JP3068763B2 - 一面せん断試験機 - Google Patents

一面せん断試験機

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JP3068763B2 JP7055027A JP5502795A JP3068763B2 JP 3068763 B2 JP3068763 B2 JP 3068763B2 JP 7055027 A JP7055027 A JP 7055027A JP 5502795 A JP5502795 A JP 5502795A JP 3068763 B2 JP3068763 B2 JP 3068763B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一面せん断試験機に関
する。
【0002】
【従来の技術】土のせん断強さを求める室内試験の方法
を大別すると、一面せん断試験、一軸圧縮試験および三
軸圧縮試験がある。これらのうち、三軸圧縮試験は、圧
縮試験を行って間接的に土のせん断強さを求める試験で
あって、試料のあらゆる部分に一様な応力が加わるた
め、現在のところ最も正確に土のせん断強さを決定する
ことができる試験方法と考えられている。
【0003】一方、一面せん断試験機も、試験の操作が
簡単であること、廉価であること等の利点があるために
広く用いられている。
【0004】一面せん断試験機は、図4に示すように上
下に分かれたせん断箱1、2に試料3を入れ、上側のせ
ん断箱1に一定の垂直応力をかけた状態で該上箱1を強
制的に水平移動させて試料3にせん断力を作用させるよ
うになっており、そのときのせん断力を力計4で計測す
るとともに、上箱1の垂直変位および水平変位をそれぞ
れダイヤルゲージ5、6で計測することにより、試料3
のせん断強度を測定できるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ここで、せん断応力が
増加してひずみが大きくなると、その間隙比はある標準
の間隙比(限界間隙比)に徐々に近づき、密な土は多少
膨張し、ゆるい土は収縮する。そのため、例えば膨張時
においては、同図に示すように下向きの摩擦力が上箱か
ら試料に作用し、正しいせん断強度を測定できないとい
う問題を生じていた。
【0006】また、三軸圧縮試験機よりも簡単で廉価で
あるとはいえ、粗粒材料の試験においては粒径の大きさ
に応じてより大型の装置が必要となり、手間と費用がか
かるという問題も生じていた。特に、粒径の大きなレキ
等の粗粒材料試験においては、試験機の大きさに限界が
あるため、相似粒度、すなわち実際の材料よりも粒径の
小さい粒度の試料で試験を行わざるを得ず、試験結果の
信頼性は必ずしも十分ではないという問題もあった。
【0007】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、測定精度を向上させるとともに、粒径の小さ
な試料に加えて粒径の大きな試料についても適用可能な
一面せん断試験機を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の一面せん断試験機は請求項1に記載したよ
うに、底板および該底板の周囲に立設された側板とから
なるせん断箱と、該せん断箱内に収容された試料の上に
設置される載荷板とからなり、該載荷板の下面に当接す
る試料の少なくとも一部を前記載荷板に固着するととも
に、前記載荷板と前記せん断箱との間に所定のクリアラ
ンスを設けて該クリアランス内にせん断面が形成される
ように構成したものである。
【0009】また、本発明の一面せん断試験機は請求項
2に記載したように、底板および該底板の周囲に立設さ
れた側板とからなるせん断箱と、該せん断箱内に収容さ
れた試料の上に設置可能な載荷板とからなり、前記載荷
板に前記試料間に貫入される所定の突出手段を設けると
ともに、前記載荷板と前記せん断箱との間に所定のクリ
アランスを設けて該クリアランス内にせん断面が形成さ
れるように構成したものである。
【0010】また、本発明の一面せん断試験機は、請求
項2の突出手段を所定の格子体で構成したものである。
【0011】
【作用】本発明の一面せん断試験機においては、せん断
箱内に所定の試料を入れてその上に載荷板を載せる。こ
こで、載荷板とせん断箱との間は所定のクリアランスを
設けてある。次に、該載荷板に所定の垂直荷重を加えた
状態で載荷板またはせん断箱を強制的に水平移動させて
試料にせん断力を作用させ、そのときのせん断力の大き
さ、水平変位および垂直変位を測定してせん断強度を求
める。
【0012】ここで、載荷板の下面に試料の一部を固着
してあるので、せん断力を加えた際に載荷板と試料との
間がせん断面となることはなく、上述したクリアランス
内においてせん断面が形成される。
【0013】載荷板の下面に前記試料に貫入される所定
の突出手段を設けた場合にも、該突出手段近傍の試料
は、載荷板の動きに合わせて水平移動し、載荷板と試料
との間がせん断面となることはなく、上述したクリアラ
ンス内においてせん断面が形成される。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一面せん断試験機の実施例に
ついて、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術
と実質的に同一の部品等については同一の符号を付して
その説明を省略する。
【0015】(第1実施例)図1(a) は、比較的粒径の
小さい砂のような試料に適した一面せん断試験機をその
周辺装置とともに示した概略図である。本実施例の一面
せん断試験機は同図でわかるように、底板および該底板
の周囲に立設された側板とからなるせん断箱11に試料
3を収容し、該試料3の上に載荷板12を載せて構成し
てある。
【0016】載荷板12の上には錘13を載せてあり、
試料3に垂直荷重を伝達するようになっている。また、
載荷板12は、ロッド14およびロードセル(力計)1
6を介して水平加力機構15に連結してあり、ハンドル
17を操作することによって所望の大きさの水平力を載
荷板12に作用させるとともに、その大きさをロードセ
ル16で測定できるようになっている。なお、ロッド1
4の代わりにワイヤー等で構成してもよい。
【0017】一方、載荷板12の側方には変位計18を
配設し、載荷板12の水平変位を計測可能に構成してあ
るとともに、載荷板12の上方には変位計19および変
位計20を取り付けてあり、載荷板全体の垂直変位を測
定できるようになっている。
【0018】また、図1(b) に示すように、載荷板12
の下面に当接する試料3は、該載荷板12に接着剤等に
よってしっかりと固着してある。
【0019】本実施例の一面せん断試験機を用いてせん
断試験を行うには、まず、せん断箱11内に試料3を入
れ、その上に載荷板12を載せる。ここで、載荷板12
の下面には試料3の一部を予め固着し、載荷板12とせ
ん断箱11との間は、粒径の数倍程度のクリアランスd
を設けておく。なお、クリアランスdの寸法は、試料3
がせん断箱11で拘束されて移動自由度がなくならない
程度に大きくとる一方、試験中に試料3が崩れてしまわ
ない程度に小さくとる。
【0020】次に、載荷板12の上に錘13を所定数積
んで所望の垂直荷重を試料3に作用させ、この状態で水
平加力機構15を作動させて載荷板12を水平方向に引
っ張り、試料3にせん断力を作用させる。そして、その
ときのせん断力の大きさ、水平変位および垂直変位をロ
ードセル16および変位計18、19、20を用いて測
定し試料3のせん断強度を求める。
【0021】ここで、載荷板12の下面に試料3の一部
を固着してあるので、せん断力を加えた際に載荷板12
と試料3との間がせん断面となることはなく、上述した
クリアランスd内においてせん断面が形成される。
【0022】表1は、3種類の粒状体試料に対して一面
せん断試験を行い、得られた内部摩擦角φを示したもの
であり、本実施例の一面せん断試験機を用いた結果(一
面せん断試験結果)とともに三軸圧縮試験による結果も
合わせて示してある。
【0023】
【表1】 また、図2は、水平変位に対するτ/σ(τ:せん断応
力、σ:垂直応力)および垂直変位の変化の様子を示し
たものである。
【0024】これらの結果でわかるように、本実施例の
一面せん断試験機による試験結果は、試料の違いによら
ず三軸圧縮試験結果にほぼ一致している。
【0025】以上説明したように、本実施例の一面せん
断試験機によれば、載荷板の下面に試料の一部を固着す
るようにしたので、該載荷板を水平方向に引っ張る際、
載荷板と試料との間にせん断面が形成されることはな
く、載荷板とせん断箱の間のクリアランス内においてせ
ん断面が形成される。すなわち、従来は必須であった上
側のせん断箱を使用せずとも試料にせん断力を作用させ
ることができる。
【0026】したがって、試験作業が容易になるととも
に上側のせん断箱がない分だけ装置を小型化でき、ま
た、より少ない試料で測定することが可能となる。
【0027】また、従来は上側のせん断箱と試料との間
に摩擦力が生じ、それが測定精度を低下させていたが、
本実施例によれば、このような摩擦力が生じる余地はな
く、実験結果からもわかるように三軸圧縮試験結果とほ
ぼ同等の精度で試料のせん断強度を測定することが可能
となる。
【0028】本実施例では、載荷板の構造については特
に言及しなかったが、場合によっては、所定量の試料を
互いに固結して板状に形成し、これを載荷板としてもよ
い。
【0029】(第2実施例)次に、第2実施例に係る一
面せん断試験機について説明する。なお、第1実施例と
実質的に同一の部品等については同一の符号を付してそ
の説明を省略する。
【0030】本実施例の一面せん断試験機は、比較的大
きな粒径の試料を取り扱う場合に適したものであり、載
荷板を除いて第1実施例とほぼ同様の構成であるので、
ここでは載荷板についてのみ説明し、他は省略する。
【0031】本実施例の載荷板21には、図3(a) に示
すように試料3同士の隙間に貫入される突出手段として
の突起22を配設してある。突起22の配設ピッチは、
試料3の最大粒径が収まる程度としておくのがよい。
【0032】本実施例の一面せん断試験機を用いてせん
断試験を行うには、第1実施例と同様、せん断箱11内
に試料3を入れてその上に載荷板21を載せ、さらに載
荷板21の上に錘13を所定数積んで所望の垂直荷重を
試料3に作用させる。そして、その状態で水平加力機構
15を作動させて載荷板21を水平方向に引っ張り、試
料3にせん断力を作用させる。そして、そのときのせん
断力の大きさ、水平変位および垂直変位をロードセル1
6および変位計18、19、20を用いて測定し試料3
のせん断強度を求める。
【0033】ここで、載荷板21には試料3同士の隙間
に貫入される突起22を配設してあるので、突起22近
傍の試料3は、載荷板21の動きに合わせて水平移動す
る。そのため、せん断力を加えた際に載荷板21と試料
3との間がせん断面となることはなく、上述したクリア
ランスd内においてせん断面が形成される。
【0034】したがって、第1実施例と同様、従来は必
須であった上側のせん断箱を使用せずとも試料にせん断
力を作用させることが可能となり、試験作業が容易にな
るとともに上側のせん断箱がない分だけ装置を小型化で
き、また、より少ない試料で測定することが可能とな
る。
【0035】また、従来は上側のせん断箱と試料との間
に摩擦力が生じ、それが測定精度を低下させていたが、
本実施例によれば、このような摩擦力が生じる余地はな
く、三軸圧縮試験結果とほぼ同等の精度で試料のせん断
強度を測定することが可能となる。
【0036】また、装置全体を大型化することもきわめ
て容易となるため、従来であれば粒径が大きいために実
際の試料では試験できず、代わりに粒径の小さい相似粒
度の試料を用いて試験を行わざるを得なかったようなケ
ース(例えばロックフィル材)でも、実際の試料に対し
てせん断試験を行うことができる。そのため、粒径の大
きい試料に対する試験結果の信頼性が大幅に向上する。
【0037】これは、フィルダム等の現場サイトにおい
て特に有用で、実際に使用する堤体材料のせん断強度
(内部摩擦角)を相似粒度の試料を用いることなく正確
かつ容易に求めることができるようになる。
【0038】第2実施例では、突出手段として突起を用
いたが、図3(b)および(c)に示すように、格子33を突
出手段とし、これを枠体32に取り付けて載荷板31と
してもよい。なお、格子33の目の大きさは、試料3の
最大粒径が収まる程度とする。なお、かかる構成におい
ても、上述の実施例とほぼ同様の効果を奏する。
【0039】
【発明の効果】以上述べたように、請求項1に係る本発
明の一面せん断試験機によれば、せん断強度の測定にお
ける精度を向上させるとともに、上側のせん断箱がない
分だけ装置を小型化でき、また、より少ない試料で測定
することが可能となる。
【0040】また、請求項2に係る本発明の一面せん断
試験機によれば、せん断強度の測定における精度を向上
させるとともに、上側のせん断箱がない分だけ装置を小
型化でき、また、より少ない試料で測定することが可能
となる。さらに、相似粒度の試料を用いることなくあら
ゆる粒径の粒状体に対して試験を行うことが可能とな
る。
【0041】
【図面の簡単な説明】
【図1】(a) は第1実施例に係る一面せん断試験機をそ
の周辺装置とともに示した概略図、(b) は該一面せん断
試験機に用いる載荷板の詳細図。
【図2】第1実施例に係る一面せん断試験機を用いた試
験結果を示すグラフ。
【図3】(a) は第2実施例に係る一面せん断試験機の載
荷板を示した断面図、(b) はその変形例に係る断面図、
(c)は(b)のA―A線方向から見た平面図。
【図4】従来の一面せん断試験機を示した概略図。
【符号の説明】
3 試料 11 せん断箱 12、21、31載荷板 22 突起(突出手段) 33 格子(突出手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−76933(JP,A) 実公 昭44−2470(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 3/00 - 3/62 G01N 33/24

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 底板および該底板の周囲に立設された側
    板とからなるせん断箱と、該せん断箱内に収容された試
    料の上に設置される載荷板とからなり、該載荷板の下面
    に当接する試料の少なくとも一部を前記載荷板に固着す
    とともに、前記載荷板と前記せん断箱との間に所定の
    クリアランスを設けて該クリアランス内にせん断面が形
    成されるように構成したことを特徴とする一面せん断試
    験機。
  2. 【請求項2】 底板および該底板の周囲に立設された側
    板とからなるせん断箱と、該せん断箱内に収容された試
    料の上に設置可能な載荷板とからなり、前記載荷板に前
    記試料間に貫入される所定の突出手段を設けるととも
    に、前記載荷板と前記せん断箱との間に所定のクリアラ
    ンスを設けて該クリアランス内にせん断面が形成される
    ように構成したことを特徴とする一面せん断試験機。
  3. 【請求項3】 前記突出手段を所定の格子体で構成した
    請求項2記載の一面せん断試験機。
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