JP2001349813A - 岩盤試験装置における透水、有効応力、水圧破砕等の試験用止水構造体 - Google Patents

岩盤試験装置における透水、有効応力、水圧破砕等の試験用止水構造体

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邦興 平間
Makoto Maruyama
誠 丸山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 試験体の加圧下における透水試験等に適用で
きるようにした止水構造体を提供する。 【解決手段】 台座上20に設置された立方体形状の試
験体Sの上下及び側面二方向を加圧機構を介して加圧す
る大型岩盤試験装置において、台座20上に設置される
試験体Sの透水面を除いた面をゴムジャケット23で覆
い、底面、側面及び上面に通水面を形成した加圧プレー
ト21,27,28で水密に囲った。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、大型岩盤
試験装置を用いて岩盤の透水、有効応力、水圧破砕等の
試験を実施するためのアタッチメントを改良した止水構
造体に関する。
【0002】
【従来の技術】岩盤の試験体を加圧し、その透水度合
や、止水性を予め知ることは、トンネルなどの地中構造
物における岩盤の安定性を検討する上で重要な事項であ
る。ところで、従来では、土の透水試験を立方体形状を
した試験体を用いて試験する場合、メンブレン材料など
を用いることにより、小さな砂質土試験体を低圧条件下
により試験している。
【0003】しかし、この試験方法を大形岩盤試験体を
用いて高圧負荷による透水試験に適用することは、耐圧
性の高い止水構造により試験体を包囲する構造が確立し
ていない点、及び加圧のための試験装置が極めて大型化
する点で、前述のごとく重要事項であるに係わらず、実
際には実施されていなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、本出願人
は、試験体の大きさの割には小型であって、精度良く載
荷軸心を保つことが出来るようにした大型岩盤試験装置
を開発した。この装置の特徴は、特に水平二方向の加圧
用アクチュエータ及びスペーサの対を浮遊式の水平フレ
ームによって支持することで、水平二方向における反力
の受け方を鉛直壁に頼ることなく行え、装置そのものの
小型化を図ったものであり、より実物に近い大きさの試
験体またはモデルの三方向主応力制御試験に適用が可能
である。
【0005】本発明は、以上の大型試験装置を用いて、
試験体あるいはモデルの加圧下における透水試験に適用
できるようにした大型岩盤試験装置における透水試験用
止水構造体を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のうち請求項1に記載の発明では、台座上に
設置された立方体形状の試験体の上下及び側面二方向を
加圧機構を介して加圧する大型岩盤試験装置において、
前記台座上に設置される試験体の透水面を除いた面をゴ
ムジャケットで覆い、底面、側面及び上面に通水面を形
成した加圧プレートで水密に囲ったことを特徴とする。
従って、本発明では、加圧プレートの加圧及び通水によ
り、加圧条件下での透水試験を実施できる。
【0007】本発明のうち請求項2に記載の発明では、
前記加圧プレートに形成される通水面がポーラスメタル
であることを特徴とする。従って、本発明では、通水面
の強度を他の部分と同等に保持しながら、加圧下におけ
る透水試験が可能である。
【0008】本発明のうち請求項3に記載の発明は、前
記ゴムジャケットの両開口面に形成されたフランジを止
水用治具を介してフランジ押えで包囲固定することを特
徴とする。従って、本発明では、加圧下におけるゴムジ
ャケットの水密性を良好に保持できる。
【0009】本発明のうち請求項4に記載の発明は、側
面加圧プレートは互いに枡組形状に組合わされ、側面加
圧に応じて試験体断面を縮小可能としたことを特徴とす
る。従って、本発明では、側面加圧に伴う試験体断面の
変化を均一に出来る。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。先ず、
本発明の止水構造が適用される岩盤試験装置そのものに
ついて、図1,2を用いて説明する。同図において、試
験装置は、床上に立設された例えば4本の角柱状コラム
1と、各コラム1で囲われた内側にあって、下方の床面
上に設置された反力受けとしての下部鉛直フレーム2
と、各コラム1の内側上部に固定配置された上部鉛直フ
レーム3と、各コラム1の角部外周に突出する4つのア
ウトリガー4と、各アウトリガー4に垂設された4つの
吊下具5と、各吊下具5に連結さられた剛体からなる略
四角環状の水平フレーム6とを備え、水平フレーム6は
各コラム1を包囲した状態に吊下げ配置されている。
【0011】上部鉛直フレーム3の下部先端には、鉛直
アクチュエータ7が一体化され、下部鉛直フレーム2と
の間に試験体Sを支持している。また、水平フレーム6
の内側には対向する二辺、すなわち、X,Y方向にそれ
ぞれ水平アクチュエータ8及び反力受けとしてのスペー
サ9からなる対が試験体Sを支持した状態で対向配置さ
れている。
【0012】前記各吊下具5は、アウトリガー4及び水
平フレーム6にピン5aを介して揺動可能に支持され、
その中間部に吊り用アクチュエータ10を備えたもの
で、アクチュエータ10は、水平フレーム6を一定の高
さに吊下するとともに、鉛直軸方向の変位に追随して伸
縮し、水平フレーム6を常時試験体Sの載荷軸心位置に
保持するものである。
【0013】各アクチュエータ7,8,10はいずれも
油圧シリンダからなるもので、電気−油圧制御系よりサ
ーボバルブSVを介して油圧が加えられ、その圧力に応
じて試験体Sに鉛直及びX,Y水平方向の載荷荷重が加
えられる。
【0014】これに対し、各アクチュエータ7,8,1
0のプランジャ先端にはロードセルなどの荷重計11が
配置され、また、各プランジャには、変位センサ12が
配置され、それぞれの圧縮または引張り荷重、及びプラ
ンジャの突出量に応じた変位量が計測系へと出力され、
各部の載荷荷重に応じたX,Y,Z方向の計測値が読み
取られる。
【0015】吊り用アクチュエータ8は、これら計測値
に基づき常時水平フレーム6の高さ位置を試験体Sの鉛
直方向載荷中心軸に一定に保持すべく前記電気−油圧制
御系により駆動制御される。
【0016】また、試験体Sと鉛直、水平アクチュエー
タ3,8の先端との間、並びに、試験体Sとスペーサ9
先端との間にはオイルフィルム(図示しない)及び球座
14が介在され、試験体Sに加わる側面載荷荷重の均等
化を図っている。また、下部鉛直フレーム2の上部と試
験体Sとの間にはエアー噴射装置15が介在されてい
る。
【0017】以上に加えて、水平アクチュエータ8と水
平フレーム6との間、及びスペーサ9と水平フレーム6
との間には、スライドベアリング16が介在されてい
る。このスライドベアリング16の機能は、x,y方向
で荷重変位量が異なった場合に、水平フレーム6は吊下
具5のピン5aを介してその変位差に応じた方向に平行
移動するが、移動時にスライドベアリング16によりア
クチュエータ8及びスペーサ9が水平フレーム6との間
で相対的なすべりを生じ、試験体Sに対する水平方向載
荷軸心を保持する。
【0018】従って、以上の構成の岩盤試験装置にあっ
ては、水平フレーム6は吊り用アクチュエータ10によ
り常時試験体Sに対する鉛直方向載荷軸心位置に対応す
る高さに保持されるとともに、水平X,Y方向の変位に
対しては水平アクチュエータ8及びスペーサ9がスライ
ドベアリング16を介して相対移動することによって、
試験体Sに対する水平方向載荷軸心位置に保持するた
め、これらのずれによる計測誤差がなく、正確な計測値
を得ることが出来る。
【0019】次に、以上の試験装置に適用される本発明
の止水構造体について図3〜6を用いて説明する。先
ず、図3は試験体Sの上下方向の透水性を試験するため
の止水構造体の部品構成を示し、図中符号(1)〜
(9)は各部品の組立手順を示している。
【0020】図3において、20は前述した下部鉛直フ
レーム2上に設置される台座であり、この台座20上に
各部品が順次配置される。先ず、台座20上には下部加
圧プレート21が設置される。次いで、下部加圧プレー
ト21上には濾紙22を介して立方形状をなす試験体S
が設置され、その外周囲を上下にフランジを形成したゴ
ムジャケット23ですっぽりと覆われる。
【0021】その後、下部加圧プレート21の周囲に、
一対の止水用治具としてのバックアッププレート24,
25で支持された状態でジャケットフランジ押え26が
固定され、ゴムジャケット23の下部周囲を固定する。
この固定の後、試験体Sの四周には四枚の側面加圧プレ
ート27が配置され、試験体Sの側面を覆う。各側面加
圧プレート27は枡形に配置され、側面二方向からの加
圧を均等に受けるようにしている。
【0022】側面加圧プレート27の組立後は、前記と
同様にバックアッププレート24,25で支持された状
態でジャケットフランジ押え26が固定され、ゴムジャ
ケット23の上部周囲を固定する。その後、下部と同じ
く濾紙22を介して上部加圧プレート28が試験体S上
に設置され、ネジ止めにより止水構造体の組立を完了す
る。
【0023】各加圧プレート21,27,28には正方
形状の窓部が3×3列で合計9カ所開口され、この窓部
にはポーラスメタル29が嵌合固定され、加圧時におけ
る試験体Sの形状保持性と通気、通水性を確保してい
る。
【0024】図4は以上の組立状態における上部破断斜
視図、図5,6は側断面図及び平面図を示している。図
4において、加圧プレート28下面に形成された溝には
O−リング30が嵌合され、ゴムジャケット23のフラ
ンジに接触させることでこの部分の止水性を確保してい
る。また、図5において、上下加圧プレート21,28
の試験体Sに対する接触面にはポーラスメタル29によ
る通水経路が形成されるとともに、各ポーラスメタル2
9に接してエルボ管31が接続されている。各エルボ管
31は、加圧プレート21,28に形成された通路32
を通じて図示しないホースなどを通じて給水用のポンプ
及び試料水採取用の水槽などに接続されている。
【0025】従って、以上のように下部鉛直プレート2
上に組立てられた止水構造体の側面二方向にオイルフィ
ルム及び球座14を介して水平アクチュエータ8及びス
ペーサ9の対を当接し、また鉛直アクチュエータ3を上
部に当接し、各アクチュエータ3,8により図中矢印の
ごとく加圧しつつ上下いずれかの方向から水を供給する
ことで、加圧下における透水試験を実施できることにな
る。
【0026】なお、以上の実施形態では、上下方向の透
水試験に適用した場合を示したが、側面方向の透水試験
もでき、この場合にはゴムジャケットの開口部を両側面
とし、側面加圧プレート側から通水することで実施可能
となる。また、本発明は、透水試験だけでなく、有効応
力試験、水圧破砕試験等の他の試験にも適用することが
できる。さらに、上記実施の形態では、実際の岩盤から
切り出した試験体Sを試験対象としたが、モデルを用い
た試験でも良いことは勿論である。
【0027】
【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明による岩盤試験装置における透水、有効応力、水圧破
砕等の試験用止水構造体によれば、大型の試験体であっ
ても装置上で組立てて加圧下における透水試験を実施で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の止水構造体が適用される大型岩盤試験
装置の平面図である。
【図2】図1のA−A線における断面説明図である。
【図3】本発明に係る止水構造体の部品構成と、組立手
順を示す分解斜視図である。
【図4】同組立状態における上部の一部を破断して示す
斜視図である。
【図5】同組立状態の断面図である。
【図6】同平面図である。
【符号の説明】
20 台座 S 試験体 21,27,28 加圧プレート 23 ゴムジャケット 24,25 バックアッププレート(止水用治具) 26 ジャケットフランジ押え
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 健一郎 東京都清瀬市下清戸4丁目640番地 株式 会社大林組技術研究所内 Fターム(参考) 2G061 AA03 AB01 CA06 CB03 DA19 EA01 EA02 EB05

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 台座上に設置された立方体形状の試験体
    の上下及び側面二方向を加圧機構を介して加圧する岩盤
    試験装置において、 前記台座上に設置される試験体の透水面を除いた面をゴ
    ムジャケットで覆い、底面、側面及び上面に通水面を形
    成した加圧プレートで水密に囲ったことを特徴とする大
    型岩盤試験装置における透水、有効応力、水圧破砕等の
    試験用止水構造体。
  2. 【請求項2】 前記加圧プレートに形成される通水面が
    ポーラスメタルであることを特徴とする請求項1に記載
    の岩盤試験装置における透水、有効応力、水圧破砕等の
    試験用止水構造体。
  3. 【請求項3】 前記ゴムジャケットの両開口面に形成さ
    れたフランジを止水用治具を介してフランジ押えで包囲
    固定することを特徴とする請求項1または2に記載の岩
    盤試験装置における透水、有効応力、水圧破砕等の試験
    用止水構造体。
  4. 【請求項4】 側面加圧プレートは互いに枡組形状に組
    合わされ、側面加圧に応じて試験体断面を縮小可能とし
    たことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載
    の岩盤試験装置における透水、有効応力、水圧破砕等の
    試験用止水構造体。
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