JPH07109390B2 - 定体積、定圧力兼用リング剪断試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、不安定地盤において、
盛り土工や切土工を行う際にその残留強度を測定するた
めの定体積、定圧力兼用リング剪断試験装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】地盤の残留強度は、剪断面に沿って粘度
粒子の再配列が起きている場合に発揮される強度である
ことから、その測定には、回転剪断機構を取り入れた大
変位剪断が可能なリング剪断試験装置が使用されている
（例えば、特公平２−６０２４８号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな剪断試験装置では、荷重載架機構やトルク載架機構
に起因する回転台のブレ現象が発生し、試験結果の精度
が低いという問題がある。

【０００４】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、試験結果の信頼性を高めることのできる定
体積、定圧力兼用リング剪断試験装置を提供するもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、台板と連結板
間に立設された一対の支柱にジャッキを介して昇降可能
な昇降架台を嵌挿し、この昇降架台にトルク計を介して
トルク載架手段によって回転可能な剪断軸を軸支し、ま
た、昇降架台の上方において、一対の支柱に任意の位置
で固定可能な可動板を嵌挿し、剪断軸に固定した環状水
槽内に下部試料容器を設置するとともに、この下部試料
容器に対向して可動板に上部試料容器を設け、さらに、
可動板を貫通して上部試料容器に臨ませた加圧ロッドを
連結板に固定した荷重載架手段の出力端にロードセルを
介して連結したことを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】リング状の下部試料容器およびリング状の上部
試料容器とで形成されるキャビティに試料を充填した
後、荷重載架手段を作動させることにより、ロードセル
を介して試料に荷重を作用させる。そして、トルク載架
手段を作動させることにより、トルク計を介して下部試
料容器を回動させ、上部試料容器との間において、試料
に剪断力を作用させる。試料に作用した垂直荷重は、ロ
ードセルで検出され、また、試料が剪断するまでの回転
剪断力はトルク計によって検出される。

【０００７】この際、上部試料容器は、一対の支柱に支
持されていることから、下部試料容器との間隔を全周に
わたって一定に保持することが可能となり、信頼性の高
い試験結果を得ることができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【０００９】図１には、本発明の試験装置は、試料（測
定しようとする現場からの採取土）を保持する試料保持
部Ａと、この試料保持部Ａに充填された試料に荷重を作
用させる荷重載架部Ｂと、試料保持部Ａに充填された試
料に剪断トルクを作用させるトルク載架部Ｃから構成さ
れている。

【００１０】まず、説明の便宜上、トルク載架部Ｃから
その構造を説明すると、台板１の左右には、一対の支柱
２，２が平行に立設されており、その上端は連結板３３
によって連結されている。そして、支柱２，２には、上
部支持板５と下部支持板３とを一対の連杆１５’，１
５’で連結して構成された昇降架台１５が、上部支持板
５および下部支持板３にそれぞれ設けられたスライドベ
アリング４，４，４’，４’を介して上下方向に摺動自
在に嵌挿されている。そして、昇降架台１５を構成する
下部支持板３の中央には、下部支持板３に設けられたベ
アリングを介してトルク計８の入力軸９が回転自在に軸
支されており、この入力軸９は、下部支持板３を貫通し
てその下端に歯車１０が固定されている。また、上部支
持板５の中央部には、ベアリングボックス６が設けら
れ、このベアリングボックス６内に配設されたベアリン
グを介して剪断軸７が回転自在に軸支されている。この
剪断軸７の下端は、前述したトルク計８の出力軸に連結
されている。

【００１１】一方、下部支持板３の一端側に下向きに固
定したステー１１には、トルク載架手段としてのサーボ
モータ１４が配置されており、このサーボモータ１４の
出力軸には、クラッチ１３を介して前述の歯車１０と噛
み合う歯車１３が固定されている。また、台板１には、
ジャッキ１８が設けられており、その加圧板１７を下部
支持板３に連接させるとともに、加圧板１７に設けた回
転計Ｓ₃ の小歯車１６を前記歯車１０と噛み合わせてい
る。

【００１２】したがって、ジャッキ１８を作動させるこ
とにより、加圧板１７が昇降し、この加圧板１７を介し
て下部支持板３、すなわち、昇降架台１５を一対の支柱
２，２に沿って昇降させることができる。また、サーボ
モータ１４を作動させると、クラッチ１３、歯車１２を
介して歯車１０、すなわち、トルク計８の入力軸９を回
転させることができ、さらに、その出力軸を介して剪断
軸７が一体に回転するものである。そして、歯車１０の
回転は、小歯車１６を介して回転計Ｓ₃ で検出されるも
のである。

【００１３】次に、試料保持部Ａについて説明すると、
前述した一対の支柱２には、流体圧を供給することによ
り任意の位置で固定することのできるクランプブッシュ
２６がそれぞれ嵌挿されており、このクランプブッシュ
２６には、可動板２５が連結されている。また、前述し
た剪断軸７の上向き突軸部７”は、該剪断軸７の軸心と
環状水槽２０の軸心が一致するように、環状水槽２０の
底板１９の中央を貫通して下部試料容器２１に嵌着され
るとともに、剪断軸７の上部に形成した鍔状部７’が環
状水槽２０の底板１９に連結されている。

【００１４】一方、下部試料容器２１は、前述した剪断
軸７の上向き突軸部７”に嵌着された下部内輪２１
₁ と、この下部内輪２１₁ に外接する下部加圧環２３お
よび試料厚さ調整用スペーサ２３’を介してその外側に
同心円状に保持された下部外輪２１₂ からなり、下部内
輪２１₁ および下部外輪２１₂ の上端はくさび状のエッ
ジに形成されている。また、前述した上向き突軸部７”
の上部には、ベアリングを介して上部試料容器２２が回
転自在に軸支されている。この上部試料容器２２は、剪
断軸７の上向き突軸部７”に設けられたベアリングに嵌
着された上部内輪２２₁ と、この上部内輪２２₁ に外接
する上部加圧環２４を介してその外側に同心円状に保持
された上部外輪２２₂ からなり、上部内輪２２₁ は、可
動板２５の下面に螺杆２９で螺着されている他、上部内
輪２２₁ および上部外輪２２₂ の下端はくさび状のエッ
ジに形成されている。

【００１５】そして、上部試料容器２２における上部内
輪２２₁ および上部外輪２２₂ の下端にそれぞれ形成さ
れたエッジと、前述した下部試料容器２１における下部
内輪２１₁ および下部外輪２１₂ の上端にそれぞれ形成
されたエッジとは、対向しつつ接触されており、これら
の上部試料容器２２と下部試料容器２１とによって形成
されるキャビティには、採取した試料ａを充填できるよ
うになっている。さらに、前記可動板２５に設けたベア
リング２７には、加圧ロッド２８が上下方向に摺動自在
に嵌挿されており、この加圧ロッド２８の下端は前述の
加圧環２４の上面に当接される他、その上端は、加圧板
３０に螺着されている。また、可動板２５には、上部支
持板５に向かって垂下杆４３が突設されており、この垂
下杆４３には、上部支持板５に設けた間隙片５’と対向
するギャップセンサＳ₁ が取り付けられている。

【００１６】したがって、前述したトルク載架部Ｃのジ
ャッキ１８を作動させることによって昇降架台１５が昇
降すると、該昇降架台１５に回転自在に軸支された剪断
軸７を介して環状水槽２０および下部試料容器２１が昇
降するとともに、剪断軸７を介して上部試料容器２２、
すなわち、可動板２５が一対の支柱２，２に沿って昇降
するようになっている。そして、サーボモータ１４を作
動させると、剪断軸７が回転し、該剪断軸７を介して環
状水槽２０および下部試料容器２１が回転するようにな
っている。この場合、上部試料容器２２は、剪断軸７の
回転に対してベアリングによって回転することなく支持
されている。

【００１７】次に、荷重載架部Ｂについて説明すると、
前述した連結板３３上には、取付台板３４、胴部３５お
よび上蓋３６を順に重ねて荷重載架手段としてのベロフ
ラムシリンダのバレルが形成されており、その空間内に
は上蓋３６の中央部に下向きに突設したガイド杆４０に
沿って昇降自在なピストン３７が嵌挿されている。そし
て、取付台板３４と胴部３５との間に外周部が挾持され
たベロフラム３８は、その内周部がピストン３７の下端
段部に水密状に連結され、また、胴部３５と上蓋３６と
の間に外周部が挾持されたベロフラム３９は、その内周
部がピストン３７の上面に水密状に連結されている。さ
らに、ピストン３７の中央部下端と取付台板３４間に
は、ベロフラム４１が連結されている。この結果、ベロ
フラム４１とベロフラム３８とによって下部加圧室３
４’を形成するとともに、ベロフラム３９と上蓋３６と
によって上部加圧室３６’を形成している。一方、ピス
トン３７の下端には、加圧片４２が螺着されており、こ
の加圧片４２と、前述した加圧板３０上に配置されたボ
ール３１間には、ロードセル３２が配設されている。ま
た、前述した昇降架台１５を構成する上部支持板５に立
設した取付け支柱（図示せず）には、加圧板３０の側方
に突設した突片３０’の変位を計測する変位計Ｓ₂ が設
けられている。

【００１８】したがって、上部加圧室３６’に圧縮空気
を供給することにより、ピストン３７を下降させ、ロー
ドセル３２を介して加圧板３０、すなわち、試料ａに荷
重を作用させるように加圧ロッド２８を押し下げること
ができる。また、下部加圧室３４’に圧縮空気を供給す
ることにより、ピストン３７を上昇させ、加圧ロッド２
８による試料ａへの載架を解除することができる。

【００１９】次に、本実施例の作動について説明する
と、まず、荷重載架部Ｂの荷重載架手段としてのベロフ
ラムシリンダ内に供給されている圧力空気を除去した
後、一方の支柱２と連結板３３とを連結固定している押
さえネジ２’を緩め、連結板３３を他方の支柱２を回転
中心として水平に回動させる。この結果、加圧片４２は
ロードセル３２から離脱するとともに、てロードセル３
２を残して側方に退避することから、試料保持部Ａの上
方空間を確保することができる。次いで、クランクブッ
シュ２６のクランプ動作を緩め、ジャッキ１８を作動さ
せると、昇降架台１５が一対の支柱２に沿って上昇し、
この昇降架台１５の上昇に合わせて試料保持部Ａも上昇
する。そして、上部試料容器２２が、上昇させる前の環
状水槽２０との間に充分な空間が形成されるような上方
位置に達っすると、クランプブッシュ２６に加圧流体を
供給し、該クランプブッシュ２６、すなわち、可動板２
５を介して上部試料容器２２を支柱２に固定する。この
後、ジャッキ１８を作動させて昇降架台１５を上昇させ
る前の位置まで下降させる。この結果、上昇位置に固定
された上部試料容器２２と環状水槽２０との間に試料ａ
を充填するのに十分な作業空間を確保することができ
る。

【００２０】次いで、予めドーナツ状に形成した試料ａ
を下部試料容器２１に配置し、環状水槽２０内に試料ａ
の上面を越える位置まで水を供給した後、前述した手順
と逆の手順で上部試料容器２２と下部試料容器２１の対
向するエッジを当接させる。この時点で、環状水槽２０
内の水は、上部試料容器２２の外輪２２₂ および下部試
料容器２１の外輪２１₂ に穿設した通水小孔（図示せ
ず）から試料ａ内に浸入し、含水状態となっている。

【００２１】ところで、充填した試料ａを試験するに
は、圧力を一定に保持した状態で剪断荷重を作用させる
場合と、体積を一定に保持した状態で剪断荷重を作用さ
せる場合の二通りがある。

【００２２】そこで、まず定圧試験を行う場合について
説明すると、ギャップセンサＳ₁ の位置調整、垂直変位
計Ｓ₂ や回転変位計Ｓ₃ などの零点調整、さらには、荷
重値などについて初期状態に設定する。そして、図示し
ないスタートボタンを操作することにより、荷重載架部
Ｂにおけるべロフラムシリンダの上部加圧室３６’内に
給気口ｂから圧力空気を供給し、ピストン３７を押し下
げる。ピストン３７が下降すると、加圧片４２、ロード
セル３２、ボール３１および加圧板３０を介して加圧ロ
ッド２８が上部加圧環２４を押圧し、該上部加圧環２４
と下部加圧環２３との間に介在された試料ａに設定した
荷重を作用させる。次いで、サーボモータ１４を作動さ
せると、クラッチ１３、歯車１２，１０を介してトルク
計８の入力軸９を回動させ、その出力軸を介して剪断軸
７を回動させる。そして、剪断軸７が回動すると、その
上部に固定した環状容器２０内の下部試料容器２１が回
動させられる。この時、試料ａの、上部試料容器２２に
保持されている部分と下部試料容器２１に保持されてい
る部分とで剪断力が作用し、その応力値はトルク計８に
よって検出される。この際、試料ａの状態変化によって
試料ａに作用する垂直荷重の変化はロードセル３２によ
って検出され、この検出値を制御系にフィードバックす
ることにより、圧力を一定に保持するようになってい
る。

【００２３】具体的には、試料ａに作用する圧力変化が
生じた場合、例えば、設定値よりも高くなった場合は、
エアーサーボ弁ｄを圧力空気が給気口ｂから給気口ｃに
供給されるように切換制御し、ピストン３７に作用する
圧力を減圧して設定値に戻し、また、設定値よりも低い
場合は、エアーサーボ弁ｄを圧力空気が給気口ｃから給
気口ｂに供給されるように切換制御し、ピストン３７に
作用する圧力を増圧して設定値に戻すようにしている。

【００２４】このように、検出荷重を荷重載架部Ｂの制
御系にフィードバックすることにより、常に設定した一
定圧力を作用させた状態で剪断応力と回転変位（回転
角）の関係や剪断応力と垂直荷重との関係などについて
定量的に求めることができる。

【００２５】また、定体積試験を行う場合は、前述した
定圧試験と同様に初期状態に設定した後、ギャップセン
サＳ₁ の検出値を荷重載架部Ｂの制御系にフィードバッ
クさせることによって行う。すなわち、サーボモータ１
４を作動させると、前述したように、トルク計８を介し
て剪断軸７が回動する結果、試料ａに作用する剪断応力
が求められる。そして、試料ａに作用する剪断応力を受
けて試料ａの体積が変化した場合、例えば、設定値以上
に体積が変化したとすると、エアーサーボ弁ｄを圧力空
気が給気口ｂに供給されるように切換制御し、ピストン
３７を押し下げて設定体積となるように作動させ、ま
た、体積が設定値以下になった場合は、エアーサーボ弁
ｄを圧力空気が給気口ｃに供給されるように切換制御
し、試料ａに作用する圧力を減圧して設定体積となるよ
うに作動させるものである。

【００２６】このように、常に試料ａを一定の体積に保
持した状態で剪断応力と垂直荷重との関係や剪断応力と
回転変位（回転角）の関係などについて定量的に把握す
ることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、台板と連
結板間に立設された一対の支柱にジャッキを介して昇降
可能な昇降架台を嵌挿し、この昇降架台にトルク計を介
してトルク載架手段によって回転可能な剪断軸を軸支
し、また、昇降架台の上方において、一対の支柱に任意
の位置で固定可能な可動板を嵌挿し、剪断軸に固定した
環状水槽内に下部試料容器を設置するとともに、この下
部試料容器に対向して可動板に上部試料容器を設け、さ
らに、可動板を貫通して上部試料容器に臨ませた加圧ロ
ッドを連結板に固定した荷重載架手段の出力端にロード
セルを介して連結したことをにより、上部試料容器と下
部試料容器との間隔を全周にわたって一定に保持するこ
とが可能となり、信頼性の高い試験結果を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の定体積、定圧力兼用剪断試験装置を示
す縦断側面図である。

【図２】本発明の定体積、定圧力兼用剪断試験装置にお
ける要部の縦断側面図である。

【符号の説明】

１ 台板 ２ 支柱 ３ 側壁 ７ 剪断軸 ８ トルク計 １４ サーボモータ（トルク載架手段） １５ 昇降架台 １８ ジャッキ ２０ 環状水槽 ２１ 下部容器 ２２ 上部容器 ２５ 可動板 ２８ 加圧ロッド ３３ 連結板 Ａ 試料保持部 Ｂ 荷重載架部 Ｃ トルク載架部 ａ 試料

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 台板と連結板間に立設された一対の支柱
   にジャッキを介して昇降可能な昇降架台を嵌挿し、この
   昇降架台にトルク計を介してトルク載架手段によって回
   転可能な剪断軸を軸支し、また、昇降架台の上方におい
   て、一対の支柱に任意の位置で固定可能な可動板を嵌挿
   し、剪断軸に固定した環状水槽内に下部試料容器を設置
   するとともに、この下部試料容器に対向して可動板に上
   部試料容器を設け、さらに、可動板を貫通して上部試料
   容器に臨ませた加圧ロッドを連結板に固定した荷重載架
   手段の出力端にロードセルを介して連結したことを特徴
   とする定体積、定圧力兼用リング剪断試験装置。