JP2008026115A - 土砂の流動性試験装置および土砂の流動性試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ圧送に適した流動性評価が可能であり、土砂の流動性を定量的に評価でき、地盤支持力を簡易的に予測評価できる土砂の流動性試験装置および土砂の流動性試験方法を提供すること。
【解決手段】試験準備として、円筒形で上面に開口面を有する容器３に試料２９を充填し、試料２９の上面をほぼ平滑に均す。次に、容器３に貫入される貫入板である落下板７を有する貫入子５を容器３に固定し、錘保持部材２３に錘２１を設置する。そして、錘２１により載荷された貫入子５を容器３内に自由落下させて試験を開始する。貫入子５を落下させると、落下板７が、容器３と落下板７との隙間５５や落下板７の空間５３から試料２９を巻き込みつつ、容器３内に貫入する。試験では、変位計を用いて貫入終了時の変位（最終貫入量）を計測し、最終貫入量と錘２１の重量との関係を判断基準のグラフにプロットし、試料２９の流動性の評価を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、土砂の流動性試験装置および土砂の流動性試験方法に関するものである。

泥土圧式シールド工法においては、掘削土の性状が重要である。泥土圧式シールド工法は掘削土をチャンバ内に充満させ、当該掘削土を地山の土水圧と平衡するように機内に取り込み施工する。このことにより、施工位置周辺の地山への影響を最小限に留める。

ここで、チャンバ内の掘削土は適当な流動性を保ち、任意の量を容易に機内に取り込めることが必要である。従って、掘削土を施工に適した性状に調整するために、種々の流動化材料を添加する。

一般に、機内に取り込んだ土砂は、機関車などに牽引された専用の台車により坑外へ搬出される。近年では、コンクリートポンプと同様の形式の圧送ポンプによって坑内略全長に設備された配管内を通して掘削土を坑外に搬出する場合もある。

この場合、搬出土砂には一般にチャンバ内で必要とされるものより高い流動性が求められる。土砂の流動性が低いと配管内での抵抗が大きくなり地上へ搬送することが困難となる。従って、ポンプによって圧送する場合、掘削土をポンプ圧送に適した性状に調整するために、種々の流動化材料を添加する。

以上のように、施工の条件よって、適した土砂の流動性は異なる。

流動化材料を添加する場合には、予め試験を行って種々の材料から使用する材料を選定し、添加量を決める。しかし、圧送するべき地山の変化により、初期の流動性が得られなくなることがある。そのため、適正な添加量を設定する必要がある。

適正な添加量を決めるには、一般的に、（１）試料を手で握り、手の中に土砂が残らなければ良いとする官能的な触手試験や、（２）中空の容器につめた土砂が、容器を引き抜いた後に最初の高さからどのくらい下がるかを測定するスランプ試験（例えば、非特許文献１参照）が用いられている。

ＪＩＳ Ａ １１０１

地上に搬送した掘削土は、そのままであるいは水分を調整して埋め立てなどに使用される場合がある。埋め立てでは、埋め立てた土が所定の強度を有しているかどうかを調べる方法として（３）コーン貫入試験（地盤工学会基準（JGS 1431））などにより、地盤の支持力を試験する。

しかしながら、（１）の方法によって流動化材料の適正な添加量を決めるには、熟練者の経験および技量が必要である。また、（２）の方法は、泥土圧シールド工法における土砂の流動性に関してある程度の相関は認められるものの、いまだ不十分な評価方法である。特に、スランプ試験はコンクリートの圧送特性に関する試験方法であり、土砂ポンプの圧送性に関しては、不十分である。さらに、(３)の方法は、埋め立てた後に行う試験であり、事前に行う簡易的な試験方法があれば便利である。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ポンプ圧送に適した流動性評価が可能であり、土砂の流動性を定量的に評価でき、地盤支持力を簡易的に予測評価できる土砂の流動性試験装置および土砂の流動性試験方法を提供することにある。

前述した目的を達成するための第１の発明は、土砂を充填するための容器と、断面積が前記容器の内空の断面積よりも小さく、前記容器内に貫入される貫入板と、を具備することを特徴とする土砂の流動性試験装置である。

容器は、断面が円形、矩形等の箱体である。貫入板は、断面積が容器の内空の断面積よりも小さい板材である。貫入板には、有孔板、複数の棒状の板材を所定の間隔で並べて連結したもの、複数の棒状の板材を格子状に並べて連結したもの、複数の同心円状の部材を連結したもの等が用いられる。

容器は、箱体の上面等に、貫入板を貫入するための開口面を有する。容器は、貫入子を内部に設置し、試験時に密閉する構造としてもよい。

第２の発明は、土砂を充填するための容器と、断面積が前記容器の内空の断面積よりも小さく、前記容器内に貫入される貫入板と、を具備する流動性試験装置を用いた土砂の流動性試験方法であって、土砂を充填した前記容器に前記貫入板を貫入させ、所定の計測値を取得する工程（ａ）と、前記所定の計測値に基づいて、前記土砂の流動性を評価する工程（ｂ）と、を具備することを特徴とする土砂の流動性試験方法である。

工程（ａ）では、貫入板を重力により落下させて容器に貫入させる。または、貫入板に載荷して容器に貫入させる。載荷は、錘やエアシリンダ、油圧シリンダ、機械式シリンダなど略一定方向に載荷可能な機構を有する手段を用いて行う。工程（ａ）で、貫入板に載荷する場合には、貫入板に載荷する荷重を変化させてもよい。

工程（ａ）で、貫入板を重力により落下させて容器に貫入させる場合、貫入板に載荷して容器に貫入させる場合ともに、工程（ａ）では、所定の計測値として、例えば、貫入板の貫入量と貫入板の貫入速度とを取得する。そして、工程（ｂ）で、取得した貫入量と貫入速度との関係から土砂の流動性を評価する。

工程（ａ）で、貫入板に載荷して容器に貫入させる場合には、工程（ａ）で、所定の計測値として、貫入板の貫入量と貫入板に載荷した荷重とを取得してもよい。その場合、工程（ｂ）では、取得した貫入量と荷重との関係から土砂の流動性を評価する。また、工程（ａ）で、貫入板を一定の速度で貫入させ、所定の計測値として、貫入板の貫入量と貫入板の貫入力とを取得してもよい。その場合、工程（ｂ）では、貫入量と貫入力との関係から土砂の流動性を評価する。

第２の発明では、まず、土砂を充填した容器に、断面積が容器の内空の断面積よりも小さい貫入板を貫入させ、所定の計測値を取得する。そして、取得した所定の計測値に基づいて、土砂の流動性を評価する。

本発明によれば、ポンプ圧送に適した流動性評価が可能であり、土砂の流動性を定量的に評価でき、地盤支持力を簡易的に予測評価できる土砂の流動性試験装置および土砂の流動性試験方法を提供できる。

以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。図１は、流動性試験装置１の斜視図、図２は、流動性試験装置１の垂直方向の断面図、図３は、流動性試験装置１の水平方向の断面図を示す。図２は、図１に示す矢印Ａ−Ａによる断面図、図３は、図２に示す矢印Ｂ−Ｂによる断面図である。

第１の実施の形態では、図１から図３に示す流動性試験装置１を用いて、落下板７の最終貫入量と錘の荷重との関係から試料２９の性状を評価する方法について説明する。

図１から図３に示すように、流動性試験装置１は、容器３、貫入子５、錘２１、錘保持部材２３等で構成される。容器３は、円筒形であり、上面に開口面を有する。貫入子５は、落下板７、ガイド棒９、連結部材１３、ガイド板１５、連結部材１９等からなる。

落下板７は、容器３に貫入される貫入板である。落下板７は、環状の板材である。ガイド棒９は、断面が円形の棒材であり、落下板７の中心部の上方に、落下板７に垂直に配置される。ガイド棒９は、外周方向に突出した２本のキー１１を有する。２本のキー１１は一直線上に配置される。連結部材１３は、ガイド棒９の周囲と落下板７の上面とに固定され、落下板７とガイド棒９とを一体化する。

ガイド板１５は、矩形の板材であり、容器３の上方に配置される。ガイド板１５は、両端に一体に設けられた連結部材１９により、容器３に固定される。ガイド板１５は、ガイド棒９が貫通する円形の孔１４を有する。円形の孔１４は、２箇所にキー溝１７を有する。２箇所のキー溝１７は一直線上に配置される。

錘２１は、内径が容器３の外径よりも大きい環状の部材である。錘保持部材２３は、水平材２７の両端に２本の垂直材２５の上端が固定された、門型の部材である。水平材２７の中央部には、ガイド棒９の上端が固定される。垂直材２５の下端は、錘２１を保持できるような仕様とする。錘２１は、錘保持部材２３に保持され、容器３の周囲に配置される。

流動性試験装置１を用いて土砂の流動性を評価するには、試験準備として、まず、試料２９である土砂を採取し、上面を開放した容器３の内部に充填する。そして、試料２９の上面をほぼ平滑に均す。

流動性試験装置１では、例えば、ガイド板１５の連結部材１９を、容器３に着脱可能に固定できる仕様とする。試験準備では、試料２９の上面をほぼ平滑に均した後、貫入子５および錘保持部材２３と一体となったガイド板１５を、連結部材１９を介して容器３に固定する。これにより、試料２９の上面に落下板７が固定される。

試料２９の上面に落下板７を固定した後、錘保持部材２３に錘２１を設置する。なお、流動性試験装置１には、適切な時期に、落下板７の位置を計測するための変位計（図示せず）が設置される。

試験を開始するには、貫入子５を図３の矢印Ｄに示す方向に回転させる。流動性試験装置１では、キー１１がキー溝１７と合う位置まで貫入子５を回転させることにより、錘２１により載荷された貫入子５が容器３内に自由落下し、試験が開始される。貫入子５を落下させると、落下板７が、容器３と落下板７との隙間５５や落下板７の空間５３から試料２９を巻き込みつつ、容器３内に貫入する。試験では、変位計（図示せず）を用いて貫入終了時の変位を計測する。また、必要に応じて、時系列的に落下板７の変位を計測してもよい。

図４は、土砂の流動性の評価基準のグラフを示す。グラフの縦軸は落下板７の最終貫入量、横軸は錘の重量である。試験では、計測した貫入終了時の変位（最終貫入量）と錘２１の重量との関係を図４に示すグラフにプロットし、試料２９の流動性の評価を行う。

図４に示すグラフにおいて、試験結果が実線３１で挟まれた領域Ｅ内に位置する試料２９は、ポンプ圧送を用いた排土に適する。試験結果が破線３３で挟まれた領域Ｆ内に位置する試料２９は、一部にポンプ圧送を用いた排土に適する。試験結果が点線３５で挟まれた領域Ｇ内に位置する試料２９は、ズリ鋼車を用いた排土に適する。なお、評価基準のグラフは、流動性試験装置１に固有のものであり、実験または計算により作成される。

第１の実施の形態によれば、容器３に試料２９を充填し、錘２１で落下板７に載荷して容器３に貫入させ、最終貫入量を計測する。第１の実施の形態では、落下板７の最終貫入量と錘２１の荷重との関係から、試料２９の性状を定量的に評価できる。

なお、流動性試験装置の構成は、図１から図３に示すものに限らない。流動性試験装置は、少なくとも、試料を入れる容器と、試料に貫入させる貫入板（落下板）からなる。流動性試験装置は、容器に試料を充填した後、試料の一面に落下板を固定できるような構成とする。

ガイド棒９、キー１１、ガイド板１５、キー溝１７、錘保持部材２３等は、必要に応じて設けられる。ガイド棒９、キー１１、ガイド板１５、キー溝１７、錘保持部材２３の形状・構成は、図１から図３に示すものに限らない。

また、ガイド棒９にキー１１を設ける場合、その設置数は、２本に限らない。キー溝１７の設置数はキー１１の設置数と同数とする。また、ガイド板１５に設けるキー溝１７の位置は、ガイド棒９に設けるキー１１の位置に対応するように設定される。

さらに、流動性試験装置の落下板の形状は、図１から図３に示すものでなくてもよい。落下板７は断面積が容器３の断面積よりも小さく、容器３内に貫入可能な形状であればよい。

図５は、他の貫入子の例を示す図である。図５の（ａ）図は、貫入子５ａの斜視図である。貫入子５ａは、直径が容器３の内径よりも小さい円形の落下板７ａを有する。貫入子５ａを用いた場合、落下板７ａは、容器３との隙間から試料２９を巻き込みつつ、容器３内に貫入する。

図５の（ｂ）図は、貫入子５ｂの斜視図である。貫入子５ｂは、直径が容器３の内径よりも小さい円形の板材にスリット３７を設けた落下板７ｂを有する。落下板７ｂの構成部材は連結部材１３ｂにより連結される。貫入子５ｂを用いた場合、落下板７ｂは、容器３との隙間やスリット３７から試料２９を巻き込みつつ、容器３内に貫入する。

図５の（ｃ）図は、貫入子５ｃの斜視図である。貫入子５ｃは、直径が容器３の内径よりも小さい円形の板材に孔３９を設けた落下板７ｃを有する。貫入子５ｃを用いた場合、落下板７ｃは、容器３との隙間や孔３９から試料２９を巻き込みつつ、容器３内に貫入する。

図５の（ｄ）図は、貫入子５ｄの斜視図である。貫入子５ｄは、直径が容器３の内径よりも小さい環状板４１ａと、環状板４１ａと同心円状で直径が小さい環状板４１ｂとからなる落下板７ｄを有する。環状板４１ａと環状板４１ｂとは連結部材１３ｄにより連結される。貫入子５ｄを用いた場合、落下板７ｄは、容器３との隙間や環状板４１ａと環状板４１ｂとの間の空間４３から試料２９を巻き込みつつ、容器３内に貫入する。

次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、図１から図３に示す流動性試験装置１を用いて、落下板７の最大貫入量と錘の最大重量との関係から試料２９の性状を評価をする方法について説明する。第２の実施の形態では、貫入子５に載荷する錘２１の数量を順次増やして試験を行う。

第２の実施の形態では、まず、第１の実施の形態と同様の方法で試験準備を行う。但し、錘保持部材２３にはｌ個の錘２１を設置する。そして、１回目の試験を開始する。

試験では、変位計（図示せず）を用いて貫入終了時の変位を計測する。図６は、複数の錘を使用する際の判定基準を示すフローチャートである。判定基準を示すフローチャートは、流動性試験装置１に固有のものであり、実験または計算により作成される。フローチャート中で判定に用いる値は、試料２９の搬送方法（ポンプ圧送を用いた排土、一部にポンプ圧送を用いた排土、ズリ鋼車を用いた排土）により異なる。

図６のＳ１０１に示すように、ｌ個の錘２１で載荷した試験での最終貫入量がｘｍｍ以下でない場合には、Ｎｏの矢印に進む。そして、Ｓ１０６で試料２９は軟らかすぎる可能性が有ると判定して試験を終了する。最終貫入量がｘｍｍ以下の場合には、Ｙｅｓの矢印に進む。そして、錘保持部材２３にｍ個の錘２１を設置して、２回目の試験を実施し、貫入終了時の変位を計測する。

Ｓ１０２に示すように、ｍ個の錘２１で載荷した試験での最終貫入量がｙｍｍ以上でない場合には、Ｎｏの矢印に進む。そして、Ｓ１０５で試料２９は閉塞の可能性が有ると判定して試験を終了する。最終貫入量がｙｍｍ以上の場合には、Ｙｅｓの矢印に進む。そして、錘保持部材２３にｎ個の錘２１を設置して、３回目の試験を実施し、貫入終了時の変位を計測する。

Ｓ１０３に示すように、ｎ個の錘２１で載荷した試験での最終貫入量がｚｍｍ以上でない場合には、Ｎｏの矢印に進む。そして、Ｓ１０５で試料２９は閉塞の可能性が有ると判定して試験を終了する。最終貫入量がｚｍｍ以上の場合には、Ｙｅｓの矢印に進み、Ｓ１０４で試料２９は搬送ＯＫであると判定して試験を終了する。

第２の実施の形態では、容器３に試料２９を充填し、錘２１で落下板７に載荷して容器３に貫入させ、最終貫入量を計測する。第２の実施の形態では、落下板７の最終貫入量と錘２１の荷重との関係から、試料２９の性状を定量的に評価できる。

なお、図６に示すフローチャートでは、判定用のステップを３つ（Ｓ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３）としたが、ステップの数はこれに限らない。

第２の実施の形態においても、試料２９の流動性の判定に図４に示すグラフを用いることができる。この場合、錘２１を増やしても落下板７が停止したままの状態となったとき、落下板７と容器３の底面との間に土粒子の構造体ができていると判断し、落下板７の変位量を記録する。そして、落下板７の最大貫入量と錘の最大重量との関係を図４に示すグラフにプロットし、試料２９の評価を行う。

次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、図１から図３に示す流動性試験装置１を用いて、落下板７の最終貫入量と貫入最大速度との関係から試料２９の性状を評価する方法について説明する。

第３の実施の形態では、まず、第１の実施の形態と同様の方法で試験準備を行い、試験を開始する。試験では、変位計（図示せず）を用いて、時系列的に落下板７の変位を計測する。そして、貫入過程の速度を算出する。

図７は、土砂の流動性の評価基準のグラフを示す。グラフの縦軸は落下板７の最終貫入量を、横軸は落下板７の貫入最大速度である。試験では、計測した貫入終了時の変位（最終貫入量）と貫入最大速度との関係を図７に示すグラフにプロットし、試料２９の流動性の評価を行う。

図７に示すグラフにおいて、試験結果が実線４５で挟まれた領域Ｈ内に位置する試料２９は、ポンプ圧送を用いた排土に適する。試験結果が破線４７で挟まれた領域Ｉ内に位置する試料２９は、一部にポンプ圧送を用いた排土に適する。試験結果が点線４９で挟まれた領域Ｊ内に位置する試料２９は、ズリ鋼車を用いた排土に適する。なお、評価基準のグラフは、流動性試験装置１に固有のものであり、実験または計算により作成される。

第３の実施の形態によれば、容器３に試料２９を充填し、錘２１で落下板７に載荷して容器３に貫入させ、時系列的に落下板７の変位を計測して貫入速度を算出する。第３の実施の形態では、落下板７の最終貫入量と貫入最大速度との関係から、試料２９の性状を定量的に評価できる。

なお、第３の実施の形態では、錘２１を用いずに試験を行ってもよい。この場合、容器３に試料２９を充填し、貫入子５を自重により落下させて落下板７を容器３に貫入させ、時系列的に落下板７の変位を計測して貫入速度を算出する。そして、落下板７の最終貫入量と貫入最大速度との関係から、試料２９の性状を評価する。

第２、第３の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、流動性試験装置の構成は、図１から図３に示すものに限らない。流動性試験装置は、少なくとも、試料を入れる容器と、試料に貫入させる貫入板（落下板）とからなる。流動性試験装置は、容器に試料を充填した後、試料の一面に落下板を固定できるような構成とする。

次に、第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態では、図１から図３に示す流動性試験装置とは異なる、他の流動性試験装置を用いて試験を行う方法について説明する。

図８は、他の流動性試験装置１ａの斜視図を示す。図８に示すように、流動性試験装置１ａは、容器３ａ、貫入子５ｅ、錘２１ａ、錘保持部材２３ａ等で構成される。容器３ａは、断面が矩形の箱体であり、上面に開口面を有する。貫入子５ｅは、落下板７ｅ、ガイド棒９、連結部材１３ｅ等からなる。

落下板７ｅは、容器３ａに貫入される貫入板である。落下板ｅ７は、複数の矩形板５９を所定の間隔で並べたものである。連結部材１３ｅは、複数の矩形板５９を連結し、落下板７ｅとガイド棒９とを一体化する。

錘２１ａは、円筒状の部材である。錘保持部材２３ａは、貫入子５ｅのガイド棒９の上端に固定された板材である。錘２１ａは、錘保持部材２３ａ上に載置される。

図９は、他の流動性試験装置１ｂの斜視図を示す。図９に示すように、流動性試験装置１ｂは、流動性試験装置１ａとほぼ同様の構成であるが、錘２１ａ、錘保持部材２３ａの替わりにエアシリンダ６７、エアシリンダ保持部材６９を有する。

エアシリンダ６７は、円筒状である。エアシリンダ保持部材６９は、水平材７３と、上端が水平材７３の両端に、下端が容器３ａに固定された２本の垂直材７１とからなる門型の部材である。エアシリンダ６７は、エアシリンダ保持部材６７に保持される。

図８に示す流動性試験装置１ａ、図９に示す流動性試験装置１ｂを用いて土砂の流動性を評価するには、試験準備として、まず、試料２９である土砂を採取し、上面を開放した容器３ａの内部に充填する。そして、試料２９の上面をほぼ平滑に均し、試料２９の上面に落下板７ｅを固定する。なお、流動性試験装置１ａ、流動性試験装置１ｂには、適切な時期に、落下板７ｅの位置を計測するための変位計（図示せず）が設置される。

試験を開始するには、落下板７ｅの固定を解除し、錘２１ａやエアシリンダ６７により載荷された貫入子５ｅを容器３ａ内に落下させる。貫入子５ｅを落下させると、落下板７ｅが、容器３ａと落下板７ｅとの隙間５７や落下板７ｅの空間５１から試料２９を巻き込みつつ、容器３ａ内に貫入する。

流動性試験装置１ａ、流動性試験装置１ｂを用いた試験では、例えば、第１の実施の形態と同様に、変位計（図示せず）を用いて落下板７ｅの貫入終了時の変位を計測する。そして、流動性試験装置１ａ、流動性試験装置１ｂに固有の評価基準のグラフを用い、落下板７ｅの最終貫入量と錘２１ａの重量との関係、落下板７ｅの最終貫入量とエアシリンダ６７で載荷した荷重との関係から試料２９の流動性を評価する。

流動性試験装置１ａ、流動性試験装置１ｂを用いた試験では、第２の実施の形態と同様に、貫入子５に載荷する荷重を順次増やして落下板７ｅの変位を計測してもよい。この場合、流動性試験装置１ａ、流動性試験装置１ｂに固有の判定基準のフローチャートを用い、落下板７ｅの貫入量と錘２１ａの重量との関係、落下板７ｅの貫入量とエアシリンダ６７で載荷した荷重との関係から試料２９の流動性を評価する。

または、流動性試験装置１ａ、流動性試験装置１ｂに固有の評価基準のグラフを用い、落下板７ｅの最終貫入量と錘２１ａの重量との関係、落下板７ｅの最終貫入量とエアシリンダ６７で載荷した荷重との関係から試料２９の流動性を評価する。

流動性試験装置１ａ、流動性試験装置１ｂを用いた試験では、第３の実施の形態と同様に、時系列的に落下板７ｅの変位を計測して貫入速度を算出してもよい。この場合、流動性試験装置１ａ、流動性試験装置１ｂに固有の評価基準のグラフを用い、落下板７ｅの最終貫入量と貫入最大速度との関係から、試料２９の流動性を評価する。第３の実施の形態と同様の方法で試験を行う際には、錘２１ａやエアシリンダ６７で載荷せず、貫入子５ｅを自重により落下させてもよい。

なお、流動性試験装置１ａでは錘２１ａを、流動性試験装置１ｂではエアシリンダ６７を用いて載荷を行ったが、これらの代わりに、油圧シリンダ、機械式シリンダなど略一定方向に載荷可能な機構を有する手段を用いてもよい。

また、流動性試験装置１ａ、流動性試験装置１ｂの落下板の形状は、図８、図９に示すものでなくてもよい。落下板は断面積が容器３ａの断面積よりも小さく、容器３ａ内に貫入可能な形状であればよい。

図１０は、他の貫入子の例を示す図である。図１０の（ａ）図は、貫入子５ｆの斜視図である。貫入子５ｆは、矩形の落下板７ｆを有する。貫入子５ｆを用いた場合、落下板７ｆは、容器３ａとの隙間から試料２９を巻き込みつつ、容器３ａ内に貫入する。

図１０の（ｂ）図は、貫入子５ｇの斜視図である。貫入子５ｇは、複数の矩形板６３を格子状に並べた落下板７ｇを有する。複数の矩形板６３は、連結部材１３ｇにより連結される。貫入子５ｇを用いた場合、落下板７ｇは、容器３ａとの隙間や落下板７ｇの空間６５から試料２９を巻き込みつつ、容器３ａ内に貫入する。

次に、第５の実施の形態について説明する。第５の実施の形態では、図９に示す流動性試験装置１ｃを用いて、落下板７ｅの最終貫入量と貫入子５ｅの貫入力との関係から試料２９の性状を評価する方法について説明する。流動性試験装置１ｃでは、流動性試験装置１ｂのエアシリンダ６７、エアシリンダ保持部材６９の替わりに、電動シリンダ７５、電動シリンダ保持部材７７が設けられる。

第５の実施の形態では、まず、試料２９である土砂を採取し、上面を開放した容器３ａの内部に充填する。そして、試料２９の上面をほぼ平滑に均し、試料２９の上面に落下板７ｅを固定する。なお、流動性試験装置１ｃには、適切な時期に、落下板７ｅの位置を計測するための変位計（図示せず）が設置される。

試験を開始するには、落下板７ｅの固定を解除し、電動シリンダ７５により載荷された貫入子５ｅを容器３ａ内に落下させる。このとき、電動シリンダ７５で貫入子５ｅの貫入速度を制御し、容器３ａに貫入子５ｅを一定の速度で貫入させる。貫入子５ｅを落下させると、落下板７ｅが、容器３ａと落下板７ｅとの隙間５７や落下板７ｅの空間５１から試料２９を巻き込みつつ、容器３ａ内に貫入する。

試験では、貫入子５ｅの貫入力を計測する。貫入力は、電動シリンダ７５を用いて貫入させた際に動作する電流値によって評価する。また変位計（図示せず）を用いて落下板７ｅの貫入終了時の変位を計測する。そして、落下板７ｅの最終貫入量と貫入子５ｅの貫入力との関係から試料２９の流動性を評価する。

なお、最終貫入位置は、流動性試験装置１ｃの装備推力に依存するが、ある試験装置においては、貫入に伴い構成される微視的土砂の構造の強度によって決まる値である。

土砂等の試料２９の性状により観測される貫入力の変化の代表的なものを以下に示す。貫入子５ｅの貫入力については、（１）貫入力がほとんど変化しない場合、（２）徐々に貫入力が増す場合、（３）ある貫入位置から急激に貫入力が増す場合がある。また、落下板７ｅの最終貫入量については、（ａ）容器の最下端まで貫入子が貫入する場合、（ｂ）容器の中間位置で貫入が出来なくなる場合がある。第５の実施の形態では、以上の（１）〜（３）と（ａ）または（ｂ）との組み合わせにより試料２９の評価を行う。

例えば、シールド工法では、貫入力が（１）または（２）、最終貫入量が（ａ）の状態の組み合わせが理想である。埋め立てなどでは、貫入力が（２）または（３）、最終貫入量が（ｂ）の状態の組み合わせが理想である。

第５の実施の形態によれば、容器３ａに試料２９を充填し、電動シリンダ７５を用いて落下板７ｅを一定の速度で容器３に貫入させる。第５の実施の形態では、落下板７の最終貫入量と貫入子５ｅの貫入力との関係から、試料２９の性状を定量的に評価できる。

第５の実施の形態において、流動性試験装置の構成は、図５に示すものに限らない。流動性試験装置は、少なくとも、試料を入れる容器と、試料に貫入させる貫入板（落下板）とからなる。流動性試験装置は、容器に試料を充填した後、試料の一面に落下板を固定できるような構成とする。第５の実施の形態では、電動シリンダ７５以外の手段を用いて貫入子５ｅを一定の速度で容器３ａに貫入させ、試験を行ってもよい。

土砂圧送時の閉塞は、土粒子の微視的な構造がより大きな構造を構成し、構造的な強度をもつことにより生じるものと考えられる。従来の官能的手法では、試料を手で握ってみて手の中に試料が残らなければよいとするが、この状態とは、土粒子による大きな強度を有する構造ができない状態であることと考えられる。本発明の流動性試験方法では、落下板の最終停止位置と容器の底面との距離が大きい試料ほど、官能的手法を用いた場合に手に多くの試料が残ると判断できる。

逆に、埋め立て土の支持力は土粒子の微視的構造がより大きな構造を構成し構造的強度を持つことに着目すれば、第１から第５の実施の形態で説明した試験方法を用いて、埋め立て土の地盤支持力を予測評価することができる。これらの試験方法は、土砂に限らず土砂と同様に固体粒状体を含むスラリー状物質の性状評価にも使用出来る。

なお、第１から第５の実施の形態で説明した流動性試験方法を用いて圧送する試料の評価を行う際には、試料が硬くても、最終的に落下板と容器の底面との距離が小さい場合には、閉塞が起こりにくいと考え、圧送設備の能力を大きくする必要があるなどの判断をする。

また、第１から第４の実施の形態で説明した流動性試験方法において、落下板７の時系列的な変位を計測し、貫入速度を算出した場合、貫入速度は試料２９の過渡的な流動性を表すことから、落下板７の貫入速度が速ければ試料２９をマクロ的にみて軟らかい、遅ければ硬いと判断できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明にかかる土砂の流動性試験装置および土砂の流動性試験方法の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

流動性試験装置１の斜視図 流動性試験装置１の垂直方向の断面図 流動性試験装置１の水平方向の断面図 土砂の流動性の評価基準のグラフ 他の貫入子の例を示す図 数の錘を使用する際の判定基準を示すフローチャート 土砂の流動性の評価基準のグラフ 他の流動性試験装置１ａの斜視図 他の流動性試験装置１ｂの斜視図 他の貫入子の例を示す図

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ………流動性試験装置
３、３ａ………容器
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ………貫入子
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ………落下板
９………ガイド棒
１１………キー
１５………ガイド板
１７………キー溝
２１、２１ａ………錘
２９………試料
３７………スリット
３９………孔
４１ａ、４１ｂ………環状板
４３、５１、５３、６５………空間
５５、５７………隙間
５９、６３………矩形板

Claims (8)

1. 土砂を充填するための容器と、
   断面積が前記容器の内空の断面積よりも小さく、前記容器内に貫入される貫入板と、
   を具備することを特徴とする土砂の流動性試験装置。
2. 土砂を充填するための容器と、
   断面積が前記容器の内空の断面積よりも小さく、前記容器内に貫入される貫入板と、
   を具備する流動性試験装置を用いた土砂の流動性試験方法であって、
   土砂を充填した前記容器に前記貫入板を貫入させ、所定の計測値を取得する工程（ａ）と、
   前記所定の計測値に基づいて、前記土砂の流動性を評価する工程（ｂ）と、
   を具備することを特徴とする土砂の流動性試験方法。
3. 前記工程（ａ）で、前記貫入板を重力により落下させて前記容器に貫入させることを特徴とする請求項２記載の土砂の流動性試験方法。
4. 前記工程（ａ）で、前記貫入板に載荷して前記容器に貫入させることを特徴とする請求項２記載の土砂の流動性試験方法。
5. 前記工程（ａ）で、前記貫入板に載荷する荷重を変化させることを特徴とする請求項４記載の土砂の流動性試験方法。
6. 前記工程（ａ）で、前記所定の計測値として前記貫入板の貫入量と前記貫入板の貫入速度とを取得し、
   前記工程（ｂ）で、前記貫入量と前記貫入速度との関係から前記土砂の流動性を評価することを特徴とする請求項３または請求項４記載の土砂の流動性試験方法。
7. 前記工程（ａ）で、前記所定の計測値として前記貫入板の貫入量と前記貫入板に載荷した荷重とを取得し、
   前記工程（ｂ）で、前記貫入量と前記荷重との関係から前記土砂の流動性を評価することを特徴とする請求項４記載の土砂の流動性試験方法。
8. 前記工程（ａ）で、前記貫入板を一定の速度で貫入させ、前記所定の計測値として前記貫入板の貫入量と前記貫入板の貫入力とを取得し、
   前記工程（ｂ）で、前記貫入量と前記貫入力との関係から前記土砂の流動性を評価することを特徴とする請求項４記載の土砂の流動性試験方法。

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