JPH07198583A

JPH07198583A - 透水性測定装置並びにこれを使用する透水性測定方法

Info

Publication number: JPH07198583A
Application number: JP33808293A
Authority: JP
Inventors: Kunio Araki; 邦夫荒木
Original assignee: CHUO KAIHATSU; Chuo Kaihatsu Corp
Current assignee: CHUO KAIHATSU; Chuo Kaihatsu Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-01
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: JP3381991B2

Abstract

(57)【要約】【目的】一つの装置で定水位試験と変水位試験のいずれ
にも対応でき、気温の変化や透過水の蒸発などの心配が
なく効率良い測定が実現可能であるとともに、透過水量
の自動計測を可能とした透水性測定装置並びにこれを用
いた透水性測定方法を提供することを目的とする。【構成】試料充填部を有する測定セル部と、透水量測定
部と、圧力供給部とを備え、圧力供給部の定水圧供給手
段により試料に水圧を加えて一定時間内に透過した水量
を透水量測定部のキャピラリーで測定する。測定セル部
には恒温装置が設けられ、また定水圧供給手段と測定セ
ル部との間には、変水位試験を行う場合に測定セル部内
に一旦掛けた圧力をその後保持するための圧力保持弁を
設ける。試料がベントナイト等であるときには、試料の
膨潤圧に耐えるようにシ−ル材としてベントナイトを用
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低透水性材料の透水係
数を求めるために透水試験を行う装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大深度地下利用施設や放射性廃棄物の長
期隔離システムでは、使用材料の透水性が低いことが望
まれ、併せて透水性の低い岩盤の透水係数を精度良く測
定することが望まれる。特に我が国では、地下水、多雨
・多湿などの条件を無視できず、機械的強度とともに低
透水性を長期にわたり維持できることが重要である。低
透水性材料の透水性評価に当たり、その透水性を測定で
きる測定法が必要であり、土木建設事業においては、従
来より定水位測定法と変水位測定法によりその測定が行
われてきた。

【０００３】しかし従来の定水位測定法では、試料の透
水係数が１０^-3ｃｍ・ｓｅｃ以下であると動水勾配を大
きくすることが技術的に困難であり、またメスシリンダ
−等を使用しながら流出する水を最小でも液滴単位で測
定するので、微小な透過水量を測定することは、この値
を境にして事実上困難であるとされていた。更に低透水
性材料の場合には、測定に長時間を要するので、気温の
変化、水の蒸発等の影響を受けやすく、必要な測定精度
が得られない。

【０００４】また従来の変水位測定法では、透水係数の
下限が１０^-7ｃｍ・ｓｅｃを限度とし、それ以下の透水
係数を有する試料については、動水勾配を大きくするこ
とが技術的に困難であり、その透水係数を（透過水量の
測定により）直接測定することができず、圧密試験の結
果から間接的に推定するに止まっていた。またメスシリ
ンダー等を使用し、流出する水を最小でも液滴単位で測
定し微小な透過水量を測定することは、この値を境にし
て事実上困難であるとされていた。更に低透水性材料の
場合には、やはり測定に長時間を要するので、気温の変
化、水の蒸発等の影響を受けやすく、必要な測定精度が
得られない。

【０００５】以上、従来の定水位測定法及び変水位測定
法の全体的な問題点について触れたが、個々の測定法に
も以下のような問題がある。例えば図５に示すような圧
密試験器装置を使用し透水係数を測定する方法では、圧
密試験と同じ要領で所定の圧力のもとで試料を圧密し、
試料の底板部の多孔板に接続したスタンドパイプから通
水し、圧密リングを越流水槽として変水位透水試験を行
っていた。なおスタンドパイプは、通常の圧密試験供試
体のもの（直径６ｃｍ，高さ２ｃｍに対して内径３〜５
ｍｍ）を用いている。しかしこの装置では、上向きの浸
透圧に起因して供試体内の底部でゼロ、上面で水位差に
相当する圧力が発生するというように、供試体内で直線
分布する圧力により供試体内で応力状態が変わる（換算
乾燥密度が変わる）。そのため圧密圧力が小さい段階で
は、応力状態の変化が大きくならないように水位差（動
水勾配）を小さめにとるべきであるとされている。更に
透水係数が１０^-7ｃｍ／ｓｅｃより小さい細流土は、従
来実務的には不透水性として扱われているので、この方
法では透水試験が行われていることは稀であった。

【０００６】また図６に示すような三軸圧縮試験装置を
使用し透水係数を測定する方法は、供試体に０．１〜１
２．８ｋｇｆ／ｃｍ²の圧密試験圧力を段階的に載荷で
きるレバー式または空気圧式の装置を使用し、排水を許
して段階的な圧密と応力開放の繰り返し試験を行い、そ
の体積圧縮（変形）をダイヤルゲージまたはこれと同等
以上の性能を有する電気式変位計を使用して読み取り、
この結果から間接的に透水係数を推定する方法である。
またベントナイトのように水浸によって膨潤するおそれ
のある材料（あるいは硬い粘土）では、圧密降伏応力を
越えてから水に浸すべきものとされていて、採取した試
料を乱さない状態でその形状を拘束したまま透水係数を
測定することが理論上不可能である。またこの方法で
は、ゴムスリーブを使用し側圧を載荷しつつ透水係数を
測定し、その初期状態が保全されることは困難である。
更に測定中には計算乾燥密度の変化なしに、超低透水性
で膨潤性の試料の透水性を測定することは事実上不可能
であることはいうまでもない。このようにして圧密試験
で求められる透水係数が実務的に単独で用いられること
はないとされている。更にまたこの方法では、１０^-9ｃ
ｍ／ｓｅｃ程度までの測定しかできず、しかもその測定
に当たっては、測定点１点について圧縮試験機を２週間
〜１カ月専用していた。従って透水係数の再現性の確認
あるいは測定条件がダルシー則に従う範囲にあるかどう
かを確認する試験を行うことは事実上不可能であった。
またメスシリンダー等を使用して流出する水を最小でも
液滴単位で測定するので、微小な透過水量を測定するこ
とは、この値を境にして事実上困難であるとされてい
た。更に低透水性材料の場合には測定に長時間を要する
ので、気温の変化、水の蒸発等を無視することができ
ず、必要な測定精度が得られないおそれがある。

【０００７】ところで従来、透過水量を測定するために
用いられていた方法では、越流水槽から透過水を流れる
にまかせるか、透過水をメスシリンダで受けるか、容器
で受けてその重量を測定するなどの方法が採られていた
が、透過水が透明であることもあって、その水量を直に
自動測定する手法は開発されていない。そこでこの種の
装置における自動計測の実現も一つの課題となってい
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような従
来技術の問題点を一挙に解決すべくなされたものであっ
て、一つの装置で定水位試験と変水位試験のいずれにも
対応でき、気温の変化や透過水の蒸発などの心配がなく
効率良い測定が実現可能であるとともに、透過水量の自
動計測を可能とした透水性測定装置並びにこれを用いた
透水性測定方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の装置は内部に試料充填部を有し、該試料充
填部を挟んで両側に測定端と入圧端とを有する測定セル
部と、測定セル部の測定端側に接続する透水量測定部
と、測定セル部の入圧端側に接続する圧力供給部とを備
えて成り、透水量測定部は開放端を有するキャピラリー
を有し、また圧力供給部は定水圧供給手段を有する透水
性測定装置を提供するものである。

【００１０】また本発明の方法は、内部に試料充填部を
有し、該試料充填部を挟んで両側に測定端と入圧端とを
有する測定セル部と、測定セル部の測定端側に接続する
透水量測定部と、測定セル部の入圧端側に接続する圧力
供給部とを備えて成り、透水量測定部は開放端を有する
キャピラリーを有し、また圧力供給部は定水圧供給手段
を有し、更に定水圧供給手段と前記測定セル部との間に
は、定水圧供給手段で測定セル部内に掛けた圧力を保持
するための微調節用排水弁及びアキュムレータを設けて
成る装置を用いて、試料を試料充填部に充填し測定セル
部内において測定端側と入圧端側との直接的な流通を断
った状態で、測定セル部を一定温度に保持しながら圧力
供給部側から一定の水圧を試料に掛け続け、一定時間内
に試料を通過した水の体積を前記キャピラリーで測定
し、あるいは試料を試料充填部に充填し測定セル部内に
おいて測定端側と入圧端側との直接的な流通を断った状
態で、測定セル部を一定温度に保持しながら圧力供給部
側から一定の水圧を試料に掛けた後、前記圧力保持弁を
閉鎖し、その後入圧端側の気密室の圧力変化とキャピラ
リーで計測した透水量の変化とを同時に記録して、時間
変化に対する前記圧力変化と前記透水量変化との関係か
ら試料の透水性を求める透水性測定方法を提供するもの
である。

【００１１】

【作用】本発明の透水性測定装置は、透水量測定部が開
放端を有するキャピラリーを有し、また圧力供給部が定
水圧供給手段を有するから、定水圧供給手段で試料に一
定時間一定水圧を掛けることにより、キャピラリーの水
位変化で正確な透水量を測定することができる。

【００１２】また本装置の測定セル部に恒温装置を設け
れば、測定中の環境温度の変化により測定セル内の水が
膨張あるいは収縮し、キャピラリーの水位に影響を及ぼ
すことがない。

【００１３】更に定水圧供給手段と測定セル部との間
に、定水圧供給手段で測定セル部内に一旦掛けた圧力を
その後保持するための圧力保持弁を設けることにより、
定水圧供給手段によって生じた圧力が圧力保持弁の閉操
作で入圧側の測定セル部内に保持され、試料中を透水す
るに従ってこの圧力は減少していく。これにより変水位
透水測定を行うことができる。

【００１４】更にまた試料がベントナイト、ベントナイ
トと砂との混合物または粘性土である場合に、試料を試
料充填部に充填後、試料と測定セル部との間にシール材
としてベントナイトを詰めるようにすれば、試料とシー
ル材との膨潤率が同じであるから、試料の変形を防止で
きるとともに、シール材が抜けて外れるような事故も防
止できる。

【００１５】更にまた請求項７に対応する本発明の透水
性測定方法は、以下のような原理に基づく。透過水量Ｑ
は動水勾配ｉに比例（比例定数ｋ）するような単位時間
の透過量（透過速度ｕ）に比例する。従って時間ｔ、試
料の断面積Ａに比例して増加する。

【００１６】

【数１】動水勾配は厚さＬの試料の両端に掛かる圧力（水頭圧
ｈ）の差を試料の厚さＬで除したものであるから（数
１）式は（数２）式となる。

【００１７】

【数２】（ｈ₂−ｈ₁）／Ｌを一定（ｈ／Ｌ）とすれば、（数３）
式が求められる。

【００１８】

【数３】ここで試験中に試料Ｌの両端に掛かる圧力（一般には水
位差、本方法では圧力差）が時間的に変化する場合に
は、（数２）式は（数４）式になる。

【００１９】

【数４】（ｈはある時刻における圧力差、ｄＱはｄｔ時間の透過
水量）この透過水量の変化ｄＱは圧力差によって変わるのでダ
ルシー則から（数５）式が成立する。

【００２０】

【数５】ここでａは通常載荷圧側のキャピラリーの断面積に相当
するが、本方法では単純に比例定数と考え、装置定数と
して定水位法で較正することによって得られるものであ
る。（数４）式と（数５）式とからｄＱを消去し、変形
すると（数６）式が得られる。

【００２１】

【数６】従って時刻ｔ₁からｔ₂の間に載荷圧がｈ₁からｈ₂まで低
下したとして（数６）式を積分すると、透水係数ｋ_tは
次の（数７）式で与えられる。

【００２２】

【数７】このように圧力の低下から透水係数を測定する方法を一
般に変水位透水試験という。しかし透水係数が１０^-5ｃ
ｍ／ｓｅｃ以下のような難透水性材料では水頭圧を高め
るためにキャピラリーを高くする必要があり、そのため
気温の影響、水の蒸発等の測定精度に測定誤差をもたら
す技術的な問題点を回避することが事実上困難であっ
た。そこで本発明の測定法では簡易な変水位透水試験法
とそのデータ処理を提案する。即ち（数６）式は変形に
より（数８）式となる。

【００２３】

【数８】これはある動水勾配（Ｌ／ｈ）のときに圧力変化（ｄｈ
／ｈ）が微小の範囲では、Ｂを装置定数とすることがで
き（透過水量をキャピラリーの目盛りで読むことにより
求められる）、これにより透水係数ｋ_Tの測定を測定開
始後数分内に終了することが可能になる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて具体
的に説明する。符号１は本発明の透水性測定装置であっ
て、このものは測定セル部２、透水量測定部４及び圧力
供給部６とを備えて成る。

【００２５】測定セル部２は、外形が変化しないように
例えばステンレススチールでできた中空の分解可能なセ
ル本体２１内に気密室２２を形成し、この気密室２２内
に試料充填部２３を有する。気密室２２の上部には透水
量測定部４に連絡する流出口２４が形成され、また気密
室２２の下部には圧力供給部６に連絡する流入口２５が
形成される。試料充填部２３は一定の断面形状及び断面
積を有する透水性測定用のディスク状試料Ｓを固定して
載置する部分であり、そこには試料Ｓの下面周部を下側
から保持するように、リング状の試料保持面２６が形成
される。なお試料保持面２６上に試料Ｓを載置したとき
には、気密室２２は試料Ｓを境にして上下の室に分けら
れるが、以下説明の都合上、両方の室を区別する必要の
あるときには、上側の室を測定端側の気密室２２ａと定
義し、下側の室を入圧端側の気密室２２ｂと定義する。

【００２６】ここで試料Ｓと気密室２２との寸法関係に
ついて説明すると、試料の直径寸法はセル本体２１の内
側面の直径寸法より若干小さく、そのため試料保持面２
６上に試料Ｓを載置した場合には、試料Ｓの側面とセル
本体２１の内側面との間にはシール材Ｍを詰めるための
空隙が形成されるようになっている。このシール材Ｍ
は、試料Ｓの中を水が通る以外に測定端側の気密室２２
ａと入圧端側の気密室２２ｂとの水の流通を完全に遮断
するために、試料の種類に応じて材質を変えて設けるも
のであり、その詳細については後述する。

【００２７】またセル本体２１の上部内面からは下方に
向けてステイ２７が形成され、試料Ｓの載置時にこのス
テイ２７の下端部が試料Ｓの上面に当接して上方から試
料Ｓを保持するようになっている。なお本発明の透水性
測定装置を自動的に制御する場合には、透水量測定部４
を圧力の変動源と考えて、キャピラリーの水位変化に伴
う圧力変動をセル本体２１の壁面に設けた感圧素子２８
で検知する手法を採ることもできる。この点については
本装置の作動の説明の中で併せて説明する。以上が測定
セル部２の構造であるが、測定時に水が温度変化による
体積変動を起こさないよう温度を一定に保つために、セ
ル本体２１全体及び後述の圧力保持弁６５以降の導水管
６１が恒温槽２９内に入れられている。

【００２８】次に透水量測定部４について説明する。透
水量測定部４は測定端側の気密室２２ａ内の圧力変化を
検出するものであり、このものはセル本体２１の流出口
２４から上方へ延長形成される導水管４１の端部に接続
する初期水位調節管４２と、導水管４１から分岐して鉛
直方向に延びるキャピラリ−４３とを備えて成る。初期
水位調節管４２は、導水管４１を拡径したような開放端
を有する管状部材であり、キャピラリ−４３に対して相
対的に非常に大きな直径寸法を有する。またキャピラリ
−４３は開放端を有する毛細管であり、例えば１ｍｍ間
隔で目盛り４３ａが付けてあり、その開放端には水分蒸
発防止機構としてゴム管４３ｂがその端部を下向きにし
て設けられる。導水管４１には、初期水位調節管４２と
キャピラリ−４３の分岐点との間に初期化用バルブ４４
が設けられる。

【００２９】次に圧力供給部６は、セル本体２１の流入
口２５に接続される導水管６１と、これに対して流入口
２５側から順に設けられる圧力計６２、アキュムレータ
６３及びポンプ６４とを備えて成る。ポンプ６４は気密
室２２側へ一定の水圧を付与するためのもので、アキュ
ムレータ６３は定水位透水測定（詳細は後述）において
水圧の脈動を防止するためのものである。またアキュム
レータ６３と圧力計６２との間の導水管６１には圧力保
持弁６５が設けられ、アキュムレータ６３とポンプ６４
との導水管６１から分岐する分岐管６６には微調節用排
水弁６７が設けられる。

【００３０】本発明の透水性測定装置１は以上のような
構造を備えるものであり、以下このものの使用方法並び
に作動について説明する。まず透水測定を始めるにあた
り、準備段階としてセル本体２１上部の蓋部分を取り外
し、試料Ｓを気密室２２内の試料充填部２３にセットす
る。なおこの作業は、試料が硬質材料か軟質材料かによ
り手法や手順が多少異なる。即ち試料が硬質岩等の硬質
材料であるときは、セル本体２１内に上部から水を入れ
て満たし、この中へ所定径寸法の円柱形試料Ｓを入れて
試料充填部２３の試料保持面２６上にそのままセットす
る。そして試料Ｓの側面とセル本体２１の内側面との間
の空隙に、シール材Ｍとしてシリコーン樹脂を詰めて再
び蓋をする。このとき試料Ｓの上面には、上方からステ
イ２７の先端が当接し、これにより下側から加えられる
水圧で試料Ｓが上方へ浮いてしまうことが防止される。

【００３１】一方、試料が例えば軟質岩や土壌ないし粘
土（ベントナイト等）などの軟質材料であるときは、形
状の変化を防止するため、図２に示すように円柱形試料
Ｓの下面にフィルタＦを敷き、更にその上下から穴の開
いた保持板７０で試料Ｓを挟んだものを水の入っていな
いセル本体内の試料充填部２３にセットする。試料が例
えばベントナイト、砂とベントナイトとの混合体または
粘性土の場合、吸水によって膨潤圧を生じ易いため、シ
ール材Ｍも膨潤圧に耐え得るように膨潤率が試料とほぼ
等しいベントナイトを適用する。これによりこの種の試
料にシリコーンをシール材として適用したときに見られ
るシール材の浮き上がり現象も併せて防止することがで
きる。なお試料充填部２３に試料をおき試料に圧力を掛
けたときに、試料充填部２３内に満遍なく隙間のないよ
うに押し広げることができる試料であれば、もとよりシ
ール材を用いる必要もない。シール材Ｍを詰め終わった
ら、セル本体内に水が入っていない状態で蓋をする。な
お試料Ｓの高さ寸法は必ずしも限定されないが、一定の
範囲内とし、その寸法を測定しておく。

【００３２】このようにして試料が試料充填部２３にセ
ットされた状態では、シール材Ｍが試料とセル本体２１
内面とに密着しているから、測定端側の気密室２２ａと
入圧端側の気密室２２ｂとの間の実質的な流通が絶た
れ、これにより唯一試料Ｓの内部のみが水の浸出経路と
なる。

【００３３】試料Ｓのセットが完了したら、初期水位調
節管４２及びキャピラリー４３をセル本体２１から外し
た状態で以下のような前処理を行う。まず恒温槽２９を
作動させ、試料内の水蒸気圧を高めるために気密室２２
内を４０℃ないし８０℃に保つ。この状態で気密室２２
内を真空にし、水を再度常圧に戻す。この作業を４回繰
り返して、試料Ｓ中に含まれるほとんどの空気を脱気す
る。なお試料が軟質材料であるときは、この時点で流入
口２５から気密室２２内に徐々に注水する。また試料が
砂とベントナイトとの混合体であるときは、試料Ｓの脱
気処理が終わった後、圧力保持弁６５の開放状態及び微
調節用排水弁６７の閉鎖状態でポンプ６４を作動させ
て、入圧端側の気密室２２ｂに一定水圧をかけて２４乃
至４８時間放置し、試料Ｓが膨潤平衡に達するようにす
る。このときアキュムレータ６３と微調節用排水弁６７
との作用により水圧の変動がほとんど生じないようにな
っている。なお脱気処理後に試料Ｓに一部残存する空気
は、試料Ｓ内を脱気水が通過するときにこれに溶解して
しまう。

【００３４】以上のような前処理が完了したら、初期水
位調節管４２及びキャピラリー４３をセル本体２１に取
り付けて試料の透水性を測定する。なお本発明の透水性
測定装置１を用いた透水性の測定方法には、定水位透水
測定方法と変水位透水測定方法とがあり、一つの測定装
置でこれら両方の測定方法ができる点が本発明の一つの
特徴となっている。ここで定水位透水測定方法とは、透
水性を測定する試料に掛ける水圧（水頭圧）を一定に保
つ方法であり、また変水位透水測定方法とは透水性を測
定する試料に掛ける水圧（水頭圧）を試料内の透水とと
もに経時的に減少させていく方法である。

【００３５】本装置による定水位透水測定方法は、まず
初期化用バルブ４４の開放状態で初期水位調節管４２の
開放端から水を注ぎ、キャピラリー４３の鉛直部分に水
が到るようにする。また圧力供給部６側では、圧力保持
弁６５を開放状態、微調節用排水弁６７を閉鎖状態と
し、ポンプ６４で一定水圧を入圧端側の気密室２２に掛
ける。なおこのときポンプ６４で生じる脈動はアキュム
レータ６３で吸収される。この状態で初期化用バルブ４
４を閉じ、そのときのキャピラリー４３の初期水位を目
盛り４３ａで読み、またこのときから時間をカウントす
る。一定時間毎にキャピラリー４３の水位を読み取り、
初期値との水位差ｈから透過水量Ｑ（ｃｍ³）を計算し
て、時間の変化に対する透過水量の変化をグラフにする
（図３参照）。

【００３６】定水位法における透水係数ｋ_T（ｃｍ／ｓ
ｅｃ）は、（数９）式により求めることができる。

【００３７】

【数９】ここでＬ：試料の厚さ（ｃｍ）ｈ：水位差（ｃｍ）・・・水柱に換算したもの（１ｋ
ｇｆ／ｃｍ²（約１気圧）＝１０００ｃｍ）ｔ₂−ｔ₁：測定時間（ｓｅｃ）Ｑ：透過水量（ｃｍ³）・・・キャピラリーの内径をｒ
cm, 水位の読み取り差をＨ cmとすると、πｒ²Ｈ cm³
となる。

【００３８】Ａ：試料の面積(ｃｍ²)・・・試料の半径
をＲ cmとすれば、πＲ² cm²となる。

【００３９】よって

【数１０】従って、時間ｔに対してＨは図３のグラフのように直線
関係になり、この式より透水係数ｋ_Tを計算する。なお
試料の透水係数ｋ_Tが、１０^-4〜１０^-11ｃｍ／ｓｅｃで
ある場合は、一動水勾配における測定が１時間程度で済
むから、試料に掛かる水頭圧Ｐを一日のうちに例えば容
易に４通りに変えて測定することができ、この中２点の
測定値Ｋの平均を代表値として採用することもできる。
また試料の透水係数ｋ_Tが、１０^-12〜１０^-13ｃｍ／ｓ
ｅｃの場合には、一動水勾配における測定が２時間程度
掛かるので、２日間位で水頭圧Ｐを例えば容易に４通り
に変えて測定することができる。

【００４０】一方本装置による変水位透水測定方法は、
定水位透水測定方法と異なり、ポンプ６４により気密室
２２に一定の水圧を掛けたところで圧力保持弁６５を閉
じ、同時に初期化用バルブ４４を閉じる。このときのキ
ャピラリー４３の初期水位を目盛り４３ａで読み、また
このときから時間をカウントする。一定時間毎に圧力計
６２で圧力を読み、そのときのキャピラリー４３の水位
を読み取って初期値との水位差から透過水量（ｃｍ³）
を計算し、各時間に対する圧力及び透過水量をプロット
してグラフにする（図４参照）。

【００４１】変水位法における透水係数ｋ_T（ｃｍ／ｓ
ｅｃ）は、（数１１）式により求めることができる。

【００４２】

【数１１】ここで２．３０：常用対数を自然対数に換算する係数ａ：キャピラリーの断面積（ｃｍ²）Ｌ：試料の厚さ（ｃｍ）ｔ₂−ｔ₁：測定時間（ｓｅｃ）Ａ：試料の面積(ｃｍ²)・・・試料の半径をＲ cmとすれ
ば、πＲ² cm²となる。

【００４３】ｈ₁：時刻ｔ₁における水位差（ｃｍ）ｈ₂：時刻ｔ₂における水位差（ｃｍ）なおｈ₂−ｈ₁をｈで表せば、ある動水勾配（Ｌ／ｈ）の
ときに圧力変化（ｄｈ／ｈ）が微小の範囲では、Ｂを装
置定数とすることができ、これにより透水係数ｋ_Tの測
定を測定開始後数分内に終了することが可能になる。

【００４４】次に透過水量の自動測定について説明す
る。定水位及び変水位のいずれの測定方法の場合にも、
透過水量の増加に伴いキャピラリー４３内の水位が上昇
するから、この水位上昇が測定端側の気密室２２ａの圧
力上昇をもたらす。この圧力上昇の変化を感圧素子２８
でとらえて、これを透過水量に換算して自動的に記録す
ることができる。また特に変水位透水測定では、圧力計
６２の圧力変動を同時に自動測定し、これを自動測定さ
れた透過水量の値とともにコンピュータ等のデータ処理
機やＸＹプロッタなどの記録計を用いてデータ処理し、
あるいは記録することができる。

【００４５】以下に本発明の透水性測定装置１を用いて
測定した４つの測定例を示す。

【００４６】《測定例１》比較的透水性が高い試料とし
てセメント・モルタルを使用した。試料の調製は、ポル
トランド・セメントと砂（標準砂）と水とを１：２：
０．４５の重量比で混合し、これを７ｃｍψ×１５ｃｍ
ｔのモールド中で５層に分けて突き堅め、２４時間後
に脱型して４８日間水中養生を行い、更に１１０℃で４
８時間乾燥することにより養生を停止した。これからさ
らに５ｃｍψ×０．９ｃｍｔの試料を調製した。定水
位透水試験の結果、２．７×１０^-10ｃｍ／ｓｅｃ（載
荷圧力が１気圧定圧、水頭圧に換算して約１０ｍａｑ／
ｃｍ²における測定値）と、３．６×１０^-10ｃｍ／ｓｅ
ｃ（３気圧定圧）の値が得られた。

【００４７】《測定例２》低透水性の試料として、フィ
ールドで採取した中生代と第三紀のノジュールを使用し
た。ダイアモンド・カッタにより５ｃｍψ×１０ｃｍ
ｔの試料と５ｃｍψ×０．９ｃｍｔの試料を調製し、
脱気を行い、一夜加圧透水養生を行ったのち透水測定試
験に供した。定水位透水試験の結果、中生代の地層から
得られたノジュールでは、ノジュールの中心部の試料に
ついて３．４×１０^-13ｃｍ／ｓｅｃ（４気圧定圧）、
ノジュールの縁辺部の試料では、８．４×１０^-12及び
８．３×１０^-12ｃｍ／ｓｅｃ（各々２気圧及び４気圧
定圧）の値が得られた。また第三紀の地層から得られた
ノジュールでは、５．９×１０^-13及び１．３×１０^- ¹²
ｃｍ／ｓｅｃ（各々２気圧及び４気圧定圧）の値が得ら
れた。

【００４８】《測定例３》測定例１のセメント・モルタ
ルの試料について変水位透水試験を行った。１気圧の初
期圧力で試験を行った結果、透過水量の増加及び圧力の
低下の両方とも、試験開始後間もなく鈍り、定常状態と
なった。定常状態における単位圧力損失（１気圧載荷）
に対する透過水量は、０．１７８ｍｌ／ａｔｍであっ
た。変水位透水試験中の平均圧力を０．８５ａｔｍとし
て透過水量を求めると、２．１×１０^-9ｃｍ／ｓｅｃと
いう値が得られた。この値は、同一試料の定水位透水試
験の結果である２．７×１０^-10ｃｍ／ｓｅｃという値
に比較して大きい値である。一方、初期の非定常の圧力
と透水量の同時測定値（試験開始後２分間の値）から透
水係数を求めると、３．８×１０^-10ｃｍ／ｓｅｃとい
う定水位透水試験の結果に近い値が得られた。

【００４９】《測定例４》膨潤性の高い試料としてベン
トナイトと砂の混合物を使用した。ベントナイトには、
クニゲルＶ１を使用し、砂は標準砂を使用した。それぞ
れ２：８の重量比で混合し、乾燥状態のままこれを形状
拘束型の透水係数測定セルの中に納め、２５０ｋｇ／ｃ
ｍ²に締め固めた後、水を圧入して更に脱気を行い、透
水係数を測定した。定水位透水試験の結果、計算乾燥密
度が１．７７ｇ／ｃｍ³の混合物では、４．５×１０^-10
ｃｍ／ｓｅｃ（載荷圧力が４気圧定圧、水頭圧に換算し
て約４０ｍａｑ／ｃｍ²における測定値）と、４．１×
１０^-10ｃｍ／ｓｅｃ（５気圧定圧）の値が得られた。
それぞれ測定に要した時間は約１時間２０分であった。

【００５０】また計算乾燥密度が１．４２ｇ／ｃｍ³の
混合物では、１．４×１０^-7ｃｍ／ｓｅｃ（載荷圧力が
０．５気圧定圧、水頭圧に換算して約５ｍａｑ／ｃｍ²
における測定値）と、１．４×１０^-7ｃｍ／ｓｅｃ
（０．７５気圧定圧）の値が得られた。それぞれ測定に
要した時間は約１時間であった。

【００５１】

【発明の効果】本発明の装置は、一台で定水位透水試験
法と変水位透水試験法との両方の試験を行うことができ
るから、試料の種類に応じて適宜の試験法を容易に選択
することができる。またいずれの試験法の場合にも、キ
ャピラリーの水位変化により透水量を量るから水滴以下
の微量な水量変化でも測定可能であるし、測定セル部を
恒温に保つことができるから温度変化に伴う水の体積変
化を抑えて正確な測定ができる。

【００５２】更に測定セル部の測定端側に、キャピラリ
ーの水位変化に伴う測定セル部内の圧力変化を検知する
圧力センサを設けることにより、透水量を自動検出する
ことができる。

【００５３】更にまた試料がベントナイト、ベントナイ
トと砂との混合物または粘性土である場合に、試料を試
料充填部に充填後、試料と測定セル部との間にシール材
としてベントナイトを詰めることにより、試料側の膨潤
圧とシール材側の膨潤圧とが同じになり試料の変形を防
止できるとともに、シール材が抜けて外れるような事故
も防止できる。

【００５４】また本発明の装置による変水位透水性測定
方法では、ある動水勾配（Ｌ／ｈ）のときに圧力変化
（ｄｈ／ｈ）が微小の範囲では、Ｂを装置定数とするこ
とができるから、透水係数ｋ_Tの測定を測定開始後数分
内に終了することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の透水性測定装置の概念図である。

【図２】試料が軟質岩や土壌ないし粘土（ベントナイト
等）などの軟質材料であるときに、試料を試料充填部に
セットする手法を示す断面図である。

【図３】本発明の装置による定水位透水試験方法の測定
例を示すもので、透過水量と時間との関係を示すグラフ
である。

【図４】本発明の装置による変水位透水試験方法の測定
例を示すもので、時間の経過に対する透過水量と圧力の
変化を示すグラフである。

【図５】圧密容器を用いた従来の変水位試験法を示す説
明図である。

【図６】三軸試験装置を用いた従来の変水位試験法を示
す説明図である。

【符号の説明】

１透水性測定装置２測定セル部４透水量測定部６圧力供給部２１セル本体２２気密室２２ａ測定端側の気密室２２ｂ入圧端側の気密室２３試料充填部２４流出口２５流入口２６試料保持面２７ステイ２８感圧素子２９恒温槽４１導水管４２初期水位調節管４３キャピラリー４３ａ目盛４３ｂゴム管４４初期化用バルブ６１導水管６２圧力計６３アキュムレータ６４ポンプ６５圧力保持弁６６分岐管６７微調節用排水弁７０保持板ＦフィルタＭシール材Ｓ試料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に試料充填部を有し、該試料充填部
を挟んで両側に測定端と入圧端とを有する測定セル部
と、前記測定セル部の測定端側に接続する透水量測定部
と、前記測定セル部の入圧端側に接続する圧力供給部と
を備えて成り、前記透水量測定部は開放端を有するキャ
ピラリーを有し、また前記圧力供給部は定水圧供給手段
を有することを特徴とする透水性測定装置。
【請求項２】前記測定セル部には恒温装置が設けられ
ることを特徴とする請求項１記載の透水性測定装置。
【請求項３】前記定水圧供給手段と前記測定セル部と
の間に、前記定水圧供給手段で前記測定セル部内に掛け
た圧力を保持するための微調節用排水弁及びアキュムレ
ータを設けることを特徴とする請求項１または２記載の
透水性測定装置。
【請求項４】前記測定セル部の測定端側には、前記キ
ャピラリーの水位変化に伴う前記測定セル部内の圧力変
化を検知する圧力センサを有することを特徴とする請求
項１、２または３記載の透水性測定装置。
【請求項５】内部に試料充填部を有し、該試料充填部
を挟んで両側に測定端と入圧端とを有する測定セル部
と、前記測定セル部の測定端側に接続する透水量測定部
と、前記測定セル部の入圧端側に接続する圧力供給部と
を備えて成り、前記透水量測定部は開放端を有するキャ
ピラリーを有し、また前記圧力供給部は定水圧供給手段
を有し、更に前記定水圧供給手段と前記測定セル部との
間には、前記定水圧供給手段で前記測定セル部内に掛け
た圧力を保持するための微調節用排水弁及びアキュムレ
ータを設けて成る装置を用いて、試料を試料充填部に充填し測定セル部内において測定端
側と入圧端側との直接的な流通を断った状態で、測定セ
ル部を一定温度に保持しながら圧力供給部側から一定の
水圧を試料に掛け続け、一定時間内に試料を通過した水
の体積を前記キャピラリーで測定することを特徴とする
透水性測定方法。
【請求項６】前記試料がベントナイト、ベントナイト
と砂との混合物または粘性土である場合には、試料を試
料充填部に充填後、試料と測定セル部との間にシール材
としてベントナイトを詰めることを特徴とする請求項５
記載の透水性測定方法。
【請求項７】内部に気密室を備え、該気密室内に試料
充填部を有し、該試料充填部を挟んで両側に測定端と入
圧端とを有する測定セル部と、前記測定セル部の測定端
側に接続する透水量測定部と、前記測定セル部の入圧端
側に接続する圧力供給部とを備えて成り、前記透水量測
定部は開放端を有するキャピラリーを有し、また前記圧
力供給部は定水圧供給手段を有し、更に前記定水圧供給
手段と前記測定セル部との間には、前記定水圧供給手段
で前記測定セル部内に一旦掛けた圧力をその後保持する
ための圧力保持弁を設けて成る装置を用いて、試料を試料充填部に充填し測定セル部内において測定端
側と入圧端側との直接的な流通を断った状態で、測定セ
ル部を一定温度に保持しながら圧力供給部側から一定の
水圧を試料に掛けた後、前記圧力保持弁を閉鎖し、その
後入圧端側の気密室の圧力変化とキャピラリーで計測し
た透水量の変化とを同時に記録して、時間変化に対する
前記圧力変化と前記透水量変化との関係から試料の透水
性を求めることを特徴とする透水性測定方法。
【請求項８】前記測定セル部の測定端側には、前記キ
ャピラリーの水位変化に伴う前記測定セル部内の圧力変
化を検知する圧力センサを有し、前記透水量を前記測定
端側の気密室の圧力変化として前記圧力センサにより自
動的に検知して透水量を求め、前記入圧端側の気密室の
圧力変化も同時に他の圧力センサで自動的に検知して、
時間変化に対する前記透水量と前記入圧端側の気密室の
圧力変化との関係を計算機に入力して試料の透水性を自
動的に計算して求めることを特徴とする請求項７記載の
透水性測定方法。
【請求項９】前記試料がベントナイト、ベントナイト
と砂との混合物または粘性土である場合には、試料を試
料充填部に充填後、試料と測定セル部との間にシール材
としてベントナイトを詰めることを特徴とする請求項７
または８記載の透水性測定方法。