(57)【要約】 【課題】  垂直方向に付加する圧縮力や、水平方向に付加するせん断力を繰り返し付加する動的試験を行う。【解決手段】  不連続面２１を備えた供試体２に繰り返し圧縮力やせん断力を付加する動的試験装置１であって、不連続面２１より上側の供試体が配設された上側せん断箱２２Ｂと、上側せん断箱２２Ｂに垂直方向の圧縮力の載荷と除荷との繰り返しが可能な垂直油圧シリンダ３と、それを制御可能な垂直荷重制御手段と、不連続面２１より下側の供試体が配設された下側せん断箱２３Ｂと、下側せん断箱２３Ｂにせん断力を繰り返し与えることが可能な水平油圧シリンダ７と、それを制御可能なせん断力制御手段と、を備え、供試体２の動的試験を行う際は、垂直油圧シリンダ３および水平油圧シリンダ７の少なくともいずれか一方によって、供試体２に圧縮力やせん断力を繰り返し付加する、ことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不連続面を備えた供試体に繰り返し圧縮力やせん断力を付加する動的試験装置であって、
前記不連続面より上側の供試体が配設される上側せん断箱と、
前記上側せん断箱に垂直方向の圧縮力の載荷と除荷との繰り返しが可能な垂直荷重載荷手段と、
前記垂直荷重載荷手段を制御可能な垂直荷重制御手段と、
前記不連続面より下側の供試体が配設される下側せん断箱と、
前記下側せん断箱にせん断力を繰り返し与えることが可能なせん断力付加手段と、
前記せん断力付加手段を制御可能なせん断力制御手段と、
を備え、
前記供試体の動的試験を行う際は、前記垂直荷重制御手段および前記せん断力制御手段の少なくともいずれか一方によって、前記供試体に前記圧縮力や前記せん断力を繰り返し付加する、
ことを特徴とする動的試験装置。
【請求項２】
前記垂直荷重制御手段は、サーボ制御により任意の波形の圧縮力を付加する、ことを特徴とする請求項１に記載の動的試験装置。
【請求項３】
前記せん断力制御手段は、サーボ制御により任意の波形のせん断力を付加する、ことを特徴とする請求項１に記載の動的試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、岩盤不連続面の動的試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物などの構造物を建設する際には、建設地の地盤を考慮して安定性を評価する必要があり、特に高い安定性が要求される建造物は、岩盤上に建設されることがある。
【０００３】
ところで、岩盤であっても、例えば、地下空洞を有する岩盤や岩盤斜面など一様ではない箇所における安定性の評価では、岩盤中に存在する割れ目などの不連続面から岩盤などが破壊される場合の強度が測定される。
【０００４】
そこで、岩盤の不連続面のせん断強度を測定するせん断試験装置として、上側せん断箱と下側せん断箱との相対的な位置のズレを防止すると共に、せん断供試体への偏重荷重及び応力集中を防止することができる岩盤不連続面のせん断試験装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８―２４１２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、せん断供試体に上側せん断箱を介して垂直方向に一方向（下向き方向）の荷重を付加するとともに、下側せん断箱を介して水平方向に一方向のせん断力を付加する静的試験を行うものである。
【０００７】
本願の発明者は、安定性の評価をより高精度に行うためには、上記のような静的試験に加えて、実際の地震動を想定して、垂直方向に付加する圧縮力や、水平方向に付加するせん断力を繰り返し付加する動的試験を行えば、より適切な安定性の評価を行うことができると考えた。
【０００８】
そこで、この発明は、岩盤不連続面の安定性の評価のために、垂直方向に付加する圧縮力や、水平方向に付加するせん断力を繰り返し付加する動的試験を行うことが可能な動的試験装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、不連続面を備えた供試体に繰り返し圧縮力やせん断力を付加する動的試験装置であって、前記不連続面より上側の供試体が配設された上側せん断箱と、前記上側せん断箱に垂直方向の圧縮力の載荷と除荷との繰り返しが可能な垂直荷重載荷手段と、前記垂直荷重載荷手段を制御可能な垂直荷重制御手段と、前記不連続面より下側の供試体が配設された下側せん断箱と、前記下側せん断箱にせん断力を繰り返し与えることが可能なせん断力付加手段と、前記せん断力付加手段を制御可能なせん断力制御手段と、を備え、前記供試体の動的試験を行う際は、前記垂直荷重制御手段および前記せん断力制御手段の少なくともいずれか一方によって、前記供試体に前記圧縮力や前記せん断力を繰り返し付加する、ことを特徴とする動的試験装置である。
【００１０】
この発明によれば、供試体の動的試験を行う際は、垂直荷重制御手段およびせん断力制御手段の少なくともいずれか一方によって、供試体に圧縮力やせん断力が繰り返し付加される。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の動的試験装置において、前記垂直荷重制御手段は、サーボ制御により任意の波形の圧縮力を付加する、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の動的試験装置において、前記せん断力制御手段は、サーボ制御により任意の波形のせん断力を付加する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、垂直荷重制御手段およびせん断力制御手段の少なくともいずれか一方によって、供試体に圧縮力やせん断力を繰り返し付加することができるので、供試体の動的試験を行うことができる。すなわち、実際の地震動を想定した条件下において動的試験を行うので、より適切な安定性の評価を行うことができる。このように、動的試験における垂直方向に付加する圧縮力や、水平方向に付加するせん断力の付加のされ方が実際の地震時による揺れに近いため、実際の現象に近い状態における安定性を評価することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、垂直荷重制御手段は、サーボ制御により任意の波形の圧縮力を付加することができるので、例えば、地震時の揺れなどを再現することができる。すなわち、実際の現象に近い状態における安定性を評価することができる。つまり、実際の地震動を想定した動的試験を容易に実施できる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、せん断力制御手段は、サーボ制御により任意の波形のせん断力を付加することができるので、例えば、地震時の揺れなどを再現することができる。すなわち、実際の現象に近い状態における安定性を評価することができる。つまり、実際の地震動を想定した動的試験を容易に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態に係る動的試験装置を示す正面図である。
【図２】図１の動的試験装置を示す側面図である。
【図３】図１の動的試験装置を示す上面図である。
【図４】図１の動的試験装置のＡ−Ａ面における断面図である。
【図５】図１の動的試験装置のＢ−Ｂ面における断面図である。
【図６】図１の動的試験装置の装置部を示す概略図である。
【図７】図６の動的試験装置のＣ−Ｃ面における断面図である。
【図８】図１の動的試験装置の装置部を示す概略断面図である。
【図９】図１の動的試験装置の制御部を示す概略ブロック図である。
【図１０】図１の動的試験装置によって供試体に作用させる圧縮力の波形を示す図である。
【図１１】図１の動的試験装置によって供試体に作用させるせん断力の波形を示す図である。
【図１２】図１の動的試験装置によって供試体における変位の測定を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１８】
図１ないし図１２は、この発明の実施の形態を示している。動的試験装置１は、岩盤不連続面の動的な試験に用いるものである。ここで、動的試験とは、供試体２に対して、垂直荷重（圧縮力）やせん断力を繰り返し付加した状態で、ひずみの変化を測定するものである。また、動的試験における圧縮力やせん断力の大きさは、供試体２が破壊されない、すなわち、圧縮力やせん断力を繰り返し付加できるように設定される。
【００１９】
また、この実施の形態において、荷重とは後述する供試体２の不連続面２１と略垂直方向に作用する圧縮力、または、不連続面２１と略水平方向に作用するせん断力のことである。
【００２０】
この動的試験において用いられる供試体２は、図１２に示すように、不連続面２１を境界にして、不連続面２１より上側の供試体（上側供試体）２２と、不連続面２１より下側の供試体（下側供試体）２３とを備えている。ここで、供試体２の不連続面２１は、水平面と略平行となるように配設されている。上側供試体２２は、具体的には、例えばセメントなどの固定材２２Ａによって上側せん断箱２２Ｂに固定されており、圧縮力の載荷によってずれたりしないようになっている。この上側供試体２２の変位（垂直変位）は、下側せん断箱２３Ｂに対する上側せん断箱２２Ｂの垂直方向の変位を検出することによって算出される。
【００２１】
また、下側供試体２３は、上側供試体２２と同様に構成されており、具体的には、例えばセメントなどの固定材２３Ａによって下側せん断箱２３Ｂに固定されており、圧縮力の載荷によってずれたりしないようになっている。この下側供試体２３の変位（せん断変位）は、上側せん断箱２２Ｂに対する下側せん断箱２３Ｂの水平方向の変位を検出することによって算出される。
【００２２】
このような上側せん断箱２２Ｂと下側せん断箱２３Ｂは、図２に示すように、供試体２をセットした状態でスライドし、側方から出し入れ自在となっており、垂直プレスフレーム６内に収容したり取り出したりできるようになっている。
【００２３】
動的試験装置１は、図１に示すように、主として、垂直荷重用アクチュエータ（図示略）を構成する垂直荷重載荷手段としての垂直油圧シリンダ３とそれを制御する垂直荷重制御手段（図示略）と、垂直ローラ４と、垂直リニアガイド４Ｇと、垂直荷重ロードセル５と、垂直プレスフレーム６と、せん断力用アクチュエータ（図示略）を構成するせん断力付加手段としての水平油圧シリンダ７とそれを制御するせん断力制御手段（図示略）と、水平ローラ８と、水平リニアガイド８Ｇと、押し引きロードセル（せん断荷重ロードセル）９と、ベース１０とを有している。
【００２４】
垂直油圧シリンダ３は、上側せん断箱２２Ｂに対して垂直方向（Ｆ１方向）の圧縮力の載荷と除荷との繰り返しが可能なものである。具体的には、図６に示すように垂直油圧シリンダ３は、後述する垂直プレスフレーム６を介して上側せん断箱２２Ｂに圧縮力を付加するものである。この垂直油圧シリンダ３によって付加する圧縮力は、後述する垂直荷重制御手段としての制御部１００によって制御されるようになっており、例えば図１０に示すような波形となるように制御可能である。
【００２５】
垂直ローラ４は、図１、図３に示すように、後述する垂直プレスフレーム６の両側面に対向する位置に配設されており、垂直プレスフレーム６を上下方向に移動自在とするための複数のベアリングローラで構成されている。この垂直ローラ４は、垂直リニアガイド４Ｇによって、上下方向に移動するようにガイドされている。また、垂直リニアガイド４Ｇは、図１、図８に示すように、上下方向に延びるレール部が形成された板状部材で構成されている。このようにして、垂直油圧シリンダ３による垂直方向の圧縮力の変化にともなって、垂直ローラ４が垂直リニアガイド４Ｇに沿って上下動することによって、垂直プレスフレーム６が上下方向に移動自在となっている。
【００２６】
垂直荷重ロードセル５は、荷重計測のためのものであり、図１、図２に示すように、垂直油圧シリンダ３と垂直プレスフレーム６の間に配設されており、垂直方向の圧縮力を測定するようになっている。この垂直荷重ロードセル５において測定された圧縮力は、後述する制御部１００の垂直荷重制御部１００Ａの荷重検出器１１４に伝送されるようになっている。
【００２７】
垂直変位計測計（図示略）は、図１２に示すように、センサ（図示略）によって、下側せん断箱２３Ｂに対する上側せん断箱２２Ｂの微細な変位（垂直変位）を検出するようになっており、例えば、高精度接触式デジタルセンサなどで構成される。
【００２８】
垂直プレスフレーム６は、図１、図２に示すように、垂直荷重ロードセル５と上側せん断箱２２Ｂとの間に配設されるものであり、垂直油圧シリンダ３に圧縮力が載荷されている状態において、その圧縮力によって供試体２を下側に押圧する機能を有している。
【００２９】
水平油圧シリンダ７は、図１に示すように、下側せん断箱２３Ｂに対してせん断方向（Ｆ２方向）の押し引きの繰り返しが可能なものである。具体的には、図５〜図７に示すように水平油圧シリンダ７は、押し引きすることによって、下側せん断箱２３Ｂにせん断力を付加することができるものである。この水平油圧シリンダ７によって付加するせん断力は、後述するせん断力制御手段としての制御部１００によって制御されるようになっており、例えば図１１に示すような波形となる制御可能である。
【００３０】
水平ローラ８は、図１、図２、図４に示すように、下側せん断箱２３Ｂの底面に対向する位置に配設されており、下側せん断箱２３Ｂを水平方向に移動自在とするための複数のベアリングローラで構成されている。この水平ローラ８は、水平リニアガイド８Ｇによって、水平方向に移動するようにガイドされるようになっている。また、水平リニアガイド８Ｇは、図１、図２、図４、図８に示すように、水平方向に延びるレール部が形成された板状部材で構成されている。このようにして、水平油圧シリンダ７によるせん断力の変化にともなって、水平ローラ８が水平リニアガイド８Ｇに沿って左右に移動することによって、下側せん断箱２３Ｂが左右方向に移動自在となっている。
【００３１】
せん断荷重ロードセル９は、荷重計測のためのものであり、図１、図５に示すように、水平油圧シリンダ７と下側せん断箱２３Ｂの間に配設されており、水平方向のせん断力を測定するようになっている。このせん断荷重ロードセル９において測定されたせん断力は、後述する制御部１００のせん断力制御部１００Ｂの荷重検出器１３４に伝送されるようになっている。
【００３２】
せん断変位計測計（図示略）は、図１２に示すように、センサ（図示略）によって、上側せん断箱２２Ｂに対する下側せん断箱２３Ｂの微細な変位（せん断変位）を検出するようになっており、例えば、高精度接触式デジタルセンサなどで構成される。
【００３３】
このような構成の動的試験装置１は、図１に示すように、ベース１０に固定されており、さらにベース１０は、ジャッキボルト１１によって反力枠や床面などに固定されている。
【００３４】
また、動的試験装置１は、垂直荷重制御手段およびせん断力制御手段としての制御部１００を有している。制御部１００は、図９に示すように、主として垂直荷重制御部１００Ａと、せん断力制御部１００Ｂと、任意関数発生器１０１とを有しており、垂直油圧シリンダ３や水平油圧シリンダ７に対して位置、方位、姿勢などを制御量として、目標値に追従するように制御する機能を有している。
【００３５】
任意関数発生器１０１は、垂直油圧シリンダ３や水平油圧シリンダ７に生じさせる圧縮力やせん断力のもととなる波形（関数）を発生させる装置である。これにより、圧縮力やせん断力は、例えば正弦波や三角波などの関数で示される波形で付加されるようになっている。波形は、実際の地震動を想定して設定されるようになっており、具体的には例えば、図１０、図１１に示すような波形が設定される。
【００３６】
ここで、垂直荷重制御部１００Ａは、次のように構成されている。
【００３７】
サーボバルブ１１１は、垂直サーボバルブ設定部１２０からの制御信号にもとづいて垂直油圧シリンダ３の油量を制御するものであり、これにより垂直油圧シリンダ３の位置や方向、姿勢などが制御可能となっている。
【００３８】
変位検出器１１２は、垂直油圧シリンダ３の変位を検出するものであり、検出した変位を変位増幅器１１３によって増幅して、垂直サーボバルブ設定部１２０のフィードバック選択器１２２に送信する。
【００３９】
荷重検出器１１４は、垂直油圧シリンダ３における荷重を検出するものであり、検出した荷重を荷重増幅器１１５によって増幅して、フィードバック選択器１２２に送信する。
【００４０】
加振振幅設定器１２１は、動的試験において所定の関数で示される波形の荷重を付加するために垂直油圧シリンダ３に与える振幅を設定するものである。
【００４１】
フィードバック選択器１２２は、変位検出器１１２や荷重検出器１１４が検出した垂直油圧シリンダ３の変位や荷重に基づいて、変位や荷重を設定値にするための制御の要否（設定値とのずれの有無）を判定するものである。
【００４２】
加振中心設定器１２３は、加振中心を設定するものである。
【００４３】
ループゲイン設定器１２４は、加振振幅設定器１２１と加振中心設定器１２３からの入力値と、フィードバック選択器１２２による判定結果とにもとづいてゲインを設定するものである。
【００４４】
サーボ増幅器１２５は、垂直油圧シリンダ３が所定の変位や荷重となるようにサーボへの制御信号を増幅して、サーボバルブ１１１へ伝送するものである。
【００４５】
また、せん断力制御部１００Ｂは、垂直荷重制御部１００Ａとほぼ同様に構成されているので説明を省略する。
【００４６】
このようにして、制御部１００によって、垂直油圧シリンダ３と水平油圧シリンダ７とにおいて、所定の波形の圧縮力やせん断力が作用するように制御することにより、供試体２に作用させる垂直方向に付加する圧縮力と、水平方向に付加するせん断力とをサーボ制御する。ここで、この制御部１００によって、供試体２に作用させる垂直方向に付加する圧縮力と、水平方向に付加するせん断力の組み合わせは、動的試験の内容に応じて設定されるものであり、例えば次のような組み合わせがある。
（Ａ）動的繰り返し一面せん断試験
岩盤不連続面のせん断方向の強度・変形特性を得るためのものであり、圧縮力を一定にした状態で、せん断方向に押し引きを繰り返すものである。つまり、例えば、図１１に示すような波形となるようにせん断方向に押し引きを繰り返す。
（Ｂ）動的繰り返し垂直剛性試験
岩盤不連続面の垂直方向の変形特性を得る（強度はない）ためのものであり、圧縮力の載荷と除荷とを繰り返すものである。つまり、例えば、図１０に示すような波形となるように圧縮力の載荷と除荷とを繰り返す。
（Ｃ）動的繰り返し一面せん断・垂直剛性試験
岩盤不連続面のせん断方向の強度・変形特性と垂直方向の変形特性を得るためのものであり、図１０に示すような波形で圧縮力の載荷と除荷とを繰り返すとともに、図１１に示すような波形でせん断方向に押し引きを繰り返すものである。
【００４７】
次に、このような構成の動的試験装置１による供試体２の動的試験方法および作用について説明する。ここで、この実施の形態においては、圧縮力とせん断力の組み合わせ（Ｂ）について説明する。
【００４８】
まず、動的試験を行う際の圧縮力の波形が策定される。これは、例えば、実際の地震時の揺れを再現するような波形が策定され、図１０に示すような波形が策定される。
【００４９】
そして、策定した波形が制御部１００に入力、設定されると、垂直油圧シリンダ３によって図１０に示すような波形となるように圧縮力がサーボ制御される。つまり、垂直油圧シリンダ３が制御されて圧縮力の載荷と除荷とが繰り返されるとともに、せん断力は作用していない、すなわち、せん断力制御部１００Ｂによって水平油圧シリンダ７が動作しないように制御されている。
【００５０】
そして、供試体２に対して、圧縮力の載荷と除荷とが繰り返される。垂直油圧シリンダ３による垂直方向の圧縮力の変化にともなって、垂直ローラ４が垂直リニアガイド４Ｇに沿って上下動することによって、垂直プレスフレーム６が上下方向に移動する。このとき、垂直油圧シリンダ３の変位と荷重と、供試体２の変位とが測定されている。
【００５１】
そして、測定された垂直油圧シリンダ３の変位や荷重にもとづいて、圧縮力が図１０に示すような波形となるようにサーボ制御される。
【００５２】
そして、所定時間が経過したり、供試体２が破壊されたりするまで、動的試験が行われる。
【００５３】
当該動的試験の終了後は、例えば、測定された変位などから応力・歪曲線を算出し、その変化を分析することで、当該動的試験における供試体２の特性が分析される。
【００５４】
つづいて、他の波形の圧縮力で動的試験を行う場合は、供試体２を交換し、当該他の波形が制御部１００に入力、設定されて、動的試験が開始される。
【００５５】
このようにして、波形の異なる圧縮力における動的試験によって得られた応力・歪曲線を分析することで、供試体２の特性が分析される。
【００５６】
以上のように、この動的試験装置１によれば、垂直荷重制御部１００Ａおよびせん断力制御部１００Ｂの少なくともいずれか一方によって、供試体２に圧縮力やせん断力を繰り返し付加するので、供試体２の動的試験を行うことができる。すなわち、より適切な安定性の評価を行うことができる。また、動的試験における垂直方向に付加する圧縮力や、水平方向に付加するせん断力の付加のされ方は、制御部１００によって地震時による揺れに近い波形に追従させることが可能であるため、実際の現象に近い状態における安定性を評価することができる。
【００５７】
また、垂直荷重制御部１００Ａは、サーボ制御により任意の波形の圧縮力を付加するので、例えば、地震時の揺れなどを再現することができる。すなわち、実際の現象に近い状態における安定性を評価することができる。
【００５８】
さらに、せん断力制御部１００Ｂは、サーボ制御により任意の波形のせん断力を付加するので、例えば、地震時の揺れなどを容易に再現することができる。すなわち、実際の現象に近い状態における安定性を評価することができる。
【００５９】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、これらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、供試体２に作用させる垂直方向に付加する圧縮力または水平方向に付加するせん断力を変化させた場合における供試体２のひずみの変化を測定したが、ひずみを一定にした状態において、垂直方向に付加する圧縮力または水平方向に付加するせん断力を変化させて動的試験を行ってもよい。
【００６０】
また、供試体２は、岩盤に限定されるものではなく、コンクリートなど他の材料であってもよいことはもちろんである。
【符号の説明】
【００６１】
１              動的試験装置
２              供試体
２１            不連続面
２２            上側供試体
２２Ｂ          上側せん断箱
２３            下側供試体
２３Ｂ          下側せん断箱
３              垂直油圧シリンダ（垂直荷重載荷手段）
４              垂直ローラ
４Ｇ            垂直リニアガイド
５              垂直荷重ロードセル
６              垂直プレスフレーム
７              水平油圧シリンダ（せん断力付加手段）
８              水平ローラ
８Ｇ            水平リニアガイド
９              せん断荷重ロードセル
１０            ベース
１１            ジャッキボルト
１００          制御部（垂直荷重制御手段、せん断力制御手段）
【図１】
2014044086.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014044086.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014044086.tif 000011
【図１０】
2014044086.tif 000012
【図１１】
2014044086.tif 000013
【図１２】
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