに分割された下側の環状帯LBと、円板La及び各剛性セクタLbの間に介装された多数のロードセルLCとから構成される。隣り合う剛性セクタLbの間には、剛性セクタLb同士の干渉を回避するための所定寸法の間隙Lgが形成される。間隙Lgの寸法は、約1mm程度に設定される。ロードセルLCは、直応力及び剪断応力を検出する計測部又は計測器を構成する。
The
各剛性セクタLbの底面は、試験体SPの上面Saに密接する。載荷装置11、12が出力した軸荷重及び剪断荷重は、剛性円板LA、ロードセルLC及び剛性セクタLbを介して上面Saに伝達する。各ロードセルLCは、上面Saに作用する直応力及び剪断応力を検出する二方向ロードセルからなる。ロードセルLC及び剛性セクタLbは、上面Saに接触するキャップ10の境界面を円周方向に複数の区画に分割し、各ロードセルLCは、各区画に作用する直応力及び剪断応力を検出する。従って、上面Saに作用する直応力及び剪断応力の応力分布を一群のロードセルLCによって検出することができる。
The bottom surface of each rigid sector Lb is in close contact with the upper surface Sa of the specimen SP. The axial load and shear load output from the
好ましくは、軸荷重(又は直応力)及び剪断荷重(又は剪断応力)がキャップ10の底面から上面Saに確実に伝達し、しかも、試験体SPと剛性セクタLbの境界面や、試験体SPの上面Saの近傍で破壊が生じないように、剛性セクタLbの底面に凹凸又は不陸を形成し、或いは、剛性セクタLbの底面の粗度を高める工夫がなされる。所望により、剛性セクタLbと試験体SPとの境界面を接着し、試験体SPの上面近傍を補強し、或いは、試験体SPの上面Saにアンカーボルト等を埋め込む等の対策又は改良を講じても良い。なお、軸荷重(又は直応力)が引張り荷重(引張り応力)である場合には、剛性セクタLbの底面と試験体SPの上面Saとの分離を阻止する手段を採用する必要がある。
Preferably, the axial load (or direct stress) and the shear load (or shear stress) are reliably transmitted from the bottom surface of the
試験装置1の制御系は、図3(A)に二点鎖線で示す制御信号線を介して各ロードセルLCに接続された制御ユニットCUを有する。制御ユニットCUは、各ロードセルLCの検出結果を記憶又は記録する機能を有する。シリンダ装置13、14の作動を制御する流体圧制御回路(図示せず)の制御部又は駆動部13a、14aが、制御信号線を介して制御ユニットCUに接続される。試験体SPの上面Sa全域に作用する全軸荷重及び全モーメントを計測するための荷重計LDが、キャップ10の上部に配設され、荷重計LDも又、制御信号線を介して制御ユニットCUに接続される。荷重計LDの計測結果は、各ロードセルLCによって計測された分布荷重の合力として、計測結果の確認に利用することができる。
The control system of the
試験体SPの歪み(変位)を計測するための歪みゲージ41、42が、試験体SPの内側面Sb及び外側面Scに取付けられる。歪みゲージ41、42の出力は、制御信号線(図示せず)を介して制御ユニットCUに入力される。また、流体管路8の圧力計9は、内セル20及び外セル30の圧力Pin、Poutを計測する。圧力計9の出力も、制御ユニットCUに入力される。この他、試験装置1は、計測機器類として、回転角計等(図示せず)を備えており、それらの計測機器類の出力も又、制御ユニットCUに入力される。所望により、試験装置1の制御系は、試験体SPの間隙水圧を計測する計測手段を備える。
Strain gauges 41 and 42 for measuring strain (displacement) of the test specimen SP are attached to the inner surface Sb and the outer surface Sc of the test specimen SP. The outputs of the strain gauges 41 and 42 are input to the control unit CU via a control signal line (not shown). Further, the pressure gauge 9 in the
図4には、図3(A)に示す試験装置1と同等の試験装置1'を用いて孔底で試験を実施する実施例が示されている。試験装置1'は、ボーリング孔Bの孔底部において試験を実施するのに適した構造を有する。
FIG. 4 shows an embodiment in which a test is performed at the hole bottom using a
試験体SPをボーリング孔Bの底面(孔底)に作製して試験を行う場合には、2m以深の深度域で試験を実施することが可能となる。このような深度域の試験においては、一般に、小規模な試験体SP(100mm≦dout<200mm)を用いた試験が実施される。このような深い深度域の試験では、岩盤Mの露頭部において実施される試験(図3(A))に比べ、試験装置1'の設計、計測システムの構築、試験の手順(試験体SPの作製、試験装置1'のセット等の作業)等の遂行は、一般に困難である。また、上記のとおり、試験は、比較的小規模な試験体SPを用いたものに限定されるので、寸法効果を考慮すると、岩盤Mの物性に関する試験結果の代表性又は信頼性等は、露頭部における試験(図3(A))と比べ、若干劣るものとなり得る。
When the test body SP is prepared on the bottom surface (hole bottom) of the boring hole B and the test is performed, the test can be performed in a depth range of 2 m or more. In such a depth region test, a test using a small-scale specimen SP (100 mm ≦ d out <200 mm) is generally performed. In such a deep depth test, compared to the test performed on the outcrop of the rock mass M (FIG. 3A), the design of the
図4に示す如く、載荷装置11、12は、ボーリング孔Bの孔内に配置される。モーメント載荷装置12を支持する載荷枠50は、孔Bの孔壁Baに摩擦支持、固定又は係留され、これにより、モーメント(トルク)Tの反力が得られる。軸荷重載荷装置11のシリンダ装置13は、孔壁Baに摩擦支持、固定又は係留される複数の基板18を有し、各基板18から孔Bの径方向に一体的に延びる支持アーム19の先端部がシリンダ装置13のシリンダ筐体に一体的に連結され、これにより、軸荷重Qの反力が得られる。本実施形態において、支持アーム19は基板18を孔壁Baに押圧する付勢手段を有し、基板18は孔壁Baに摩擦係合し、孔壁Baによって摩擦支持される。図4に示す試験装置1'の他の構成は、図3(A)に示す試験装置1と実質的に同一であるので、試験装置1'に関する更なる詳細な説明を省略する。
As shown in FIG. 4, the
載荷試験は、試験体SPを等方圧密又は異方圧密した状態において、試験体SPの捩じり剪断を行うことにより実施される。単調載荷の他に繰返し載荷、クリープ載荷等を組み合わせた試験を実施することも可能である。なお、基本的には、試験体SPの内側面Sbに作用する側圧Pinと、試験体SPの外側面Scに作用する側圧Poutとが等しい条件(Pin=Pout)で試験が実施されるが、中間主応力の影響を検討する場合には、両者を独立に制御し、側圧Pin及び側圧Poutが異なる条件(Pin≠Pout)を採用することも可能である。載荷は、原則として、試験体SPが剪断破壊、圧縮破壊又は引張り破壊するまで実行される。最大荷重は、試験の目的や試験体SPの寸法、力学特性等によって定められるが、載荷装置11、12は、試験体SPを破壊させるのに十分な能力を有する。
The loading test is performed by torsional shearing the test specimen SP in a state where the test specimen SP is isotropically consolidated or anisotropically consolidated. In addition to monotonous loading, it is also possible to carry out a test that combines repeated loading, creep loading, and the like. Basically, the test is carried out under the condition (P in = P out ) where the side pressure P in acting on the inner surface Sb of the specimen SP and the side pressure P out acting on the outer side Sc of the specimen SP are equal. However, when the influence of the intermediate principal stress is examined, it is also possible to control both of them independently and adopt a condition (P in ≠ P out ) in which the side pressure P in and the side pressure P out are different. In principle, loading is performed until the specimen SP undergoes shear failure, compression failure, or tensile failure. Although the maximum load is determined by the purpose of the test, the size of the test specimen SP, the mechanical characteristics, and the like, the
図5は、載荷試験時の等方圧密過程及び捩じり剪断過程におけるモーメントT及び軸荷重Qの変化を示す線図である。 FIG. 5 is a diagram showing changes in the moment T and the axial load Q in the isotropic consolidation process and the torsional shear process during the loading test.
等方圧密過程においては、試験体SPの内側面Sb及び外側面Scに直応力Pin、Poutが作用した状態で試験体SPの上面Saに軸荷重Qが載荷され、試験体SPの変形が収束するまで放置される。最も一般的な応力状態は等方圧密状態(Pin=Pout=σZ)であるが、異方圧密状態(Ko圧密状態)(Pin=Pout≠σZ、静止土圧係数Ko=Pin/σZ=Pout/σZ)で載荷試験を実施することも可能である。また、内側面Sb及び外側面Scに作用する直応力Pin、Poutが等しいことを原則とするが(Pin=Pout)、直応力Pin、Poutが相違する条件を採用することも可能である(Pin≠Pout)。この場合には、中間主応力の影響(中間主応力係数bの影響)を検討することができる。更に、試験体SPの上面SaにモーメントT(捩じり方向の剪断荷重によるトルク)を初期的に載荷し、試験体SPに初期剪断が作用する状態を設定することも可能である。 In the isotropic consolidation process, the axial load Q is loaded on the upper surface Sa of the test specimen SP with the direct stresses P in and P out acting on the inner surface Sb and the outer surface Sc of the test specimen SP, and the test specimen SP is deformed. Is left to converge. The most common stress state is the isotropic consolidated state (P in = P out = σ Z ), but the anisotropic consolidated state (K o consolidated state) (P in = P out ≠ σ Z , static earth pressure coefficient K o = P in / σ Z = P out / σ Z ) It is also possible to carry out a loading test. Further, in principle, the direct stresses P in and P out acting on the inner side surface Sb and the outer side surface Sc are equal (P in = P out ), but the conditions that the direct stresses P in and P out are different should be adopted. Is also possible (P in ≠ P out ). In this case, the influence of the intermediate principal stress (the influence of the intermediate principal stress coefficient b) can be examined. Furthermore, it is possible to initially load a moment T (torque due to a shear load in the twisting direction) on the upper surface Sa of the test specimen SP and set a state in which the initial shear is applied to the test specimen SP.
捩じり剪断過程では、試験体SPの上面Saに中心軸線C廻りのモーメントT(捩じり方向の剪断荷重によるトルク)が、適当なパターンで載荷される。最も一般的なパターンは、一定の載荷速度でモーメントTを載荷する単調載荷であるが、逆方向に捩って,剪断方向の依存性を検討することができる(これは、一種の異方性の検討である)。また、両振りとすることによって初期剪断の影響がない場合を調べ、更には、振動中心をずらす(初期剪断を与える)ことによって初期剪断の影響を調べることもできる。更には、試験の目的に応じて、繰返し載荷、微小な除荷・再載荷、クリープ載荷、応力緩和等を図5に示す如く組み合わせたパターンを採用し、或いは、単調載荷の途中で載荷速度を変化させるパターンを採用することも可能である。また、試験の目的に応じて、試験体SPの内側面Sb及び外側面Scに作用する直応力Pin、Poutを任意に変化させ、或いは、圧密過程と剪断過程を繰返す多段階載荷式の試験を実施することも可能である。 In the torsional shearing process, a moment T (torque due to the shearing load in the torsional direction) around the central axis C is loaded in an appropriate pattern on the upper surface Sa of the specimen SP. The most common pattern is monotonic loading, where the moment T is loaded at a constant loading speed, but it can be twisted in the opposite direction to study the dependence of the shear direction (this is a kind of anisotropy) Is a study of). In addition, it is possible to examine the case where there is no influence of the initial shear by making the swing, and further, it is possible to investigate the influence of the initial shear by shifting the vibration center (giving the initial shear). Furthermore, depending on the purpose of the test, a pattern in which repeated loading, minute unloading / reloading, creep loading, stress relaxation, etc. are combined as shown in FIG. 5 is adopted, or the loading speed is adjusted during monotonous loading. It is also possible to adopt a pattern to be changed. Further, according to the purpose of the test, a multi-stage loading type in which the direct stresses P in and P out acting on the inner surface Sb and the outer surface Sc of the specimen SP are arbitrarily changed, or the consolidation process and the shearing process are repeated. It is also possible to carry out a test.
図6は、載荷試験を終了して試験装置1を分解・撤去した後、試験体SPを回収する態様を概略的に示す縦断面図である。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view schematically showing an aspect in which the specimen SP is collected after the loading test is completed and the
図6に示すように、試験装置1を構成するキャップ10、内セル20、外セル30、軸荷重載荷装置11及びモーメント載荷装置12等は、載荷試験の終了後、分解・撤去され、しかる後、試験体SPは、試験体回収治具40によって岩盤Mから分離され、変形の形態や破壊の性状等の観察のために回収される。
As shown in FIG. 6, the
図7(A)は、キャップ10に内蔵された多数のロードセルLCの配列を示す平面図であり、図7(B)は、各ロードセルLCと試験体SPとの位置関係を示す縦断面図である。また、図7(C)及び図7(D)は、各ロードセルLCによって検出された軸荷重Q及びモーメントTの分布を例示する線図である。
FIG. 7A is a plan view showing the arrangement of a large number of load cells LC built in the
本発明に係る試験は、試験体SPの上面Saに作用する応力の分布を求め、応力の分布に基づいて、岩盤Mの異方的な力学特性を評価しようとするものである。このため、キャップ10の底面(試験体SPの上面Saとの接触面)は、周方向に複数の区画に等分割され、各々の区画(区画i=1〜8(n))に作用する軸荷重Qi及びモーメントTi(捩じり方向の剪断荷重によるトルク)を計測するロードセルLCが各区画に配設される(ロードセル番号(1)〜(8))。各ロードセルLCの検出結果は、試験装置1の検出結果を記録する制御ユニットCU(図3(A))に出力される。各ロードセルLCにより検出された軸荷重Qi及びモーメントTiの分布が、図7(C)及び図7(D)に例示されている。
The test according to the present invention is to obtain a distribution of stress acting on the upper surface Sa of the specimen SP and to evaluate the anisotropic mechanical characteristics of the rock mass M based on the distribution of stress. For this reason, the bottom surface of the cap 10 (the contact surface with the upper surface Sa of the specimen SP) is equally divided into a plurality of sections in the circumferential direction, and an axis that acts on each section (section i = 1 to 8 (n)). A load cell LC for measuring the load Q i and the moment T i (torque due to the shear load in the torsional direction) is disposed in each section (load cell numbers (1) to (8)). The detection result of each load cell LC is output to the control unit CU (FIG. 3A) that records the detection result of the
次に、試験結果の解析について説明する。 Next, analysis of test results will be described.
以下の説明において、変位又は歪みの計測は、試験体の軸方向の変位(圧縮量・伸張量)、中心軸線C廻りの捩じり変位(又は回転角度)、半径方向の変位(或いは、内径と外径の変化量又は内周長と外周長の変化量)、そして、試験体SPの外側面Scの所定の位置及び方向の歪みについて行なわれる。試験体SPの外側面Scにおける歪みは、歪みゲージ42(図2)によって計測される。所望により、一定の計測範囲の圧縮量・伸張量を計測して計測範囲内の平均歪みを求めても良い。 In the following description, the displacement or strain is measured by measuring the axial displacement (compression amount / extension amount), torsional displacement (or rotation angle) around the central axis C, radial displacement (or inner diameter). And an outer diameter change amount or an inner circumference length and an outer circumference change amount), and a distortion in a predetermined position and direction of the outer surface Sc of the specimen SP. The strain on the outer surface Sc of the test body SP is measured by the strain gauge 42 (FIG. 2). If desired, the average distortion in the measurement range may be obtained by measuring the amount of compression / expansion in a certain measurement range.
図8は、歪みゲージ42の配置を示す平面図及び展開図である。 FIG. 8 is a plan view and a development view showing the arrangement of the strain gauges 42.
歪みゲージ42は、試験を実施する現場において、堆積面などの不連続面の走向α及び傾斜ξを東西南北の方位(EWSN方位系)で計測した後に,EWSN方位系に対して、試験体SPの外側面Scに図8に示す如く配置される。各歪みゲージ42は、接着剤等によって試験体SPの外側面Scの任意の位置に接着される。パラフィン又はシリコンゴム等で各歪みゲージ42のプレート表面を止水することが望ましい。図8に示す番号1〜6の歪みゲージ42に関し、i番目の歪みゲージ42によって計測される歪みをxiとすると、EWSN方位系の歪みテンソル成分は下記の数式1で計算することができる.
なお、γijは工学歪みであり、εijとの間にγij=εij (i≠j) (i、j=S、E、V)の関係がある。捩じり変位(回転角度)は、中心軸線C(V軸)廻りの回転量を計測しても良く、中心軸線C(V軸)から一定の距離における回転方向の変位を計測して求めることも可能である。 In addition, γ ij is the engineering strain, γ ij = ε ij (i ≠ j) between the ε ij (i, j = S , E, V) relationship of. The torsional displacement (rotation angle) may be obtained by measuring the amount of rotation around the central axis C (V axis), or by measuring the displacement in the rotational direction at a certain distance from the central axis C (V axis). Is also possible.
上記試験方法により、試験体SPの上面Saに或る一定の直応力σZを作用させた状態において、試験体SPの上面Saに作用する剪断応力σZΘと捩じり方向の剪断歪みγZΘとの関係が計測される。この計測結果から、変形特性である剪断剛性率G(=σZΘ/γZΘ)、減衰定数hと剪断歪みγZΘの関係、そして、強度特性である最大剪断応力(剪断強さ)σZΘ,max等が、室内力学試験である中空捩じり剪断試験と同様に求められる。 By the above test method, the shear stress σ ZΘ acting on the upper surface Sa of the specimen SP and the shear strain γ ZΘ acting in the torsional direction in a state where a certain direct stress σ Z is applied to the upper surface Sa of the specimen SP. Is measured. From this measurement result, the shear rigidity G (= σ ZΘ / γ ZΘ ) which is a deformation characteristic, the relationship between the damping constant h and the shear strain γ ZΘ , and the maximum shear stress (shear strength) σ ZΘ, which is a strength characteristic , max and the like are obtained in the same manner as in the hollow torsional shear test which is a laboratory mechanical test.
また、上記試験方法によれば、単一の試験体SPを用いた1回の試験によって、岩盤の力学特性の異方性を調べることができる。即ち、等方性材料においては、捩じり剪断時に試験体SP内部の応力及び歪みが一様に分布して、要素として応答するのに対して、異方性岩盤においては、円周方向で捩じり剪断の向きが異なるので、試験体SP内部の応力及び歪みが円周方向に偏在して非一様に分布する。これを試験体SPの上面Saにおいて計測し且つ分析することにより、岩盤Mの剛性及び強度異方性を特定することができる。この試験方法では、試験体SPの上面Saに作用する直応力σZ及び剪断応力σZΘ(捩じり方向)の円周方向の分布を計測し、剛性及び強度の異方性を仮定した構成関係を用いて試験結果を評価することにより、試験体SPの力学的異方性を特定することができる。例えば、層理を有する堆積岩やセットの節理を持つ火成岩や変成岩の異方的な剛性の記述に好適な面内等方弾性体(transversely isotropic elasticity)を仮定した場合、異方的な剛性は、以下の手法で特定される。 Moreover, according to the said test method, the anisotropy of the dynamic characteristic of a rock mass can be investigated by one test using the single test body SP. That is, in the isotropic material, the stress and strain in the specimen SP are uniformly distributed during torsional shear and respond as elements, whereas in the anisotropic rock, in the circumferential direction. Since the direction of torsional shear is different, the stress and strain inside the specimen SP are unevenly distributed in the circumferential direction and distributed non-uniformly. By measuring and analyzing this on the upper surface Sa of the specimen SP, the rigidity and strength anisotropy of the rock mass M can be specified. In this test method, the distribution in the circumferential direction of the direct stress σ Z and the shear stress σ ZΘ (twisting direction) acting on the upper surface Sa of the specimen SP is measured, and anisotropy of rigidity and strength is assumed. By evaluating the test result using the relationship, the mechanical anisotropy of the specimen SP can be specified. For example, assuming a transversely isotropic elasticity suitable for describing the anisotropic stiffness of sedimentary rocks with stratigraphy, igneous rocks with set joints and metamorphic rocks, anisotropic stiffness is It is specified by the following method.
面内等方弾性体とは、剛性が等方な面の弾性定数と弾性主軸の方向(剛性が等方な面に直交する方向)の弾性定数が異なる弾性体であり、不連続面の弾性的な挙動と等価な等価連続体として用いられた例(Goodman R.E.:Introduction to Rock Mechanics. J. Wiley、 New York、 1989)や、堆積岩の構成関係として用いられた例(Oka F.、 Kimoto S.、 Kobayashi H.、 Adachi T.: Anisotropic behavior of soft sedimentary rock. Soils and Foundations、 Vol.42、 No.5、 pp.59-70、 2002)、或いは、片理をもつ片岩のモデル化に用いられた例(Akai K.、 Yamamoto K.、 Arioka M.:Experimental research on the structural anisotropy of crystalline schist. J. JSCE、 Vol.170、 pp.23-36、 1969)が知られている。 An in-plane isotropic elastic body is an elastic body in which the elastic constant of an isotropic surface is different from the elastic constant in the direction of the elastic main axis (direction orthogonal to the isotropic surface). Used as an equivalent continuum equivalent to typical behavior (Goodman RE: Introduction to Rock Mechanics. J. Wiley, New York, 1989) and examples used as constitutive relations of sedimentary rocks (Oka F., Kimoto S Kobayashi H., Adachi T .: Anisotropic behavior of soft sedimentary rock. Soils and Foundations, Vol.42, No.5, pp.59-70, 2002) Examples (Akai K., Yamamoto K., Arioka M .: Experimental research on the structural anisotropy of crystalline schist. J. JSCE, Vol. 170, pp. 23-36, 1969) are known.
図9は、面内等方性を仮定した岩盤の変形異方性を求める手順を示すフロー図である。図10は、EWSN方位系に対する剛性が等方と推定される面(即ち、不連続面)の傾斜(ξ、ζ)及び異方性の方向(x'、y'、z')を示す概念図であり、図11は、直交座標系(X、Y、Z)の設定の態様を示す線図である。また、図12は、面内等方弾性体を仮定した岩盤から作製した試験体と座標軸との関係を示す線図であり、図13は、異方性の方向の設定方法を例示する線図であり、図14は、計測された剪断応力の応力分布を例示する線図である。 FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for obtaining the deformation anisotropy of the rock mass assuming in-plane isotropicity. FIG. 10 is a concept showing the slope (ξ, ζ) and the anisotropic direction (x ′, y ′, z ′) of a plane (ie, discontinuous plane) whose rigidity with respect to the EWSN orientation system is estimated to be isotropic. FIG. 11 is a diagram showing how the orthogonal coordinate system (X, Y, Z) is set. Further, FIG. 12 is a diagram showing the relationship between a test specimen prepared from a rock mass assuming an in-plane isotropic elastic body and coordinate axes, and FIG. 13 is a diagram illustrating a method for setting the direction of anisotropy. FIG. 14 is a diagram illustrating the stress distribution of the measured shear stress.
図9に示す如く、試験の準備として、岩盤Mに中空円筒形の試験体SPが掘削・作製され(Step 1)、試験体SPの目視観察により、剛性が等方と推定される面の走向α及び傾斜ξの推定が行なわれる(Step 2)。このとき、東西南北(EWSN)の方位と試験体SPの位置関係及び剛性が等方と推定される面の位置関係が確認され、しかる後、内セル20、外セル30及び載荷装置11、12等が試験体SPに設置されるとともに、歪みゲージ42等の計測機器類が設置される(Step 3)。前述のとおり、歪みゲージ42は、EWSN方位に対して図8に示す如く配置される。
As shown in FIG. 9, as a test preparation, a hollow cylindrical specimen SP is excavated and fabricated in the rock mass M (Step 1), and the direction of the surface whose rigidity is estimated to be isotropic by visual observation of the specimen SP. α and inclination ξ are estimated (Step 2). At this time, the positional relationship between the orientation of the East, West, North and South (EWSN) and the surface of the specimen SP and the positional relationship of the surface where the rigidity is estimated to be isotropic are confirmed. Thereafter, the
次いで、等方圧載荷(Step 4)、三軸載荷(Step 5)及び捩じり載荷(Step 6)が実施され、試験体SPの応力及び歪みが計測される。好ましくは、載荷の順序は、剪断に伴う塑性変形を考慮し、はじめに等方圧載荷を行い、しかる後、三軸載荷を歪みレベル10-4以下の弾性域で行い、最後に捩じり載荷を行なうように設定される。各載荷で段階的に載荷する応力を上げ下げして塑性変形の有無の判定を行ったり、塑性変形に伴う剛性の変化を計測することも可能である。 Next, isotropic pressure loading (Step 4), triaxial loading (Step 5) and torsional loading (Step 6) are performed, and the stress and strain of the specimen SP are measured. Preferably, in order of loading, in consideration of plastic deformation due to shear, isotropic pressure loading is performed first, then triaxial loading is performed in an elastic region of a strain level of 10 -4 or lower, and finally torsional loading is performed. Is set to perform. It is also possible to determine the presence or absence of plastic deformation by raising or lowering the stress applied in stages with each loading, or to measure the change in rigidity accompanying plastic deformation.
次に、等方圧載荷時の歪みの計測値を用いて、図10に示すEWSN方位系からの異方性の方向(x'、y'、z')の傾斜角度(ξ、ζ)が特定され、座標軸が設定される(Step 7)。EWSN方位における等方圧載荷時の歪み増分テンソルΔε'は、下記の数式2で表される。数式2により得られたΔε'に基づいて、下記の数式3により、主歪みが求められる。
数式3の歪みテンソルの対角化においては、Jacobi法等が用いられ、下記の数式4で表される主歪みの単位方向ベクトルeが求められる.等方圧載荷時においては、異方性の方向(x'、 y'、z')と主歪み方向(1、 2、 3)が共軸となるので、EWSN方位からの傾斜角度(ξ、ζ)によってベクトルeが構成され、例えば、下記の数式5に基づき、ξ及びζは特定されるが、ベクトルe12でζを求め、ベクトルe23でξを求めても良く、また、値のばらつきを評価するために、複数求めたξ、ζの値を平均値化しても良い。
ここで、ζの値を用いて、図11に示す如く、S軸から角度ζの位置にY軸が位置するように、直交座標系(X、Y、Z)が設定される。この操作により、X軸とx'軸とは共軸になる。また、この座標系(X、Y、Z)座標系に適合するように円筒座標系(R、Θ、Z)を設定し、角度ξの計測結果を併せると、図12に示すような試験体SP及び座標軸の関係が得られる。前述の目視観察(図9のStep 2)で得られた剛性が等方と推定される面の走向α(=π/2+ζ)及び傾斜ξと、EWSN方位系からの異方性の方向(x'、y'、z')の傾斜(ξ、ζ)との整合をこの時点で確認することができる。このとき,面内等方弾性体を仮定したx'y'面とz'方向のヤング率とポアソン比と剪断剛性率は、(Ex', νx', Gx'=Ex'/2(1+νx'))と(Ez', νz',Gz')で表現される。更に、後述する試験結果の整理のため、数式2のEWSN方位系の歪みテンソルが、下記の数式6によって直交座標系(X、Y、Z)に座標変換される。
上記のように、理論的には、[x'y'面の剛性<z'面の剛性]の場合には、1-2面=x'y'面、3方向=z'方向、ε1=ε2となり、[z'面の剛性<x'y'面の剛性]の場合には、2-3面=x'y'面、1方向=z'方向、ε2=ε3となることが予測されるが、仮に、ε1≠ε2≠ε3となる場合には、図13に示される如く、異方性の方向が設定される。 As described above, theoretically, when [the rigidity of the x′y ′ plane <the rigidity of the z ′ plane], 1-2 plane = x′y ′ plane, 3 directions = z ′ direction, ε 1 = Ε 2 , and if [z 'surface rigidity <x'y' surface rigidity], 2-3 surface = x'y 'surface, 1 direction = z' direction, and ε 2 = ε 3 However, if ε 1 ≠ ε 2 ≠ ε 3 , the anisotropy direction is set as shown in FIG.
次に、計測された応力及び歪み(図9のStep 4、5、6)に基づいて、弾性定数が定められる(図9のStep 8)。弾性論に基づく捩じり載荷時の直応力及び剪断応力の理論解は、下記の数式7で表される。なお,Dijkl,(i,j,k,l =1, 2, 3)は剛性テンソルであり、面内等方弾性体の剛性テンソルの成分は、(D1111,D1133,D3333,D1212,D2323)の5つで表現される。剛性テンソルの成分と弾性定数との関係については、後述する。ΔσZとΔσZΘは、直応力増分と剪断応力増分であり、ΔεZΘは、剪断ひずみ増分である。
数式7より、捩じり載荷時のΘ=0°、90oの位置における理論解は、下記の数式8で表される。数式8は、Θ=0oにおける直応力増分と剪断歪み増分の比をΔσZat0/ΔεZΘ、(=k1)とし、Θ=0o及びΘ=90oにおける剪断応力増分と、剪断歪み増分の比をΔσZθat0/ΔεZΘ、(=k2)とΔσZΘat90/ΔεZΘ、(=k3)としたものである。なお、ここで用いる応力は、分割ロードセルで計測した応力分布を、最小二乗法などにより、図14に示すようにフィッティングし、該当する円周上の位置の応力を用いたものである。剪断歪み増分ΔεZθは、任意の位置で計測した回転角ΔΘを用いて、下記の数式9から計算される。なお、dout及びdinは、試験体の外径及び内径であり、hsは、試験体SPの高さ寸法である。
同様に、弾性論により求めた三軸載荷時の直応力及び剪断応力の理論解は、下記の数式10によって表される。三軸載荷においては、分割ロードセルで計測される応力が一定になるので、円周上の任意の位置の計測された応力を計算に用いても良いし、或いは、複数のロードセルLCで計測された応力の平均値を計算に用いても良い。軸歪み増分Δεaは、数式6によって求められたZ方向の直歪み増分ΔεZに等しい。なお、ΔσZ/Δεa、(=k4)、ΔσZθ/Δεa、(=k5)として記号が設定される。
また、同様に、等方圧載荷時の理論解は、下記の数式11で表される。等方圧載荷時においても、分割ロードセルで計測される応力が一定値になる。等方圧載荷時の直歪み増分Δεcは、任意の方向の直歪みに等しいので、数式6の(ΔεX、ΔεY、ΔεZ)のいずれか一つを用いるか、或いは、これら3つの直歪みの平均値を用いれば良い。なお、ΔσZ/Δεc、(=k6)、ΔσZΘ/Δεc、(=k7)として記号が設定される。
次に、計測した応力のデータから、下記の数式12で表す最小二乗法を用いて、弾性定数が特定される。
なお、符号k及びAは数式8、10、11から算出される計測値行列と異方性の方向を表す係数行列であり、符号Dは、面内等方弾性体の剛性マトリックスの成分であり、下記の数式13で表される。
数式12により求められたDを用いて、下記の数式14により、剛性テンソルの成分を用いて、以下のとおり面内等方弾性体を仮定した岩盤の弾性定数が決定される。
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications or changes can be made within the scope of the present invention described in the claims. Is possible.
例えば、上記実施形態においては、流体圧が作用する内セル及び外セルを用いた試験方法であるが、載荷時に構造的安定性を維持する岩盤強度が得られる場合、内セル及び外セルによる側圧の付加を省略することも可能である。 For example, in the above embodiment, the test method uses an inner cell and an outer cell on which fluid pressure acts, but when the rock mass strength that maintains the structural stability during loading is obtained, the lateral pressure by the inner cell and the outer cell is obtained. It is also possible to omit the addition of.
また、キャップ底面の分割数、試験体の内径・外径比、試験体の高さ・外径比等は、試験の目的に相応して適宜設定変更することができる。 Further, the number of divisions on the bottom surface of the cap, the inner diameter / outer diameter ratio of the test body, the height / outer diameter ratio of the test body, and the like can be appropriately set and changed according to the purpose of the test.
本発明は、力学的な異方性を有する岩盤の変形特性及び強度特性を調べ又は特定する原位置岩盤試験方法及び試験装置に好ましく適用される。具体的には、本発明の試験方法及び試験方法は、岩盤構造物の建設等のための地盤調査等に好ましく使用し得る。岩盤構造物として、岩盤上に立地するダム、長大な橋梁、原子力発電所等の大型構造物の基礎や、岩盤斜面又は岩盤中に立地する地下空洞等の周辺岩盤などが挙げられる。 The present invention is preferably applied to an in-situ rock test method and test apparatus for examining or specifying the deformation characteristics and strength characteristics of a rock having mechanical anisotropy. Specifically, the test method and the test method of the present invention can be preferably used for ground investigation for construction of a rock structure or the like. Examples of bedrock structures include dams located on the bedrock, long bridges, foundations of large structures such as nuclear power plants, and bedrock slopes or surrounding bedrock such as underground cavities located in the bedrock.
本発明の試験方法及び試験装置によれば、室内力学試験における中空捩じり剪断試験(地盤工学会基準:JGS 10543-2009、0551-2009)と同様の単純剪断モードの試験を原位置において実施し、岩盤の力学特性を単純剪断モードの原位置試験により評価することができるので、その実用的価値は顕著である。 According to the test method and test apparatus of the present invention, a simple shear mode test similar to the hollow torsional shear test (geological engineering standards: JGS 10543-2009, 0551-2009) in the laboratory mechanical test is performed in-situ. However, since the mechanical properties of the rock mass can be evaluated by an in-situ test in the simple shear mode, its practical value is remarkable.
1、1' 原位置岩盤捩じりせん試験装置
2 中心孔
3 外周溝
10 キャップ又は蓋体
11 軸荷重載荷装置
12 モーメント載荷装置
20 内セル
30 外セル
M 岩盤
Ma 地表面
SP 試験体
LC ロードセル(計測部又は計測器)
LU ロードセルユニット(計測手段)
CU 制御ユニット
Q 軸荷重
T モーメント
1, 1 'In-situ rock
3 outer
11 Axial
LU load cell unit (measurement means)
CU Control unit Q Axial load T Moment
Claims (9)
直応力及び剪断応力を計測する計測手段を有するキャップ又は蓋体を前記試験体の頂部又は上端部に配置し、
前記試験体の中心軸線方向の軸荷重と、前記試験体の中心軸線廻りのモーメントとを前記キャップ又は蓋体に同時に載荷することにより、該キャップを介して軸荷重及びモーメントを前記試験体に作用せしめ、
前記キャップ又は蓋体と前記試験体の頂面又は上面との境界に作用する直応力及び剪断応力を前記計測手段によって検出するとともに、直応力及び剪断応力の円周方向の分布を求めることにより、岩盤の変形特性及び強度特性を調べ又は特定することを特徴とする原位置岩盤試験方法。 Drilling or drilling the rock head outcrop or the bottom of the borehole to form a hollow cylindrical specimen in its original position, and applying the load to the specimen to examine the deformation characteristics and strength characteristics of the specimen Or in the in-situ rock test method
A cap or lid having a measuring means for measuring a direct stress and a shear stress is disposed on the top or upper end of the test body,
By simultaneously loading an axial load in the direction of the central axis of the specimen and a moment about the central axis of the specimen on the cap or the lid, the axial load and the moment act on the specimen via the cap. Cough,
By detecting the direct stress and shear stress acting on the boundary between the cap or lid and the top surface or the upper surface of the test body by the measuring means, and obtaining the circumferential distribution of the direct stress and the shear stress, An in-situ rock mass test method characterized by examining or specifying the deformation characteristics and strength characteristics of a rock mass.
直応力及び剪断応力を計測する計測手段を有するキャップ又は蓋体が、前記試験体の頂部又は上端部に配設され、
前記載荷装置は、前記キャップ又は蓋体を介して軸荷重及びモーメントを前記試験体に同時に載荷するように構成され、
前記計測手段は、前記キャップ又は蓋体と前記試験体の頂面又は上面との境界に作用する直応力又は軸荷重と剪断応力又は剪断荷重とを検出する複数の計測部又は計測器を有し、
該計測部又は計測器は、前記試験体の頂面又は上面に周方向に配列されることを特徴とする原位置岩盤試験装置。 Investigate the deformation characteristics and strength characteristics of the loading device, which loads a load on a hollow cylindrical specimen formed in situ by excavating or drilling the outcrop of the bedrock or the bottom of the borehole, or In-situ rock test apparatus having a measuring means for detecting stress acting on the specimen to identify
A cap or lid having measuring means for measuring direct stress and shear stress is disposed on the top or upper end of the test body,
The aforementioned loading device is configured to simultaneously load an axial load and a moment on the test body via the cap or the lid,
The measuring means has a plurality of measuring units or measuring devices for detecting a direct stress or axial load and a shear stress or a shear load acting on a boundary between the cap or lid and the top surface or the upper surface of the test body. ,
The in-situ bedrock testing apparatus, wherein the measuring unit or measuring instrument is arranged in a circumferential direction on a top surface or an upper surface of the test body.
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