JPH0260248B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、山地及び山地に近接する地域におけ
る土石流現象を実験室内で再現し、土石流の発
生、流動、停止条件を定量的に測定できる土石流
試験法とその試験装置に関するものである。

〈従来技術〉 従来の土石流試験法及び試験装置は、水で飽和
した土砂サンプルを傾斜水路内で流すか、傾斜水
路内に薄い土砂層を作成し、上方より水を流して
土石流を発生させ、そのときの流動状態の観察、
ビデオによる撮影によつて土石流の流速等を測定
するものであつた。

純粋の水の場合、せん断特性が流動深によつて
変化しないので、浅底の摸型水路内の実験で、現
実の川の水流の試験を行なうことが可能である。
しかし土砂の場合、垂直荷重に比例して、せん断
強さが増大するので水と土の混合物である土石流
現象を実験室で調べるには、土石流の流動深に対
応した垂直荷重を載荷しつつ、流動を発生させな
ければならないが、傾斜水路のように一瞬に土石
流が通過するものでは垂直荷重の載荷は不可能で
あり、又、土石流、土塊の応力、変形などの定量
的計測も容易ではなく、従つて土石流発生時の状
況を正確に把握することが困難であつた。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は、現実の土石流に対する垂直荷重を載
荷しつつ土砂の流動を発生させ、その時の土砂の
応力と変形の計測が行なえ、土石流の発生、流
動、停止条件を定量的に計測できる方法と試験装
置の提供を図る。

〈問題点を解決する為の手段〉 本発明は、定常的に流動が発生できるように水
路を円形且つ上下２つ割りにして、このうち何れ
か一方の水路を回転させる事により、水路内に収
容した土砂を相対的に流動させると共に、流動深
に対応する垂直荷重を載荷する。両水路内の土砂
サンプルにかかる垂直応力及びせん断応力の検出
器と土砂サンプルの流動中における垂直変位の検
出器と、両水路の相対速度を測定する回転速度検
出器とを取付けることにより、流動する土砂にか
かる応力、変形等を連続的に計測するようにして
いる。

〈実施例〉 以下、本発明について第１、２図を用いて詳述
すると、（図１は回転水路型土石流試験装置の構
造を示し、図２は同上装置上面の平面略図を示
す。） １は試験装置の本体であり、これに回転容器を
回転させるモーター２並びに回転速度を大きく数
段に変化させる変速ギアーボツクス３が取付けら
れるほか、中心軸の外側にボールベアリングを介
して回転台５と、その上に回転容器４が設置さ
れ、該中心軸の内側にはボールベアリングを介し
て垂直荷重伝達ロツド６が垂直に枢設され、該ロ
ツド６の上端に嵌入固定した装置上盤７の下には
垂直荷重載荷用気密室８と、載荷板９と、そして
その下に静止容器１０が取付けられている。土砂
サンプル１１′は、上下水路４，１０の内部１１
に入れられ、送気チユーブ１２により所定圧力の
空気が気密室８に送り込まれると、載荷板９がサ
ンプルに垂直荷重を与える。載荷板９は圧密及び
せん断中ベアリングを介して支柱ガイド１３で支
えられる垂直な支柱１４により常に水平に保たれ
る。

サンプルの圧密及びせん断中の体積変化は３本
の上記支柱１４の上端を連結するＴ型金具１５に
より、回転容器の中心でダイアルゲージ１６で測
定される。

サンプルにかかる垂直荷重は、本体１と装置上
盤７をつなぐロツド６の途中に取付けられた荷重
計１７で測定される。荷重計にねじりの力が作用
すると正確な荷重が測定されないので、上盤を動
かしても荷重計１７に影響がでないように回転支
点１８が取付けられている。又、上盤の高さの調
整即ち、上下の環状水路の間隔を調整するため
に、垂直荷重伝達ロツド６の最下部に昇降ギアー
１９が設置されており、その動きはダイアルゲー
ジ２０で測定される。環状水路下部を回転する事
によりサンプルにかかるせん断荷重は、環状水路
上部を静止させるのに必要な力に等しい。環状水
路上部を回転させない為に、装置上盤７外周側方
にアーム２１が固定され、これが装置本体に固定
されたせん断荷重測定用荷重計２２に当たるよう
になつていて、該荷重計２２で測定される力によ
りサンプルにかかるせん断荷重が求められる。一
方、せん断速度は回転台５の下面に接触するロー
ラ２３′が回転台の回転と共に回り、その回転が
装置本体１に取付けられた回転式可変抵抗器２３
により測定される。

装置上盤７には、上盤吊り下げバンド２４′が
取付けられ、チエーンブロツク２５で上盤をつり
上げ、サンプルの出し入れの際に用いられる他、
試験中も上盤の荷重に相当する力でつり上げてお
き、垂直荷重伝達ロツド６及び荷重計１７に引張
力のみが作用するように保つ為に用いられる。

次に、環状静止容器１０と回転容器４を図３、
図４を用いて、より詳細に説明する。

静止容器と回転容器とはサンプルのせん断中、
微少なスリツトＳを保ちサンプルがもれず、しか
も直接に両水路が接触しないように保持されてい
る。このため、スリツトＳは鉛直より少し傾いた
角度で形成しており、上盤を上昇させると両エツ
ジ２６，２７間に微少なスリツトＳが開き、仮に
上盤が上下に少し動いても、スリツト幅にはあま
り変化は出ないので、両エツジを接触させず。且
つサンプルのもれを防ぐのに効果的である。しか
し、サンプルの粒子が細かい場合には、下位のエ
ツジ２７にオイル等を塗り、且つスリツトＳを保
つた状態でシリコンゴム２８を両エツジの内側の
凹部に充填し、シリコンゴム２８をエツジ２６側
に接着する。回転中、シリコンゴム２８と下位エ
ツジ２７の間では、隙間がなく、しかもゴムであ
るため接触による微少な変形があつても、シリコ
ンゴムにかかる垂直荷重、せん断荷重はサンブル
にかかる全垂直荷重、せん断荷重に比べても無視
し得る値に保つことができる。

サンプルの流動の状況は、静止及び回転容器の
外側部２９，３０が透明アクリルであり、且つサ
ンプルを飽和するのに必要な水溜め用の円筒壁３
１も透明アクリルであり、装置外側より観察でき
る。サンプルを水で飽和する時は、吸水口３２よ
り、水を供給すると回転容器底面に埋め込まれた
９個の円形ポーラスメタル３３を通じて水が、サ
ンプル内に侵入する。サンプルがせん断中、両水
路の上下面ですべることを防ぐために、回転容器
のポーラスメタル３３及び載荷板９に取付けた９
個の円形ポーラスメタル３３′のサンプル対向面
には数多くの針が植立されている。更に、載荷板
９のポーラスメタル以外の所には全てゴム板４８
が貼り付けられており、サンプルのすべりを完全
に防いでいる。

せん断中、サンプルの体積を一定に保つ試験を
行なう際には、２つ割りの支持固定板３４′を支
柱ガイド１３の上面に当てた状態で、ボルト３６
を締めて支柱１４に固定し、次に支柱ガイド１３
に螺子止めされたボルト３４とナツト３５を用い
て、この支柱固定板３４′を固定し、載荷板９の
位置を一定に保つ。

又、せん断中、サンプルにかかる垂直荷重を一
定に保つ試験を行なう際には、チユーブ１２より
送られる空気圧を一定に保てば、垂直荷重載荷用
気密室８がゴム３７，３８で気密が保たれている
為、抵坑なく載荷板９はサンプルの体積変化に伴
なつて上下し、サンプルにかかる垂直荷重が一定
に保たれる。回転台５の回転を荷重制御で与える
試験を行なう時は、回転台５の外側の溝にワイヤ
ーロープ４９を巻き付け、ワイヤーロープの方向
をプーリー４１，４２で変えロープの先端に取付
けた重り入れ４３に重りを入れる事により、回転
力を与える。

尚、垂直荷重、せん断荷重、体積変化、せん断
速度、環状の静止、回転容器上下間の距離の変化
の測定は、各々荷重計１７，２２、ダイヤルゲー
ジ１６，２０、可変抵抗器２３の検出器により電
気信号に変えてパネルメーターに数値表示される
と共に、ペンレコーダーにグラフとして自記々録
される。

〈作用〉 次に本発明の一連の作用、操作について述べ
る。

垂直荷重伝達ロツド６の上端のナツト４４と上
盤の押え金具４５をはずし、静止容器１０と装置
上盤７を固定している長いボルト３９，４０をは
ずし、チエーンブロツク２５で装置上盤７と、そ
れに取付けられた垂直荷重載荷板９と気密室８を
吊り上げて取り除き、上記両水路内部に試験に供
するサンプル１１′を所定の密度で入れる。試験
を飽和条件で行なう時は、回転台５の下部の給水
口３２をホースをつないで注水し、サンプルが水
で充分飽和したことを確認した後に、装置上盤を
チエーンブロツク２５で吊り下して、静止容器４
上部の螺子孔及び装置中央のロツド６に合わせて
はめ込み、ボルト３９，４０とで固定する。又、
上盤７の固定後に水で飽和する時には、サンプル
内の空気はポーラスメタル３３′と載荷板の支柱
１４の中心孔４６を通じて排気させる。従つて、
水で飽和する手順は上記何れでも良い。

図１の上記昇降ギアー１９のハンドルを回し
て、垂直荷重伝達ロツド６の上盤との当たり部４
７を上盤７に当てて、上部よりナツト４４と押え
金具４５で上盤７をロツド６に固定する。更に、
ダイヤルゲージ２０で検出される変位を見ながら
上盤９を上昇させて所定のスリツトＳをあける。

チエーンブロツク２５により、ばね計り２４、
吊り下げバンド２３を介して、上盤７、ロツド６
を吊り上げる。これは、回転支点、昇降ギアー内
にある遊びをなくし、サンプルにかかる垂直荷重
が変化しても環状水路上下間のスリツトＳを一定
に保たせるためである。また、ばね計り２４内の
ばねは、垂直荷重の変化により荷重計１７内のス
トレインゲージの貼り付け部が微少伸縮した時
に、上盤を吊り上げる力が変化することを防ぐ役
割をなす。

次にチユーブ１２を介して、圧縮空気を気密室
８内に送り込み、載荷板を介してサンプルを圧密
し、圧密量はダイヤルゲージ１６で記録する。そ
の後、せん断中にサンプルの体積を一定に保つ試
験では、支柱固定板３４′とボルト３４、ナツト
３５を用いて、支柱１４を上盤７に固定し、載荷
板の位置を一定に保つ。又、せん断中サンプルの
垂直荷重を一定に保つ試験（等圧試験）では、支
柱固定板３４′をはずしチユーブ１２より一定圧
力の圧縮空気を載荷する。

サンプルのせん断は、図１のモーター２によつ
て回転台５を回転させて行なうか、図３の重り入
れ４３に重りを段階的に入れながら、せん断荷重
を増加させて回転台を回転させる。

モーターを用いる場合は、ギアー３を切換える
事により段階的に、又、モーター電源の周波数を
変えることにより連続的に速度を変化させること
ができる。

試験は土石流に関するサンプルを用い、また想
定している土石流に対応する垂直荷重、せん断速
度、せん断応力、サンプルの密度等の条件を与え
て、サンプルを流動させ、その時の垂直応力、せ
ん断応力、体積変化、せん断速度を各々１７，２
２，１６，２３の検出器により電気信号にかえて
自記々録することにより、土石流現象の定量的解
析を行なう。

〈発明の効果〉 台風や集中豪雨の際には、日本各地で土石流が
発生するが、土石流の発生、流動、停止機構は、
土石流現象が一瞬のうちに過ぎ去り、専門家がこ
れを観察、計測することは、かなり困難である。
このため、傾斜水路内で疑似土石流を発生させ、
これをビデオ撮影して、解析する手法が従来用い
られてきたが、摸型水路では現実の土石流に相当
する流動深を持つ土砂流動の再現は困難であり、
通常、現実の土石流の流動深の1/10以下の実験が
行なわれてきた。しかし、土石流は、土と水の混
合物なので、水だけの場合と異なり、土砂の流動
深、即ち垂直荷重により流動特性、せん断特性が
変化する。従つて、流動深が浅く且つ垂直荷重が
載荷できない傾斜水路実験によつて現実の土石流
の流動特性、せん断特性を定量的に調べること
は、かなり困難であつた。

これに対し、本発明による土石流試験方法と試
験装置は、現実の土石流の流動深に対応する垂直
荷重を載荷しつつ、土石流の流動を再現すること
を可能とし、又、その時の流動状況の観察と諸要
素の定量的計測を可能にした。さらに、この試験
方法と試験装置によれば、土石流の流動を任意の
速度で定常的に再現できることから、一瞬に土石
流現象が終わつてしまう水路実験と異なり、遥か
に容易に且つ正確に諸要素の計測と流動状況の観
察が可能となつた。

従つて、本試験方法と試験装置の発明は、土石
流の発生、流動、停止機構及びその条件の研究に
極めて有効であり、土石流の発生渓流の予測、発
生した土石流の流下範囲の予測等、土石流災害の
軽減、防止に大きく寄与できる有効な発明であ
る。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、本発明の実施例を示し、第１図は
装置中央断面における概観図、第２図は同上装置
上面の平面略図、第３図は要部拡大縦断面図、第
４図は回転容器と静止容器のエツジ部分の拡大図
である。 ４……回転容器、９……載荷板、１０……静止
容器、１１′……サンプル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 土砂あるいは他の粒状物のサンプルを、相対
   向する静止容器と回転容器とに跨つて保持し、該
   サンプルを水飽和或は不飽和条件下で加圧或は無
   加圧状態のもとで、上記回転容器を回転すること
   によりせん断し、これより該サンプルの流動時の
   応力、変形、流動状況等について各々の流動深に
   対する流動特性を測定するようにしたことを特徴
   とする回転水路型土石流試験法。 ２ 土砂その他粒状物等のサンプルを収容する回
   転容器と、該回転容器に対向する静止容器と、前
   記両容器内に水飽和或は不飽和状態で収容したサ
   ンプルに一定圧力を載荷する垂直荷重載荷装置
   と、これよりせん断荷重、垂直荷重、せん断速
   度、垂直変位等の諸量を引き出す装置とからな
   り、各々の流動深に対する流動特性を測定するよ
   うにしたことを特徴とする回転水路型土石流試験
   装置。