JPS6176933A - 回転水路型土石流試験法とその試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、山地及び山地に近接する地域における土石流
現象を実験室内で再現し、土石流の発生、流動、停止条
件を定量的に１１１Ｉ定でトろ土石を試験法とそのｉ＆
験装置に関するものである。

〈従来技術〉 従来の土石流試験法及び試験装置は、水で飽和した土砂
サンプルを傾斜水路内で流すか、傾斜水路内ｔこ薄い土
砂層を作成し、上方より水を流して土石流を発生させ、
そのときの流動状態のＴＩｌ察、ビデオに上る撮影によ
って土石流の流速等を測定するものであっｔこ。

＆４幹の水の場合、せんｗＦＩｙｆｑが流動深によって
変化しないので、浅底の模型水路内の実験で、現実の川
の水流の試験を行なうことが可能である。

しかし土砂の場合、＠直荷重に比例して、せん断強さが
増大するので水と土の混合物である土石流現象を実験室
で調べる１こは、土石流の流動床に対応した垂直荷重を
載荷しつつ、流動を発生さ命なければならないが、傾斜
水路の上う１こ一瞬に土石流が通過するものでは垂直荷
重の載荷は不可能であり、又、よ右部、土塊の応力、変
形などの定量的計測も容易ではなく、従って土石流発生
時の状況を正確に把握することが困難であった。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は、現実の土石流に対応する垂直荷重を載荷しつ
つ土砂の流動を発生させ、その時の土砂の応力と変形の
計測が行な北、土石流の発生、流動、停止条件を定量的
に計測できる方法と試験装置の提供を図る。

〈問題点を解決する為の手段〉 本発明は、定常的に流動が発生できるように水路を円形
且つ上下２つ割りにして、二のうち何れか一方の水路を
回転させる事により、水路内に収容した土砂を相対的に
流動させると共に、流動法に対応する垂直荷重を載荷す
る０両水路内の土砂サンプルにかかる垂直応力及びせん
断応力の検出器と土砂サンプルの流動中における垂直変
位の検出器と、両水路の相対速度を測定する回転速度検
出器とを取付けることにより、流動する土砂にかかる応
力、変形等を連続的に計測するようにしている。

〈実施例〉 以下、本発明についで第１，２図を用いて詳述ｒると、
（図１は回転水路型土石流ｉ＆験装置の構造を示し、図
２は同北装置上面の平面略図を示す。）１は試験装置の
本体であり、これに回転容器を回転させるモーター２並
びに回転速度を大きく数段に変化させる変速ギアーボッ
クス３が取付けら洗るほか、中心軸の外側にボールベア
リングを介して回転台５と、その上に回転容器」が設ａ
され、該中心軸の内側にはボールベアリングを介して垂
直荷重伝達ロッド６が垂直に枢設され、該ロッド６の上
端に嵌入固定した装置上盤７の下には垂直荷重載荷用気
密室８と、載荷板９と、そしてその下に静１１：容器１
０が収付けられている。土砂サンプル１１゛は、上下水
路４，１０の内部１１に入れられ、送気チューブ１２に
より所定圧力の空気が気密室８に送り込まれると、載荷
板９がサンプルに垂直荷重を５乏る。載荷板９は圧密及
びせん話中ベアリングを介して支柱〃イド１３で支えら
れる垂直な支柱１４により常に水平に保たれる。

サンプルの圧密及びせん話中の体積変化は３本の上記支
柱１４の上端を連結するＴ型金具１５により、回転容器
の中心でダイアルゲージ１６で測定される。

サンプルにかかる垂直荷重は、本体１と装置上盤７をつ
なぐロフト６の途中に取付けられた荷重計１７で測定さ
れる。荷重計にねヒリの力が作用すると正確な荷重が測
定されないので、上盤を動かしても荷重計１７に影響が
でないように回転支点１８が取付けられている。又、上
盤の高さの調整即ち、上下の環状水路の間隔を調整する
ために、垂直荷重伝達ロッド６の最下部に昇降ギアー１
９が設置されており、その動きはダイアルゾーン２０で
測定される。環状水路下部を回転する事によりサンプル
にがかるせん断荷重は、環状水路上部を静止させるに必
要な力に等しい、環状水路上部を回転させない為に、装
置上盤７外周側方にアーム２１か固定され、これが装置
木本に固定されだせん断荷重測定用荷重、？Ｌ２２＋こ
ｑｔこるようになっていて、該荷重計２２で測２される
力によりサンプルにがかるせん断荷重が求められる。一
方、せん断速度は回転台５の下面に接触するローラー２
３°が回転台の回転と共に回り、その回（が装置木本１
に取付けられた回転式可変抵抗器２３により測定８八る
。

装置上盤７には、上盤吊り下げバンド２４゛が取付けら
れ、チェーンブロック２５で上盤をつり上げ、サンプル
の出し入れの際に用いられる池、試験中も上盤の荷重に
相当する力でつり上げておき、垂直荷重伝達ロッド６及
１荷重計１７に引張力のみが１ヤ用するように保つ為に
用いられる。

犬に、Ｊス状静止容器１０と回転容器４を図３、図４を
用いて、より詳細に説明する。

静止容器と回転容器とはサンプルのせん話中、微少なス
リントＳを保もサンプルがもれず、しがら直接に両水路
が接触しないように保持されている。このたｔ）、入リ
ットＳは鉛直より少し傾いた角度で形成しており、上盤
を上昇させると両エツノ２６，２７ｊｌｌｌに微少なス
リノ）Ｓが開き、仮に上盤が上下に少し動いても、スリ
ット幅にはあ主ｌ）変化は出ないので２両エノ／を接触
させず、且つサンプルのもれを防ぐのに効果的である。

しかし、サンプルの粒子が細かい場合には、下位の二ツ
ノ２フにオイル等を塗り、且つ久リットＳを保った状態
でシリコンゴム２８を画工ツノの内側の凹部に充填し、
ノリコンコム２８をエツジ２６側に接着する。

回転中、ノリコンコム２８と下位エノノ２７の開では、
隙間がなく、しがちゴムであるため接触による微少な変
杉があっても、シリコンゴムにかがる垂直荷重、せん断
荷重はサンプルにががる全垂直荷重、せん断荷重に比べ
ても無視し得る値に保つ二とができる。

サンプルの流動の状況は、静止及び回転容器の外１１１
ｇ２９．３０が透明アクリルであり、且つサンプルを飽
和するのに必要な水溜め用の円筒壁３１も透明アクリル
であり、装置外側上りＩ［！を察できる。サンプルを水
で飽和する時は、吸水口３２より、水を供給すると回転
容器底面に埋め込まれた９個の円形ホーラスメタル３３
を通じて水が、サンプル内に侵入する。サンプルがぜん
話中、側水路の上下面ですべることを防ぐために、回転
容器のポーラスメタル３３及ブ姓荷板９に取付けた９個
の円形ポーラスメタル３３゛のサンプル幻向面には数多
くの針が植立されている７更に、載荷板９のポーラスメ
タル以外の所には全てゴム板４８が貼り付けられており
、す７ブルのすべりを完全に防いでいる。

せん話中、サンプルの体積を一定に保つ試験をイテなう
際には、２つ割りの支持固定板３４゛を支往〃イド１３
の上面に当てた状態で、ボルト３６を締めて支柱＋４に
固定し、次に支社〃イド１３に螺子止めされたボルト３
４とナツト３５を用いて、この支柱固定板３４゛を固定
し、載荷板９の位置を一定に保つ。

又、せん話中、サンプルにかかる垂直荷重を一定に保つ
試験を行なう際には、チ二一プＩ２より送られる空気圧
を一定に保てば、垂直荷重載荷用気密室８がゴム３７　
、３８で気密が保たれている為、抵抗なく蝦荷板９はサ
ンプルの体積変化ｉ２件なって上下し、サンプルにかか
る！Ｔ垂直荷重が一定に保たれる０回転台５の回転を荷
重制御で与える試験を行なう時は、回転台５の外側の溝
にワイヤーローブ４９を巻き付け、ワイヤーローブの方
向をプーリー４１．４２で変えローブの先端に取付けた
重り入れ４３に重りを入れる事により、回転力を与える
。

尚、垂直荷重、せん断荷重、体積変化、せん断速度、環
状の静止、回転容器上下間の距離の変化の測定は、各々
荷重計１７．２２、ダイヤルゲーノ１６゜２０、可変抵
抗器２３の検出器により電気信号に変えてパネルメータ
ーに数値表示されると共に、ペンレコーグ−１こグラフ
として自記々録される。

〈作用〉 犬に本発明の一連の（ヤ用、操作について述べる。

垂直荷重伝達ロッド６の上端のナツト４イと上盤の押え
金具４５をはずし、静止容器１０と装置上盤７を固定し
ている艮いポル）３９．４０をはずし、チェーンブロッ
ク２５で装置上盤７と、それに取けけられた垂直荷重載
荷、［９と、気密室８ｉ；：吊り上げて取り除き、上記
側水路内部に試験に供するサンプル１１’を所定の密度
で入れる。試験を飽和条件で行なう時は、回転台５の下
皿の給水口３２１ニホー又をっないで注水し、サンプル
が水で充分飽和したことを確認した後、装置上盤７をチ
ェーンブロック２５で吊り下して、静止容器４上邪の螺
子孔及びＨＲ中犬のロッド６に合わせてはめ込み、ボル
ト３９．４０とで１２ｉ１定する。又、上盤７の固定後
に水で飽和する時には、サンプル内の空Ｘはポーラスメ
タル３３゛と載荷板の支柱１４の中心孔４６を通じて徘
ｒＸさせる。従って、水で飽和する手順は上記何れでも
良い。

Ｉ２１１の上記昇降ギアー１９のハンドルを回して、垂
直荷重ｆ三速ロッド６の上盤との当たり部４７を上盤７
に°ξてて、」―部上リナ７ト４４と押え金具４５で上
盤７をＥｌ　ｙ　Ｆ″６に固定する。更に、グイヤルデ
ーノ２０で検出さｊする変位を見なから上盤９を上昇さ
φて所定の又リットＳをあ（する。

チェーンブロック２５により、ばね計９２４、吊り下げ
ペンＶ２３を介して、上盤７、ロッド６を吊りＬげる。

これは、回転支７点、昇降ギアー内にある遊びをなくし
、サンプルにががる垂直荷重が変化しても環状水路、ｌ
―丁間の又リッ）Ｓを一定に保たせるためである、また
、ばね計９２４内のはねは。

垂直荷重の変化により荷重計１７内のストレインデーノ
の貼り付は部が微少伸縮した時に、上盤を吊り上げる力
が変化することを防ぐ役割をなす。

次にチェー１１２を介して、圧縮空気を気密室８内に送
り込み、載荷板７を介してサンプルを１密し、圧密量は
グイヤルデーノ１６で記録する。その後、せん話中にサ
ンプルの体積を一定に保つ試験では、支柱固定板３４゛
とボルト３４、ナツト３５を用いて、支柱１４を上盤７
に固定し、載荷板の位置を一定に保つ、又、せん話中サ
ンプルの垂直荷重を一定に保つ試験（等圧試験）では、
支柱固定板３４゛をはずしチューブ１２より一定圧力の
圧縮空気を載荷する。

サンプルのせん断は、図１のモーター２によって回転台
５を回転させて行なうか、図３の重り入れ４３に重りを
段階的に入れながら、せん断荷重を増加させて回転台を
回転させる。

モーターを用いる場合は、ギアー３を切換える事により
段階的に、又、モーター電源の周波数を変えることによ
り連続的に速度を変化させることができる。

試験は土石流に関する種々のサンプルを用い、また想定
している土石流に対応する］Ｉ垂直荷重、せん断速度、
せん断応力、サンプルの密度等の条件な与んて、サンプ
ルを流動させ、その時の垂直応ツバせん断応力、体積変
化、せん断速度を各々１７゜２２．１６．２３の検出器
により電気信号にかえて自記々録することにより、土石
流現象の定量的解析を行なう３ 〈発明の効果〉 台風や婁中東雨の際には、日本各地で土石流が発生する
が、土石流の発生、流動、停止＠溝は、土石流現象が一
瞬のうもに過ぎ去り、専門家がこれを観察、計測するこ
とは、かなり困難である。

このため、傾斜水路内で疑似土石流を発生させ、これを
ビデオ撮影して、解析する手法が従来用いられてきたが
、模型水路では現実の土石流に相当する流動性を持つ土
砂流動の再現は困難であり、通常、現実の土石流の流動
床の１．／１０以下の実験が行なわれてきた。しかし、
土石Ｉ庇は、上と水の混合物なので、水だけの場合と異
なり、土砂の流動性、即ち垂直荷重により流動特性、せ
ん断時性が変化する。従って、流動床が浅く且つ垂直荷
重が載荷できない傾斜水路実験によって現実の土石流の
流動特性、せん断時性を定量的に調べることは、かなり
困難であった。

これに対し、本発明による土石流試験法と試験装置は、
現実の土石流の流動床に対応する垂直荷重を載荷しつつ
、土石流の流動を再現することを可能とし、又、その時
の流動状況の観察と諸要素の定量的計測を可能にした。

さらに、この試験方法と試験装置によれば、土石流の流
動を任意の速度で定常的に再現できることか呟−瞬に土
石流現象が終わってしまう水路実験と異なり、逼かに容
易に且つ正確に諸要素の計測と流動状況の観察が可能と
なった。

従って、本試験方法と試験装置の発明は、土石ｌ廐の発
生、流動、停止融構及びその条件の研究に碌めて有効で
あり、土石流の発生渓流の予測、発生じた土イ１°流の
流下・先回の予測等、土石流災害の軽減、防止に大きく
寄与できる有効な発明である。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、本発明の実施例を示し、 第１１２Ｉは装置中央断面における概観図、ｔＩＳ２図
は同上装置上面の平面略図、第３図は要部拡大縦断面図
、 第４図は回転容ｉ！蓼と静止容器の二ツノ邪分の拡大図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、土砂あるいは他の粒状物のサンプルを、相対向する
   静止容器と回転容器とに跨って保持し、該サンプルを水
   飽和或は不飽和条件下で加圧或は無加圧状態のもとで、
   上記回転容器を回転することによりせん断し、これより
   該サンプルの流動時の応力、変形、流動状況等について
   各々の流動深に対する流動特性を測定するようにしたこ
   とを特徴とする回転水路型土石流試験法。 ２、土砂その他粒状物等のサンプルを収容する回転容器
   と、該回転容器に対向する静止容器と、前記両容器内に
   水飽和或は不飽和状態で収容したサンプルに一定圧力を
   載荷する垂直荷重載荷装置と、これよりせん断荷重、垂
   直荷重、せん断速度、垂直変位等の諸量を引き出す装置
   とからなり、各々の流動深に対する流動特性を測定する
   ようにしたことを特徴とする回転水路型土石流試験装置
   。