(57)【要約】【課題】間隙空気圧計に接続する管路内の空気を脱気水で排斥し、管路内の空気による補正を要しない不飽和土の三軸圧縮試験装置及び不飽和土の三軸圧縮試験方法を提供する。【解決手段】不飽和土の三軸圧縮試験装置において、供試体Ｓの上面に配置される、空気圧を水圧に変換する圧力変換ユニット２と、一端が前記圧力変換ユニット２に接続され、他端側に第１バルブ３２を、中間部に圧力計３１を有する第１チューブ３３と、一端が前記圧力変換ユニット２に接続され、第２バルブ３４を有する第２チューブ３５とを備える。【選択図】図１
2020012709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不飽和土の三軸圧縮試験装置において、
供試体の上面に配置される、空気圧を水圧に変換する圧力変換ユニットと、
一端が前記圧力変換ユニットに接続され、他端側に第１バルブを、これらの中間部に圧力計を有する第１チューブと、
一端が前記圧力変換ユニットに接続され、第２バルブを有する第２チューブと
を設けたことを特徴とする不飽和土の三軸圧縮試験装置。
【請求項２】
前記圧力変換ユニットは、
略円柱形状であって、底面中央に凹部及び該凹部の外側に環状溝並びに前記底面の前記凹部と上面とを結ぶ独立した２つの通し孔を有するユニット本体と、
前記凹部に嵌合される多孔性のサポート材と、
前記環状溝に嵌合されるフィルタ用止水部品と、
前記凹部に嵌合された前記サポート材及び前記環状溝に嵌合された前記フィルタ用止水用部品を覆い前記底面に配置される、空気は通すが水は通しにくいフィルタと、
前記フィルタを、前記底面に密着固定させる、多数の通気孔を有する押さえ蓋と、
前記第１チューブ及び前記第２チューブと、前記２つの通し孔の前記上面のそれぞれの開口部との間に密着配置されるチューブ用止水部品と、
前記ユニット本体の上面に配置される載荷ピストン固定部と
を有していることを特徴とする請求項２記載の不飽和土の三軸圧縮試験装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧力変換ユニットを用いて不飽和土の三軸圧縮試験を行う方法において、
前記圧力変換ユニットを止水性が確保された状態で供試体上面に固定させ、
第１バルブを有する第１チューブの他端を前記圧力変換ユニットに接続し、前記第１バルブと前記圧力変換ユニットとの中間部に圧力計を配置し、
第２バルブを有する第２チューブの一端を前記圧力変換ユニットに接続し、
圧力計と前記供試体の間の経路に脱気水を満たすことによって、
前記圧力変換ユニットを通じ、前記供試体内で発生した間隙空気圧を脱気水の水圧に変換し、前記間隙空気圧を測定すること
を特徴とする不飽和土の三軸圧縮試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土のせん断強さを求めるための土三軸圧縮試験に係り、特に不飽和土の三軸圧縮試験の間隙空気圧を測定する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤工学の分野において、土は、土粒子、間隙水、間隙空気から成る三相混合体として捉えられることがある。土粒子の間隙がすべて水で満たされている土は飽和土と、間隙中に水と空気が共存するものは不飽和土と呼ばれる。
【０００３】
土の力学特性を把握する試験として、三軸圧縮試験が知られている。そして、不飽和土の挙動把握としては、繰返し荷重や単調荷重が作用したときの、土粒子間に存在する水の表面張力に由来する粒子間結合力を評価することが重要である。
【０００４】
この粒子間結合力は、表面張力及びサクションの効果が考慮され、サクションは、間隙水圧と間隙空気圧の差で表される。そこで、不飽和土を対象とする三軸圧縮試験の場合、間隙水圧及び間隙空気圧をそれぞれ独立に測定する必要がある。
【０００５】
従前の不飽和土三軸圧縮試験装置の三軸圧力室では、供試体下部にセラミックフィルタ付ペデスタルを置き排水の制御及び間隙水圧の測定を行い、フィルタ材を付けた上部キャップで排気の制御及び間隙空気圧の測定を行っていた。このうち、間隙空気圧の制御に用いられるフィルタ材としては、透気性が良く吸湿性の少ないガラス繊維布（グラスファイバークロス）や四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）などが選択されていた。そして、間隙空気圧計と供試体の空気とを結ぶ間隙空気圧測定経路が設けられ、この経路は、ガラス繊維布フィルタ上部から上部キャップ内を通り、間隙空気圧計に繋がれる１本の管路により形成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２３３０５８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ＦＵＳＡＯ  ＯＫＡ、外５名、「ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬ  ＳＴＵＤＹ  ＯＮ  ＴＨＥ  ＢＥＨＡＶＩＯＲ  ＯＦ  ＵＮＳＡＴＵＲＡＴＥＤ  ＣＯＭＰＡＣＴＥＤ  ＳＩＬＴ  ＵＮＤＥＲ  ＴＲＩＡＸＩＡＬ  ＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ」、ＳＯＩＬＳ  ＡＮＤ  ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮＳ  Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ、Ｆｅｂ．２０１０、Ｖｏｌ．５０、Ｎｏ．１、ｐ．２７−４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従前の不飽和土の三軸圧縮試験装置あるいは三軸圧縮試験方法では、供試体と間隙空気圧計を繋ぐ管路内に、体積変化しやすい空気が存在することとなっていた。その結果、この管路内の空気の影響により、精度確保が困難なものとなっていた。
【０００９】
管路内の空気の影響を小さくするために、供試体至近部の上部キャップに空気圧計を設ける試みがあった（非特許文献１）。しかし、不飽和土を対象とする三軸圧縮試験装置は、水位変化測定のために二重セル構造となっており、三軸圧力室内が狭く、機器の追加が困難であった。また、制御機構の複雑化、三軸圧力室内の煩雑化、それに見合うだけの精度確保が問題であった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、間隙空気圧計に接続する管路内の空気を脱気水で排斥し、管路内の空気による補正を要しない不飽和土の三軸圧縮試験装置及び不飽和土の三軸圧縮試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の要旨は、不飽和土の三軸圧縮試験装置において、供試体の上面に配置される空気圧を水圧に変換する圧力変換ユニットと、一端が圧力変換ユニットに接続され、他端側に排気又は排水のための第１バルブを有し、その中間部に圧力計を有する第１チューブと、一端が圧力変換ユニットに接続され、排気又は排水のための第２バルブを有する第２チューブとを設けたことを特徴とする不飽和土の三軸圧縮試験装置にある。
【００１２】
本発明に係る不飽和土の三軸圧縮試験装置において、前記圧力変換ユニットは、略円柱形状であって、底面中央に凹部及び凹部の外側に環状溝並びに底面の凹部と上面とを結ぶ独立した２つの通し孔を有するユニット本体と、凹部に嵌合される多孔性のサポート材と、環状溝に嵌合されるフィルタ用止水部品と、凹部に嵌合されたサポート材及び環状溝に嵌合されたフィルタ用止水用部品を覆い底面に配置される、空気は通すが水は通しにくいフィルタと、フィルタを底面に密着固定させる、多数の通気孔を有する押さえ蓋と、第１チューブ及び第２チューブと、２つの通し孔の上面のそれぞれの開口部との間に密着配置されるチューブ用止水部品と、ユニット本体の上面に配置される載荷ピストン固定部とを有するものであることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の他の要旨は、前記圧力変換ユニットを用いて不飽和土の三軸圧縮試験を行う方法において、圧力変換ユニットを止水性が確保された状態で供試体上面に固定させ、第１バルブを有する第１チューブの他端を圧力変換ユニットに接続し、第１バルブと圧力変換ユニットとの中間部に圧力計を配置し、第２バルブを有する第２チューブの一端を圧力変換ユニットに接続し、圧力計と供試体の間の経路に脱気水を満たすことによって、圧力変換ユニットを通じ、供試体内で発生した間隙空気圧を脱気水の水圧に変換し、間隙空気圧を測定することを特徴とする不飽和土の三軸圧縮試験方法にある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、間隙空気圧の測定に際し、間隙空気圧計から供試体までの経路である管路内の空気を排斥することができ、管路内の空気による補正を要しない不飽和土の三軸圧縮試験が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る不飽和土の三軸圧縮試験装置の三軸圧力室の略示断面図である。
【図２】本発明に係る不飽和土の三軸圧縮試験装置の要部の詳細図である。
【図３】本発明に係る不飽和土の三軸圧縮試験装置の要部の平面図（Ａ）及び下面図（Ｂ）である。
【図４】本発明に係る不飽和土の三軸圧縮試験装置の要部の分解説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
不飽和土の三軸圧縮試験装置は、不飽和土三軸圧力室、セル圧供給装置、間隙空気圧及び間隙水圧供給装置、圧縮装置及び応力・変位・体積変化・排水量・間隙空気圧並びに間隙水圧測定装置から構成される。
【００１７】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載においては、同一の部分には同一の符号を付している。図面は模式的なものであり、各部の寸法の比率は現実のものとは異なることがある。
【００１８】
図１は、本実施例に用いる不飽和土三軸圧力室１の構成を示すものである。すなわち、不飽和土三軸圧力室１は、不飽和土三軸圧力室１の下部に設けられたセラミックディスク付きペデスタルに、ゴムスリーブに収納した土の供試体Ｓが載置され、この供試体Ｓの上面には圧力変換ユニット２が載置される。セラミックディスクには間隙水圧計と排水バルブが繋がれる。圧力変換ユニット２上部には、第１チューブ３３と第２チューブ３５が連結される。第１チューブ３３には、順に、圧力計３１と第１バルブ３２が三軸圧力室１外で接続される。また、第２チューブ３５には、第２バルブ３４が三軸圧力室１外で接続される。
【００１９】
圧力変換ユニット２のユニット本体２１の外観は、略円柱状に形成される(図２及び３参照）。素材としては、防錆性及び耐圧性を有するものが好ましく、アルミニウムをアルマイト加工処理したものを選択できるが、他の素材によることを妨げない。そして、図４に示すように、ユニット本体２１には、底面と上面とを結ぶ独立した２つの通し孔２８が設けられる。この２つの通し孔２８は、排気又は排水の役割を持つ。
【００２０】
図４に示すように、ユニット本体２１は底面中央に、通し孔２８が開口する凹部を、さらに、この凹部の外側に環状溝を有している。凹部には多孔性のサポート材２４が嵌め込まれ、環状溝にはフィルタ用止水部品２５が嵌め込まれる。嵌合されたサポート材２４及びフィルタ用止水部品２５を覆い底面全体に、空気は通すが水は通しにくいフィルタ２２が配置され、ネジ止めにより押さえ蓋２３を用いて圧着固定する。このフィルタ２２のフィルタ材として、ＰＴＦＥメンブレンフィルタが好適である。ただし、計測時間に支障のない透気性と一定の限界耐水性を持つフィルタ材であれば、他の素材によることを妨げない。なお、ＰＴＦＥメンブレンフィルタには様々なポアサイズがあるところ、耐圧性やレスポンスの良さなどを考慮し適宜のポアサイズを選択すべきことになる。また、押さえ蓋２３をネジ止めにより固定するに際し、フィルタには予めネジ通し孔を設けておくことが好ましい。サポート材２４は、ユニット本体２１底面中央に設けられた凹部へ嵌め込まれる。サポート材２４は、フィルタ２２の変形を防止する役割を担いつつ、脱気水を通過させ易い素材によって円盤状に形成される。フィルタ用止水部品２５は、止水性を確保する機能を有し、シリコン製ゴムのＯリングが選択できる。
【００２１】
図３（Ｂ）に示すように、円盤状の押さえ蓋２３の中心部には、供試体Ｓ内の間隙空気圧を伝達するための、多数の通気孔が設けられる。
【００２２】
図２及び図３（Ａ）に示すように、ユニット本体２１の上面には、載荷ピストンに連結させるための載荷ピストン固定部２７が配置される。載荷ピストン固定部２７は、対抗する一部の弓形部分が折れ曲がった円盤状を成し、通し孔２８に第１チューブ３３及び第２チューブ３５を連結させるネジ穴と、載荷ピストン固定部２７をユニット本体２１に固定させるネジ穴が、それぞれ２つ設けられている。そして、ユニット本体２１上面に載荷ピストン固定部２７を配置し、ユニット本体２１に設けられた２つの通し孔２８の上面開口部にそれぞれチューブ用止水部品２６を嵌め込み、ポリエチレン製の第１チューブ３３及び第２チューブ３５はネジによりそれぞれ圧着連結される。
【００２３】
以上が、本発明の実施の形態に係る主たる構成要素である。これらを用いて不飽和土の三軸圧縮試験を行う手順を以下に示す。
【００２４】
非排気状態で三軸圧縮試験を行う場合、先ず、第１バルブ３２及び第２バルブ３４を開ける。そして、第２チューブ３５、圧力変換ユニット２、第１チューブ３３及び圧力計３１からなる排気系統に、第２チューブ３５側から脱気水を注水し、この排気系統が脱気水で充満されたことを確認した後、第２バルブ３４及び第１バルブ３２を閉める。第２チューブ３５側から脱気水を注水することにより、脱気水よりも軽い空気が上方へ押し出されて、排気系統内から完全に空気を排斥することが可能となる。
【００２５】
供試体Ｓと脱気水との境界すなわち圧力変換ユニット２下部には、空気を通すが水は通しにくいフィルタ２２が圧着配置されているため、圧力計３１と供試体Ｓとの間の経路に脱気水を満たすことによって、ダイレイタンシーが生じたときに供試体Ｓ内で発生する空気圧を水圧に伝達させ、水圧を介して供試体Ｓ内の間隙空気圧を圧力計３１で測定することができる。なお、フィルタ用止水部品２５と押さえ蓋２３は、供試体Ｓ側に脱気水が流出することを防止する機能を有している。また、第１チューブ３３及び第２チューブ３５は、脱気水の注水機能と、空気圧から水圧への圧力変換の機能を有している。
【００２６】
排気状態で三軸圧縮試験を行う場合、第１バルブ３２及び第２バルブ３４を開けたままにして、排気状態を維持する。
【００２７】
以上のように第１バルブ３２及び第２バルブ３４を開閉することにより、様々な地盤条件を想定した排気条件を制御可能なものとした三軸圧縮試験を行うことができる。
【００２８】
以上説明した本発明は、上記した実施形態のみの構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の本質を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１    三軸圧力室
２    圧力変換ユニット
２１  ユニット本体
２２  フィルタ
２３  押さえ蓋
２４  サポート材
２５  フィルタ用止水部品
２６  チューブ用止水部品
２７  載荷ピストン固定部
２８  通し孔
３１  圧力計
３２  第１バルブ
３３  第１チューブ
３４  第２バルブ
３５  第２チューブ
Ｓ    供試体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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