JPH07117482B2 - コンクリート又は岩石等剪断・透水同時試験装置 - Google Patents

コンクリート又は岩石等剪断・透水同時試験装置

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JPH07117482B2
JPH07117482B2 JP2200401A JP20040190A JPH07117482B2 JP H07117482 B2 JPH07117482 B2 JP H07117482B2 JP 2200401 A JP2200401 A JP 2200401A JP 20040190 A JP20040190 A JP 20040190A JP H07117482 B2 JPH07117482 B2 JP H07117482B2
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【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肢体の強度
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の取付け、該固定枠14a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1a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2aにて保
持し、該可動枠2aの一側に突設した連結片15aと剪断力
載架駆動源24との間のロードセル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12a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供に、該上箱3a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1b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12a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
12a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12a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
同時に透水試験は併行できないので、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。
<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、下箱(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。
<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。
また2本の連結杆とヒンジで連結された上箱は、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
直変位の測定が正確に行えると共に、該連結杆中に設け
られた左右一対のロードセルで力の作用する方向が偏心
した際でも正確な剪断荷重の測定が行えるようになる。
さらに該ロードセルは、連結杆で位置移動不可に保持さ
れるので、試験中、終始安定した荷重の計測が行えるも
のである。
<実施例> 以下本発明について図面に示す実施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箱1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2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12の上半部を嵌入保
持する貫通保持穴を有する上箱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の貫
通保持穴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との間には僅かに転動可
能な転子を介在せしめ固定枠14と上箱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18,19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の中央から供試体12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′をそれぞれヒンジ36,37を介し
て連結し、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を載冠することによ
り、該加圧板4の下面中央部に形成した突出部が上箱3
の貫通保持穴内に嵌入し、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20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。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、連結杆23′から駆動源24の端蓋25に伝えら
れ、該端蓋25によって受け止められ、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。
なおこの時、2個のロードセルで反力を測定するのは、
力の作用する方向が偏心することによる測定誤差をなく
すためである。
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22,2
2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12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
プローブ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。
なお第1図において符号16,16′は、上箱3と下箱1の
側面に形成されたプローブ差込用の切欠部を示す。
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
相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
に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、各連続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、14……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. 【請求項1】所定規格の外形及び寸法に形成されたコン
    クリートや岩石等の供試体の下半部を嵌入保持する下箱
    と 下箱の上面に対向して配置され、供試体の上半部を嵌入
    保持する上箱と、 上箱上からこの上箱内に嵌入保持された供試体に垂直荷
    重を載荷する垂直荷重載荷手段と、 下箱に水平力を作用させてこの下箱内に嵌入保持された
    供試体に剪断荷重を付加する剪断荷重載荷手段と、 上下箱内に嵌入保持された供試体に高圧水を圧送する送
    水手段とを具備したコンクリート又は岩石等の剪断・透
    水同時試験装置において、 上面に供試体保持凹所が形成されると供に該供試体保持
    凹所の底面に送水手段と連通する通水孔が設けられた下
    箱が、剪断荷重載荷装置により水平方向に駆動される可
    動台に嵌入保持され、 供試体の貫通保持穴が上下方向に貫通して設けられた上
    箱が、固定枠内に一体的に嵌入固定され、この固定枠は
    端部がヒンジ連結され途中にロードセルが設けられた左
    右一対の連結杆を介して上下回動移動可能に支持台上の
    所定一と連結され、かつこの連結杆と固定枠のヒンジ連
    結部は上箱と下箱の対向面の側方に位置し、 上箱上には、貫通保持穴に嵌入された供試体の上面と接
    してこの貫通保持穴を塞ぐ加圧板が取り付けられ、該加
    圧板上には、ロードセルと調整座板及びこの調整座板に
    転子を介して位置補正可能に取り付けられた座板を介し
    て垂直荷重載荷装置が設けられ、 供試体を嵌入保持した下箱と上箱との間には、所定間隙
    が形成され、下箱の上端外縁にはこの間隙の周囲を覆い
    剪断変位に伴う透水量を測定するための水受皿が取り付
    けられ、 さらに上記上箱と下箱の側面には、供試体の不連続面あ
    るいは破断面の上下側面に突設された2本のプローブの
    相対位置をカメラによって画像解析するためのプローブ
    差込用の切欠部が設けられ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。
JP2200401A 1990-07-27 1990-07-27 コンクリート又は岩石等剪断・透水同時試験装置 Expired - Lifetime JPH07117482B2 (ja)

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CN111851604B (zh) * 2020-06-22 2021-08-06 西安理工大学 一种考虑界面流固耦合效应的沉桩界面参数可视化剪切盒

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