JP2010210559A - 自動平板載荷試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】沈下する試験地盤に対して柔軟な荷重制御が可能であり、試験員の労力を減らし、かつ、試験員の能力や個人差による試験結果の誤差を極力抑えることが可能な自動平板載荷試験装置の提供。
【解決手段】自動平板載荷試験装置１に、試験条件のデータ、ロードセル１４で検出されたデータ、および、変位センサ１５〜１８で検出されたデータを取得するＰＣ制御手段３２と、このＰＣ制御手段３２で取得したデータを保持するＰＣ記憶手段３３と、油圧ジャッキ１３を制御して試験地盤Ｇに加える荷重を制御する荷重制御機構部７０と、ＰＣ記憶手段３３で保持されているデータに基づき導き出される演算情報に応じて荷重制御機構部７０を制御するＣＰＵ６１と、を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤の自動平板載荷試験装置に関するものである。

地盤の平板載荷試験は、構造物基礎基盤に設置した載荷板に荷重を加え、それによって沈下する地盤の沈下量を計測し、加えた荷重と沈下量との関係から、その地盤の変形特性および支持力特性を求めることを目的としている。地盤の平板載荷試験方法として、地盤工学会基準（ＪＧＳ１５２１−２００３）が知られている。
地盤工学会基準の地盤の平板載荷試験（ＪＧＳ１５２１−２００３）を行う場合は、特許文献１に記載のような平板載荷試験装置を用いることが一般的である。
すなわち、試験地盤に配置される載荷板と、反力装置と組み合わされて載荷板に荷重を加えるための載荷装置と、載荷板の沈下量を測定する沈下量測定装置とを設置する。載荷装置は、荷重を加えるための油圧ジャッキと、この油圧ジャッキが載荷板に加える荷重を計測する荷重計とを備えており、油圧ジャッキは手動式油圧ポンプと配管接続されている。
試験員は、荷重計の指示、または、荷重計から出力された電気信号に基づく値を示す表示手段にしたがい手動式油圧ポンプを操作して載荷板に加えられる荷重を調整しつつ、決められた載荷荷重段階で地盤の沈下量を沈下量計測装置で計測する。試験後、計測したデータを元に解析ソフトウェアなどを使用して試験地盤の変形特性や支持力特性を求める。

一方、荷重の発生を目的とした油圧ジャッキ制御方法としては、特許文献２に記載の油圧ジャッキ制御システムのような方法が従来から存在する。
すなわち、複動式油圧ジャッキの発生荷重をロードセルにて検出し、目標荷重とロードセルによる検出荷重との偏差から、高圧用サーボ弁を用いて複動式油圧ジャッキに供給する油の方向および流量を制御する方法がある。

特開２００２−２９６１５９号公報 特開平６−３４５３９２号公報

しかしながら、特許文献１の平板載荷試験装置のように、手動式油圧ポンプによる油圧ジャッキの荷重制御では、油圧ポンプの操作に相応の能力を持った試験員が必要である。また、沈下量の計測自体は自動でも、目標荷重に到達してから沈下量の計測を開始する操作は手動のため、計測開始時間について試験員の個人差が生じる欠点がある。

特許文献２のような油圧ジャッキ制御システムでは、油圧ジャッキの制御手段として高圧サーボ弁を用いているが、目標荷重と検出荷重との偏差のみの情報による制御では、地盤の沈下により発生する検出荷重の変化に対してすぐに目標荷重に戻そうとする動作が遅くなる。したがって、地盤の平板載荷試験で使用する場合は、計測結果に悪影響を及ぼすおそれがある。また、高圧サーボ弁は、一般的に高価であり、また重量物であるため、地盤の平板載荷試験を行うような野外での取り扱いには不向きであるという欠点がある。

本発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであり、地盤の平板載荷試験において、沈下する試験地盤に対して柔軟な荷重制御が可能であり、試験員の労力を減らし、かつ、試験員の能力や個人差による試験結果の誤差を極力抑えることが可能な自動平板載荷試験装置を提供することにある。

本発明の自動平板載荷試験装置は、試験地盤上に設置された載荷板と、この載荷板上に設置された油圧ジャッキと、この油圧ジャッキのピストン上に取り付けられたロードセルと、このロードセルに当接する載荷部材と、前記載荷板に連結された複数の変位センサと、前記油圧ジャッキと前記載荷部材との組み合わせで発生する荷重を制御する荷重制御装置と、を備え、前記試験地盤に荷重を加えてこの試験地盤の変形特性および支持力特性のうちの少なくともいずれか一方を求める試験を行う地盤の自動平板載荷試験装置であって、前記荷重制御装置は、試験条件のデータ、前記ロードセルで検出されたデータ、および、前記変位センサで検出されたデータを保持するデータ保持手段と、前記油圧ジャッキを制御して試験地盤に加える荷重を制御する荷重制御機構部と、前記データ保持手段で保持されているデータに基づき導き出される演算情報に応じて前記荷重制御機構部を制御する荷重制御手段と、具備することを特徴とする。

この発明によれば、自動平板載荷試験装置は、試験条件のデータ、ロードセルで検出されたデータ、および、変位センサで検出されたデータをデータ保持手段で保持する。そして、荷重制御手段は、データ保持手段で保持されたデータに基づく演算情報に応じて荷重制御機構部を制御して、試験地盤に加える荷重を制御する。
このため、油圧ジャッキを用いた地盤の平板載荷試験における荷重調整において、試験条件のデータ、ロードセルで検出されたデータ、および、変位センサで検出されたデータに基づいて試験地盤に加える荷重を制御するので、試験地盤の沈下に伴う発生荷重の変動による影響を極力抑えることができる。しかも、その制御が自動で行われるため、試験員の能力に依存することなく、また、労力も軽減できる。さらに、計測データの取得も試験を通して自動であり、試験員の個人差により発生する試験結果の誤差をなくすことができる。

本発明の自動平板載荷試験装置では、前記荷重制御機構部は、油圧源と、この油圧源から前記油圧ジャッキに供給される油の量を制御する載荷用ニードルバルブと、前記油圧ジャッキから戻る油の量を制御する除荷用ニードルバルブと、を具備し、前記荷重制御機構部は、前記荷重制御手段の制御により、前記荷重が前記試験条件で入力された目標荷重に達するまで前記載荷用ニードルバルブまたは前記除荷用ニードルバルブのうちのいずれか一方である開度調整バルブの開度を０から大きくして所定の載荷速度または除荷速度に達した時点の開度を維持する第１工程と、この第１工程の後に、前記荷重が前記目標荷重未満の第一基準値に達した時点で前記開度調整バルブの開度を０にする第２工程と、この第２工程の後に、前記開度調整バルブの開度を大きくして、前記目標荷重に達した時点で開度を０にする第３工程と、この第３工程の後に、前記試験地盤の沈下により発生する荷重の変動に応じて、前記目標荷重に達するまで前記開度調整バルブの開度を大きくして前記目標荷重に達した時点で開度を０にする動作を繰り返す第４工程と、を実施する構成が好ましい。

この発明によれば、荷重制御手段により、開度調整バルブの開度を大きくして所定の載荷速度または除荷速度に達した時点の開度を維持し、荷重が目標荷重未満の第一基準値に達した時点で開度調整バルブの開度を０にするため、発生荷重が目標荷重を超えることを確実に防止できる。また、この後に、荷重制御手段により、開度調整バルブの開度を大きくして目標荷重に達した時点で開度を０にし、試験地盤の沈下により発生する荷重の変動に応じて、目標荷重に達するまで開度調整バルブの開度を大きくして目標荷重に達した時点で開度を０にする動作を繰り返すため、発生荷重が変動する条件においても、確実に目標荷重での試験結果を得ることができる。

本発明の自動平板載荷試験装置では、前記荷重制御手段は、前記第３工程および前記第４工程のうちの少なくともいずれか一方の工程において、前記目標荷重に達した時点での開度を前記データ保持手段で保持させ、前記荷重制御機構部は、前記荷重制御手段の制御により、前記開度調整バルブの開度を再度大きくする際に、前記データ保持手段で保持させた開度の６０％〜８０％の開度まで一気に開いた後に徐々に開度を大きくする構成が好ましい。

ここで、第３工程および第４工程のうちの少なくともいずれか一方の工程の後に開度調整バルブの開度を再度大きくする際に、徐々に大きくすると目標荷重に達するまでの時間が長くなってしまう。また、荷重制御手段により、目標荷重に達した時点での開度をデータ保持手段で保持させ、開度調整バルブの開度を再度大きくする構成にしても、前記保持させた開度の６０％未満の開度まで一気に開いた後に徐々に開度を大きくすると、発生荷重が目標荷重に達するまでの時間が長くなってしまい、前記保持させた開度の８０％を超える開度まで一気に開いた後に徐々に開度を大きくすると、発生荷重が目標荷重を超えてしまう。
本発明では、前記保持させた開度の６０％〜８０％の開度まで一気に開いた後に徐々に開度を大きくするため、発生荷重が目標荷重に達するまでの時間の短縮化を図りつつ、発生荷重が目標荷重を超えることを防止できる。

本発明の実施形態に係る自動平板載荷試験装置のブロック図。 自動平板載荷試験装置の設置状態の一例を示す概略斜視図。 荷重制御装置の制御に関する概略のフローチャート。 ＰＣ制御手段の制御に関する概略を示すフローチャートとディスプレイに表示される画面内容を示す図。 荷重制御における時間と荷重の関係を示すグラフ。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る自動平板載荷試験装置のブロック図である。

［自動平板載荷試験装置の構成］
図１に示すように、自動平板載荷試験装置１は、載荷板１１と、載荷部材としての反力装置１２と、油圧ジャッキ１３と、ロードセル１４と、変位センサ１５，１６，１７，１８と、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）３０と、荷重制御装置４０と、を備えている。

油圧ジャッキ１３は、一般的に地盤の平板載荷試験に用いられるものであり、上下方向に移動するピストン１３Ａを備えている。この油圧ジャッキ１３は、油圧ホース１３Ｂを介して荷重制御装置４０に接続されている。この油圧ジャッキ１３は、荷重制御装置４０から油の供給を受けることにより、あるいは、回収されることにより反力装置１２との組み合わせで、載荷板１１に対して荷重を作用させる。

ロードセル１４は、地盤に加わる荷重を計測するものであり、電気信号ケーブル１４Ａを介して荷重制御装置４０に接続されている。このロードセル１４は、油圧ジャッキ１３のピストン１３Ａ上に設けられ、油圧ジャッキ１３が載荷板１１に作用させている荷重を計測し、アナログの電気信号に変換して荷重制御装置４０に出力する。

変位センサ１５〜１８は、地盤の沈下量を計測するものであり、電気信号ケーブル１５Ａ〜１８Ａを介して荷重制御装置４０に接続されている。この変位センサ１５〜１８は、油圧ジャッキ１３が載荷板１１に作用させた荷重により沈下した試験地盤Ｇの沈下量を計測し、アナログの電気信号に変換して荷重制御装置４０に出力する。なお、変位センサ１５〜１８の合計個数は、地盤工学会基準（ＪＧＳ１５２１−２００３）により４個である。

ＰＣ３０は、シリアルケーブル３１を介して荷重制御装置４０に制御信号を出力する。このＰＣ３０は、荷重制御装置４０から入力される荷重と沈下量の計測データを管理するＰＣ制御手段３２と、このＰＣ制御手段３２を動作させるためのプログラムや計測データを記憶するＰＣ記憶手段３３と、ＰＣ制御手段３２の制御により各種情報を表示するディスプレイ３４と、を備えている。
ＰＣ制御手段３２は、試験を行う前に立ち上げられ、試験の初期設定として、予備載荷数と、予備載荷時間と、サイクル設定と、試験最大荷重となどが図示しない入力手段の操作で試験員により入力されると、載荷計画を自動作成する。この載荷計画は、試験員より変更することが可能である。そして、ＰＣ制御手段３２は、この載荷計画に基づいて、シリアルケーブル３１を介して荷重制御装置４０に制御信号を出力する。また、ＰＣ制御手段３２は、荷重制御装置４０から入力される荷重と沈下量の計測データをディスプレイ３４に表示させたり、ＰＣ記憶手段３３に記憶させる。

荷重制御装置４０は、ＰＣ３０から入力される制御信号と計測した荷重から油圧ジャッキ１３への油の供給量を制御したり、荷重と沈下量の計測データをＰＣ３０へ出力する。この荷重制御装置４０は、Ａ／Ｄ変換部５０と、ＣＰＵボード６０と、荷重制御機構部７０と、を備えている。

Ａ／Ｄ変換部５０は、５個のアンプ５１と、Ａ／Ｄボード５２と、を備えている。
各アンプ５１は、電子信号ケーブル１４Ａ，１５Ａ〜１８Ａを介して、ロードセル１４、変位センサ１５〜１８にそれぞれ接続され、入力されるアナログの電気信号を増幅させてＡ／Ｄボード５２へ出力する。
Ａ／Ｄボード５２は、アンプ５１で増幅されたアナログの電気信号をデジタルの電気信号に変換して、ＣＰＵボード６０へ出力する。

ＣＰＵボード６０は、荷重制御手段としてのＣＰＵ６１と、データ保持手段としてのＣＰＵ記憶手段６２と、を備えている。
ＣＰＵ６１は、ＣＰＵ記憶手段６２に格納されているプログラムにより動作し、入力されるデータの解析や演算処理、荷重制御装置４０内部のハードウェアやソフトウェアの動作制御などを行う。具体的には、ＣＰＵ６１は、Ａ／Ｄ変換部５０から入力されたデジタルの電気信号を演算処理し、ロードセル１４からの電気信号と、変位センサ１５〜１８からの電気信号と、後述するポンプ用圧力センサ７７とジャッキ用圧力センサ７８からの電気信号と、をそれぞれ数値化する。また、ＣＰＵ６１は、これらの値あるいはＰＣ３０から入力される制御信号を解析して、必要な制御信号を荷重制御機構部７０へ出力する。さらに、試験中は、荷重と沈下量の計測データを定期的に、例えば５秒ごとにＰＣ３０へ出力する。
ＣＰＵ記憶手段６２は、ＣＰＵ６１を動作させるためのプログラムを格納するほか、ＣＰＵ６１の動作過程で一時的に保持が必要になるデータを記憶する。

荷重制御機構部７０は、油タンク７１と、油圧源としての油圧ポンプ７２と、載荷用ニードルバルブ７３と、除荷用ニードルバルブ７４と、載荷用ステッピングモータ７５と、除荷用ステッピングモータ７６と、ポンプ用圧力センサ７７と、ジャッキ用圧力センサ７８と、圧力計７９と、電磁弁８０と、手動開放バルブ８１と、を備えている。

油タンク７１は、油圧ジャッキ１３に供給する油、あるいは、油圧ジャッキ１３から回収する油の貯留に用いられる。油圧ポンプ７２は、油圧ジャッキ１３に油を供給する。

載荷用ニードルバルブ７３は、油圧ポンプ７２から油圧ジャッキ１３に供給される油の流量を調整することで、載荷する荷重の調整を行う。除荷用ニードルバルブ７４は、油圧ジャッキ１３から油タンク７１に戻る油の量を調整することで除荷する荷重の調整を行う。各ニードルバルブ７３，７４の開閉は、これらにそれぞれ連結された各ステッピングモータ７５，７６を回転させることで行う。

ポンプ用圧力センサ７７は、油圧ポンプ７２が発生させている油圧を計測し、アナログの電気信号に変換してＡ／Ｄ変換部５０へ出力する。
ジャッキ用圧力センサ７８は、油圧ジャッキ１３内部の油圧を計測し、アナログの電気信号に変換してＡ／Ｄ変換部５０へ出力する。このジャッキ用圧力センサ７８で計測された油圧データが、荷重制御装置４０で発生させることができる油圧よりも大きい場合、油圧ジャッキ１３に外的な要因による力が加わっていることが考えられるため、荷重制御装置４０は運転を停止する。
圧力計７９は、油圧ジャッキ１３内部の油圧を試験員が目視で確認するためのものである。この圧力計７９の計測値に基づいて、荷重制御中に荷重制御装置４０への給電が停止したり、この荷重制御装置４０が異常で停止したりした際にも油圧ジャッキ１３の油圧の状態を試験員が把握できる。
電磁弁８０は、荷重制御装置４０が荷重制御中に運転を停止させた場合、油圧ジャッキ１３の油圧が急激に下がることによる事故を防止するため、閉じられて油圧ジャッキ１３との接続が遮断される。この遮断した状態の時に、手動開放バルブ８１により安全に油圧ジャッキ１３の油圧を開放することができる。

［自動平板載荷試験装置の設置方法］
次に、図２に基づいて、地盤の自動平板載荷試験装置１の設置方法について説明する。図２は、地盤の自動平板載荷試験装置１の設置状態の一例を示す概略斜視図である。なお、この設置方法は、地盤工学会基準（ＪＧＳ１５２１−２００３）に則っている。

図２に示すように、試験地盤Ｇに載荷板１１を設置する。試験地盤Ｇは、載荷板１１の中心から１．０ｍ以上の範囲を水平に整地し、載荷板１１を試験地盤Ｇに水平で一様に密着するように設置する。

次に、載荷板１１の上方に反力装置１２を設置する。図２では、他の装置を見やすくするために反力装置１２を想像線（一点鎖線）で表現しているが、実際の試験では、載荷板１１の中心から１．５ｍ以上離れた位置に受け台を設置し、その上に載荷梁を載せ、さらに載荷梁の上に実荷重を載せる。実荷重は、試験の計画最大荷重の１．２倍以上とする。試験現場によっては、反力装置１２として自走式重機を用いると便利である。

この後、油圧ジャッキ１３を載荷板１１の上に載せて載荷板１１の中心に設置し、その油圧ジャッキ１３の上にロードセル１４を固定する。なお、ロードセル１４の上部と反力装置１２の下部との隙間が大きい場合は、十分な剛性を持ち端面が材軸に対して直角に下降された支柱をロードセル１４の上部に設置してもよい。

次に、載荷板１１の外縁から１．０ｍ以上離れた試験地盤Ｇに基準支持脚２０１Ａ〜２０１Ｄを設置する。そして、基準支持脚２０１Ａ，２０１Ｂの上に基準梁２０２Ａを設置し、基準支持脚２０１Ｃ，２０１Ｄの上に基準梁２０２Ｂを基準梁２０２Ａと略平行となるように設置する。基準梁２０２Ａ，２０２Ｂの設置後、マグネットスタンド２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃ，２０３Ｄを載荷板１１の上に載せ、中心角間隔９０°で載荷板１１の外周近くに設置する。そして、このマグネットスタンド２０３Ａ〜２０３Ｄに、変位センサ１５〜１８の検出部を基準梁２０２Ａ，２０２Ｂの上部に直角に接触させた状態で変位センサ１５〜１８を支持させる。

この後、油圧ジャッキ１３に油圧ホース１３Ｂの一端を接続し、他端を荷重制御装置４０に接続する。また、ロードセル１４、変位センサ１５〜１８に電気信号ケーブル１４Ａ〜１８Ａの一端を接続し、他端を荷重制御装置４０に接続する。また、ＰＣ３０にシリアルケーブル３１の一端を接続し、他端を荷重制御装置４０に接続する。
ＰＣ３０および荷重制御装置４０には、商用電源あるいは試験現場の発電機から給電される。

前記の設置方法で設置が完了する。その後試験を行う場合は、ＰＣ３０および荷重制御装置４０の電源スイッチを入れ、ＰＣ３０が立ち上がったらＰＣ記憶手段３３に格納されているプログラムに基づいてＰＣ制御手段３２を動作させる。

［自動平板載荷試験装置を用いた試験］
次に、図３および図４に基づいて、自動平板載荷試験装置１を用いた試験の過程を説明する。図３は、荷重制御装置の制御に関する概略のフローチャートである。図４は、ＰＣ制御手段の制御に関する概略を示すフローチャートとディスプレイに表示される画面内容を示す図である。

荷重制御装置４０は、図３に示すように、給電されると内部のソフトウェアおよびハードウェアの初期化を行う（ステップＦＪ１）。初期化が完了すると、荷重制御装置４０は、ＰＣ制御手段３２から試験開始信号が入力されるまで待機する（ステップＦＪ２）。

一方、ＰＣ制御手段３２は、立ち上がると、図４に示すように、ディスプレイ３４に初期設定画面Ｄ１を表示させる（ステップＦＳ１）。この初期設定画面Ｄ１には、予備載荷数、予備載荷時間、サイクル設定、試験最大荷重の入力欄Ｄ１１が設けられている。
試験員により入力欄Ｄ１１に各種設定値が入力されて初期設定画面Ｄ１のＯＫボタンＤ１２がクリックされると、ＰＣ制御手段３２は、試験員が入力した初期設定の内容にしたがって載荷計画を自動的に作成し（ステップＦＳ２）、試験画面Ｄ２を表示させる（ステップＦＳ３）。この試験画面Ｄ２には、載荷計画に基づく載荷計画表Ｄ２１が表示される。この時点では、載荷計画表Ｄ２１は、試験員により変更することができる。
載荷計画表Ｄ２１の表示後、試験画面Ｄ２にある試験開始ボタンＤ２２が試験員によりクリックされると（ステップＦＳ４）、ＰＣ制御手段３２は、荷重制御装置４０に試験開始信号を出力し（ステップＦＳ５）、試験が開始される。

荷重制御装置４０のＣＰＵ６１は、ＰＣ制御手段３２から試験開始信号が入力されると、図３に示すように、目標荷重を０ｋＮ（キロニュートン）に設定し（ステップＦＪ３）、定期時間カウントを０秒にする（ステップＦＪ４）。その後、ロードセル１４により油圧ジャッキ１３が試験地盤Ｇに加えている現在の荷重を計測し、変位センサ１５〜１８により試験地盤Ｇの沈下量を計測し（ステップＦＪ５）、ＣＰＵ６１は、現在の荷重と目標荷重の偏差が許容できる範囲内か否かを判断する（ステップＦＪ６）。このステップＦＪ６において、許容範囲外であると判断した場合、後述する荷重制御処理を行う（ステップＦＪ７）。
ここで、定期時間カウントが規定値（例えば５秒）になった場合（ステップＦＪ８）、ＣＰＵ６１は、ステップＦＪ５で計測した荷重と沈下量のデータをＣＰＵ記憶手段６２に記憶させるとともにＰＣ制御手段３２に出力し（ステップＦＪ９）、定期時間カウントを０秒に戻す（ステップＦＪ１０）。そして、この時点でＰＣ制御手段３２から目標荷重更新信号が入力されていたと判断した場合（ステップＦＪ１１）、目標荷重更新信号に含まれている荷重データを新しい目標荷重に設定する（ステップＦＪ１２）。この後、ＰＣ制御手段３２から試験終了信号が入力されると判断するまで（ステップＦＪ１３）、ステップＦＪ５〜ＦＪ１２の処理を繰り返す。
なお、ステップＦＪ６において許容範囲内であると判断すると、ステップＦＪ８の処理をする。また、ステップＦＪ８において定期時間カウントが規定値になっていない場合、ステップＦＪ１１の処理をする。さらに、ステップＦＪ１１において目標荷重更新信号が入力されていないと判断すると、ステップＦＪ１３の処理をする。

ＰＣ制御手段３２は、図４に示すように、荷重制御装置４０に試験開始信号を出力した（ステップＦＳ５）後、まず載荷計画の最初の目標荷重を目標更新信号として荷重制御装置４０へ出力する（ステップＦＳ６）。その後、荷重制御装置４０から荷重と沈下量の計測データが入力され（ステップＦＳ７）、その計測データが載荷計画の中で取得すべきデータであった場合、その計測データをＰＣ記憶手段３３に記録するとともに、載荷計画表Ｄ２１の所定の場所に表示させる（ステップＦＳ８）。そして、ＰＣ制御手段３２は、現在の目標荷重に対して必要なデータを取り終えると（ステップＦＳ９）、載荷計画の中で必要なデータを全て取り終えたか否かを判断する（ステップＦＳ１０）。このステップＦＳ１０において、取り終えていないと判断すると、目標荷重更新信号を荷重制御装置４０へ出力して（ステップＦＳ１１）、ステップＦＳ７の処理をする。また、ステップＦＳ９において、取り終えていないと判断すると、ステップＦＳ７の処理をする。以後、ＰＣ制御手段３２は、ステップＦＳ１０において全て取り終えたと判断するまで、ステップＦＳ７〜ＦＳ１１の処理を繰り返す。

ＰＣ制御手段３２は、ステップＦＳ１０において取り終えたと判断すると、荷重制御装置４０へ試験終了信号を出力して（ステップＦＳ１２）、制御を終了させる。
荷重制御装置４０は、図３に示すように、ステップＦＪ１３においてＰＣ制御手段３２から試験終了信号が入力されたと判断すると、荷重制御を終了する。

［荷重制御装置による荷重制御方法］
次に、図５および図１に基づいて、荷重制御装置４０による荷重制御方法について説明する。図５は、荷重制御における時間と荷重の関係を示すグラフであり、油圧ジャッキ１３が載荷板１１に加える荷重の状態をイメージ的にとらえた一例を表す。

荷重制御装置４０のＣＰＵ６１は、図５に示すように、ＰＣ制御手段３２から時間Ｔ１の時点で目標荷重更新信号が入力されると、一旦、載荷用ニードルバルブ７３および除荷用ニードルバルブ７４の開度を０にして、荷重Ｌ１を維持する。そして、目標荷重更新信号により新たに設定された目標荷重Ｌ２が現在の荷重Ｌ１よりも大きい場合は載荷用ニードルバルブ７３を徐々に開いていき、小さい場合は除荷用ニードルバルブ７４を徐々に開いていき、単位時間ΔＴあたりの荷重の変化量ΔＬｔが所定の変化量ΔＬｖに達したとき、つまり所定の載荷速度または除荷速度に達したとき、その開度を維持する（第１工程）。試験地盤Ｇの沈下によりΔＬｔも変化するので、定期的にΔＬｔの値を確認し、所定の変化量ΔＬｖよりも小さくなった場合は、再度、載荷用ニードルバルブ７３または除荷用ニードルバルブ７４（以下、目標荷重Ｌ２が現在の荷重Ｌ１よりも大きい場合の開度調整対象である載荷用ニードルバルブ７３、小さい場合の開度調整対象である除荷用ニードルバルブ７４を、開度調整バルブと称す）の開度を徐々に大きくするようにして、常にΔＬｔがΔＬｖになるようにする。地盤工学会基準（ＪＧＳ１５２１−２００３）では、載荷および除荷する速度を１分間あたり２００ｋＮ／ｍ^２程度以下を標準と定めているので、それにしたがってΔＬｖを事前に定めておく。

地盤の変化量ΔＬｖを維持しながら、ＣＰＵ６１は、定期的に発生している荷重と目標荷重Ｌ２の偏差を演算処理して求め、偏差が所定の値Ｌ３になった時間Ｔ２において、開いている開度調整バルブの開度を一旦０にする（第２工程）。例えば、最初の荷重Ｌ１が１０．０ｋＮで、目標荷重Ｌ２が２０．０ｋＮで、Ｌ３が３．５ｋＮとした場合、目標荷重Ｌ２より値Ｌ３分低い１６．５ｋＮに到達したとき、開度調整バルブの開度を一旦０にする。
これは、目標荷重Ｌ２を通り過ぎないようにするためである。値Ｌ３は、載荷および除荷する速度をＬｖとしたとき、開度調整バルブの開度が最大のときから０になるまでの所要時間に対する荷重の変化量とする。

そして、ＣＰＵ６１は、開度を一旦０にした開度調整バルブを徐々に開いていき、発生荷重が目標荷重Ｌ２に達した時間Ｔ３で開度調整バルブの開度を０にする（第３工程）。このとき、開度を０にする前の開度をＣＰＵ記憶手段６２に記録しておく。

目標荷重Ｌ２に達しても試験地盤Ｇが沈下し続けている場合、それに伴って発生荷重も変化してしまう。よって、ＣＰＵ６１は、発生荷重と目標荷重Ｌ２との偏差が所定の値Ｌ４、例えば０．１ｋＮよりも大きかったら、再度開度調整バルブを徐々に開いていく。ただし、ＣＰＵ記憶手段６２に以前の開度が記録されていれば、その開度の一定の割合分、例えば６０％分一気に開いた後、徐々に開いていくようにする。こうすることで、すばやく発生荷重を目標荷重Ｌ２に戻すことができる。
ＣＰＵ６１は、発生荷重が目標荷重Ｌ２に到達したら、前記と同様にしてその時点での開度調整バルブの開度を記録してから開度を０にし、この後、目標荷重Ｌ２に到達したら開度を０にする処理を繰り返す（第４工程）。前記の以前記憶した開度の一定割合分、開度調整バルブを一気に開くという操作が可能なのは、微調整時の荷重に変化を与える開度調整バルブの開度はある程度一定であるため、その開度の６０〜８０％程度は経験上一気に開けても発生荷重に影響を与えないためである。割合の値は、荷重制御装置４０の荷重発生精度等を考慮し、事前に定めておく。

前記荷重制御装置４０の荷重制御方法は、主に載荷の場合を例に挙げて説明しているが、除荷の場合も同様に荷重の制御が可能である。また、試験地盤Ｇの状態によっては、目標荷重Ｌ２を通り過ぎる可能性もあるが、開度調整対象を載荷用ニードルバルブ７３と除荷用ニードルバルブ７４との間で切り替えることにより、目標荷重Ｌ２を維持することが可能である。

［自動平板載荷試験装置の作用効果］
上記自動平板載荷試験装置１によれば、油圧ジャッキ１３を用いた地盤の平板載荷試験における荷重調整において、試験条件のデータ、ロードセル１４および変位センサ１５〜１８で検出されたデータに基づいて試験地盤Ｇに加える荷重を制御するので、試験地盤Ｇの沈下に伴う発生荷重の変動による影響を極力抑えることができ、しかもその制御が自動で行われるため、試験員の能力に依存することなく、また、労力も軽減できる。さらに、計測データの取得も試験を通して自動であり、試験員の個人差により発生する試験結果の誤差をなくすことができる。

さらに、荷重制御装置４０により、開度調整バルブの開度を大きくして所定の載荷速度または除荷速度に達した時点の開度を維持し、発生荷重が目標荷重Ｌ２より所定の値Ｌ３だけ低い値（第一基準値）に達した時点で開度調整バルブの開度を０にするため、発生荷重が目標荷重Ｌ２を超えることを確実に防止できる。また、この後に、開度調整バルブの開度を大きくして目標荷重Ｌ２に達した時点で開度を０にし、発生荷重と目標荷重Ｌ２との偏差が所定の値Ｌ４よりも大きいときに、目標荷重Ｌ２に達するまで開度調整バルブの開度を大きくして目標荷重Ｌ２に達した時点で開度を０にする動作を繰り返すため、発生荷重が変動する条件においても、確実に目標荷重Ｌ２での試験結果を得ることができる。

そして、荷重制御装置４０により、第３工程および第４工程において、目標荷重Ｌ２に達した時点での開度をＣＰＵ記憶手段６２に記憶させ、この後に開度調整バルブの開度を再度大きくする際に、ＣＰＵ記憶手段６２に記憶させた開度の６０％〜８０％の開度まで一気に開いた後に徐々に開度を大きくするため、発生荷重が目標荷重Ｌ２に達するまでの時間の短縮化を図りつつ、発生荷重が目標荷重Ｌ２を超えることを防止できる。

［実施形態の変形］
なお、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが、本発明は前記実施例（実施形態）に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施例（実施形態）では、ＰＣ制御手段３２は地盤工学会基準（ＪＧＳ１５２１−２００３）に準拠した載荷計画やデータの記録を行っているが、荷重制御装置４０への命令信号出力や計測データ入力が可能であれば、必ずしもこの基準に準拠した形でなくてもよい。
また、第３工程および第４工程のうちの少なくとも一方において、目標荷重Ｌ２に達した時点での開度をＣＰＵ記憶手段６２に記憶させずに、この後に開度調整バルブの開度を再度大きくする際に、ＣＰＵ記憶手段６２に記憶させた開度の６０％〜８０％の開度まで一気に開いた後に徐々に開度を大きくする処理を実施しなくてもよい。

１…自動平板載荷試験装置
１１…載荷板
１２…載荷部材としての反力装置
１３…油圧ジャッキ
１３Ａ…ピストン
１４…ロードセル
１５〜１８…変位センサ
３３…データ保持手段としてのＰＣ記憶手段
４０…荷重制御装置
６１…荷重制御手段としてのＣＰＵ
６２…データ保持手段としてのＣＰＵ記憶手段
７０…荷重制御機構部
７２…油圧源としての油圧ポンプ
７３…載荷用ニードルバルブ
７４…除荷用ニードルバルブ
Ｇ…試験地盤

Claims (3)

1. 試験地盤上に設置された載荷板と、
   この載荷板上に設置された油圧ジャッキと、
   この油圧ジャッキのピストン上に取り付けられたロードセルと、
   このロードセルに当接する載荷部材と、
   前記載荷板に連結された複数の変位センサと、
   前記油圧ジャッキと前記載荷部材との組み合わせで発生する荷重を制御する荷重制御装置と、を備え、前記試験地盤に荷重を加えてこの試験地盤の変形特性および支持力特性のうちの少なくともいずれか一方を求める試験を行う地盤の自動平板載荷試験装置であって、
   前記荷重制御装置は、
   試験条件のデータ、前記ロードセルで検出されたデータ、および、前記変位センサで検出されたデータを保持するデータ保持手段と、
   前記油圧ジャッキを制御して試験地盤に加える荷重を制御する荷重制御機構部と、
   前記データ保持手段で保持されているデータに基づき導き出される演算情報に応じて前記荷重制御機構部を制御する荷重制御手段と、
   を具備することを特徴とする自動平板載荷試験装置。
2. 請求項１に記載の自動平板載荷試験装置であって、
   前記荷重制御機構部は、油圧源と、この油圧源から前記油圧ジャッキに供給される油の量を制御する載荷用ニードルバルブと、前記油圧ジャッキから戻る油の量を制御する除荷用ニードルバルブと、を具備し、
   前記荷重制御機構部は、前記荷重制御手段の制御により、
   前記荷重が前記試験条件で入力された目標荷重に達するまで前記載荷用ニードルバルブまたは前記除荷用ニードルバルブのうちのいずれか一方である開度調整バルブの開度を０から大きくして所定の載荷速度または除荷速度に達した時点の開度を維持する第１工程と、
   この第１工程の後に、前記荷重が前記目標荷重未満の第一基準値に達した時点で前記開度調整バルブの開度を０にする第２工程と、
   この第２工程の後に、前記開度調整バルブの開度を大きくして、前記目標荷重に達した時点で開度を０にする第３工程と、
   この第３工程の後に、前記試験地盤の沈下により発生する荷重の変動に応じて、前記目標荷重に達するまで前記開度調整バルブの開度を大きくして前記目標荷重に達した時点で開度を０にする動作を繰り返す第４工程と、を実施する
   ことを特徴とする自動平板載荷試験装置。
3. 請求項２に記載の自動平板載荷試験装置において、
   前記荷重制御手段は、前記第３工程および前記第４工程のうちの少なくともいずれか一方の工程において、前記目標荷重に達した時点での開度を前記データ保持手段で保持させ、
   前記荷重制御機構部は、前記荷重制御手段の制御により、
   前記開度調整バルブの開度を再度大きくする際に、前記データ保持手段で保持させた開度の６０％〜８０％の開度まで一気に開いた後に徐々に開度を大きくする
   ことを特徴とする自動平板載荷試験装置。

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