JPH089620Y2 - 間隙水圧計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、間隙水圧計に関し、より詳しくは、飽和し
た土壌の土粒子の圧力を除外して間隙水圧のみに対応し
た電気信号を出力する間隙水圧計の改良に関するもので
ある。

〔従来の技術〕 第３図は、従来のこの種の間隙水圧計の部分断面側面
図を示すもので、図において、１は前面に断面円形の開
口部1aを有する円筒状のフィルタホルダで、２はこのフ
ィルタホルダ１内で、開口部1a側に収容したフィルタ、
３は上記フィルタホルダ１の内面に形成した雌ねじ1bに
ねじ結合された圧力計で、この圧力計３の上記フィルタ
２と対向する面にはダイヤフラム４が形成され、このダ
イヤフラム４の裏面には、該ダイヤフラム４の変形量を
電気抵抗値に変換するひずみゲージ５が接着、蒸着、ス
パッタリング等の手段により添着してある。６は上記フ
ィルタ２とダイヤフラム４とで形成される空間部に充填
した水等の液充填層である。７は上記圧力計３からの出
力を図示しない測定器へ伝達するためのケーブルであ
る。

上記のように構成した間隙水圧計は、例えば土壌中に
埋設する。飽和した土壌は一般に土粒子と間隙水とから
なり、土粒子はフィルタ２でフィルタホルダ１内への侵
入を遮断され、間隙水のみフィルタ２を通過し、間隙水
の圧力が、液充填層６を介して圧力計３のダイヤフラム
４を押圧し変形させる。このダイヤフラム４の変形量に
応じて、その表面に添着されたひずみゲージ５が伸張あ
るいは収縮して電気抵抗値が変化する。一般に、ひずみ
ゲージ５をもってホイートストンブリッジが形成され、
そのブリッジの出力端から間隙水圧に対応した電気信号
が出力され、図示しない測定器によって上記した土壌中
の間隙水圧が測定できる。

第４図は、従来の間隙水圧計の他の例を示す部分断面
側面図であって、この従来例の場合はフィルタ８を円筒
状としたもので、フィルタ８の周囲から通過した土壌中
の間隙水は、その水圧で液充填層６を介してダイヤフラ
ム４を押圧、変形させるものである。

また、第５図は、さらに他の従来例を示すもので、こ
の従来例の場合も、円筒状のフィルタ９を用いたもので
あり、その材質としてセラミックが用いられている。上
記した各々の間隙水圧計は、用途や目的に応じてそれぞ
れ使い分けられる。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところで、間隙水圧計のフィルタ材には、金属フィル
タ、プラスチックフィルタ、陶磁管、セラミックが多く
使用されている。このうち、金属フィルタは、一般にメ
ッシュが例えば2,5,10,40,100μｍ（ミクロン）の５段
階程度が限度であり、２μｍ以下あるいは100μｍ以上
のメッシュが必要なときでも既製のフィルタで間に合わ
せざるを得なかった。

また、金属フィルタは、海洋構造物の波浪による間隙
水圧の変動を忠実に測定しようとすると、水理的に水等
の液充填層と連結されており、ガスを含んだ海水が入り
込み、その結果気泡が発生して出力の位相ずれが生じる
他、海水に含まれる塩分や微生物の影響でフィルタが腐
食して目詰まりが生じ、それによって出力に大きな影響
を与え、この結果、正確な観測値を得ることが不可能に
なると共に、長期の観測を断念せざるを得ないといった
問題がある。

また、陶磁管やセラミックは、フィルタの種類が限定
されると共に、特に目の粗いフィルタの製作が困難であ
る。しかも目の細かい陶磁管やセラミックは、周波数応
答性が悪い上、加工上、圧力計は小型化し得るもののフ
ィルタ形状の小型化には自ずと限度があった。さらに陶
磁管やセラミックは、外力によって破損しやすいので、
その取扱いに十分注意する必要があり、かつ応答性に問
題があるため忠実な間隙水圧の変動を測定できないとい
う難点があった。

一方、従来の間隙水圧の測定は、長時間サイクルによ
るゆっくりとした変化（時間、日、月単位）が観測でき
ればよかった。しかしながら、近年、例えばテトラポッ
トやパイプラインの海洋構造物の挙動を調査するため
に、海底地盤の間隙水圧が波浪によってどのような挙動
を示し、深さ方向にどのような位相遅れや、応答倍率の
減衰があるかを正しく計測することが要求されるように
なってきた。また、地震時の地盤液状化問題や地滑り発
生の挙動解明のための室内実験あるいは現場実験等でも
同様の要求が発生している。

本考案は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、測定対象土壌の状況や間隙水圧測定
の目的に応じてメッシュの種類や枚数等を適宜変更する
ことができ、しかも構成が簡単で安価に製作でき、かつ
海洋やガスの発生する悪環境下においても水等の液充填
層に気泡が貯りにくく、また破損しにくい上、取扱いも
容易であり、間隙水圧をより一層忠実にかつ長期に亘っ
て安定して観測し得る間隙水圧計を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本考案は、飽和した土壌
の土粒子の圧力を除外して間隙水圧のみに対応した電気
信号を出力する間隙水圧計において、水圧によって変形
するダイヤフラムとこのダイヤフラムの反受圧面側に添
着されたひずみゲージを有する圧力変換器と、前面側に
前記間隙水圧の作用する開口部を有すると共に、後端側
の開口端部に前記圧力変換器の受圧面側端部を結合させ
るための結合部を有するフィルタホルダと、このフィル
タホルダ内に収容された複数枚の、例えば、ステンレス
スティール、合成樹脂等からなる剛性を有する円板に比
較的目が粗い多数の孔が穿設されて形成された第１のメ
ッシュと、複数枚の前記第１のメッシュの間に挟まれた
目の細かい第２のメッシュと、これら第１のメッシュと
第２のメッシュを前記フィルタホルダ内に重合状態に保
持する保持部材とを備え、被測定地盤の状況に応じて前
記第１および第２のメッシュの枚数、種類等を変更可能
となし、前記第１および第２のメッシュにより土粒子の
圧力を阻止し土中に含まれる水分を通過せしめて、間隙
水圧のみが前記ダイヤフラムに印加されるように構成し
たことを特徴とするものである。

尚、上記第２のメッシュは、共重合化学繊維からなる
ものが望ましい。

〔作用〕

上記のように構成された間隙水圧計は、フィルタホル
ダ内に重合状態で積層された、比較的目が粗く且つ堅牢
な第１のメッシュで土壌中の粗い土粒子がフィルタホル
ダ内へ侵入するのを阻止し、さらに第１のメッシュより
も目の細かい第２のメッシュで土壌中の細かい土粒子の
フィルタホルダ内への侵入を阻止する。その結果、土壌
中の間隙水のみがフィルタホルダ内へ侵入し、その間隙
水のもつ水圧がフィルタホルダ内に受圧面を臨むように
配設されたダイヤフラムに印加され、該ダイヤフラムを
押圧、変形させるので、該ダイヤフラムに添着されたひ
ずみゲージをもって、間隙水圧に対応した電気信号を取
出すことができる。

そして、上記フィルタホルダの後端側の開口端部と圧
力変換器の受圧面側端部とは、結合部をもって着脱可能
であると共に、フィルタホルダ内に収容された第１およ
び第２のメッシュは任意のものに取換え可能となってお
り、保持部材をもって重合状態に保持するように構成し
てあるから、間隙水圧測定の目的に応じたメッシュの種
類、枚数等を適宜変更、選択することができる。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本考案による間隙水圧計の部分断面側面図
を示すもので、図において、10は前面にフランジ付きの
開口部10aを有する円筒状のフィルタホルダで、その内
周面の前端寄り部位から後端開口部に亘って結合部とし
ての雌ねじ10bが形成してある。11a,11bは上記フィルタ
ホルダ10内の開口部10a側に収容された比較的に目の粗
い例えば孔径が0.5〜2.0mmφで、孔間隔が１〜4mmの２
枚一組の第１のメッシュとしての剛性を有するメッシュ
円板（例えばステンレススティール、合成樹脂等）、12
は上記剛性を有するメッシュ円板11a,11b間に挟まれた
複数枚（実施例では３枚）の第２のメッシュとしてのフ
ィルタメッシュ板であって、例えばメッシュナンバーが
40＃、60＃、100＃の３種類の耐腐食性、耐薬品性の高
い共重合化学繊維、例えばサラン（ポリ塩化ビニリデン
およびこれを主成分とする共重合樹脂で、米国のダウ・
ケミカル社が与えた商品名）からなる。上記した複数枚
のフィルタメッシュ板12は、２枚の剛性を有するメッシ
ュ円板11a、11bで挾持され、第２図に示す順序で積層さ
れた重合状態にて、上記フィルタホルダ10の雌ねじ10b
に螺入した保持部材としての締付ねじリング13で開口部
10a端に押圧保持されている。

14は上記フィルタホルダ10にねじ結合された圧力変換
器としての圧力計で、この圧力計14の前面、すなわち、
剛性を有するメッシュ円板11bとの対向面にダイヤフラ
ム15が形成され、このダイヤフラム15の反受圧面（裏
面）に該ダイヤフラム15の変形量を電気抵抗値に変換す
るひずみゲージ16が接着、蒸着、スパッタリング、等の
手段により添着されている。なお、図示は省略したが、
４枚のひずみゲージ16をもってブリッジ回路が構成さ
れ、その入力端にはブリッジ電源が接続され、その出力
端にはケーブル18が接続されている。

17は上記剛性を有するメッシュ円板11bと圧力計14の
ダイヤフラム15との空間部に脱気して充填した水等の液
充填層であり、18は上記圧力計14からの出力を図示しな
い測定器へ伝送するためのケーブルである。

上記のように構成したこの考案による間隙水圧計は、
例えば地盤内土粒子や海洋構造物の波浪による間隙水圧
を測定するに際し、間隙水がフィルタを通過しその間隙
水圧で液充填層17を介してダイヤフラム15を変形させ、
このダイヤフラム15の変形量をひずみゲージ16で電気抵
抗値に変換し出力させるという基本的な作用は従来の間
隙水圧計と同様であるが、この考案においては特に、フ
ィルタが、比較的に目が粗く且つ土粒子のもつ圧力を支
える堅牢な２枚の剛性を有するメッシュ円板11a、11b
と、この両メッシュ円板11a,11b間に挟まれた複数枚の
目の細かいフィルタメッシュ板12との積層体からなるの
で、外力によって破損しにくく、フィルタの目詰りや腐
食を生ずる虞れが少なく、また、万一液充填層に発生し
た気泡も容易に除外することが出来、しかも地盤の性状
に合わせてフィルタメッシュ板12や剛性を有するメッシ
ュ円板11a、11bのメッシュの変更または枚数の増減が可
能となり、この結果、用途や目的に応じて間隙水圧計を
使い分けすることができ、したがって測定しようとする
間隙水圧をより忠実に観測することができる。

なお、下記の第１表および第２表は、本考案によるフ
ィルタの効果を説明するためのもので、通常設置状態、
すなわち、微小な量の気泡を液充填層に混入させた状態
にて間隙水圧計を圧力容器の水中に設置した時の試験結
果を示す。ただし、セラミックフィルタについては、フ
ィルタおよび液充填層に脱気水を充填して気泡が混入し
ないように組み立てている。

下表のうち、第１表は、本考案に係る間隙水圧計のフ
ィルタと従来の間隙水圧計の各種フィルタにおけるフィ
ルタ通過後の減衰圧力値（Pa）および応答倍率（％）の
各比較試験（室内試験）結果を示す一覧表であり、また
第２表は、同じく本考案に係る間隙水圧計のフィルタと
従来の各種フィルタにおけるフィルタ通過後の位相遅れ
（度）の各比較試験（室内試験）結果を示す一覧表であ
る。

上記した表からも明らかなように、本考案によるフィ
ルタは、従来のフィルタに比べて取り扱い容易である上
にしかも気泡等が液充填層に貯まりにくく位相ずれを小
さくできることが判り、特にフィルタに共重合化学繊維
を使用したものは、海洋において間隙水圧計を用いた
際、フィルタメッシュ板11の腐食や目詰まりが少ないと
いう優れた効果が得られる。

尚、本考案は、上述した実施例にのみ限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の
変形実施が可能である。

例えば、第２のメッシュとして、上記実施例では、サ
ランのような共重合化学繊維を用いた例につき説明した
が、ポリエチレンやフッ素繊維を用いてもよい。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案によれば、間隙水圧計のフ
ィルタを、比較的に目の粗い複数枚の第１のメッシュ
と、この第１のメッシュに重合された１枚または複数枚
の第２のメッシュとの積層体に構成すると共に、これら
のメッシュの交換を可能なるように構成したので、測定
対象土壌の状況や間隙水圧測定の目的に応じて両メッシ
ュの種類や枚数を適宜変更することによって測定しよう
とする間隙水圧をより一層忠実に観測することができ
る。

また、本考案によれば、フィルタが、例えば、ステン
レススティール、合成樹脂等からなる剛性を有する円板
に比較的目が粗い多数の孔が穿設されて形成された第１
のメッシュにより土壌中の粗い土粒子の圧力を支え該土
粒子がフィルタホルダ内へ侵入するのを阻止し、さらに
第１のメッシュよりも目の細かい第２のメッシュで土壌
中の細かい土粒子のフィルタホルダ内への侵入を阻止す
るように構成してあるので、構成が簡単で安価に製作で
きると共に、外力によって破壊しにくく、フィルタの目
詰りや腐食を生ずる虞れが少なく、また、フィルタホル
ダ内に気泡等が貯まりにくく位相ずれを可及的に小さく
することができ、取扱いも容易であり、海洋やガスの発
生する環境下においても長期に亘って安心して使用でき
る等の多くの効果が得られる。

また、第２のメッシュに、共重合化学繊維からなるも
のを用いた場合には、その耐腐食性、耐薬品性を向上さ
せることができ、海洋における使用に際して第２のメッ
シュの腐食や目詰りを少なくし得るという優れた効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の一実施例に係る間隙水圧計の部分断
面側面図、第２図は、同実施例中のフィルタホルダとフ
ィルタと締付ねじリングをそれぞれ分解して示す分解斜
視図、第３図〜第５図は、従来の各々異なる間隙水圧計
の例を示す部分断面側面図である。 10……フィルタホルダ、10a……開口部、10b……雌ね
じ、11a,11b……剛性を有するメッシュ円板（例えばス
テンレス、樹脂）、12……フィルタメッシュ板、13……
締付ねじリング、14……圧力計、15……ダイヤフラム、
16……ひずみゲージ、17……液充填層、18……ケーブ
ル。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】飽和した土壌の土粒子の圧力を除外して間
   隙水圧のみに対応した電気信号を出力する間隙水圧計に
   おいて、水圧によって変形するダイヤフラムとこのダイ
   ヤフラムの反受圧面側に添着されたひずみゲージを有す
   る圧力変換器と、前面側に前記間隙水圧の作用する開口
   部を有すると共に、後端側の開口端部に前記圧力変換器
   の受圧面側端部を結合させるための結合部を有するフィ
   ルタホルダと、このフィルタホルダ内に収容された複数
   枚の、例えば、ステンレススティール、合成樹脂等から
   なる剛性を有する円板に比較的目が粗い多数の孔が穿設
   されて形成された第１のメッシュと、複数枚の前記第１
   のメッシュの間に挟まれた目の細かい第２のメッシュ
   と、これら第１のメッシュと第２のメッシュを前記フィ
   ルタホルダ内に重合状態に保持する保持部材とを備え、
   被測定地盤の状況に応じて前記第１および第２のメッシ
   ュの枚数、種類等を変更可能となし、前記第１および第
   ２のメッシュにより土粒子の圧力を阻止し土中に含まれ
   る水分を通過せしめて、間隙水圧のみが前記ダイヤフラ
   ムに印加されるように構成したことを特徴とする間隙水
   圧計。
2. 【請求項２】第２のメッシュが共重合化学繊維からなる
   ことを特徴とする請求項１記載の間隙水圧計。