JP4054492B2 - Shear soil tank for centrifugal vibration model experiment - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震時における地盤や構造物の挙動を実験的に再現するために用いられる遠心振動模型実験用せん断土槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地震時の構造物の挙動や周辺地盤への影響、液状化時のメカニズム等を解明する等の目的で遠心振動模型実験が行われている。遠心振動模型実験は、地震時における地盤や構造物の挙動を実験的に再現するもので、この遠心振動模型実験には、遠心振動載荷実験装置と遠心振動模型実験用せん断土槽が用いられる。
遠心振動載荷実験装置は、遠心力が作用する架台上に振動台を搭載してなるもので、遠心力を利用することにより振動台上の模型地盤（遠心振動模型実験用せん断土槽）に対して縮尺倍の重力加速度（例えば、２０Ｇ〜５０Ｇ）を作用させることが可能であると共に、模型地盤に対して水平せん断方向の振動を付与することが可能となっている。つまり、模型地盤において実地盤の応力状態を再現すると共に、その状態で模型地盤に地震を発生させることが可能となっている。
遠心振動模型実験用せん断土槽は、模型地盤を収容するための中空状の容器であり、例えば、図５に示すように、振動台上に固定されるベース５２と、この上に積層される複数のせん断フレーム（枠体）５３，…と、により構成される。そして、各せん断フレーム５３間には、サンドイッチ状にベアリング（例えば、ローラベアリングなど）５１，５１が介在されていて、各せん断フレーム５３が振動台の振動方向にそれぞれ独立に摺動できるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、実地盤の挙動を模型地盤で忠実に再現するため、遠心振動模型実験用せん断土槽に求められる条件としては、▲１▼遠心力が作用する条件下で自重や土水圧に耐え得る十分な剛性を有すること、▲２▼せん断フレームの質量が地盤の質量に比べ十分に小さいこと（せん断フレームの慣性力よりも地盤の慣性力が支配的であり、模型地盤に与える容器境界の影響が小さいこと）、▲３▼せん断フレーム間に生じる摩擦力が十分に小さいこと（地盤のせん断変形に応じて各せん断フレームがスムーズに動くこと）、などが挙げられる。
【０００４】
しかしながら、上記▲１▼〜▲３▼の条件全てを満足する遠心振動模型実験用せん断土槽は、これまでのところなかった。
例えば、上記従来の遠心振動模型実験用せん断土槽では、せん断フレーム５３の軽量化に重点がおかれていたため、剛性面に問題があった。また、十分な剛性を確保しようとすると、せん断フレーム５３の断面寸法（断面２次モーメント）が大きくなって、模型地盤に対するせん断フレーム５３の質量比が大きくなるという問題点があった。
また、上記従来の遠心振動模型実験用せん断土槽では、ベアリング５１，５１を挟んでせん断フレーム５３を積層する構成としたため、下層にいくほど、せん断フレーム５３の積載荷重が大きくなり、ベアリング５１に対する負荷も大きくなっていた。そのため下層部においては、せん断フレーム５３間の摩擦力が大きくなるという問題点があった。また、積載荷重や土水圧によりせん断フレーム５３に撓みが生じてしまい、ベアリングとしての機能が十分に発揮できない場合もあった。
【０００５】
また、上記従来の遠心振動模型実験用せん断土槽では、土水圧によるせん断フレーム５３の撓みを低減するために、たわみ押さえ部材５４でせん断フレーム５３の外側面を押さえ付けるようにしていたため、ベース５２からの振動がたわみ押さえ部材５４を介して上層のせん断フレーム５３に入力され、各層のせん断フレーム５３の動きに影響がでるという致命的な問題点もあった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、地盤や構造物が地震時に受ける挙動を忠実に再現できる遠心振動模型実験用せん断土槽を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、
請求項１記載の発明は、例えば、図１〜図３に示すように、
遠心力が作用する架台（２１）上に振動台（２２）を介して設置される遠心振動模型実験用せん断土槽（１）であって、
前記振動台上に取り付けられるベース（２）と、
このベース上に重ねて配置される複数層の枠体（例えば、せん断フレーム３など）と、
これら枠体を間に挟んで各枠体を前記振動台の振動方向に摺動自在な状態で支持する一対の壁体（１０，１０）と、
これら壁体の前記架台に対する位置を保持する壁体保持部（例えば、連結部５及びベアリング６など）とを備え、
前記ベースと前記複数層の枠体とにより、土砂を収容する土槽部（４）が構成されている。
【０００８】
この請求項１記載の発明によれば、各枠体が一対の壁体により支持されるため、各枠体の積載荷重が自重のみとなり、特に下層部においては枠体の積載荷重が大幅に軽減されることとなる。従って、各枠体の摺動時に生じる摩擦力を低減することが可能になる。
また、一対の壁体が各枠体を間に挟んで支持するため、各枠体が両壁体方向に撓むのを防止できる。従って、深さ方向の応力レベルに関係なく各枠体の側壁を同じ厚さとすることができる。つまり、土砂を収容する容器の側壁としての剛性を確保しつつ枠体自体の軽量化が可能になる。
また、壁体保持部により、壁体の架台に対する位置が保持されるので、各壁体から各枠体に振動が入力されるといった不具合を可及的になくすことができる。以上のことから、実地盤の挙動を模型地盤で忠実に再現することが可能になる。
【０００９】
ここで、遠心振動模型実験には、遠心振動載荷実験装置が用いられる。遠心振動載荷実験装置は、回転腕を回転することにより回転腕先端の架台上にある模型に遠心力を作用させることが可能であると共に、架台上に搭載される振動台を作動させることにより振動台上の模型に水平せん断方向の振動を付与することが可能な装置である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の遠心振動模型実験用せん断土槽において、例えば、図１に示すように、
前記壁体保持部は、
前記壁体を前記振動台に、その振動方向に摺動自在な状態で接続する接続部（例えば、ベアリング６など）と、
前記壁体を前記架台に移動不能に連結する連結部（５）とを備えている構成とした。
【００１１】
この請求項２記載の発明によれば、接続部により、壁体と振動台とが振動台の振動方向に摺動自在な状態で接続されると共に、連結部により、壁体が架台に対して移動不能に連結されるので、振動台が振動した状態においても、架台に対する壁体の位置を定位置で保持できる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の遠心振動模型実験用せん断土槽において、例えば、図４に示すように、
前記壁体保持部は、前記架台に取り付けられ前記振動台及び前記ベースに対して非接触な状態で前記壁体を支持する固定梁（８）によって構成されている。
【００１３】
この請求項３記載の発明によれば、架台に取り付けられる固定梁によって、各壁体が振動台及びベースに対して非接触な状態で支持されるので、振動台やベースの振動状態に関係なく、架台に対する壁体の位置を定位置で保持できる。また、振動台及びベースから各壁体に振動が伝わることがないので、各壁体から各枠体に振動が入力されるといった不具合を完全になくすことができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、遠心力が作用する架台（２１）上に振動台（２２）を介して設置される遠心振動模型実験用せん断土槽（１）であって、
前記振動台上に取り付けられるベース（２）と、
このベース上に重ねて配置される複数層の枠体（例えば、せん断フレーム３など）と、
これら枠体を間に挟んで各枠体を前記振動台の振動方向に摺動自在な状態で支持する一対の壁体（１０）とを備え、
前記一対の壁体が前記架台上に立設されると共に、
前記ベースと前記複数層の枠体とにより、土砂を収容する土槽部（４）が構成されている。
【００１５】
この請求項４記載の発明によれば、各枠体の積載荷重が自重のみとなり、各枠体の摺動時に生じる摩擦力を低減することが可能になる。また、各枠体が両壁体方向に撓むのを防止でき、土砂を収容する容器の側壁としての剛性を確保しつつ枠体の質量を軽減できる。また、各壁体が架台に取り付けられているので、各壁体から各枠体に振動が入力されるといった不具合を防止できる。
従って、実地盤の挙動を模型地盤で忠実に再現することが可能になる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の遠心振動模型実験用せん断土槽において、例えば、図３に示すように、
前記壁体に対向する前記枠体の外側部には、案内溝（３Ａ）が形成される一方、
前記壁体には、前記案内溝に嵌入されて、前記枠体の摺動方向を規定する案内部材（１１）が設けられている構成とした。
【００１７】
この請求項５記載の発明によれば、枠体に案内溝が形成される一方、壁体に案内部材が設けられるので、ベアリング等の案内部材が枠体に設けられる場合に比べ、枠体の質量をさらに軽減できる。
なお、各枠体の積載荷重が自重のみであるので、案内部材にかかる荷重も枠体の位置に関係なく同一となり、従来に比べ軽減される。
【００１８】
ここで、案内部材には、例えば、玉やころなどの転動体のころがり運動によって、枠体を案内する各種ベアリング（例えば、ボールベアリング、ローラベアリングなど）が含まれる。
【００１９】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の遠心振動模型実験用せん断土槽において、
前記案内溝には、耐摩耗性と硬度を向上させる合金メッキが施されている構成とした。
【００２０】
この請求項６記載の発明によれば、耐摩耗性と硬度を向上させる合金メッキを案内溝に施したため、枠体の質量を増大させることなく、案内溝の耐摩耗性と硬度を向上させることができる。
【００２１】
請求項７記載の発明は、請求項５又は６に記載の遠心振動模型実験用せん断土槽において、
前記案内部材は、ボールベアリング（１１ａ）を前記枠体の摺動方向に数珠状に繋いだものである構成とした。
【００２２】
この請求項７記載の発明によれば、案内部材が、ボールベアリングを枠体の摺動方向に数珠状に繋いだものであるので、案内部材がローラベアリングである場合などと比べ、各枠体の摺動方向を振動台の振動方向に一致させ、各枠体同士を平行に保持するのが容易となる。
【００２３】
請求項８記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の遠心振動模型実験用せん断土槽において、
前記壁体は、エアベアリングを介して各枠体を支持する構成とした。
【００２４】
この請求項８記載の発明によれば、一対の壁体がエアベアリングを介して各枠体を支持するので、各壁体と各枠体との間に生じる摩擦力がほぼ零となる。従って、模型地盤のせん断変形に応じて各枠体をスムーズに動かすことができる。
【００２５】
請求項９記載の発明は、請求項１〜８の何れかに記載の遠心振動模型実験用せん断土槽において、
前記枠体は、透明又は半透明な材質よりなる構成とした。
【００２６】
この請求項９記載の発明によれば、枠体が透明又は半透明な材質よりなるので、地盤内の歪み変化の様子を視認することが可能になる。
【００２７】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９の何れかに記載の遠心振動模型実験用せん断土槽において、
前記土槽部の内側面には、シール材（１３）による被覆が施され、
このシール材には、予め砂が貼り付けてある構成とした。
【００２８】
この請求項１０記載の発明によれば、土砂を収容する土槽部の内側面にはシール材による被覆が施され、このシール材には予め砂が貼り付けてあるので、シール材と土砂との間に働く摩擦力を低減できる。
【００２９】
具体的に、シール材は、容器の変形に追従して変形可能なものであればどのようなものでもよい。また、シール材に貼り付ける砂の種類や量は、模型地盤の地盤構成等に応じて適宜変更可能である。
【００３０】
請求項１１記載の発明は、請求項１〜１０の何れかに記載の遠心振動模型実験用せん断土槽において、
前記枠体の内周側の隅部には、面取り加工が施されている構成とした。
【００３１】
この請求項１１記載の発明によれば、枠体の内周側の隅部には面取り加工が施されているので、応力条件の厳しい隅部における剛性が向上されることとなる。
【００３２】
請求項１２記載の発明は、請求項１〜１１の何れかに記載の遠心振動模型実験用せん断土槽において、例えば、図１に示すように、
前記壁体間には、壁体の撓みを防止する補強材（７）が架設されている構成とした。
【００３３】
この請求項１２記載の発明によれば、壁体間には壁体の撓みを防止する補強材が架設されているので、補強材により壁体の撓みが防止されて壁体の剛性が高められる。
【００３４】
ここで、補強材は、各枠体の摺動を妨げない位置、例えば、壁体の上端などに架設される。なお、補強材の材質、数量、取付方法等は任意である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図１〜図４の図面を参照しながら説明する。
【００３６】
図１は本発明に係る遠心振動模型実験用せん断土槽の一部を断面で示した斜視図である。図２は図１の遠心振動模型実験用せん断土槽の一部を断面で示した正面図、図３は図１の遠心振動模型実験用せん断土槽の一部を断面で示した側面図である。
【００３７】
本発明に係る遠心振動模型実験用せん断土槽１は、遠心振動模型実験に用いられるせん断土槽である。この遠心振動模型実験には、遠心振動模型実験用せん断土槽の他に、遠心振動載荷実験装置２０が用いられる。
遠心振動載荷実験装置２０は、回転腕を回転することにより回転腕先端の架台２１上にある模型に遠心力を作用させることが可能であると共に、架台２１上に搭載される振動台２２を作動させることにより振動台２２上の模型に水平せん断方向の振動を付与することが可能な装置である。
【００３８】
この実施の形態の遠心振動模型実験用せん断土槽１は、図１〜図３に示すように、遠心振動載荷実験装置２０の振動台２２上に取り付けられる略平板状のベース２と、このベース２上に上下方向（図１から見て）に重ねて配置される複数層のせん断フレーム（枠体）３，…と、これらせん断フレーム３，…を間に挟んで各せん断フレーム３，…を振動台２２の振動方向に摺動自在な状態で支持する一対の壁体１０，１０と、これら壁体１０，１０を遠心振動載荷実験装置２０の架台２１に移動不能に連結する連結部５とを備えている。そして、複数のせん断フレーム３，…とベース２とにより、土砂（模型地盤）を収容する土槽部４が構成されている。
【００３９】
各せん断フレーム３は、矩形状の枠体であり、例えば、アルミ合金、銅、チタン、セラミック、木材、アクリルなどにより構成される。例えば、アクリルなど、透明又は半透明な材質で構成すれば、模型地盤内の歪み変化の様子を視認することが可能である。
各せん断フレーム３の、壁体１０，１０と対向する外側面には、図３に示すように、それぞれ、案内部材（後述）１１，１１を嵌入可能なＶ字状の案内溝３Ａ，３Ａが形成されている。この案内溝３Ａには、合金メッキ（例えば、アルミ合金に対しては、複合ニッケルメッキなど）が施され、該合金メッキによって、耐摩耗性と硬度が向上されている。
また、各せん断フレーム３の内周側の隅部３Ｂ，…には、図１に示すように、それぞれ面取りが施され、応力条件の厳しい隅部３Ｂ，…における剛性が向上されている。
また、各せん断フレーム３には、模型地盤内の土水圧を計測する土水圧計（図示省略）や加速度を測定する加速度計などが埋設されている。
【００４０】
壁体１０，１０は、図１及び図３に示すように、互いに平行に所定間隔を配した状態でベース２上に立設されている。各壁体１０は、図１に示すように、接続部として例示するベアリング（例えば、ローラベアリングなど）６を介してベース２に接続される一方、連結部５，５を介して遠心振動載荷実験装置２０の架台２１に固定されている。つまり、振動台２２の振動方向（ベアリングの延在方向）にベース２が振動しても、各壁体１０が振動することのないように構成されている。即ち、連結部５，…とベアリング６，６とにより、壁体１０の架台２１に対する位置を保持する壁体保持部が構成されている。
各壁体１０は、例えば、鋼（スチール）、チタン、アルミ合金などにより構成され、各せん断フレーム３，…を支持するのに十分な剛性を有している。壁体１０，１０間には、図１に示すように、壁体１０，１０の撓みを防止する補強材７，…が架設され、剛性がさらに高められている。
各壁体１０は、図２及び図３に示すように、下側ブロック１０Ａと上側ブロック１０Ｂとからなり、模型地盤の深さに応じて上側ブロック１０Ｂを取り外して使用することが可能となっている。
【００４１】
そして、各壁体１０には、図３に示すように、各せん断フレーム３，…の案内溝３Ａと対向する位置に、案内溝３Ａに嵌入可能な案内部材１１，…が設けられている。案内部材１１には、例えば、ボールベアリング１１ａをせん断フレーム３の摺動方向に数珠状に繋いだものが用いられる。
この案内部材１１，１１が案内溝３Ａ，３Ａに嵌入された状態において、せん断フレーム３が水平に保持されると共に、せん断フレーム３の摺動方向が振動台２２の振動方向に規定される。また、せん断フレーム３と壁体１０，１０の間に生じる摩擦力が低減されて、模型地盤のせん断変形に応じてせん断フレーム３がスムーズに摺動されることとなる。
また、各壁体１０，１０には、図２及び図３に示すように、せん断フレーム３，…の摺動方向を微調整する調整治具１２が設けられている。
【００４２】
土槽部４の内側面（各せん断フレーム３，…の内側面）には、図３に示すように、シール材（例えば、ゴム製のシートなど）１３による被覆が施されている。シール材１３の表面には予め砂が貼り付けてあり、シール材１３と土砂との間に余計な摩擦力が働かないようになっている。
また、土槽部４の底面（ベース２の上面）には、図２及び図３に示すように、排水フィルタ（例えば、ポーラスストーンなど）１４が設けられ、土槽部４の上部（上層部のせん断フレーム３）には、地盤沈下量を計測する変位計（図示省略）が設けられている。
【００４３】
次に、この実施の形態の遠心振動模型実験用せん断土槽１による実験方法について簡単に説明する。
【００４４】
先ず、遠心振動模型実験用せん断土槽１の土槽部４内に模型地盤を作成する。その際に、例えば、軟弱地盤、飽和砂地盤、砂地盤、粘性土地盤、洪積地盤など、実際の地盤に近い地盤を作成する。
そして、地震時における構造物の挙動を観察する場合には、模型地盤内に構造物を設置する。構造物は、例えば、トンネルなどの地中構造物や杭基礎など、どのような構造物であってもよい。なお、構造物やその周辺地盤に、加速度計や土圧計、歪み計などを設置しておけば、構造物の応答特性や土と構造物の相互作用問題を解決するために必要とされる基礎データを収集することが可能である。
【００４５】
模型地盤の作成及び構造物の設置が完了したら、遠心振動載荷実験装置２０の回転腕を回転することにより、１／Ｎに縮小された模型地盤にＮ倍（縮尺倍）の重力加速度を作用させて、模型地盤において実地盤と同等の応力状態を再現する。
次に、振動台２２を作動させて、水平せん断方向の振動をベース２より入力する。これにより、模型地盤にはせん断変形が生じ、このせん断変形に応じて各せん断フレーム３，…がそれぞれ振動方向に独立に摺動する。
この状態において、模型地盤や構造物の挙動を観察する。また、各せん断フレーム３，…に埋設される土圧計や、地盤沈下量を計測する変位計、構造物やその周辺地盤に設置される加速度計、土圧計、歪み計などの各種計測装置より入力されるデータを収集する。データ収集等が完了したら、遠心振動載荷実験装置２０の作動を停止し、実験を終了する。
【００４６】
以上のように、この実施の形態の遠心振動模型実験用せん断土槽１によれば、各せん断フレーム３が一対の壁体１０，１０により支持されるため、各せん断フレーム３の積載荷重が自重のみとなり、特に下層部においてはせん断フレーム３の積載荷重が大幅に軽減されることとなる。従って、各せん断フレーム３の摺動時に生じる摩擦力を低減することが可能になる。
また、一対の壁体１０，１０が各せん断フレーム３，…を間に挟んで支持するため、各せん断フレーム３，…が両壁体１０，１０方向に撓むのを防止できる。従って、深さ方向の応力レベルに関係なく各せん断フレーム３，…の側壁を同じ厚さとすることができる。つまり、土槽部４の側壁としての剛性を確保しつつせん断フレーム３，…の質量を軽減できる。
また、ベアリング６により、壁体１０と振動台２２とが振動台２２の振動方向に摺動自在な状態で接続されると共に、連結部５により、各壁体１０，１０が架台２１に対して移動不能に連結されるので、振動台２２が振動した状態においても、架台２１に対する壁体１０，１０の位置を定位置で保持できる。従って、各壁体１０，１０から各せん断フレーム３，…に振動が入力されるといった不具合を可及的になくすことができる。
【００４７】
また、せん断フレーム３に案内溝３Ａ，３Ａが形成される一方、壁体１０，１０に案内部材１１，１１が設けられるので、ベアリング等の案内部材１１がせん断フレーム３に設けられる場合に比べ、せん断フレーム３の質量をさらに軽減できる。なお、各せん断フレーム３の積載荷重が自重のみであるので、案内部材１１，１１にかかる荷重もせん断フレーム３の位置に関係なく同一となり、従来に比べ軽減される。
また、耐摩耗性と硬度を向上させる合金メッキを案内溝３Ａに施したため、せん断フレーム３の質量を増大させることなく、案内溝３Ａの耐摩耗性と硬度を向上させることができる。
また、案内部材１１を、ボールベアリング１１ａをせん断フレーム３の摺動方向に数珠状に繋いだものとしたので、案内部材１１がローラベアリングである場合などと比べ、各せん断フレーム３の摺動方向を振動台２２の振動方向に一致させ、各せん断フレーム３同士を平行に保持するのが容易となる。
【００４８】
以上のことから、この実施の形態の遠心振動模型実験用せん断土槽１によれば、地盤や構造物が地震時に受ける挙動を忠実に再現することが可能になる。特に、この実施の形態の遠心振動模型実験用せん断土槽１によれば、大深度（例えば、数十メートル〜数百メートル）の地下に建設される構造物や周辺地盤の地震時における挙動を再現することができる。
【００４９】
なお、本発明は、この実施の形態で示した遠心振動模型実験用せん断土槽１に限られるものではなく、これ以外にも種々のバリエーションがあり得る。
例えば、図４に示すように、架台２１に取り付けられる固定梁（壁体保持部）８，…により、各壁体１０，１０を振動台２２やベース２に対して非接触の状態で支持する構成とすることも可能である。また、各壁体１０，１０を架台２１上に直接取り付ける構成とすることも可能である。これらの場合、各壁体１０，１０から各せん断フレーム３，…に振動が入力されるといった不具合を完全になくすことができる。
また、この実施の形態では、案内部材１１を介して各せん断フレーム３を支持するようにしたが、例えば、エアベアリングを介して各せん断フレーム３を支持するようにしてもよい。この場合、各壁体１０，１０と各せん断フレーム３，…との間に生じる摩擦力をほぼ零にできる。
その他、具体的な細部構造等についても本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更可能であることは勿論である。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、各枠体の積載荷重が自重のみとなり、各枠体の摺動時に生じる摩擦力を低減することが可能になる。また、各枠体が両壁体方向に撓むのを防止でき、土砂を収容する容器の側壁としての剛性を確保しつつ枠体の質量を軽減できる。また、壁体保持部により、壁体の架台に対する位置が保持されるので、各壁体から各枠体に振動が入力されるといった不具合を可及的になくすことができる。
従って、実地盤の挙動を模型地盤で忠実に再現することが可能になる。
【００５１】
請求項２記載の発明によれば、振動台が振動した状態においても、架台に対する壁体の位置を定位置で保持できる。
【００５２】
請求項３記載の発明によれば、振動台やベースの振動状態に関係なく、架台に対する壁体の位置を定位置で保持できる。また、振動台及びベースから各壁体に振動が伝わることがないので、各壁体から各枠体に振動が入力されるといった不具合を完全になくすことができる。
【００５３】
請求項４記載の発明によれば、各枠体の積載荷重が自重のみとなり、各枠体の摺動時に生じる摩擦力を低減することが可能になる。また、各枠体が両壁体方向に撓むのを防止でき、土砂を収容する容器の側壁としての剛性を確保しつつ枠体の質量を軽減できる。また、各壁体が架台に取り付けられているので、各壁体から各枠体に振動が入力されるといった不具合を防止できる。
従って、実地盤の挙動を模型地盤で忠実に再現することが可能になる。
【００５４】
請求項５記載の発明によれば、ベアリング等の案内部材が枠体に設けられる場合に比べ、枠体の質量をさらに軽減できる。
また、各枠体の積載荷重が自重のみであるので、案内部材にかかる荷重も枠体の位置に関係なく同一となり、従来に比べ軽減される。
【００５５】
請求項６記載の発明によれば、枠体の質量を増大させることなく、案内溝の耐摩耗性と硬度を向上させることができる。
【００５６】
請求項７記載の発明によれば、各枠体の摺動方向を振動方向に一致させ、各枠体同士を平行に保持するのが容易となる。
【００５７】
請求項８記載の発明によれば、各壁体と各枠体との間に生じる摩擦力をほぼ零とすることができ、模型地盤のせん断変形に応じて各枠体をスムーズに動かすことができる。
【００５８】
請求項９記載の発明によれば、地盤内の歪み変化の様子を視認することが可能になる。
【００５９】
請求項１０記載の発明によれば、シール材と土砂との間に働く摩擦力を低減できる。
【００６０】
請求項１１記載の発明によれば、応力条件の厳しい隅部における剛性が向上されることとなる。
【００６１】
請求項１２記載の発明によれば、補強材により壁体の撓みが防止されて、壁体の剛性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る遠心振動模型実験用せん断土槽の一部を断面で示した斜視図である。
【図２】図１の遠心振動模型実験用せん断土槽の一部を断面で示した正面図である。
【図３】図１の遠心振動模型実験用せん断土槽の一部を断面で示した側面図である。
【図４】図１の遠心振動模型実験用せん断土槽の変形例を示す一部断面斜視図である。
【図５】（ａ）は従来の遠心振動模型実験用せん断土槽の一例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の遠心振動模型実験用せん断土槽を構成するせん断フレームを示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 遠心振動模型実験用せん断土槽
２ ベース
３ せん断フレーム（枠体）
３Ａ 案内溝
４ 土槽部
５ 連結部（壁体保持部）
６ ベアリング（接続部、壁体保持部）
７ 補強材
１１ 案内部材
２１ 架台
２２ 振動台[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a shear soil tank for a centrifugal vibration model experiment used for experimentally reproducing the behavior of ground and structures during an earthquake.
[0002]
[Prior art]
In recent years, centrifugal vibration model experiments have been carried out for the purpose of elucidating the behavior of structures during earthquakes, the influence on the surrounding ground, the mechanism of liquefaction, and the like. The centrifugal vibration model experiment experimentally reproduces the behavior of the ground and structures during an earthquake, and this centrifugal vibration model experiment uses a centrifugal vibration loading test apparatus and a shear soil tank for the centrifugal vibration model experiment.
Centrifugal vibration loading test equipment is equipped with a vibrating table on a platform on which centrifugal force acts. By using centrifugal force, the model ground on the vibrating table (shear tank for centrifugal vibration model experiment) is used. Thus, it is possible to apply a gravitational acceleration (for example, 20G to 50G) at a reduced scale, and to apply vibration in the horizontal shear direction to the model ground. That is, it is possible to reproduce the stress state of the actual ground on the model ground and generate an earthquake on the model ground in that state.
The shear soil tank for centrifugal vibration model experiment is a hollow container for accommodating the model ground. For example, as shown in FIG. 5, a base 52 fixed on a vibration table and a laminate are stacked thereon. A plurality of shear frames (frame bodies) 53,... Between each shear frame 53, bearings (for example, roller bearings) 51, 51 are interposed in a sandwich shape so that each shear frame 53 can slide independently in the vibration direction of the vibration table. ing.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to faithfully reproduce the behavior of the actual ground on the model ground, the conditions required for the shear soil tank for the centrifugal vibration model experiment are as follows: (2) The mass of the shearing frame is sufficiently smaller than the mass of the ground (the inertial force of the ground is dominant over the inertial force of the shearing frame, and the influence of the container boundary on the model ground is (3) The frictional force generated between the shear frames is sufficiently small (each shear frame moves smoothly according to the shear deformation of the ground).
[0004]
However, there has been no shear soil tank for centrifugal vibration model experiments that satisfies all the above conditions (1) to (3).
For example, the above conventional shear soil tank for centrifugal vibration model experiment has a problem in rigidity because the emphasis is placed on the weight reduction of the shear frame 53. Further, if sufficient rigidity is to be ensured, there is a problem in that the cross-sectional dimension (second moment of cross-section) of the shear frame 53 increases and the mass ratio of the shear frame 53 to the model ground increases.
Further, since the conventional shear soil tank for centrifugal vibration model experiment has a configuration in which the shear frames 53 are stacked with the bearings 51 and 51 sandwiched therebetween, the load on the shear frame 53 increases as it goes to the lower layer. The load was also increasing. Therefore, in the lower layer portion, there is a problem that the frictional force between the shear frames 53 is increased. In addition, the shear frame 53 may bend due to the load or the earth water pressure, and the function as a bearing may not be sufficiently exhibited.
[0005]
Further, in the conventional shear soil tank for centrifugal vibration model experiment, in order to reduce the bending of the shear frame 53 due to the earth water pressure, the outer surface of the shear frame 53 is pressed by the deflection pressing member 54. Vibration is input to the upper layer shear frame 53 through the deflection holding member 54, and there is a fatal problem that the movement of the shear frame 53 of each layer is affected.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a shear soil tank for a centrifugal vibration model experiment that can faithfully reproduce the behavior of the ground and a structure subjected to an earthquake. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
To solve the above problem,
The invention according to claim 1 is, for example, as shown in FIGS.
A shear soil tank (1) for centrifugal vibration model experiment installed via a vibration table (22) on a gantry (21) on which centrifugal force acts,
A base (2) mounted on the shaking table;
A plurality of layers of frames (for example, a shear frame 3) disposed on the base,
A pair of wall bodies (10, 10) that support each frame body in a state of being slidable in the vibration direction of the shaking table, with the frame bodies interposed therebetween;
A wall body holding part (for example, the connecting part 5 and the bearing 6) that holds the position of the wall body with respect to the frame,
The base and the multi-layered frame form an earth tub (4) for containing earth and sand.
[0008]
According to the first aspect of the present invention, since each frame is supported by the pair of wall bodies, the load on each frame is only its own weight, and the load on the frame is greatly reduced particularly in the lower layer portion. Will be. Therefore, it is possible to reduce the frictional force generated when each frame body slides.
Moreover, since a pair of wall body supports each frame body on both sides, it can prevent that each frame body bends in the direction of both wall bodies. Therefore, the side wall of each frame can be made the same thickness regardless of the stress level in the depth direction. That is, it is possible to reduce the weight of the frame itself while ensuring the rigidity as the side wall of the container for storing earth and sand.
Further, since the position of the wall body with respect to the gantry is held by the wall body holding portion, it is possible to eliminate as much as possible the trouble that vibration is input from each wall body to each frame body. From the above, it becomes possible to faithfully reproduce the behavior of the actual ground on the model ground.
[0009]
Here, a centrifugal vibration loading test apparatus is used for the centrifugal vibration model experiment. Centrifugal vibration loading test equipment can apply centrifugal force to the model on the gantry at the tip of the rotating arm by rotating the rotating arm, and vibrate by operating the oscillating table mounted on the gantry. It is a device that can apply vibration in the horizontal shear direction to the model on the table.
[0010]
The invention according to claim 2 is a shear soil tank for centrifugal vibration model experiment according to claim 1, for example, as shown in FIG.
The wall body holding part is
A connecting portion (for example, a bearing 6) for connecting the wall body to the shaking table in a slidable manner in the vibration direction;
It was set as the structure provided with the connection part (5) which connects the said wall body to the said mounter so that a movement is impossible.
[0011]
According to the second aspect of the present invention, the connecting portion connects the wall body and the vibration table in a slidable state in the vibration direction of the vibration table, and the connecting portion connects the wall body to the gantry. Since it is connected so as to be immovable, the position of the wall body with respect to the gantry can be held at a fixed position even when the vibration table vibrates.
[0012]
The invention according to claim 3 is a shear soil tank for centrifugal vibration model experiment according to claim 1, for example, as shown in FIG.
The wall body holding portion is configured by a fixed beam (8) that is attached to the gantry and supports the wall body in a non-contact state with respect to the vibration table and the base.
[0013]
According to the third aspect of the present invention, since each wall body is supported in a non-contact state with respect to the vibration table and the base by the fixed beam attached to the gantry, regardless of the vibration state of the vibration table or the base. The position of the wall relative to the gantry can be held at a fixed position. Further, since vibration is not transmitted from the vibration table and the base to each wall body, it is possible to completely eliminate the problem that vibration is input from each wall body to each frame body.
[0014]
The invention described in claim 4 is a shear soil tank (1) for centrifugal vibration model experiment installed via a vibration table (22) on a gantry (21) on which centrifugal force acts,
A base (2) mounted on the shaking table;
A plurality of layers of frames (for example, a shear frame 3) disposed on the base,
A pair of wall bodies (10) for supporting each frame body in a slidable state in the vibration direction of the shaking table with the frame bodies interposed therebetween;
The pair of wall bodies are erected on the gantry,
The base and the multi-layered frame form an earth tub (4) for containing earth and sand.
[0015]
According to the fourth aspect of the present invention, the loading load of each frame body is only its own weight, and it is possible to reduce the frictional force generated when each frame body slides. Moreover, it can prevent that each frame body bends in the direction of both wall bodies, and can reduce the mass of a frame body, ensuring the rigidity as a side wall of the container which accommodates earth and sand. Further, since each wall body is attached to the gantry, it is possible to prevent a problem that vibration is input from each wall body to each frame body.
Therefore, the behavior of the actual ground can be faithfully reproduced on the model ground.
[0016]
The invention according to claim 5 is the shear soil tank for centrifugal vibration model experiment according to any one of claims 1 to 4, for example, as shown in FIG.
A guide groove (3A) is formed on the outer side of the frame opposite to the wall,
The wall body is provided with a guide member (11) that is fitted into the guide groove and defines the sliding direction of the frame body.
[0017]
According to the fifth aspect of the present invention, since the guide groove is formed in the frame body and the guide member is provided in the wall body, compared with the case where the guide member such as a bearing is provided in the frame body, The mass can be further reduced.
In addition, since the load of each frame is only its own weight, the load applied to the guide member is the same regardless of the position of the frame, and is reduced compared to the conventional case.
[0018]
Here, the guide member includes, for example, various bearings (for example, ball bearings, roller bearings, etc.) that guide the frame body by rolling motion of rolling elements such as balls and rollers.
[0019]
The invention according to claim 6 is the shear soil tank for centrifugal vibration model experiment according to claim 5,
The guide groove is provided with an alloy plating for improving wear resistance and hardness.
[0020]
According to the sixth aspect of the present invention, since the guide groove is subjected to alloy plating for improving wear resistance and hardness, the wear resistance and hardness of the guide groove can be improved without increasing the mass of the frame. Can do.
[0021]
The invention according to claim 7 is the shear soil tank for centrifugal vibration model experiment according to claim 5 or 6,
The guide member has a configuration in which ball bearings (11a) are connected in a rosary shape in the sliding direction of the frame.
[0022]
According to the seventh aspect of the present invention, since the guide member is formed by connecting ball bearings in a rosary shape in the sliding direction of the frame body, each frame body is compared with the case where the guide member is a roller bearing. It is easy to keep the frames parallel to each other by making the sliding direction coincide with the vibration direction of the vibration table.
[0023]
The invention according to claim 8 is the shear soil tank for centrifugal vibration model experiment according to any one of claims 1 to 4,
The wall body is configured to support each frame body via an air bearing.
[0024]
According to the eighth aspect of the present invention, since the pair of wall bodies support each frame body via the air bearing, the frictional force generated between each wall body and each frame body becomes substantially zero. Therefore, each frame can be smoothly moved according to the shear deformation of the model ground.
[0025]
The invention according to claim 9 is the shear soil tank for centrifugal vibration model experiment according to any one of claims 1 to 8,
The frame body is made of a transparent or translucent material.
[0026]
According to the ninth aspect of the present invention, since the frame body is made of a transparent or translucent material, it is possible to visually recognize the state of distortion change in the ground.
[0027]
The invention according to claim 10 is the shear soil tank for centrifugal vibration model experiment according to any one of claims 1 to 9,
The inner surface of the earth tub is coated with a sealing material (13),
The seal material was configured such that sand was pasted in advance.
[0028]
According to the invention described in claim 10, since the inner surface of the earth tub portion containing the earth and sand is coated with the sealing material, and the sand is previously attached to the sealing material, the sealing material and the earth and sand The frictional force acting between the two can be reduced.
[0029]
Specifically, the sealing material may be any material that can be deformed following the deformation of the container. Moreover, the kind and amount of sand to be affixed to the sealing material can be appropriately changed according to the ground configuration of the model ground.
[0030]
The invention according to claim 11 is the shear soil tank for centrifugal vibration model experiment according to any one of claims 1 to 10,
The corners on the inner peripheral side of the frame were configured to be chamfered.
[0031]
According to the eleventh aspect of the present invention, since the chamfering is performed on the corner portion on the inner peripheral side of the frame body, the rigidity at the corner portion having severe stress conditions is improved.
[0032]
The invention according to claim 12 is the shear soil tank for centrifugal vibration model experiment according to any of claims 1 to 11, for example, as shown in FIG.
A reinforcing material (7) for preventing the wall body from being bent is provided between the wall bodies.
[0033]
According to the twelfth aspect of the invention, since the reinforcing material for preventing the bending of the wall body is provided between the wall bodies, the bending of the wall body is prevented by the reinforcing material and the rigidity of the wall body is increased. .
[0034]
Here, the reinforcing material is installed at a position where the sliding of each frame is not hindered, for example, at the upper end of the wall. The material, quantity, attachment method, etc. of the reinforcing material are arbitrary.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS.
[0036]
FIG. 1 is a perspective view showing, in section, a part of a shear soil tank for centrifugal vibration model experiment according to the present invention. 2 is a front view showing a part of the shear soil tank for centrifugal vibration model experiment of FIG. 1 in cross section, and FIG. 3 is a side view showing a part of the shear soil tank for centrifugal vibration model experiment of FIG. is there.
[0037]
A shear soil tank 1 for centrifugal vibration model experiment according to the present invention is a shear soil tank used for a centrifugal vibration model experiment. In this centrifugal vibration model experiment, a centrifugal vibration loading test apparatus 20 is used in addition to the shear soil tank for centrifugal vibration model experiment.
The centrifugal vibration loading test apparatus 20 can apply a centrifugal force to the model on the gantry 21 at the tip of the rotating arm by rotating the rotating arm and operates the vibrating table 22 mounted on the gantry 21. This is a device that can apply vibration in the horizontal shearing direction to the model on the vibration table 22.
[0038]
As shown in FIGS. 1 to 3, the shear soil tank 1 for centrifugal vibration model experiment of this embodiment includes a substantially flat base 2 attached on a vibration table 22 of a centrifugal vibration loading test apparatus 20, and this base. 2 and a plurality of layers of shear frames (frames) 3... Arranged in a vertical direction (as viewed from FIG. 1), and the shear frames 3. A pair of wall bodies 10, 10 that are slidably supported in the vibration direction of the vibration table 22, and a connecting portion 5 that connects these wall bodies 10, 10 to the frame 21 of the centrifugal vibration loading test apparatus 20 so as to be immovable. It has. A plurality of shear frames 3,... And the base 2 constitute a soil tank portion 4 that accommodates earth and sand (model ground).
[0039]
Each shear frame 3 is a rectangular frame and is made of, for example, aluminum alloy, copper, titanium, ceramic, wood, acrylic, or the like. For example, if it is made of a transparent or translucent material such as acrylic, it is possible to visually recognize the state of distortion change in the model ground.
As shown in FIG. 3, V-shaped guide grooves 3 </ b> A and 3 </ b> A into which guide members (described later) 11 and 11 can be fitted, respectively, are provided on the outer surfaces of the respective shear frames 3 facing the wall bodies 10 and 10. Is formed. The guide groove 3A is subjected to alloy plating (for example, composite nickel plating for an aluminum alloy), and wear resistance and hardness are improved by the alloy plating.
Further, as shown in FIG. 1, the corners 3B,... On the inner peripheral side of each shear frame 3 are chamfered to improve the rigidity at the corners 3B,.
Each shear frame 3 is embedded with a soil water pressure gauge (not shown) for measuring the soil water pressure in the model ground, an accelerometer for measuring acceleration, and the like.
[0040]
As shown in FIGS. 1 and 3, the wall bodies 10 are erected on the base 2 in a state in which a predetermined interval is provided in parallel with each other. As shown in FIG. 1, each wall body 10 is connected to the base 2 via a bearing (eg, a roller bearing) 6 exemplified as a connecting portion, while being subjected to a centrifugal vibration loading experiment via connecting portions 5 and 5. It is fixed to a gantry 21 of the device 20. That is, even if the base 2 vibrates in the vibration direction of the vibration table 22 (bearing extension direction), each wall body 10 is configured not to vibrate. That is, a wall body holding portion that holds the position of the wall body 10 with respect to the gantry 21 is constituted by the coupling portions 5... And the bearings 6 and 6.
Each wall 10 is made of, for example, steel, titanium, aluminum alloy, and the like, and has sufficient rigidity to support each shear frame 3. As shown in FIG. 1, reinforcement members 7,... For preventing the bending of the wall bodies 10, 10 are installed between the wall bodies 10, 10 to further increase the rigidity.
As shown in FIGS. 2 and 3, each wall body 10 includes a lower block 10 </ b> A and an upper block 10 </ b> B, and the upper block 10 </ b> B can be removed and used according to the depth of the model ground. Yes.
[0041]
As shown in FIG. 3, each wall 10 is provided with guide members 11,... That can be fitted into the guide grooves 3A at positions facing the guide grooves 3A of the respective shear frames 3,. As the guide member 11, for example, a ball bearing 11a connected in a rosary shape in the sliding direction of the shearing frame 3 is used.
In a state where the guide members 11 and 11 are fitted in the guide grooves 3A and 3A, the shear frame 3 is held horizontally, and the sliding direction of the shear frame 3 is defined as the vibration direction of the vibration table 22. Further, the frictional force generated between the shear frame 3 and the wall bodies 10 and 10 is reduced, and the shear frame 3 is smoothly slid according to the shear deformation of the model ground.
Moreover, as shown in FIG.2 and FIG.3, the adjustment jig | tool 12 which finely adjusts the sliding direction of the shear frame 3, ... is provided in each wall body 10 and 10. As shown in FIG.2 and FIG.3.
[0042]
As shown in FIG. 3, the inner surface of the earth tub portion 4 (the inner surface of each shearing frame 3,...) Is covered with a sealing material (for example, a rubber sheet) 13. Sand is pasted on the surface of the sealing material 13 in advance, so that an excessive frictional force does not act between the sealing material 13 and the earth and sand.
Moreover, as shown in FIG.2 and FIG.3, the drainage filter (for example, porous stone etc.) 14 is provided in the bottom face (upper surface of the base 2) of the earth tub part 4, and the upper part (upper layer part) of the earth tub part 4 is provided. The shear frame 3) is provided with a displacement meter (not shown) for measuring the amount of ground subsidence.
[0043]
Next, an experiment method using the shear vibration tank 1 for centrifugal vibration model experiment of this embodiment will be briefly described.
[0044]
First, a model ground is created in the soil tank portion 4 of the shear soil tank 1 for centrifugal vibration model experiment. At that time, for example, a ground close to the actual ground such as a soft ground, a saturated sand ground, a sand ground, a cohesive ground, and a diluvial ground is created.
And when observing the behavior of a structure at the time of an earthquake, a structure is installed in a model ground. The structure may be any structure such as an underground structure such as a tunnel or a pile foundation. If an accelerometer, earth pressure gauge, strain gauge, etc. are installed on the structure and the surrounding ground, the foundation required to solve the response characteristics of the structure and the interaction problem between the soil and the structure. It is possible to collect data.
[0045]
After completing the creation of the model ground and the installation of the structure, by rotating the rotary arm of the centrifugal vibration loading test apparatus 20, N times (scale reduction) gravity acceleration is applied to the model ground reduced to 1 / N. Then, the model ground reproduces the same stress state as the actual ground.
Next, the vibration table 22 is operated and vibrations in the horizontal shear direction are input from the base 2. As a result, shear deformation occurs in the model ground, and each shear frame 3,... Slides independently in the vibration direction in accordance with the shear deformation.
In this state, observe the behavior of the model ground and structures. Also input from various measuring devices such as earth pressure gauges embedded in each shear frame 3, displacement gauges for measuring the amount of ground subsidence, accelerometers, earth pressure gauges, strain gauges installed on the structure and its surrounding ground. Data to be collected. When the data collection or the like is completed, the operation of the centrifugal vibration loading test apparatus 20 is stopped, and the experiment is terminated.
[0046]
As described above, according to the shear soil tank 1 for centrifugal vibration model experiment of this embodiment, each shear frame 3 is supported by the pair of wall bodies 10, 10. In particular, the load on the shear frame 3 is greatly reduced particularly in the lower layer portion. Therefore, it is possible to reduce the frictional force generated when each shear frame 3 slides.
Moreover, since a pair of wall body 10 and 10 pinches | interposes each shear frame 3, ..., it can prevent that each shear frame 3, ... bends in both wall body 10,10 direction. Therefore, the side walls of the shear frames 3,... Can have the same thickness regardless of the stress level in the depth direction. That is, the mass of the shear frames 3,... Can be reduced while ensuring the rigidity as the side wall of the earth tub 4.
In addition, the wall body 10 and the vibration table 22 are connected to each other in a slidable manner in the vibration direction of the vibration table 22 by the bearing 6. Since it is connected so that it cannot move, the position of the wall bodies 10 and 10 with respect to the gantry 21 can be held at a fixed position even when the vibration table 22 vibrates. Therefore, it is possible to eliminate as much as possible the problem that vibrations are input from the wall bodies 10 to the shear frames 3.
[0047]
In addition, the guide grooves 3A and 3A are formed in the shear frame 3, while the guide members 11 and 11 are provided in the wall bodies 10 and 10, so that the guide member 11 such as a bearing is provided in the shear frame 3, compared with the case where the guide members 11 and 11 are provided. The mass of the shearing frame 3 can be further reduced. In addition, since the loading load of each shear frame 3 is only its own weight, the load applied to the guide members 11 and 11 is the same regardless of the position of the shear frame 3, and is reduced as compared with the prior art.
Moreover, since the alloy plating for improving the wear resistance and hardness is applied to the guide groove 3A, the wear resistance and hardness of the guide groove 3A can be improved without increasing the mass of the shear frame 3.
Further, since the guide member 11 is formed by connecting the ball bearings 11a in a rosary shape in the sliding direction of the shear frame 3, the sliding direction of each shear frame 3 is compared with the case where the guide member 11 is a roller bearing. Is matched with the vibration direction of the vibration table 22, and the shear frames 3 can be easily held in parallel.
[0048]
From the above, according to the shear soil tank 1 for centrifugal vibration model experiment of this embodiment, it is possible to faithfully reproduce the behavior that the ground and the structure undergo during an earthquake. In particular, according to the shear soil tank 1 for centrifugal vibration model experiment of this embodiment, the behavior of the structure and the surrounding ground that are constructed underground at a large depth (for example, several tens of meters to several hundred meters) during an earthquake Can be reproduced.
[0049]
Note that the present invention is not limited to the shear soil tank 1 for centrifugal vibration model experiment shown in this embodiment, and there can be various variations other than this.
For example, as shown in FIG. 4, each wall body 10, 10 is supported in a non-contact state with respect to the vibration table 22 and the base 2 by fixed beams (wall body holding portions) 8 attached to the gantry 21. A configuration is also possible. Moreover, it is also possible to make it the structure which attaches each wall body 10 and 10 directly on the mount frame 21. FIG. In these cases, it is possible to completely eliminate the problem that vibrations are input from the wall bodies 10 to the respective shear frames 3.
In this embodiment, each shear frame 3 is supported via the guide member 11. However, for example, each shear frame 3 may be supported via an air bearing. In this case, the frictional force generated between each wall 10, 10 and each shear frame 3, ... can be made substantially zero.
In addition, it is needless to say that specific detailed structures and the like can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
[0050]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the loading load of each frame body is only its own weight, and it is possible to reduce the frictional force generated when each frame body slides. Moreover, it can prevent that each frame body bends in the direction of both wall bodies, and can reduce the mass of a frame body, ensuring the rigidity as a side wall of the container which accommodates earth and sand. Further, since the position of the wall body with respect to the gantry is held by the wall body holding portion, it is possible to eliminate as much as possible the trouble that vibration is input from each wall body to each frame body.
Therefore, the behavior of the actual ground can be faithfully reproduced on the model ground.
[0051]
According to the second aspect of the present invention, the position of the wall body with respect to the gantry can be held at a fixed position even in a state where the vibration table vibrates.
[0052]
According to the third aspect of the present invention, the position of the wall body with respect to the gantry can be held at a fixed position regardless of the vibration state of the vibration table and the base. Further, since vibration is not transmitted from the vibration table and the base to each wall body, it is possible to completely eliminate the problem that vibration is input from each wall body to each frame body.
[0053]
According to the fourth aspect of the present invention, the loading load of each frame body is only its own weight, and it is possible to reduce the frictional force generated when each frame body slides. Moreover, it can prevent that each frame body bends in the direction of both wall bodies, and can reduce the mass of a frame body, ensuring the rigidity as a side wall of the container which accommodates earth and sand. Further, since each wall body is attached to the gantry, it is possible to prevent a problem that vibration is input from each wall body to each frame body.
Therefore, the behavior of the actual ground can be faithfully reproduced on the model ground.
[0054]
According to invention of Claim 5, compared with the case where guide members, such as a bearing, are provided in a frame, the mass of a frame can further be reduced.
Further, since the loading load of each frame is only its own weight, the load applied to the guide member is the same regardless of the position of the frame, and is reduced compared to the conventional case.
[0055]
According to the sixth aspect of the invention, the wear resistance and hardness of the guide groove can be improved without increasing the mass of the frame.
[0056]
According to the invention described in claim 7, it is easy to make the sliding direction of each frame coincide with the vibration direction and hold the frames in parallel.
[0057]
According to invention of Claim 8, the frictional force which arises between each wall body and each frame can be made substantially zero, and each frame can be moved smoothly according to the shear deformation of a model ground. it can.
[0058]
According to invention of Claim 9, it becomes possible to visually recognize the mode of the distortion change in the ground.
[0059]
According to invention of Claim 10, the frictional force which acts between a sealing material and earth and sand can be reduced.
[0060]
According to the eleventh aspect of the invention, the rigidity at the corner where the stress condition is severe is improved.
[0061]
According to the twelfth aspect of the present invention, the reinforcing member prevents the wall body from being bent, and the rigidity of the wall body is increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a part of a shear soil tank for centrifugal vibration model experiment according to the present invention in cross section.
FIG. 2 is a front view showing a part of the shear soil tank for centrifugal vibration model experiment of FIG. 1 in cross section.
3 is a side view showing a cross section of a part of the shear soil tank for centrifugal vibration model experiment of FIG. 1. FIG.
4 is a partial cross-sectional perspective view showing a modification of the shear soil tank for centrifugal vibration model experiment of FIG. 1. FIG.
5A is a perspective view showing an example of a conventional shear soil tank for centrifugal vibration model experiment, and FIG. 5B is a perspective view showing a shear frame constituting the shear soil tank for centrifugal vibration model experiment of FIG. 5A. It is.
[Explanation of symbols]
1 Shear tank for centrifugal vibration model experiment
2 base
3 Shear frame (frame)
3A guide groove
4 soil tank
5 connecting part (wall body holding part)
6 Bearing (connection part, wall body holding part)
7 Reinforcing material
11 Guide members
21 frame
22 Shaking table

Claims (12)

遠心力が作用する架台上に振動台を介して設置される遠心振動模型実験用せん断土槽であって、
前記振動台上に取り付けられるベースと、
このベース上に重ねて配置される複数層の枠体と、
これら枠体を間に挟んで各枠体を前記振動台の振動方向に摺動自在な状態で支持する一対の壁体と、
これら壁体の前記架台に対する位置を保持する壁体保持部とを備え、
前記ベースと前記複数層の枠体とにより、土砂を収容する土槽部が構成されていることを特徴とする遠心振動模型実験用せん断土槽。It is a shear soil tank for centrifugal vibration model experiment installed via a vibration table on a frame on which centrifugal force acts,
A base mounted on the shaking table;
A plurality of layers of frames arranged on the base;
A pair of wall bodies that support each frame body in a state of being freely slidable in the vibration direction of the vibration table, with the frame bodies interposed therebetween;
A wall body holding portion that holds the position of these wall bodies with respect to the gantry,
A shear soil tank for centrifugal vibration model experiment, characterized in that an earth tank part for containing earth and sand is constituted by the base and the multi-layered frame body. 前記壁体保持部は、
前記壁体を前記振動台に、その振動方向に摺動自在な状態で接続する接続部と、
前記壁体を前記架台に移動不能に連結する連結部とを備えていることを特徴とする請求項１記載の遠心振動模型実験用せん断土槽。The wall body holding part is
A connecting portion for connecting the wall body to the vibration table in a slidable state in the vibration direction;
The shear soil tank for centrifugal vibration model experiment according to claim 1, further comprising: a connecting portion that connects the wall body to the frame so as not to move. 前記壁体保持部は、
前記架台に取り付けられ、前記振動台及び前記ベースに対して非接触な状態で前記壁体を支持する固定梁によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の遠心振動模型実験用せん断土槽。The wall body holding part is
The shear soil for centrifugal vibration model experiment according to claim 1, wherein the shear soil is configured by a fixed beam attached to the gantry and supporting the wall body in a non-contact state with respect to the vibration table and the base. Tank. 遠心力が作用する架台上に振動台を介して設置される遠心振動模型実験用せん断土槽であって、
前記振動台上に取り付けられるベースと、
このベース上に重ねて配置される複数層の枠体と、
これら枠体を間に挟んで各枠体を前記振動台の振動方向に摺動自在な状態で支持する一対の壁体とを備え、
前記一対の壁体が前記架台上に立設されると共に、
前記ベースと前記複数層の枠体とにより、土砂を収容する土槽部が構成されていることを特徴とする遠心振動模型実験用せん断土槽。It is a shear soil tank for centrifugal vibration model experiment installed via a vibration table on a frame on which centrifugal force acts,
A base mounted on the shaking table;
A plurality of layers of frames arranged on the base;
A pair of wall bodies that support each frame body in a state of being freely slidable in the vibration direction of the vibration table with the frame bodies interposed therebetween;
The pair of wall bodies are erected on the gantry,
A shear soil tank for centrifugal vibration model experiment, characterized in that an earth tank part for containing earth and sand is constituted by the base and the multi-layered frame body. 前記壁体に対向する前記枠体の外側部には、案内溝が形成される一方、
前記壁体には、前記案内溝に嵌入されて、前記枠体の摺動方向を規定する案内部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の遠心振動模型実験用せん断土槽。On the outer side of the frame body facing the wall body, a guide groove is formed,
5. The centrifugal vibration model according to claim 1, wherein the wall body is provided with a guide member that is fitted into the guide groove and defines a sliding direction of the frame body. Experimental shearing tank. 前記案内溝には、耐摩耗性と硬度を向上させる合金メッキが施されていることを特徴とする請求項５記載の遠心振動模型実験用せん断土槽。6. The shear earth basin for centrifugal vibration model experiment according to claim 5, wherein the guide groove is provided with alloy plating for improving wear resistance and hardness. 前記案内部材は、ボールベアリングを前記枠体の摺動方向に数珠状に繋いだものであることを特徴とする請求項５又は６に記載の遠心振動模型実験用せん断土槽。7. The shear soil tank for centrifugal vibration model experiment according to claim 5, wherein the guide member is formed by connecting ball bearings in a rosary shape in a sliding direction of the frame body. 前記壁体は、エアベアリングを介して各枠体を支持することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の遠心振動模型実験用せん断土槽。The shear wall for centrifugal vibration model experiment according to any one of claims 1 to 4, wherein the wall body supports each frame body through an air bearing. 前記枠体は、透明又は半透明な材質よりなることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の遠心振動模型実験用せん断土槽。The shear soil tank for centrifugal vibration model experiment according to any one of claims 1 to 8, wherein the frame body is made of a transparent or translucent material. 前記土槽部の内側面には、シール材による被覆が施され、
このシール材には、予め砂が貼り付けてあることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の遠心振動模型実験用せん断土槽。The inner surface of the earth tub is coated with a sealing material,
The shear soil tank for centrifugal vibration model experiment according to any one of claims 1 to 9, wherein sand is attached in advance to the sealing material. 前記枠体の内周側の隅部には、面取り加工が施されていることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の遠心振動模型実験用せん断土槽。The shear soil tank for centrifugal vibration model experiment according to any one of claims 1 to 10, wherein a chamfering process is applied to a corner portion on an inner peripheral side of the frame body. 前記壁体間には、壁体の撓みを防止する補強材が架設されていることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の遠心振動模型実験用せん断土槽。The shear earth tank for centrifugal vibration model experiment according to any one of claims 1 to 11, wherein a reinforcing material for preventing the bending of the wall body is provided between the wall bodies.
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