JP2004361193A - Water permeability test apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は透水試験装置に係り、持ち運びが可能で、試験位置の試料を採取するサンプラーを兼ね、採取した試料を所定の加圧条件下で高精度な試験が可能な透水試験装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、大規模な一般廃棄物の最終処分場の建設が各所で進められているが、これらの施設では堆積廃棄物からの浸出汚水等が場外に漏出しないように、十分な遮水工を設けることが必要である。この遮水工としては、ベントナイト混合土等が多く用いられている。この遮水工を進める上で、施工場所の透水性(遮水性)を確認するために、広い範囲で多数の計測点で遮水材の透水係数を計測する必要がある。また、フィルダム等における遮水ゾーンを構成するコア材の遮水性についても原位置での透水係数を測定することが必要となっている。
【0003】
対象地盤の透水係数を求める方法としては、原地盤にボーリング等によって試験孔を設け、試験孔内の水位を降下させて回復状況あるいは水位低下速度を測定したり、水位を一定に保つように水を供給してその供給水量から透水係数を求める試験が用いられている。また、原位置での試料を採取し、試験室で三軸応力状態下での透水試験を実施する方法がある(たとえば特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−306198号公報参照。
【0005】
前者の現場試験では、試験孔の実形状や水の流れが理論式とは完全に一致しない点、飽和条件が不明確な点などの問題に加え、透水性の低い地盤では計測に長時間を要するため、その間、遮水工の作業が行えなくなる等の問題もある。後者の室内試験では、乱さない試料の確保が難しいことと、室内試験機が大がかりなものとなり、多数の試料の試験を行うのが大変であり、試験費用も大きくなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の透水試験装置は、上述の既存の試験方法、試験装置が有する問題に鑑み、以下の具体的な課題を解決できるような装置とすることがポイントとなる。すなわち、
▲1▼原地盤の乱さない状態での透水試験が可能なこと
▲2▼透水性に関する理論式が適用できる条件での試験が可能なこと
▲3▼原地盤の荷重状態を再現可能なこと
▲4▼装置として小型で持ち運びができ、構造がシンプル・堅牢で、現場での使用が容易なこと
▲5▼大量な測定点数にも対応可能なこと
▲6▼試料採取位置(測定点)における試験拘束時問が短いこと
▲7▼試験精度が高いこと。
▲8▼原地盤での透水方向(たとえば水平、鉛直方向)を任意に試験可能なこと
▲9▼装置は供給動力なしで動作可能なこと
【0007】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有するポイントを考慮した透水試験装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は原位置での採取状態を保持して内部の試料収容空間に収容された試料を、通水加圧板を介して加圧する加圧手段と、前記通水加圧板を介して透水試験時に前記試料を通過した水を排水する排水経路とを有する試料収容容器と、該試料収容容器と密着した際に、前記試料の一面を内部の通水支持板で支持するとともに、該通水支持板を介して透水試験時に前記試料面に給水する給水経路が形成されたベース部材と、前記試料収容容器をベース部材に切離し可能に密着固定する連結手段と、前記試料を通過して排水された水量を計量可能な計量手段とを備えたことを特徴とする。
【0009】
前記加圧手段は、前記試料収容空間に連続して設けられた加圧シリンダ室内を往復動作するピストン機構からなり、該ピストン機構の動作により前記通水加圧板を押圧し、前記試料収容空間内の試料を原位置と同程度の三軸応力状態として透水試験を行うことができる。また、前記ピストン機構は、外部から供給される圧縮空気で動作させることが好ましい。
【0010】
または前記加圧手段は、前記試料収容空間に連続して設けられた加圧シリンダ室内に収容されたバネ機構からなり、該バネ機構の動作により前記通水加圧板を押圧し、前記試料収容空間内の試料を原位置と同程度の三軸応力状態として透水試験を行うことが好ましい。
【0011】
前記試料収容容器は下端に刃先を有し、前記試料採取時に、該容器を刃先から地盤面に打ち込んで試料を前記試料収容空間内に取り込むことが好ましく、このとき前記試料収容空間内の試料を原位置と同程度の三軸応力状態とすることが好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の透水試験装置の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本発明の透水試験装置1は、図1に示したように、上面中央に所定深さの円形凹所11が形成されたベースブロック10と、下端がベースブロック10の円形凹所11の周縁部に載置され、下面が開放された試料収容空間21内に収容された試料を加圧して所定の応力状態で収容できる試料収容ケーシング20とを主要構成としてなる。
【0013】
以下、透水試験装置1の各構成について説明する。ベースブロック10は、装置本体の台座として機能する扁平形状の鋼製ブロックで、上面中央に所定深さの円形凹所11が形成され、その内部には上面に多数の通水孔12aが形成された通水板支持台12が収容されている。通水支持台12上には周縁がシール材13で保持された通水板14が載置されている。この通水板14は、本実施の形態では一例として多孔質セラミックス板が使用されている。試料2の透水係数が比較的大きい場合にはポーラスストーン等の各種天然あるいは人工多孔質板材も使用できる。また、円形凹所11の周囲のブロック上面には保持ロッド15が立設されている。この保持ロッド15は、連結手段として、後述する固定治具40の締結用フランジ41の固定ナット42の締め付けにより試料収容ケーシング20をベースブロック10上に密着固定する役割を果たす。また、透水試験のための水供給路としてブロック外側面と円形凹所11とを貫通する給水孔16が設けられている。
【0014】
試料収容ケーシング20は、試験位置の原位置で透水試験用の試料2を採取するサンプラー(その作業手順は後述する。)として用いられ、採取した試料2を内部に収容し、透水試験装置1の一部として組み込まれて使用される円筒形状の鋼製部材である。試料収容ケーシング20の内部には、図1に示したように、下面側が所定直径の扁平円筒状にくり抜かれた試料収容空間21と、この試料収容空間21の上部に連続した円筒状の加圧シリンダ室22とが形成されている。試料収容空間21内には後述するピストン23の動作により空間壁面に沿って摺動しながら往復動可能な通水加圧板25が収容されている。この通水加圧板25は上述した通水支持台と同様な構成からなり、上面に多数の通水孔27aが形成された通水板保持枠27と、その下面凹所に固着された通水板28から構成されている。通水板保持枠27にOリング26を取り付けることにより、試料収容空間21の内面壁との間の水密性が保持することも可能である。通水加圧板25の通水板28は上述の通水板14と同じ材質からなるものが使用されている。
【0015】
加圧シリンダ室22内には、図1に示したように、ケーシング20上面を貫通して設けられた空気供給路29を介して導入される圧縮空気によりシリンダ室22内で膨張収縮することにより全長を伸縮可能な合成ゴム製のベロフラム30と、ベロフラム30の下端に位置し、ベロフラム30の伸縮に伴ってシリンダ室22の内壁に沿って往復動するピストン23とが収容され、このピストン23の下端で通水加圧板25を押圧し、試料収容空間21内にある試料2を所定の加圧状態に設定することができる。
【0016】
さらに、ケーシング20内には、透水試験時の水が試料収容空間21内の試料2を通過し、外部のビュレットに排水される計量用の排水孔32と、透水試験時に加圧シリンダ室22内に満たされた水の一部を排水する確認用の排水孔33とが形成されている。さらに装置外部の給水配管としてのスタンドパイプ34の上端には水タンク35が設けられ、排水パイプ上36には透水試験時の計量手段としてのビュレット37が設けられている。給水、排水経路上の装置側にはバルブ38(38A,38B,38C)が設けられ、透水試験を行うときは所定の手順で該当するバルブ38の開閉を行い、試料収容ケーシング20内への給水、試料2の飽和化、透水試験、排水を制御するようになっている。また、試験に際しての他の測定項目のために、圧縮空気圧計45、試料2への載荷圧としての空気供給路29上の空気圧と排水経路32,36上の水圧との差圧を測定する有効応力計46を設けることもできる。
【0017】
一方、試料収容ケーシング20の上端には、連結手段の一構成要素としての固定治具40がネジ連結されている。この固定治具40は、本体外径が試料収容ケーシング20と同寸法で、上部に円板状の締結用フランジ41が形成されている。締結用フランジ41の固定ナット42を保持ロッド15に締結することで試料収容ケーシング20をベースブロック10上に密着固定することができる。なお、図1においては、図中、下側から上側に向けての通水状態が示されているが、通水方向を天地逆向きとすることも可能である。
【0018】
次に、図1の透水試験装置1に組み込まれる試料収容ケーシング20をサンプラーとして用いて、試験位置での試料採取を行う手順について、図2〜図5を参照して説明する。なお、以下の説明では、その用途を明確にするために、試料収容ケーシング20をサンプラー20と記して説明する。図2(a)はサンプラー20として使用するために圧縮空気で加圧シリンダ室22内のベロフラム30を膨張させてベロフラム30の下端でピストン23を押し下げ、試料収容空間21内の通水加圧板25をサンプラー20の下端まで降下させた状態を示している。この状態で上端に円筒形状の打撃カラー5をネジ連結して使用する。
【0019】
このサンプラー20を用いて透水試験用の試料2を採取するには、まず試料採取地点(透水試験位置)の地盤3の表面を平滑に整形し、図3に示したようなガイド筒6を地盤表面に設置する。このガイド筒6は内径がサンプラー20外径よりわずかに大きく、全長もサンプラー20より長い円筒形状をなし、底面に円形フランジ6aが一体的に形成されている。この円形フランジ6aによってガイド筒6を地盤面に自立させることができる。サンプラー20は、試料採取時においても試料2に所定の鉛直圧力を作用させることができ、たとえば盛土完成時における上載荷重が作用した応力状態を試料2に再現することができるが、試料採取時は一般的にはごくわずかな圧力のみを載荷して用いる。加圧状態の調整は上述の加圧シリンダ室22内のベロフラム30の空気圧を調整して行う。この状態のサンプラー20を図3に示したように、ガイド筒6内に収納し、サンプラー20打ち込み装置7のドライブハンマ8の落下エネルギーを利用してサンプラー20を地盤3に打ち込む。サンプラー20の下端に形成された刃先20aが地盤3内に打ち込まれるのに従ってピストン23と通水加圧板25とが上昇して試料収容空間21内に地盤3の一部が試料2として取り込まれる。
【0020】
試料収容空間21内が試料2で満たされる所定深さまでサンプラー20を地盤3に打ち込んだら、ベロフラム30内の圧力を減圧または開放する。図4に示したように、サンプラー20の地中部分を周辺地盤ブロック4とともに掘り起こす。その後、整形ナイフ等を用いて試料2の端面2aを平滑に整形する。このようにしてサンプラー20の試料収容空間21内に乱さない透水試験用の試料2を収容することができる。なお、試料高さ(厚さ)は想定される透水係数にもよるが、通常はφ75mmに対して15〜50mm程度を適宜設定可能である。このとき試料収容空間21内に調整スペーサー等(図示せず)を挿入して高さ調整することが好ましい。
【0021】
次いで、この試料2を保持したサンプラー20を、上述した試料収容ケーシング20として図1に示したように、透水試験装置1に組み込む。この組み込みに際し、図2(b)に示したように打撃カラー5(同図(a)参照)を取り外した後のサンプラー20上端に固定治具40をネジ連結する。このサンプラー20を図1に示したように、ベースブロック10上に載置し、固定治具40の締結用フランジ41の固定ナット42を締結ロッド15(図1)に螺着してサンプラー20の下端刃先20aを、試料2の端面2aを通水板14に密着させるように、円形凹所11の周縁部に設けられたリング状のシール材13を介してベースブロック10の円形凹所11の周縁部に密着固定する。その後、給水、排水経路の各パイプ34,36、空気供給配管29を装置1に連結する。
【0022】
以下、この透水試験装置を用いた透水係数の測定について説明する。試料2の透水に先立ち、サンプラー20内の試料2の三軸応力状態を再現する。たとえば盛土完成時における上載荷重が作用した応力状態等を再現できる。鉛直荷重は加圧シリンダ室22内のベロフラム30の空気圧を調整することによって行う。まず、排水経路上のバルブ38B,38Cを開放する。次いで、水タンク35からの給水経路34上のバルブ38Aを開放して、装置1内に通水を開始する。試料2内を通過した水の一部は加圧シリンダ室22内に満たされ、さらに排水孔33から外部に排水される。この状態が確認されたらバルブ38Bを閉じる。さらに排水孔32からの排水が確認されたら、ビュレット37等の計量手段により単位時間当たりの排水量(透水量)を測定する。これにより試料2の透水係数を求めることができる。またベロフラム30の加圧は、透水試験時の動水勾配を大きくする際に試料の有効拘束圧を大きくするためにも用いることができる。
【0023】
なお、以上の説明では、加圧手段として、加圧シリンダ室22内にベロフラム30を設け、圧縮空気を用いた試料2の加圧を行っていたが、機構的にバネ係数を変化可能な圧縮バネ等を加圧シリンダ室22内に内蔵して所定のバネ抵抗を利用した加圧手段とすることも好ましい。この場合には空気供給手段等を要しないため、装置1をさらにコンパクトにすることができる。
【0024】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の透水試験装置によれば、構造がシンプルで堅牢な装置の一部に組み込まれるサンプラーを用いて短時間に乱さない試料を採取でき、その試料をそのまま透水試験に使用することができ、その試験条件も試料収容空間内で単純な一方向の流れを実現して透水理論と同じ条件を再現できる。また、鉛直方向荷重を適宜設定することにより、原地盤や任意の荷重載荷条件を再現することができ、精度の高い透水試験を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による透水試験装置の一実施の形態を一部断面で示した全体構成図。
【図2】図1に示した透水試験装置のサンプラー(試料収容ケーシング)の使用態様を示した断面図。
【図3】図2に示したサンプラーを用いた試料サンプリング状態を示した説明図(打ち込み状態)。
【図4】試料サンプリング状態を示した説明図(試料採取状態)。
【図5】試料サンプリング状態を示した説明図(試料整形状態)。
【符号の説明】
1 透水試験装置
2 試料
10 ベースブロック
11 円形凹所
12 通水支持台
13 シール材
14,28 通水板
15 保持ロッド
20 試料収容ケーシング(サンプラー)
21 試料収容空間
22 加圧シリンダ室
23 ピストン
25 通水板保持枠
29 空気供給路
30 ベロフラム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a water permeation test apparatus, and relates to a water permeation test apparatus that can be carried and also serves as a sampler for collecting a sample at a test position, and can perform a highly accurate test on the collected sample under a predetermined pressure condition.
[0002]
[Prior art]
In recent years, construction of final disposal sites for large-scale general waste has been promoted in various places. At these facilities, sufficient water-impervious works are installed so that leachate from accumulated waste does not leak outside the site. It is necessary. Bentonite mixed soil or the like is often used as the water barrier. In proceeding with this water-impervious work, it is necessary to measure the water-permeability coefficient of the water-impervious material at a large number of measurement points in a wide range in order to confirm the water permeability (water-impervious) of the construction site. In addition, it is necessary to measure the in-situ permeability coefficient of the core material constituting the water-impervious zone in a fill dam or the like.
[0003]
As a method of determining the permeability coefficient of the target ground, a test hole is provided in the original ground by boring or the like, and the water level in the test hole is lowered to measure the recovery status or the rate of water level drop, or to maintain a constant water level. Is used to obtain the hydraulic conductivity from the amount of water supplied. In addition, there is a method of collecting a sample at an original position and performing a water permeability test under a triaxial stress state in a test room (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
See JP-A-7-306198.
[0005]
In the former field test, in addition to problems such as the fact that the actual shape of the test hole and the flow of water do not completely match the theoretical formula and the point where the saturation conditions are unclear, it takes a long time to measure on low-permeability ground. Therefore, there is also a problem that the work of the impermeable work cannot be performed during that time. In the latter laboratory test, it is difficult to secure an undisturbed sample, and the laboratory testing machine becomes large, and it is difficult to test a large number of samples, and the test cost also increases.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, in view of the problems of the above-described existing test methods and test apparatuses, it is important that the water permeability test apparatus of the present invention is an apparatus that can solve the following specific problems. That is,
(1) Permeability test is possible without disturbing the original ground (2) Test is possible under the condition that the theoretical formula for water permeability can be applied (3) The load condition of the original ground can be reproduced ▲ 4 ▼ Small and portable as a device, simple and robust structure, easy to use in the field ▲ 5 ▼ Able to handle a large number of measuring points ▲ 6 ▼ Tests at sampling points (measuring points) Short restraint time (7) High test accuracy.
(8) Permeability direction of raw ground (eg horizontal and vertical directions) can be tested arbitrarily. (9) The device can operate without power supply.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a water permeation test apparatus that takes into account the points of the above-described conventional techniques.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a pressurizing means for pressurizing a sample accommodated in an internal sample accommodating space while maintaining a sampling state in its original position through a water pressure plate, and the water flow A sample container having a drainage channel for draining water that has passed through the sample during a water permeability test through a pressure plate, and supporting one surface of the sample by an internal water flow support plate when in close contact with the sample container And a base member in which a water supply path for supplying water to the sample surface during the water permeability test is formed through the water flow support plate, a connecting means for closely fixing the sample storage container to the base member, and the sample And a measuring means capable of measuring the amount of water discharged through the water.
[0009]
The pressurizing means includes a piston mechanism that reciprocates in a pressurizing cylinder chamber that is continuously provided in the sample storage space, and presses the water pressure plate by the operation of the piston mechanism, The water permeability test can be performed with the sample in the triaxial stress state of the same level as the original position. The piston mechanism is preferably operated with compressed air supplied from the outside.
[0010]
Alternatively, the pressurizing means includes a spring mechanism housed in a pressurization cylinder chamber provided continuously in the sample housing space, and presses the water pressure plate by the operation of the spring mechanism, and the sample housing space. It is preferable to conduct the water permeability test with the sample in the same triaxial stress state as the original position.
[0011]
The sample storage container has a cutting edge at the lower end, and at the time of sample collection, it is preferable that the container is driven into the ground surface from the cutting edge to take the sample into the sample storage space. At this time, the sample in the sample storage space is removed. A triaxial stress state similar to the original position is preferable.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a water permeability test device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. As shown in FIG. 1, the water
[0013]
Hereinafter, each structure of the water
[0014]
The
[0015]
As shown in FIG. 1, the
[0016]
Further, in the
[0017]
On the other hand, a fixing
[0018]
Next, a procedure for collecting a sample at a test position using the
[0019]
In order to collect the
[0020]
When the
[0021]
Next, the
[0022]
Hereinafter, the measurement of the water permeability coefficient using this water permeability test apparatus will be described. Prior to the water permeation of the
[0023]
In the above description, as the pressurizing means, the
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the water permeability test apparatus of the present invention, a sample that is not disturbed in a short time can be collected using a sampler incorporated in a part of a simple and robust apparatus, and the sample is directly subjected to a water permeability test. The test conditions can also reproduce the same conditions as the permeability theory by realizing a simple unidirectional flow in the sample storage space. In addition, by appropriately setting the vertical load, the original ground and arbitrary load loading conditions can be reproduced, and a highly accurate water permeability test can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of a water permeability test device according to the present invention in a partial cross section.
2 is a cross-sectional view showing a usage mode of a sampler (sample storage casing) of the water permeability test apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a sample sampling state using the sampler shown in FIG. 2 (injected state).
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a sample sampling state (sample collection state).
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a sample sampling state (sample shaping state).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
21
Claims (6)
該試料収容容器と密着した際に、前記試料の一面を内部の通水支持板で支持するとともに、該通水支持板を介して透水試験時に前記試料面に給水する給水経路が形成されたベース部材と、
前記試料収容容器をベース部材に切離し可能に密着固定する連結手段と、
前記試料を通過して排水された水量を計量可能な計量手段とを
備えたことを特徴とする透水試験装置。Pressurizing means that pressurizes the sample stored in the internal sample storage space while maintaining the sampling state at the original position through the water pressure plate, and the sample during the water permeability test through the water pressure plate. A sample container having a drainage channel for draining the water that has passed,
A base formed with a water supply path for supporting one surface of the sample with an internal water flow support plate when in close contact with the sample storage container and supplying water to the sample surface through the water flow support plate during a water permeability test Members,
A connecting means for tightly fixing the sample container to the base member so as to be separable;
A water permeation test apparatus comprising a measuring means capable of measuring the amount of water drained through the sample.
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