JP5014389B2 - 土の引張強度測定装置および土の引張強度測定方法 - Google Patents
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Description
一方、直接法は、供試体を整形して両端を固定し、該供試体の両端を引っ張ることにより土の引張強度を求める方法である。
しかしながら、特許文献1に開示される装置においても、成形枠が使用されるものの、該成形枠に凸状の土試料に収めるためには、まず、測定地における土壌において、凸状の土試料を残して、周囲を掘削しなければならない。したがって、土試料には、凸状に成形された状態で自立して起立できる程度の硬質さが求められ、所謂、軟弱状態にある土試料の引張強度を求めることは困難であるという問題があった。
また、上記土壌片の一部に何本かの固定爪を突き刺し、該固定爪で土壌片を支持した状態で鉛直方向に引っ張り上げるため、土壌片を構成する土が軟弱な場合、あるいは圧密度合いが小さい場合には、上記土壌片が固定爪の突き刺しだけでは完全に持ち上げられず、該固定爪の部分でこそげてしまう虞がある。
加えて、特許文献1に開示される装置は、測定地の土壌において、直接に測定する必要があるので、装置の運搬や現場での作業などの手間がかかり、また測定環境についても制限されてしまい、測定の汎用性の面で問題があった。
(1)両端が開口し、両端を結ぶ軸線に対して垂直方向に切断した際の断面面積が略均一な枠体と、上記枠体の開口する一端側を閉じる底面体と、上記底面体を下側にして上記枠体に土試料を充填した際に該土試料中において、上記底面体と平行な姿勢で設置可能な引き上げ用有孔板と、上記底面体を下側にして上記引き上げ用有孔板を上方向に略垂直に引き上げることが可能な引き上げ機構と、上記引き上げ用有孔板の下面に接して設置される透水可能な透水性有孔板と、上記透水性有孔板の下面に接して設置される下部有孔板と、上記引き上げ機構により上記引き上げ用有孔板が上方向に略垂直に引き上げられる際に発生する荷重を測定するための引き上げ荷重測定装置と、を備えることを特徴とする土の引張強度測定装置、
(2)上記枠体が、分離可能な上部枠体と下部枠体とを組み合わせることにより構成されており、且つ、上部枠体の内壁面最下部全周と、上記引き上げ用有孔板の外縁全周とが接合されており、上記引き上げ機構によって、上記引き上げ用有孔板が上方向に略垂直に引き上げられる際に、上記上部枠体も一緒に引き上げられるよう構成されていることを特徴とする上記(1)に記載の土の引張強度測定装置、
(3)上記枠体に土試料を充填した際に、該土試料の上面に載荷されるための載荷板を備え、上記底面体の下面と上記載荷板の上面とから圧力をかけるか、あるいは、上記底面体を固定し、且つ、上記載荷板の上面から圧力をかけるか、あるいは上記載荷板を固定し、上記底面体の下面から圧力をかけることによって、上記型枠に充填される土試料の圧密状態を調整するための圧密調整機構が設けられており、且つ、上記上部型枠と上記下部型枠との境界面における任意の箇所に、型枠の内側と外側とに連続する通水口が形成されていることを特徴とする上記(2)に記載の土の引張強度測定装置、
(4)給水口、排水口、気体注入口、および気体排出口が少なくとも設けられた密閉容器内に、上記枠体が収納されていることを特徴とする上記(3)または(4)に記載の土の引張強度測定装置、
(5)両端が開口し、両端を結ぶ軸線に対して垂直方向に切断した際の断面面積が略均一な枠体と、上記枠体の一端側の開口部を閉じる底面体と、からなる容器を該底面体を下側にして設置し、土試料を上記枠体の途中領域まで充填し、上面を略水平にならした後、上記土試料の上面に、引き上げ機構と連結する引き上げ用有孔板を設置し、さらに上記引き上げ用有孔板の上面側に土試料を充填し、上記引き上げ用有孔板の下部に位置する下部土試料と上部に位置する上部土試料とを、上記引き上げ用有孔板の板面に設けられる孔部分において連続させ、次いで下部土試料と上部土試料とを、上記孔部分において分断させるまで、上記引き上げ用有孔板を、上記引き上げ機構によって上方向に略垂直に引き上げ、且つ、引き上げ時における、引き上げ荷重を測定し、土試料の引張強度Fcを下記式1により求めることを特徴する土の引張強度測定方法、
Fc=(Pm−Wd−Wsu)/A (式1)
ただし、
Pmは、引き上げ荷重の最大値
Wdは、引き上げ荷重に含まれる装置自体の荷重
Wsuは、有孔板の上面側に充填される土試料の荷重
Aは、引き上げ用有孔板の板面に設けられる孔の開口領域の総面積
である、
(6)透水可能な透水性有孔板と、下部有孔板とをさらに用い、下側から、下部有孔板、透水性有孔板、引き上げ用有孔板の順であって、且つ、3枚の有孔板に設けられたそれぞれの孔が連通するよう接して重ねた状態で土試料中に設置し、上記3枚の有孔板の下部に位置する土試料と上部に位置する土試料とを、上記3枚の有孔板の連通する孔部分において連続させた後、上記引き上げ機構により、上記引き上げ用有孔板を上方向に略垂直に引き上げ、上記3枚の有孔板の下部に位置する土試料と上部に位置する土試料とを、上記3枚の有孔板の連通する孔部分において分断させ、且つ、上記式におけるAが、3枚の有孔板の連通する孔部分の開口領域の総面積であることを特徴とする上記(5)に記載の土の引張強度測定方法、
を要旨とするものである。
また、気体注入口と気体排出口をさらに上記密閉容器に備える本発明の装置によれば、注入されるガスによって、密閉容器内の圧力を調整することができるため、予想される地下の水圧と密閉容器内の圧力が同程度となるよう調整し、その中で土の引張強度を測定することができる。これにより、地盤深度の深い土試料の引張強度を求めたい場合にも、静水圧を加味することができ、実施の地盤の状態に近似させて土試料の引張強度を測定することができる。
図1は、本発明の装置の一実施態様を示す縦断面概略図である。図1に示す本発明の装置1は、台座2の上面に両端開口の円筒形の枠体3と、枠体の底面を塞ぐ底面体4とが設置されている。また枠体3内には土試料13が充填されており、下部有孔板5、透水性有孔板6および引き上げ用有孔板7(以下、これらの有孔板をまとめて「3枚の有孔板」という場合がある)が、この順で互いに面で接して重ねられた状態で土試料13の間に略水平な姿勢で設置されている。したがって、土試料13は、3枚の有孔板の上下において、下部土試料14と上部土試料15とに仕切られ、後述する3枚の有孔板における孔部分において連続した状態となっている。尚、図1および後述する図4に示す本発明の態様では、いずれも両端開口の円筒形の枠体を用いているが、本発明における枠体は、円筒形に限定されるものではなく、両端が開口し、両端を結ぶ軸線に対して垂直方向に切断した際の断面面積が略均一な枠体であればよい。また、本発明において、枠体の一方側の開口端面は、底面体で閉じられ、水分を含んだ土試料が充填されても底側から漏れ出ないように構成される。したがって、側面と底面とからなる容器であって、底面と開口する上面とを結ぶ軸線に対し垂直に切断される断面の面積が略均一な容器であれば、本発明における枠体および底面体として使用することが可能である。
一般的に細粒分を10%以上含有する土の透水係数は、10−5〜10−6cm/s程度であることが知られており、透水性有孔板6の透水係数は、これより小さくなるよう、微細孔22の径および数を調整する必要がある。特には、本発明に用いられる透水性有孔板は、その透水係数が、10−2〜10−4cm/s程度であることが望ましく、10−3cm/sのオーダーであることがより望ましい。かかる望ましい透水係数を示し、且つ引き上げ用有孔板と下部有孔板に対応する孔が設けられていれば、透水性有孔板は、上述に説明するよう金属粒子を用いた板に限定されず、従来公知の材料を適宜選択して使用してよく、たとえば樹脂性であって、微細孔が多数板面に形成されているものや、本発明において望ましい透水係数を示す、厚めのろ紙などを用いてもよい。
Fc=(Pm−Wd−Wsu)/A (式1)
ここで装置1に示すとおり、有孔板として、引き上げ用有孔板7だけではなく、透水性有孔板6および下部有孔板5を用いることによって、以下の効果が発揮され、実際の地盤の状態に近似させて土試料の引張強度を求めることができることを説明する。
一方、上部枠体32は、周方向に対して垂直な断面を観察した際に、底面において、両端に、下部枠体31における平坦面と同等の幅の平坦面を残して、側面テーパー状であって、且つ、先端が平坦に形成された凸部が設けられた凸状底面61となっており、この凸状底面61が全周において連続している。
尚、図示しないが、本発明における圧密機構は、枠体内に充填される土の圧密を調整することを目的とするものであるため、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、当該目的を達成されるのであれば、上記構成に限定されない。たとえば、底面体を固定し、載荷板上面から土試料側に圧力をかける態様であってもよいし、あるいは底面体の下面および載荷板上面の両方から土試料側に圧力をかける構成であってもよい。
第一の効果としては、土試料13が地盤に存在する状態に近似した環境下で土の引張強度を測定することができ、これによって測定誤差をより小さくすることができる。即ち、通常、地盤における土は、飽和しているか否かの差異はあるが、土粒子間に水分(地下水)が存在するため、通水口34を介して、土試料13の周囲に水を充満させることで、より自然に近い(採取前の地盤に近い)状態を再現することができる。
第二の効果としては、負圧の解消が挙げられる。上述のとおり、引き上げ用有孔板7を上方向に引き上げる際に、引き上げ用有孔板7と下部有孔板5との間には、負圧が生じる。この負圧の発生によって、引き上げ時に測定される引き上げ荷重が、見掛け上、重くなり、上述式1から土試料13の引張強度を求めた場合に、実際の土試料13の引張強度よりも大きい値が算出される虞がある。これに対し、装置30では、枠体33の周囲が水で満たされており、且つ、枠体33に通水口34が設けられているため、引き上げ用有孔板7の引き上げ開始とともに通水口34を介して枠体33内に水が入り込み、透水性有孔板6の微細孔22に水が浸透することによって下部有孔板5と引き上げ用有孔板7との間に発生する負圧を解消することできる。装置1のように、密閉容器を有さず、周囲に水のない状態であっても、引き上げ用有孔板7と下部有孔板5との間に、透水性有孔板6を用いることによって負圧の解消に好適に作用するが、装置30ように周囲に水があり、透水性有孔板6の微細孔22に水が浸透することによれば、より良好に負圧を解消することができる。
しかしながら、想定される地盤深度における地下水位に応じた静水圧と同等の圧力を密閉容器内に付加して土の引張強度を測定することにより、より実際の地盤の状態に近似した土試料の引張強度を求めることができる。例えば、ダム壁の形成に用いられるコア材料が、想定されるダムの貯水量に対して、どのくらいの土の引張強度を示すかを求めたい場合などにも、装置30のように、密閉容器内の圧力を調整することによって、より実際の地盤の状態に近似したコア材料の引張強度を求めることができる。
2 台座
3、33 枠体
4、35 底面体
5 下部有孔板
6 透水性有孔板
7、7’、7’’ 引き上げ用有孔板
8 引き上げロッド
9 引き上げガイド
10 支持体
13 土試料
14 下部土試料
15 上部土試料
17 空間
18 引き上げ荷重測定装置
19、20、21 孔
22 微細孔
23 接合用穴
31 下部型枠
32 上部型枠
34 通水口
36 透水シート
37 吊り具
38 引き上げ機構
39 横断溝
40 反力ボルト
41 エアジャッキ
42 エアジャック調整用バルブ
43 圧力ピストン
44 第2通水口
45 第3通水口
51 密閉容器
52 空気圧調整用バルブ
53 空気抜きバルブ
54 給水口
55 排水口
61 凸状底面
62 凹状上面
63 環状通水路
d 上下方向
Claims (6)
- 両端が開口し、両端を結ぶ軸線に対して垂直方向に切断した際の断面面積が略均一な枠体と、
上記枠体の開口する一端側を閉じる底面体と、
上記底面体を下側にして上記枠体に土試料を充填した際に該土試料中において、上記底面体と平行な姿勢で設置可能な引き上げ用有孔板と、
上記底面体を下側にして上記引き上げ用有孔板を上方向に略垂直に引き上げることが可能な引き上げ機構と、
上記引き上げ用有孔板の下面に接して設置される透水可能な透水性有孔板と、
上記透水性有孔板の下面に接して設置される下部有孔板と、
上記引き上げ機構により上記引き上げ用有孔板が上方向に略垂直に引き上げられる際に発生する荷重を測定するための引き上げ荷重測定装置と、
を備えることを特徴とする土の引張強度測定装置。 - 上記枠体が、分離可能な上部枠体と下部枠体とを組み合わせることにより構成されており、且つ、
上部枠体の内壁面最下部全周と、上記引き上げ用有孔板の外縁全周とが接合されており、
上記引き上げ機構によって、上記引き上げ用有孔板が上方向に略垂直に引き上げられる際に、上記上部枠体も一緒に引き上げられるよう構成されていることを特徴とする請求項1に記載の土の引張強度測定装置。 - 上記枠体に土試料を充填した際に、該土試料の上面に載荷されるための載荷板を備え、
上記底面体の下面と上記載荷板の上面とから圧力をかけるか、あるいは、上記底面体を固定し、且つ、上記載荷板の上面から圧力をかけるか、あるいは上記載荷板を固定し、上記底面体の下面から圧力をかけることによって、上記型枠に充填される土試料の圧密状態を調整するための圧密調整機構が設けられており、且つ、
上記上部型枠と上記下部型枠との境界面における任意の箇所に、型枠の内側と外側とに連続する通水口が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の土の引張強度測定装置。 - 給水口、排水口、気体注入口、および気体排出口が少なくとも設けられた密閉容器内に、上記枠体が収納されていることを特徴とする請求項3または4に記載の土の引張強度測定装置。
- 両端が開口し、両端を結ぶ軸線に対して垂直方向に切断した際の断面面積が略均一な枠体と、
上記枠体の一端側の開口部を閉じる底面体と、からなる容器を該底面体を下側にして設置し、
土試料を上記枠体の途中領域まで充填し、上面を略水平にならした後、
上記土試料の上面に、引き上げ機構と連結する引き上げ用有孔板を設置し、
さらに上記引き上げ用有孔板の上面側に土試料を充填し、上記引き上げ用有孔板の下部に位置する下部土試料と上部に位置する上部土試料とを、上記引き上げ用有孔板の板面に設けられる孔部分において連続させ、
次いで下部土試料と上部土試料とを、上記孔部分において分断させるまで、上記引き上げ用有孔板を、上記引き上げ機構によって上方向に略垂直に引き上げ、且つ、引き上げ時における、引き上げ荷重を測定し、土試料の引張強度Fcを下記式1により求めることを特徴する土の引張強度測定方法。
Fc=(Pm−Wd−Wsu)/A (式1)
ただし、
Pmは、引き上げ荷重の最大値
Wdは、引き上げ荷重に含まれる装置自体の荷重
Wsuは、有孔板の上面側に充填される土試料の荷重
Aは、引き上げ用有孔板の板面に設けられる孔の開口領域の総面積
である。 - 透水可能な透水性有孔板と、下部有孔板とをさらに用い、
下側から、下部有孔板、透水性有孔板、引き上げ用有孔板の順であって、且つ、3枚の有孔板に設けられたそれぞれの孔が連通するよう接して重ねた状態で土試料中に設置し、
上記3枚の有孔板の下部に位置する土試料と上部に位置する土試料とを、上記3枚の有孔板の連通する孔部分において連続させた後、
上記引き上げ機構により、上記引き上げ用有孔板を上方向に略垂直に引き上げ、
上記3枚の有孔板の下部に位置する土試料と上部に位置する土試料とを、上記3枚の有孔板の連通する孔部分において分断させ、且つ、
上記式におけるAが、3枚の有孔板の連通する孔部分の開口領域の総面積であることを特徴とする請求項5に記載の土の引張強度測定方法。
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