JPH10239185A - 流動体のせん断力の測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流動体のせん断力測定において、取り扱いが
簡単で高精度の測定を可能にする。 【解決手段】 測定装置は、水路１０と、測定台１２
と、荷重計１４と、計測器１６とを備えている。測定台
１２は、傾斜した水路１０の途中に、水路１０の延長方
向に沿って移動自在に設置されている。測定台１０は、
水路１０の底板１０ａから所定間隔だけ上方に設置さ
れ、平坦な上面を有する測定台部１２ａと、この測定台
部１２ａの下面に回転可能に支持された複数のローラ１
２ｂとを備えている。測定台１２は、水路１０の底板１
０ａ上に所定の間隔を置いて設置され、上端側が測定台
部１２ａの上面に連なる嵩上げ板１０ｃ間に設置されて
おり、測定台部１２ａの長さは、嵩上げ板１０ｃ間の間
隔よりも若干短くなっている。荷重計１４は、測定台１
２の移動方向の端部側に設けられていて、測定台１２の
移動荷重値を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流動体のせん断力
の測定方法および測定装置に関し、特に、土石流などの
流動体のせん断力を測定する場合に適した測定方法およ
び測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】土石流の流動解析などを行う場合には、
流動体のせん断力の測定が必要となる。流動体のせん断
力の測定装置としては、従来、傾斜した水路の底面に平
板状の荷重センサを埋設したものが用いられていた。

【０００３】荷重センサは、面に作用する流動体の鉛直
圧力と摩擦応力とを測定することができ、この荷重セン
サ上に流動体を流下させる際の摩擦応力を測定すること
により、流動体のせん断力を求めていた。

【０００４】しかしながら、このような従来の流動体の
せん断応力の測定方法ないしは測定装置には、以下に説
明する技術的な課題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、せん断力を
測定する際には、流動体と接触する流下面の状態は、各
種各様に設定する必要があり、例えば、土石流のせん断
力を測定する場合には、流下面に土砂粒子などを固着し
て、土石流が流下する斜面とする必要がある。

【０００６】ところが、前述した従来の測定装置では、
荷重センサの上面側に直接被測定対象流動体を流下させ
るために、受圧面の形状変更が難しく、実情に即した精
度の高いせん断力の測定ができなかった。

【０００７】また、平板状の荷重センサは、高価である
とともに、重量が重く、水路への着脱などの取り扱いに
手間がかかる上に、これを埋設する水路の剛性を高くす
る必要があるといった問題があった。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的とするところは、取
り扱いが簡単でしかも実情に即した高精度の測定が可能
になる流動体のせん断力の測定方法および測定装置を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、所定の傾斜角度で傾斜した水路上を流動
体が流下するときに、前記水路底面に作用するせん断力
の測定方法において、前記水路の途中に、当該水路の延
長方向に沿って移動可能な測定台を設置し、前記測定台
上に被測定流動体を流下させたときの、当該測定台の移
動荷重を測定し、測定された移動荷重値に基づいて前記
被測定流動体のせん断力を求めるようにした。また、本
発明は、所定の傾斜角度で傾斜した水路上を流動体が流
下するときに、前記水路底面に作用するせん断力の測定
装置において、前記水路の途中に、当該水路の延長方向
に沿って移動自在に設けられた測定台と、前記測定台の
移動方向の端部に設けられた荷重計とを備え、前記測定
台上に被測定流動体を流下させたときの、前記測定台の
移動荷重を前記荷重計で測定し、測定された移動荷重値
に基づいて前記被測定流動体のせん断力を求めるように
した。このように構成されたせん断力の測定方法および
測定装置によれば、測定台上に被測定流動体を流下させ
たときの、測定台の移動荷重を荷重計で測定し、測定さ
れた移動荷重値に基づいて被測定流動体のせん断力を求
めるので、流動体が流下する測定台は、土砂粒子を表面
に固着することなどにより、実情に合わせた各種各様の
状態に簡単に変更することができ、実情に即した高精度
の測定が可能になる。また、荷重計は、例えば、一端側
に加わる荷重を測定する方式のものを使用することがで
き、このような荷重計は、面状のものでなく、重量も軽
く、取り扱いが簡単になる。前記測定台は、前記水路の
底面上方に配置される測定台部と、この測定台部に回転
自在に取り付けられ、前記底面上を転動する複数のロー
ラとで構成することができる。この構成によれば、測定
台が移動する際の、測定台自身の摩擦抵抗を実質上零に
することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、添付図面を参照にして詳細に説明する。図１
から図４は、本発明にかかる流動体のせん断力の測定方
法および測定装置の一実施例を示している。

【００１１】同図に示す測定装置は、所定の傾斜角度に
設定された水路１０と、測定台１２と、荷重計１４と、
計測器１６とを備えている。水路１０は、図３に示すよ
うに、凹状断面に形成されていて、底板１０ａと、この
底板１０ａの両端に対向するように立設された一対の側
壁１０ｂとから構成されている。

【００１２】水路１０は、複数の支持脚１８により傾斜
状態に支持されている。水路１０の上流側には、被測定
流動体の貯留用タンク２０を載置した架台２２が設置さ
れるとともに、下流側には、流下した流動体を受け止め
る貯留部２４が設けられている。

【００１３】架台２２は、リフター２５により上下移動
自在に支持されている。水路１０の傾斜角度は、支持脚
１８の高さを変えることにより、任意の角度に設定する
ことができる。

【００１４】測定台１２は、傾斜した水路１０の途中
に、水路１０の延長方向に沿って移動自在に設置されて
いる。この測定台１２の詳細を図３，４に示している。
同図に示した測定台１２は、水路１０の底板１０ａか
ら所定間隔だけ上方に設置され、平坦な上面を有する測
定台部１２ａと、この測定台部１２ａの下面に回転可能
に支持された複数のローラ１２ｂとを備えている。

【００１５】測定台部１２ａは、水路１０の側壁１０ｂ
間の内間隔とほぼ同じ幅を有していて、この幅方向の端
縁には、側壁１０ｂと液密的に接触して、流動体の漏出
を阻止するとともに、側壁１０ｂとの間の摩擦を低減す
るテフロン，鏡面仕上げされたステンレス鋼板などの摩
擦低減材１２ｃが、その全長に亙って固着されている。

【００１６】測定台１２は、水路１０の底板１０ａ上に
所定の間隔を置いて設置され、上端側が測定台部１２ａ
の上面に連なる嵩上げ板１０ｃ間に設置されており、測
定台部１２ａの長さは、嵩上げ板１０ｃ間の間隔よりも
若干短くなっている。

【００１７】なお、測定台部１２ａと嵩上げ板１０ｃと
の間には、被測定流動体の漏出を防止するシートなどが
渡設されている。また、測定台部１２ａと嵩上げ板１０
ｃの表面状態は、同じ状態に設定される。

【００１８】複数のローラ１２ｂは、測定台部１２ａの
底面に、その幅方向の中心軸から等間隔だけ隔てて固設
された支持材１２ｄに枢着されていて、水路１０の底板
１０ａに当接して、その上面上を転動する。

【００１９】荷重計１４は、測定台１２の移動方向の端
部側に設けられている。本実施例の場合には、測定台１
２の支持材１２ｄの端部が当接する位置に、一対配置さ
れている。すなわち、本実施例の場合には、測定台部１
２ａの幅方向の中心軸に対して、等間隔の位置で一対の
荷重計１４により測定台部１２ａの移動荷重を測定する
ようになっている。

【００２０】なお、荷重計１４の配置状態は、この状態
に限られることはなく、例えば、測定台部１２ａの幅が
比較的小さい場合には、その幅方向の中心軸上に１個の
荷重計１４を配置して移動荷重を測定することもでき
る。

【００２１】本実施例の荷重計１４は、例えば、一端側
に加わる荷重を測定する方式のものを使用することがで
き、このような荷重計は、歪みゲージに加えられる歪み
量を電気信号に変換するものであり、面状のものでな
く、重量も軽く、取り扱いも簡単になっている。

【００２２】このような状態に設置された荷重計１４に
は、測定台１２を水路１０の途中に設置すると、水路１
０が傾斜しているので、測定台１２の全重量に相当する
初期荷重がかかっている。

【００２３】計測器１６は、図４に示すように、Ａ／Ｄ
変換器１６ａと、演算処理部１６ｂと、出力表示用プリ
ンタ１６ｃとを有していて、荷重計１４の出力信号がＡ
／Ｄ変換器１６ａに入力されている。

【００２４】計測器１６の演算処理部１６ｂは、荷重計
１４から出力される測定台１２の移動荷重値を、 Ａ／
Ｄ変換器１６ａを介して、経時的なデジタル信号として
取り込み、測定台部１２ａの面積や長さをファクターと
して、必要な演算処理を行って、流動体のせん断力とし
てプリンタ１６ｃに出力する。

【００２５】以上のように構成された流動体のせん断力
測定装置においては、タンク２０内に測定対象流動体を
収容して、傾斜状態に設置されている水路１０上を流下
させる。

【００２６】このとき、水路１０の途中には、水路１０
の延長方向に沿って移動可能な測定台１２が設置されて
いるので、流動体がこの測定台１２上を流下するとき
に、測定台１２の測定台部１２ａとの間に、台部１２ａ
の表面状態に対応する摩擦せん断力が作用する。

【００２７】測定台部１２ａにこのような力が作用する
と、測定台部１２ａは、水路１０の傾斜に沿って、下流
方向に移動しようとする。このときの測定台部１２ａの
移動荷重は、支持材１２ｄが当接している荷重計１４に
より検出される。

【００２８】荷重計１４により検出されたこの移動荷重
値は、経時的に計測器１６に送出され、計測器１６の演
算処理部１６ｂで演算処理することで流動体のせん断力
が求められる。

【００２９】さて、以上のように構成された流動体のせ
ん断力の測定方法および測定装置によれば、測定台１２
上に被測定流動体を流下させたときの、測定台１２の移
動荷重を荷重計１４で測定し、測定された移動荷重値に
基づいて被測定流動体のせん断力を求めるので、流動体
が流下する測定台１２は、土砂粒子を固着することなど
により、実情に合わせた各種各様の状態に簡単に変更す
ることができ、実情に即した高精度の測定が可能にな
る。

【００３０】また、荷重計１４は、例えば、一端側に加
わる荷重を測定する方式のものを使用することができ、
このような荷重計１４は、面状のものでなく、重量も軽
く、取り扱いが簡単になる。

【００３１】さらに、本実施例の場合には、測定台１２
は、水路１０の底面上に配置される測定台部１２ａと、
この台部１２ａに回転自在に取り付けられ、底面上を転
動する複数のローラ１２ｂとで構成しているので、測定
台１２が移動する際の、測定台１２自身の摩擦抵抗を実
質上零にすることができ、簡単な構造でより一層高精度
の測定が可能になる。

【００３２】図５から図８は、上記構成の測定装置を実
際に制作して、土石流のせん断力を測定下場合の、試験
状態および測定結果を示している。この試験では、水路
１０の幅および高さをそれぞれ５０ｃｍとし、全長を９
ｍに設定した。また、測定台部１２ａの長さを７５ｃｍ
に設定した。

【００３３】流動体としては、水と粒度調整した川砂な
いしは砂利とを準備した。土石流を流下させる際には、
砂と水とを予め混合し、図５に示すように、土石流が一
定の深さおよび長さで流下する場合と、図７に示してい
るように、鉄砲水に相当するように流体が一度に流下す
る場合の双方を行った。

【００３４】図７の場合には、水を仕切り板で堰きと
め、その下流側に土砂留め板で堰きとめた土砂を準備
し、仕切り板を引き抜いた後に、土砂留め板を倒して、
鉄砲水に見立てた。 測定台部１２ａの上面には、土粒
子を付着させたジオメンブレンを固着した。図６および
図８に示したグラフがこれらの測定結果である。

【００３５】図６，８に示したグラフでは、経時変化の
前部分に示されている一定値が測定台部１２ａの初期荷
重値であり、これに連続するピーク値が土石流を流下さ
せた場合の荷重値である。これらの測定結果から明らか
なように、土石流を一度に流下させる場合には、非常に
大きなせん断力が発生することが判る。

【００３６】図９は、本発明にかかる流動体のせん断力
測定装置の他の実施例を示しており、上記実施例と同一
若しくは相当する部分には、同一符号を付してその説明
を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説
明する。

【００３７】これらの図に示した実施例では、上記実施
例の測定台１２のローラ１２ｂに替えて、測定台部１２
ａの下面に、下端が水路１０の底板１０ａに接触する摩
擦低減材で形成した脚部１２ｅを設けている。

【００３８】このように構成した測定台１２では、測定
台部１２ａが水路１０に沿ってスライド移動することに
なるが、このような構成でも上記実施例と同等の作用効
果が得られる。

【００３９】

【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
本発明にかかる流動体のせん断力の測定方法および測定
装置によれば、取り扱いが簡単でしかも実情に即した高
精度の測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる流動体のせん断力測定装置の一
実施例を示す全体側面図である。

【図２】図１の上面図である。

【図３】図１のＡ部断面図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】本発明にかかる流動体のせん断力測定装置の実
測実験の一例を示す説明図である。

【図６】図５の実測実験における測定結果を示すグラフ
である。

【図７】本発明にかかる流動体のせん断力測定装置の実
測実験の他の例を示す説明図である。

【図８】図７の実測実験における測定結果を示すグラフ
である。

【図９】本発明にかかるせん断力の測定装置の他の実施
例を示す要部説明図である。

【符号の説明】

１０ 水路 １０ａ 底板 １２ 測定台 １２ａ 測定台部 １２ｂ ローラ １２ｃ 摩擦低減材 １２ｃ 支持材 １４ 荷重計 １６ 計測器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の傾斜角度で傾斜した水路上を流動
   体が流下するときに、前記水路底面に作用するせん断力
   の測定方法において、 前記水路の途中に、当該水路の延長方向に沿って移動可
   能な測定台を設置し、 前記測定台上に被測定流動体を流下させたときの、当該
   測定台の移動荷重を測定し、 測定された移動荷重値に基づいて前記被測定流動体のせ
   ん断力を求めることを特徴とする流動体のせん断力の測
   定方法。
2. 【請求項２】 所定の傾斜角度で傾斜した水路上を流動
   体が流下するときに、前記水路底面に作用するせん断力
   の測定装置において、 前記水路の途中に、当該水路の延長方向に沿って移動自
   在に設けられた測定台と、 前記測定台の移動方向の端部に設けられた荷重計とを備
   え、 前記測定台上に被測定流動体を流下させたときの、前記
   測定台の移動荷重を前記荷重計で測定し、 測定された移動荷重値に基づいて前記被測定流動体のせ
   ん断力を求めることを特徴とする流動体のせん断力の測
   定装置。
3. 【請求項３】 前記測定台は、前記水路の底面上方に配
   置される平板状の測定台部と、この測定台部に回転自在
   に取り付けられ、前記底面上を転動する複数のローラと
   を有することを特徴とする請求項２記載の流動体のせん
   断力の測定装置。