JP2010266237A - 突固め試験用治具及び突固め試験用供試体作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試料を均等に押圧しつつ突固めを行う際に、既存の装置に適用することができ、汎用性が大きく、しかも、試料の飛散を防止できて安定して供試体を成形することができる突固め試験用治具及び突固め試験用供試体作成方法を提供する。
【解決手段】粒状の試料Ｓがモールド内に供給され、モールド内でランマー５２を落下させて試料Ｓを突固めて突固め試験用の供試体を作成する際に、試料Ｓの上部を押さえる突固め試験用治具である。ランマー５２とは独立したブロック状体で試料Ｓの上面の全面に対応して、ランマー５２が試料Ｓの上部の中央部乃至周辺部に落下することにより試料Ｓの上部全体を均等に押圧して、試料Ｓを突固める押圧面を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤、特に飽和した緩い砂地盤等を締固めるための突固め試験用治具及び突固め試験用供試体作成方法に関する。

突固めによる土の締固め試験方法としては、衝撃的荷重による締固め方式に基づき、ＪＩＳ Ａ １２１０が主に適用されている。この試験により、土を締固めたときの乾燥密度と含水比の関係を知ることができ、これによって土を最も安定な状態に締固められる最適含水比を予測できる。

この突固めによる締固め試験に用いられている試験機は、図６に示すように、図示省略の支持機構にて支持されるランマーロッド５３と、ランマーロッド５３の先端に設けられたランマー５２と、１対のプーリ５４、及び２対のガイドローラ５５とを備えている。ランマー５２の下方に、粒状の試料Ｓが供給されたモールド５１を設置し、プーリ５４を作動させることによりランマー５２を所定高さまで持ち上げる。そして、ランマー５２を試料Ｓの上部に自然落下させる。これにより、モールド５１内の試料Ｓを突固める。

ところで、人工埋立地を想定して前記突固め試験を行う場合、試料Ｓは水で飽和させた状態とするのが好ましい。この供試体の作成方法としては、若干の水を張ったモールドの内部に、粒度分布が調整された飽和状態の試料（１層目）を供給する。その後、試料表面からランマーを所定の高さまで持ち上げ、そこから自由落下させて突固める。この場合、試料を均等に突固めるため、ランマーの落下位置を移動させながら複数回突くことにより、１層目の試料を突固める。なお、「粒度分布を調整する」とは、試料を構成する粒子を粒径毎に分級・計量し、想定した人工埋立地に近似する粒度（分布）に調整を行うことをいう。

１層目の突固め終了後、この１層目の試料の上に２層目の試料を入れて、１層目と同様にしてランマーを複数回落下させて２層目を突固める。これを繰り返し、モールドの下部側から上部側に向かって、粒度を調整した飽和状態の試料を層状に積み重ねる。

このように、試料の下層側にまで圧力を付与して、上下方向に試料を均一に突固めするために、モールド内に供給した試料は、供給する毎にランマーを落下させて突固める。つまり、供試体の作成に使用する試料の全てをモールド内部に移してからランマーを落下させて突固めるのではなく、一定量の試料をモールドの内部に供給する毎にこの試料の突固めを行い試料の層数を増やし、供試体を作成する。そして、この供試体を取り出して含水比を測定する。これにより、人工埋立地の突固めエネルギーと密度との関係を取得することができる。

前記のような試験を行う場合に、試料の上部全面をピストンで押さえて、このピストンの上に重錘を落下させて突固めを行うものがある（特許文献１）。これにより、重錘が落下することによる反動にて粒子がモールド外へ飛散するのを防止する。

特開２００１−３２４４２９号公報

しかしながら、特許文献１のように試料の上部を押さえるためには、ピストンを設置したり、ピストンロッドに外嵌される重錘を設置したりしなければならない。しかも、ピストンの径と同じ内径を有するモールドのみしか適用できないため、１つの装置にて一種類のモールドにしか適用できない。さらに、ピストンには過大な荷重が繰り返し負荷されることから、特許文献１のような形状ではピストンの損傷が起こり易く、損傷した場合は装置全体の大掛かりな修理作業が必要となる。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、試料を均等に押圧しつつ突固めを行う際に、既存の装置に適用することができ、汎用性が大きく、しかも、試料の飛散を防止できて安定して供試体を成形することができる突固め試験用治具及び突固め試験用供試体作成方法を提供する。

本発明の突固め試験用治具は、粒状の試料がモールド内に供給され、モールド内でランマーを落下させて試料を突固めて突固め試験用の供試体を作成する際に、試料の上部を押さえる突固め試験用治具であって、前記ランマーとは独立したブロック状体で前記試料の上面の全面に対応して、前記ランマーが試料の上部の中央部乃至周辺部に落下することにより前記試料の上部全体を均等に押圧して、試料を突固める押圧面を備えたものである。

本発明の突固め試験用治具によれば、モールド内の試料にこの治具を載置し、この状態でランマーを治具上に落下させることにより、この治具を介して試料に荷重を負荷することができる。この際、この治具の押圧面が試料の上面の全面に対応しており、試料を均等に押圧することができるため、試料の一部に過大な荷重が負荷されるのを防止でき、供試体の密度のばらつきや誤差が少なくなる。

前記押圧面となる下板と、この下板と対向する位置に配設される上板と、上板と下板とを連結し、前記上板及び下板の略中央部に設けられる軸部と、前記上板及び下板との間に、前記軸部から外側に延びるリブとを備え、少なくとも前記下板の形状及び大きさを、前記モールドの内面の横断面形状及び大きさと略同一とすることができる。これにより、上板にて受けた荷重は、軸部及びリブ、下板に伝達され、これが試料に伝達される。すなわち、荷重を受ける面と、荷重を試料に付与する面とが相違することにより、試料を一層均等に押圧でき、試料の一部に過大な荷重が負荷されるのを一層防止することができる。

前記粒状の試料は、飽和状態又は飽和度の高い土砂とすることができる。飽和状態とは、粒子同士の間隙が水で満たされた状態をいい、飽和度が高いとは、粒子同士の間隙の大部分が水で占めていることをいう。モールド内に水を多く含む状態では、試料の一部に過大な荷重が負荷されると、その反動でモールドから水が跳ね上がり、それと共に試料がモールド外へ飛散しやすくなる。一部の粒子がモールド外へ飛散すると、設定粒度分布（どのような粒子径の粒子がどのような割合で含まれているかを示す指標）が変わり、試験の精度に影響を与え、正確な試験を行うことができない。従って、このような場合でも、試料に均等に荷重を付加して試料の一部に過大な荷重が負荷されるのを防止できるとともに、押圧面にて試料の全面を押さえて試料がモールドの外へ飛散するのを防止して、設定粒度分布が変わるのを防止することができる。また、含有水分が多い環境を対象として試験を行う場合に有効となる。

本発明の突固め試験用供試体作成方法は、飽和状態又は飽和度の高い粒状の試料を突固めることにて突固め試験用供試体を作成する突固め試験用供試体作成方法であって、粒状の試料を、モールド内にて飽和状態又は飽和度の高い状態とし、その後、前記本発明の突固め試験用治具を試料上に載置した状態で、この突固め試験用治具の中央部乃至周辺部にランマーが落下して、モールド内の試料に、突固めるための荷重を付与して突固め試験用供試体を作成するものである。

本発明の突固め試験用治具及び突固め試験用供試体作成方法は、ランマーとは独立したブロック状体からなり、これを試料の上部に載置するものであるので、既存の装置をそのまま用いて、密度のばらつきや誤差が少ない供試体を作成することができ、高精度な試験を行うことができる。また、モールドの内径に合ったものを適用すればよく、１つの装置にて多種類のモールドに適用することができ、汎用性に優れたものとなる。さらに、押圧面が損傷した場合でも、装置全体の大掛かりな修理作業が不要となる、装置と独立しているため、取扱性に優れるとの利点もある。

荷重を受ける面と荷重を試料に付与する面とを相違させ、上板と下板との間にリブを設け、かつ、試料のほぼ全面が覆われるようにすると、試料を効果的に均等に押圧することができ、一層高精度な試験を行うことができる。さらには、リブにて上板と下板とを補強すると、強度的に劣ることなく軽量化を図ることができる。

前記粒状の試料が、飽和状態又は飽和度の高い土砂であっても、荷重が負荷された際に試料がモールドの外へ飛散するのを防止して、設定粒度分布が変わるのを防止することができ、高精度な試験を行うことができる。また、例えば、埋立地等の川や海等の水面に土砂を盛って陸地にするような環境を対象として試験を行う場合に特に有効となる。

本発明の実施形態を示す突固め試験用治具の正面図である。 本発明の実施形態を示す突固め試験用治具の平面図である。 前記図１の突固め試験用治具のＡ−Ａ断面矢視図である。 本発明の実施形態を示す突固め試験用治具の斜視図である。 本発明の実施形態を示す突固め試験用治具を使用してモールド内の試料を突固める状態を示す正面図であり、（ａ）はランマー落下前、（ｂ）はランマー落下後である。 従来の突固め試験用治具を使用してモールド内の試料を突固める状態を示す正面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る突固め試験用治具の正面図である。この突固め試験用治具は、図５に示すように、モールド５１に供給された飽和状態の粒状の試料Ｓを、ランマー５２にて押圧して、突固め試験の供試体を作成するものである。本実施形態において、粒状の試料Ｓは飽和状態の土砂としている。

突固め試験用治具は、図１に示すように、ランマー５２とは独立したブロック状体である。試料Ｓを押圧する押圧面となる下板２と、この下板２と対向する位置に配設される上板１と、上板１と下板２とを連結する軸部３と、上板１と下板２との間に設けられるリブ４とから構成されている。

上板１は、図１及び図２に示すように、直径約３０ｃｍの金属、例えばアルミニウムにて構成されている。そして、中心に対して１８０度対向する位置に、図示省略のねじが貫通する孔部５を２箇所備えており、この孔部５にねじを挿入することによって、搬送可能としている。この上板１の中央部に１回、周辺部に８回ランマー５２が落下することにより、上板１はランマー５２からの荷重を受ける。

下板２は、図１及び図３に示すように、直径約３０ｃｍの金属、例えばアルミニウムにて構成されている。下板２の形状及び大きさは、上板１の形状及び大きさとほぼ同一であるとともに、試料Ｓが供給されるモールド５１の横断面形状及び大きさとほぼ同一としている。下板２の上面は、中央部から外側に向かって薄肉となるテーパ面６となっている。この下板２は、上板１にて受けた荷重が伝達されることにより、試料Ｓの上部全体を均等に押圧して試料Ｓの上面を成形する押圧面となる。

軸部３は、上板１と下板２とを連結する円柱体であり、上板１及び下板２のほぼ中央部に連設されている。この軸部３は、上板１にて受けた荷重を下板２に伝達する。

リブ４は、上板１と下板２との間に設けられ、軸部３から外側に向かって延びる板状部材である。本実施形態では、周方向に沿って４５度の配設ピッチで８個のリブ４ａ〜４ｈが設けられている。

次に、本発明の突固め試験用治具を用いて突固め試験用の供試体を作成する方法について説明する。本実施形態では、図６に示す従来の突固め試験機と同様のものを使用している。まず、粒度分布が調整された飽和状態の粒状の試料Ｓをモールド５１内に供給する。そして、図５（ａ）に示すように、本発明の突固め試験用治具を試料Ｓ上に載置し、プーリ５４を作動させることにより、ランマーロッド５３を介してランマー５２を所定高さまで持ち上げる。その後、図５（ｂ）に示すように、ランマー５２を突固め試験用治具の上板１の中央部に１回、周辺部に８回自然落下させる。なお、ガイドローラ５５は、ランマー５２が鉛直方向に上下動するようにガイドする。このようにして、突固め試験用治具の上板１に試料Ｓを突固めるための荷重が付与される。

すなわち、上板１にて受けた荷重は、軸部３及びリブ４を介して下板２に伝達され、これが試料Ｓに伝達される。このように、押圧面である下板２にて試料Ｓを押圧するため、試料Ｓはランマー５２にて直接押圧されることがなく、下板２を介して間接的に荷重が負荷される。しかも、荷重を受ける面（上板１）と、荷重を試料Ｓに付与する面（下板２）とが相違し、下板２にて試料Ｓのほぼ全面が覆われる。これらが相俟って、試料Ｓを均等に押圧でき、試料Ｓの一部に過大な荷重が負荷されるのを防止することができる。

このようにして、ランマー５２の自然落下を繰り返し行って、人工埋立地の突固めエネルギーと密度との関係を取得する。この場合、ランマー５２は、突固め試験用治具の上板１の中央部だけでなく、上板１の周辺部にも落下させているので、突固め試験用治具の効果と相俟って、試料Ｓの上面の密度を一層均一にすることができる。試料Ｓに付与されるエネルギーは、ランマー５２の落下高さ、ランマー５２の質量、ランマー５２の落下回数等から決まる。

本実施形態では、粒状の試料Ｓを飽和状態の土砂としている。この場合、モールド内には水を多く含んだ状態となっているので、試料Ｓの一部に過大な荷重が負荷されると、その反動でモールド５１から水が跳ね上がり、それと共に試料Ｓがモールド外へ飛散しやすくなる。一部の粒子がモールド外へ飛散すると、設定粒度分布（どのような粒子径の粒子がどのような割合で含まれているかを示す指標）が変わり、試験の精度に影響を与え、正確な試験を行うことができない。従って、このような場合でも、試料Ｓに均等に荷重を負荷して試料Ｓの一部に過大な荷重が負荷されるのを防止できるとともに、下板２にて試料Ｓを押さえて試料Ｓがモールド５１の外へ飛散するのを防止して、設定粒度分布が変わるのを防止することができる。

本発明の突固め試験用治具では、ランマー５２とは独立したブロック状体で、試料Ｓの全面に対応するため、モールド内に供給された試料Ｓの上部に載置するのみで、試料Ｓはランマー５２にて直接押圧されることがなく、下板２を介して間接的に荷重が負荷される。これにより、下板２にて試料Ｓを均等に押圧することができるため、試料Ｓの一部に過大な荷重が負荷されるのを防止できる。従って、既存の装置をそのまま用いて、密度のばらつきや誤差が少ない供試体を作成することができ、高精度な試験を行うことができる。また、モールド５１の内径に合ったものを適用すればよく、１つの装置にて多種類のモールド５１に適用することができ、汎用性に優れたものとなる。さらに、下板２が損傷した場合でも、装置全体の大掛かりな修理作業が不要となる、装置と独立しているため、取扱性に優れるとの利点もある。

荷重を受ける面（上板１）と、荷重を試料Ｓに付与する面（下板２）とを相違させ、かつ、試料Ｓのほぼ全面が下板２にて覆われるようにしているので、試料Ｓの一部に過大な荷重が負荷されるのを一層防止することができ、試料Ｓを効果的に均等に押圧できて一層高精度な試験を行うことができる。さらには、リブ４にて上板１と下板２とを補強すると、強度的に劣ることなく軽量化を図ることができる。

試料Ｓを飽和状態の土砂としても、試料Ｓがモールド５１の外へ飛散するのを防止して、設定粒度分布が変わるのを防止することができ、高精度な試験を行うことができる。また、含有水分が多い環境、例えば、埋立地等の川や海等の水面に土砂を盛って陸地にするような環境を対象として試験を行う場合に特に有効となる。

以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、用いる試料Ｓは、飽和状態でなくても、飽和度の高いもの（つまり、空隙の大部分に水を含むもの）であってもよい。また、モールド５１に水を供給して、この中に不飽和状態の試料Ｓを供給することにより試料Ｓを飽和状態としてもよい。上板１や下板２の材質としては、鉄や銅、その他強度を維持できるのもであれば、これに限るものではない。上板１と下板２とで形状、大きさを相違させてもよい。上板１の上面には、フック状のものを常設してもよい。リブ４の数、リブ４の配設ピッチは実施形態に限定されず、円周方向に沿って不等ピッチで設けることもできる。試料Ｓは土砂に限るものではなく、また、試料Ｓの粒子の種類、大きさ等は種々のものを使用することができる。

１ 上板
２ 下板
３ 軸部
４ リブ
５１ モールド
５２ ランマー
Ｓ 試料

Claims (4)

1. 粒状の試料がモールド内に供給され、モールド内でランマーを落下させて試料を突固めて突固め試験用の供試体を作成する際に、試料の上部を押さえる突固め試験用治具であって、
   前記ランマーとは独立したブロック状体で前記試料の上面の全面に対応して、前記ランマーが試料の上部の中央部乃至周辺部に落下することにより前記試料の上部全体を均等に押圧して、試料を突固める押圧面を備えたことを特徴とする突固め試験用治具。
2. 前記押圧面となる下板と、この下板と対向する位置に配設される上板と、上板と下板とを連結し、前記上板及び下板の略中央部に設けられる軸部と、前記上板及び下板との間に、前記軸部から外側に延びるリブとを備え、少なくとも前記下板の形状及び大きさを、前記モールドの内面の横断面形状及び大きさと略同一としたことを特徴とする請求項１の突固め試験用治具。
3. 前記粒状の試料は、飽和状態又は飽和度の高い土砂であることを特徴とする請求項１又は請求項２の突固め試験用治具。
4. 飽和状態又は飽和度の高い粒状の試料を突固めることにて突固め試験用供試体を作成する突固め試験用供試体作成方法であって、
   粒状の試料を、モールド内にて飽和状態又は飽和度の高い状態とし、
   その後、前記請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の突固め試験用治具を試料上に載置した状態で、この突固め試験用治具の中央部乃至周辺部にランマーが落下して、モールド内の試料に、突固めるための荷重を付与して突固め試験用供試体を作成する突固め試験用供試体作成方法。

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