JPH0484732A - コンクリート又は岩石等の剪断・透水同時試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、予め定められた規定の寸法大きさに成形した
コンクリート、天然岩石、建設現場における断層等によ
り採取した不連続面を含む岩塊その他土塊等の供試体に
剪断荷重を作用させて剪断に至るまでの該供試体の強度
及び透水性を定量的に解析する為のコンクリート又は岩
石等の剪断・透水同時試験装置に関するものである。

〈従来の技術〉 従来のこの種試験装置で、岩石などの剪断試験を行うも
のでは、第６図に示すように構成されたものがある。

即ち機枠内の片方（図中左方寄り）に岩石を試料とする
供試体１２の下半部を受容する下箱１ａを固定枠１４ａ
によって前記機枠の底板上に取付け、該固定枠１４ｍの
下部中央を機枠底板と共に縦貫してロードセル（圧力検
出センサー）２０を挿嵌することにより、該ロードセル
２０の上部を前記下箱ｌａ内に可動的に臨ませる。

そして、前記下箱１ａの上端部上位には供試体１２の上
半部を受容する上箱３ａを水平方向に移動する可動枠２
ａにて保持し、該可動枠２ａの一側に突設した連結片１
５ａと剪断力載架駆動源２４との間にロードセル２２を
介して連設している。

そして供試体１２に剪断力を載架するには、先ずロード
セル２０の下面から矢印方向に一定圧力を加えた状態で
剪断力載架駆動源２４を動作させることによりロードセ
ル２２を介して可動枠２ａに矢印方向へ水平力を作用せ
しめることにより、上箱３ａと下箱１ａとに跨がって保
持された岩石からなる供試体１２に剪断力を載架せしめ
るものである。

又、土塊などの供試体を剪断する装置では第７図に示す
ものがある。即ち支持台６ａの上面に供試体１２ｍの下
半部を嵌入保持する下箱１ｂを定置し、該下箱１ｂの直
上に上記供試体１２ａの上半部を嵌入保持する上箱３ａ
を該下箱１ｂの上面と接して対置すると共に、該上箱３
ａを可動支持板２ｂにて支持し、該可動板２ｂを剪断力
載架駆動源（図示せず）に連接した連結杆１５ｂと連結
して上箱３ａを矢印方向へ移動するようにし、更に前記
下箱ｌｂ内に挿入した加圧板４ａの下面を、支持台６ａ
を縦貫する加圧ロッド２８の上端を当接して供試体１２
ａを加圧するようにしている。

その動作は前記第６図と同様に、加圧板４ａを加圧ロッ
ド２８からの一定圧力にて加圧し、土塊などからなる供
試体１２ｇに一定圧力を作用せしめた状態において連結
杆１５ｂを矢印方向へ加圧することにより該供試体１２
ａに剪断応力を作用せしめ、剪断に至るまでの供試体の
変位量を変位ゲージ３５によって検出し定量的に解析す
るようにしている。

〈発明が解決しようとする課題〉 上述のように従来の剪断試験装置は、何れもの場合にも
、供試体を保持する上箱を下箱に対して移動するように
して供試体に剪断力を作用させているから上、下箱の内
面と供試体との間の垂直方向の摩擦が発生して正確な垂
直荷重の測定ができなかった。

又、上、下箱が互いに接触しているので、上、下箱の接
触面での摩擦が影響して正確な剪断応力が検出されない
。

そして、剪断荷重を検出する為のロードセルが１個であ
るから上箱又は下箱が偏心した時、正確な剪断荷重の測
定ができない。

更には、従来の何れの試験装置においても、剪断試験と
同時に透水試験を併行できないので、剪断特性と供試体
内部の組織変化や、それに起因する透水性の変化との相
関性を求めることができないなどの問題点があった。

そこで、本発明においては、上記従来例における問題点
の解決を図り、測定精度が高く、しかも二元測定が可能
な装置を提供しようとするものである。

く課題を解決する為の手段〉 供試体下半部を嵌入保持する下箱を、支持台上に摺動自
由に支承せしめた可動台上に保持せしめると共に、前記
供試体の上半部を嵌入保持する上箱を、前記下箱支持台
上に横設した２本の支持杆先端にロードセルを介して定
置し、上箱と下箱の出合部に少許の間隙を存置させ、下
箱に剪断荷重を載架する手段を連設すると共に、上箱に
垂直荷重を載架する手段を設けると共に、下Ｎ（又は上
箱）から夫々供試体に向かって一定の高圧水を作用させ
る手段を設け、該供試体に剪断荷重を載架させ乍ら透水
できるように構成される。

く作用〉 上箱と下箱間に跨がって所定寸法形状の供試体をセット
すると共に該供試体に一定の垂直荷重を載架し乍ら可動
台を所定水平方向に摺動させることにより、上箱に対し
下箱に変位を与えるような力（剪断力）を供試体に載架
せしめる。そしてその時の供試体に作用する反力を、上
箱を定置保持せしめた支持杆上のロードセルによって捉
えると共に、上箱に作用せしめた垂直荷重の変位を検出
し、垂直荷重と剪断荷重（水平荷重）との相関性を求め
、又、同時に下箱又は上箱に設けた圧力水供給手段によ
り供試体に圧力水を作用させることにより、剪断変位に
伴う内部変化の相関性を捉えるものである。

〈実施例〉 以下本発明について図面に示す実ｍ例により詳細に説明
すると、その要旨とする処は第１図乃至第４図に示すよ
うに構成される、即ちその概要は第１図に示す通り、所
定規格の外形及び寸法に形成された供試体１２の下半部
を嵌入保持し、且つ水平方向に摺動する下Ｎ１と、該下
箱１の上面に対向して定位置に保持され、且つ前記供試
体１２の上半部を嵌入保持する上箱３と、該上箱３の上
部に接する座板１９及びロードセル２０を介して前記供
試体１２に垂直荷重を載架する垂直荷重載架手段と、前
記上下箱の中央部から圧力水を供試体に向かって作用せ
しめる送水手段とからなり、更にこれを詳細に述べると
、第３図に示すように、試験装置本体（図示せず）上に
は支持台６上に固設された台座５を介して可動台２を載
置し、該可動台２の平行両側縁下面に支持金具７，７に
て取付けられたガイド受８．８と、前記台座５の平行両
側面に取付けたガイドローラ９，９とを互いに嵌合させ
ることにより、該可動台２を台座５上で摺動自由に支持
する。

そして該可動台２の上面には供試体１２の下半部を嵌入
保持するようにした下箱１を着脱自由に嵌入定置してい
る。

又、該下箱１の上面には前記供試体ＩＺの上半部を嵌入
保持する貫通保持孔を有する上箱３を対向せしめて、該
上箱３を、その外側段部で固定枠１４により保持せしめ
、更に該上箱３の上面には、その中央の一部を該上箱３
の供試体保持孔内に嵌入せしめて供試体１２の上面に圧
接するようにした加圧板４を直上の座板１８と共に螺着
し、又該座板１８とこれに平行な調整座板１９との間に
は偏かに転勤可能な転子を介在せしめ固定枠１４と上Ｎ
３、その他これに装設された各部が共に僅かに位置の補
正が可能なように構成されている。

そして、上記座板１９の上面には、該座板１Ｂ、１９を
介して供試体に作用した垂直荷重を検出する為のロード
セル２０を当接せしめている。

そして、前記下箱１の上端外縁には上箱３の下部外縁の
切欠部を掩って水受皿１１を取付けると共に、下箱１と
加圧板４とには外部に通じる通水孔１３．１３″を穿設
し、下箱１内の座板１０と前記加圧板４の中央部から共
試体ＩＺの上面及び下面に圧力水を射出して透水試験が
できるようにしている。

又、上記固定枠１４と可動台２の剪断駆動源との関係は
第３図、第４図に示すようになる。

即ち台座５上に支持された可動台２の前面と、支持台６
の他方上面に定設した剪断駆動源２４（例えば油圧シリ
ンダー）のピストン杆２６に連設した連結具２１を介し
て接続し、ピストン２７の摺動により可動台２を台座５
上で水平移動するようにして、下箱１を移動せしめる。

そして、下箱１と対向する上箱３は、これを保持する固
定枠１４の両側に突設した連結片１５．１５と、支持台
６上に定設した駆動源２４の端蓋２５との間にロードセ
ル２２．２２を介在させた連結杆２３，２３°を連結し
、該駆動源２４による動作で剪断試験を行うように構成
されている。尚、第１図中符号３°は垂直変位を検出す
る変位測定ゲージ、２１′は剪断変位を検出する変位ゲ
ージを示す。

次に、上記本発明装置の一連動作について述べると、先
ず検査する為に採取した岩石等を所定外形及び寸法に加
工（ここでは直方体）した供試体１２の下半部を第１図
、第２図に示すように、下箱１の保持凹所内に座板１０
を介して嵌入保持せしめると共に、上箱３を固定枠１４
の保持孔内に嵌入することにより、該供試体１２の上半
部は上箱３によって嵌入保持される。

そして該上箱３の上面に加圧板４を載置することにより
、該加圧板４の下面中央部に形成した突出部が上箱３の
供試体保持孔内に嵌入し、その下端面にて該供試体１２
の上面に当接せしめる。

そして、該加圧板４の上面には、座板１８及びその上面
に稍々可動的（各部のセット時の誤差を吸収する程度）
に構成した調整座板１９を順次重ねてセットし、更にそ
の上面と垂直荷重載架装置の加圧軸（図示せず）下端面
との間にロードセルＺＯを介在せしめることにより試験
準備は完了する。

そこで本装置においては、剪断試験と透水試験とを併行
できるが、先ず単に剪断試験のみを実施する場合の動作
を述べると、最初に供試体１２には垂直荷重載架装置を
動作させ、ロードセル２０が検出する値を一定（定荷重
試験）又は変位ゲージ３′が検出する値を一定（定変位
拘束試験）にて所定の垂直荷重（又は定変位荷重）を載
架する０次に第３図、第４図における剪断荷重載架駆動
源２４に高圧流体例えば油圧を供給することにより、ピ
ストン２７を矢印方向へ押動し、ピストン杆２６、連結
具２１を介して可動台２に水平荷重を作用せしめる。こ
の場合、変位ゲージ２１°を信号源として一定の剪断変
位速度で変位させる。この時の反力は供試体を介して上
箱３に作用し、該上箱３を保持する固定枠１４を経て連
結杆２３、ロードセル２２、連杆２３°から駆動源２４
の端１ｉ２５に伝えられ、該端蓋２５によって受は止め
られ、その際供試体１２の内部応力の大小によって生じ
る反力を２個のロードセル２２．２２により検出する。

この剪断中に垂直荷重を一定（定荷重試験）又は、垂直
変位を一定（定変位拘束試験）に保持させる。

この場合、通常、反力を検出するには１個のロードセル
によって行なわれるが、２個のロードセル２２．２２に
よって固定枠１４に作用する反力をより正確に検出する
ようにしている。

このようにして供試体１２には縦方向即ち垂直荷重をか
けた状態で下箱１を移動させることにより該下箱と上箱
３との間で剪断力を作用させるものである。

そして、第５図に示すように剪断応力はロードセル２２
．２２によって検出されると共に、剪断変位に伴う垂直
変位は変位測定ゲージ３°、２１゛からの変位データを
コントロールユニット２９へ送り、垂直変位と水平変位
をＸ−Ｙレコーダ３０で記録する。

そして供試体１２の破断部の相対ずれ変位は、供試体１
２の上箱と下箱の出合部の位置を基準にして、その上下
に適当な間隔をおいて、互いに物理的に干渉されない２
本の１０−ブ１７．１７”を突設しておき、この２本の
プローブの相対変位をビデオカメラ３３によって捉え、
これをビデオフロッピィシステム３４によって画像解析
する。

以上は透水試験を併用しなかった場合であるが、透水試
験を同時に行うには、上記の試験における準備状態で、
外部に設置した圧力水発生装置から下箱１及び上箱３に
穿設した通水孔１３．１３°へ、加圧装置２８から所定
圧力の高圧水を圧送した状態で前記と同じく剪断動作を
開始する。

即ち、供試体に高圧水を作用させ乍ら、垂直荷重と水平
荷重（剪断荷重）を載架させることにより、供試体は剪
断荷重を受けて組織内部に変動を生じて通水状態が変化
し、供試体の変位面から漏水して水受皿１１で集水し、
これを電子天秤３１により計量し、コンピューター３２
により自動的に入力処理して、供試体の剪断変位に伴う
通水量の相関性を求め、内部組織の変化を求めるもので
ある。

このようにして本発明は、供試体を保持する上箱及び下
箱に夫々所定圧力の高圧水を作用させることにより、通
水量の変化から剪断変位に伴う内部組織の変化を定量的
に求めたり、或は破断面を挟んで供試体の両方の相対変
位や、垂直荷重（変化させることもある）に対する剪断
応力の相関性を求めたりして、より正確な供試体の物性
を求めるものである。

〈発明の効果〉 本発明は上述のように構成されているので水を通さない
で通常の剪断試験をしたり、或は剪断試験と透水試験と
を同時に行う併行試験が可能となり、測定モードを自由
変えられるので汎用性が広くなる。

又、剪断変位が０の状態から破壊後の残留応力の範囲ま
での剪断特性が連続して、又往復して求められる。

そして、本発明装置は、下箱を剪断方向に移動するよう
にしたことで垂直荷重を上方から載架できるようになり
構成が著しく簡単となる。

更に上箱は、固定部に連結した２本の連結杆との間でヒ
ンジ接続し、各連結杆の途中に夫々圧縮・引張兼用タイ
プのロードセルを介在させているので、反力が平均的に
検出されて、計測値の信頼度が高い。

そして、上記構成とすることにより上箱は上下方向の移
動及び回転変位が自由となり、剪断変位に伴う垂直変位
が正しく測定できる。

又、本発明では垂直荷重を上箱に作用するようにしてい
るので、剪断力を載架した場合でも上箱と供試体との間
に摩擦力が作用しないから測定精度が高い。

それと共に上述のように上箱、下箱の対向面が接触しな
いようにしているので上下箱の対向面での接触による摩
擦がなく従って、それによる測定精度の低下がない。

そして供試体に圧力水を作用させることにより透水試験
が併行でき、それによって剪断力と透水量との関係から
組織の状態や、透水量から透水係数を求めることができ
岩石質材料の力学的特性と、透水特性を同時に知ること
ができる。

その他、剪断変形や、垂直変形を局部的に測定したり、
供試体に取付けた２個のプローブの状態をビデオ撮影し
て画像処理することにより、相対ずれ（非接触）を求め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明実施例を示す。 第１図は、要部切欠側面略図、 第２図は、同上要部拡大縦断側面図、 第３図は、同上装置の外観側面略図、 第４図は、同上平面図、 第５図は、同上装置外部接続概要図、 第６図乃至第７図は従来例を示す。 第６図は、土塊剪断装置の一部切欠側面図、第７図は、
岩石などの剪断装置の一部切欠側面図である。 １・・・下箱、　　　　　２・・・可動台、３・・・上
箱、　　　　　４・・・加圧板、５・・・台座、　　　
　　　６・・・支持台、１２・・・供試体、　　　　１
４・・・固定枠、１７．１７°・・・プローブ、　２０
．２２・・・ロードセル、２１・・・連結具、　　　　
２３．２３’・・・連結杆、２４・・・駆動源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、供試体下半部を嵌入保持し、且つ、支持台の台座に
   よって摺動自由に保持せしめた可動台上の下箱と、前記
   供試体の上半部を嵌入保持し、且つ、前記下箱支持台上
   の２本の支持杆にロードセルを介し定置するようにした
   固定枠にて保持せしめた上箱と、下箱に剪断荷重を付加
   する剪断荷重載架手段と、上記剪断荷重の載架方向と直
   角方向の荷重を上箱に載架する垂直荷重載架手段と、前
   記下箱と上箱から夫々供試体に向かつて一定の高圧水を
   作用させる手段とを設けることにより該供試体に剪断荷
   重を載架させ乍ら透水できるようにしたことを特徴とす
   るコンクリート又は岩石等の剪断・透水同時試験装置。