(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状化現象を検証する試料を受けるフィルタを上面に配設した試料受と、
前記試料受の正面、背面、左右側面及び底面を囲う面の少なくとも正面、背面、左右側面の１面以上が透明体からなる試料容器と、
前記試料容器の底面から前記試料受との間に設けた貯水するストックヤードと、
前記ストックヤードに給水自在及び排水自在に設けた給排水管と、
前記試料容器に振動エネルギを付与する加振機構を具備し、
前記ストックヤードからの排水は、所定のタイミングで繰り返し排水を停止させ、前記試料中の水の流れを一時的に停止させるか、逆流させるように給水を行いながら排水することを特徴とする液状化現象試験装置。
【請求項２】
液状化現象を検証する試料を受けるフィルタを上面に配設した試料受と、
前記試料受の正面、背面、左右側面及び底面を囲う面の少なくとも正面、背面、左右側面の１面以上が透明体からなる試料容器と、
前記試料容器の底面から前記試料受との間に設けた貯水するストックヤードと、
前記ストックヤードに給水自在及び排水自在に設けた給排水管と、
前記試料容器に振動エネルギを付与する加振機構を具備し、
更に、前記給排水管は、２系統の給水管、２系統の排水管を具備することを特徴とする液状化現象試験装置。
【請求項３】
前記試料容器に振動エネルギを付与する加振機構は、前記振動エネルギの振幅を可変としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液状化現象試験装置。
【請求項４】
前記試料容器に振動エネルギを付与する加振機構は、垂直方向の振動エネルギ及び／または水平方向の振動エネルギを付与する機構としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の液状化現象試験装置。
【請求項５】
前記試料容器に振動エネルギを付与する加振機構は、前記試料容器に対して直接水平方向の振動エネルギを付与し、水平方向の振動エネルギを付与する機構に対して垂直方向の振動エネルギを付与する構成を積み重ねた構造としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の液状化現象試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤の土を採取し、近似させた地盤を用いて試験用基礎を模式し、その地盤の液状化強度を試験することにより、液状化現象を推定する液状化現象試験装置に関するものである。特に、人口が集中している平野部、埋立地では、地震時に液状化現象が起こり易い。その状態を短時間でリアルな状況を観察させることにより、各種啓発イベントや教育等において、液状化現象を理解し、対策や備えの動機付けをし、特に、見学者(参加者)の興味・関心を高めるため、再現準備に時間をかけず短時間で何回も繰り返し実演できるようにした液状化現象試験装置であって、地震による液状化現象や建築物の耐震等、地震時に備える各種模擬的な試験を行うことができ、学校での授業や研究開発等にも活用できるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からある一般的な液状化現象試験装置として、特許文献１に示す地盤から採取した土に荷重を繰り返し載荷し、それに振動を付与することにより、地盤を液状化させる装置がある。このような液状化現象試験装置にあっては、地盤から採取した土に載荷する荷重の大きさや、液状化に至るまでの時間、繰り返し回数、載荷の繰り返し周期等を記録して液状化対策を施すべき対象の地盤の液状化条件を把握するのに使用されている。
また、従来の液状化現象試験装置では、地盤の載荷した荷重に対する排水条件は、載荷する荷重等の各記録から数値解析で検討している。
【０００３】
一般に、科学教育、防災教育の分野においては、地震時に発生する地盤の液状化現象を生徒、一般市民にデモンストレーションしている。このとき、液状化可能な地盤を作製する方法としては、水槽内に砂を散布または水槽内に水と砂を入れて攪拌し、そのまま放置して水中で砂を沈降させ、その後、水槽下部から排水して砂の表面レベルよりも若干下方まで水位を下げている。これによって、水位よりも上方には排水された締まった砂層が形成され、水位よりも下方に間隙が多く緩い液状化可能な砂層を形成できる。この砂層に振動を与えると、砂と水とが一体となって液状化現象が生じる。しかし、これらの方法で再び液状化可能な地盤を作製するには、水槽内の砂と水を全て入れ替え、または、水槽に注水して攪拌させる必要があり、多大な手数と時間がかかり、面倒な作業が必要となる。
【０００４】
そこで、特許文献２では、透明な密閉容器に水と砂、及び地中や地上の構造物の模擬物を入れた地盤液状化ボトルが提案されている。密閉容器を振り動かすことで水と砂を一様に分布させ、その後、そのまま放置することで砂を沈降させると共に、地中や地上の構造物の模擬物を所定の位置にセットする。ここで、密閉容器に振動を与えると砂の沈殿層が液状化し、それにより模擬物は新しい釣り合いの位置まで沈む。したがって、密閉容器を振り動かすことにより、何度でも同様の実験を行うことができる。
しかし、この地盤液状化ボトルによる実験は、液状化の原理は説明できるものの、地中や地上の構造物の模擬物も含めて密閉容器を振り動かすことは現実にはあり得ないことであり、観察者に正しい液状化前後のイメージを与えることは困難である。
【０００５】
そこで、特許文献３の液状化現象試験装置では、幾つかの水槽を配管で接続した複雑な構成の装置を開示している。特許文献３の液状化現象試験装置は、研究室等における正確な地盤の挙動把握には有用であっても、展示・展覧等のため持ち込んだり、運搬したり、迅速に繰り返し液状化現象のデモンストレーションを行うことが困難だから、簡便に液状化が観察できることが必要な科学教育、防災教育の分野には不向きである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１８３９３号公報
【特許文献２】特開２００１−２９６８００号公報
【特許文献３】特開２００２−１９５９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、特許文献１は、地盤から採取した土に荷重を繰り返し載荷する方法であり、建設予定地から試料を採取することから現実の地盤の測定を行うには好ましいが、デモンストレーションで地域の一般的事項を紹介するには不向きである。
また、特許文献２は、密閉容器内で液状化現象の実験を行う地盤液状化実験ボトルであり、比重の異なる液体と粉体粒子とを収容すると共に、前記液体と粉体粒子とを一様に混合したときの混合体より重く前記粉体粒子の沈殿層より軽い物体、または前記混合体より軽く前記液体より重い物体の少なくとも何れかを収容し、前記密閉容器を揺動して前記粉体粒子と前記液体を一様化してから前記粉体粒子を沈殿させ、沈殿層とした後、前記密閉容器に震動を与えて地盤液状化の簡易実験を行うようにしたものである。したがって、密閉容器内で液状化現象の相対比較を行う場合にはよいが、デモンストレーションで地域の人々に理解を得るには不向きである。
そして、特許文献３は、高架水槽から吹き出し、配管へ水を送る水管の途中の位置、及び吹き出し配管に空気抜き管が接続され、高架水槽から吹き出し、配管へ水を導く水管の端末部に負圧防止用の逆止弁が設置され、吹き出し配管は、綿網及びメッシュにて覆われ、吹き出し口の周囲には細粒分を除去した砕石等を敷き詰めた透水層が形成され、上向きの浸透流により地盤中に過剰な間隙水圧を発生させて液状化現象を生成するものである。この発明は論理的な解析を行う必要があり、初心者に対するデモンストレーションで地域の人々に理解を得るには困難である。
【０００８】
そこで、本発明は、初心者に対するデモンストレーションで特定地域の液状化現象をディスプレイでき、震災時に生じ得る事象を理解し易い液状化現象試験装置の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明にかかる液状化現象試験装置は、液状化現象を検証する試料を載置し、前記試料を受けるフィルタを配設した試料受の正面、背面、左右側面及び底面を囲う少なくとも１面以上が透明体からなる試料容器と、前記試料容器の底面から前記試料受との間に設けた給水または排水を貯水するストックヤードに設けた給排水管と、前記試料容器に振動エネルギを付与する加振機構とを具備するものである。
ここで、上記試料受は、フィルタを介して液状化現象を検証する試料を載置したもので、上記試料受自体に所定の貫通孔を設け、試料受け自体にフィルタ機能を構成するものであることが望ましい。このフィルタ機能は、不織布、メッシュ生地、濾過布の合成樹脂、金属材料とすることができる。１インチあたりの目の数（メッシュ）は、１０〜３００程度である。上記試料受としては、アクリル板を使用し、２０〜５０ｍｍに１個の４〜６φの貫通穴を穿設した板材とし、フィルタ機能を持たせている。
また、上記試料容器は、前記試料受の正面、背面、左右側面及び底面を囲う、少なくとも正面、背面、左右側面の１面以上が透明体からなり、液状化現象を試みる試料の動向が確認できるようにしたものである。
そして、上記ストックヤードは、前記試料容器の底面から前記試料受との間に設けた給水または排水を貯水する容積で、前記試料容器の底面から前記試料受との間の容積によって均圧させ、試料受に穿設した各貫通穴から流出する流速及び水圧を均一にするものである。
更に、上記給排水管は、前記ストックヤードに給水自在または排水自在に設けたもので、当然、水タンクから必要に応じてバルブ、ポンプが配設された管路である。
更にまた、上記加振機構は、前記試料容器に振動エネルギを付与する機構で、縦波としては地震のＰ波を、横波としては地震のＳ波を模した振動を出力するものである。この縦波と横波は、所定の時限で発生を抑制することにより、任意の地震波、震源地からの距離、地震の時間長さ等に対応できる。特に、特定の地震波に実験波を合わせるには、動力源のモータをリニアモータとし、必要に応じて変調波を入力することによって１パルス毎の振幅を地震波に追随させ、地震波の１／１０〜１／３０秒の平均に相似する等の地震波に似た振動で試験することができる。
加えて、本発明にかかる液状化現象試験装置のストックヤードからの排水は、所定のタイミングで繰り返し排水を停止させ、前記試料中の水の流れを一時的に停止させるか、逆流させるように給水を行いながら、排水するものである。
【００１０】
請求項２の発明にかかる液状化現象試験装置は、液状化現象を検証する試料を載置し、前記試料を受けるフィルタを配設した試料受の正面、背面、左右側面及び底面を囲う少なくとも１面以上が透明体からなる試料容器と、前記試料容器の底面から前記試料受との間に設けた給水または排水を貯水するストックヤードに設けた給排水管と、前記試料容器に振動エネルギを付与する加振機構とを具備するものである。
ここで、上記試料受は、フィルタを介して液状化現象を検証する試料を載置したもので、上記試料受自体に所定の貫通孔を設け、試料受け自体にフィルタ機能を構成するものであることが望ましい。このフィルタ機能は、不織布、メッシュ生地、濾過布の合成樹脂、金属材料とすることができる。１インチあたりの目の数（メッシュ）は、１０〜３００程度である。上記試料受としては、アクリル板を使用し、２０〜５０ｍｍに１個の４〜６φの貫通穴を穿設した板材とし、フィルタ機能を持たせている。
また、上記試料容器は、前記試料受の正面、背面、左右側面及び底面を囲う、少なくとも正面、背面、左右側面の１面以上が透明体からなり、液状化現象を試みる試料の動向が確認できるようにしたものである。
そして、上記ストックヤードは、前記試料容器の底面から前記試料受との間に設けた給水または排水を貯水する容積で、前記試料容器の底面から前記試料受との間の容積によって均圧させ、試料受に穿設した各貫通穴から流出する流速及び水圧を均一にするものである。
更に、上記給排水管は、前記ストックヤードに給水自在または排水自在に設けたもので、当然、水タンクから必要に応じてバルブ、ポンプが配設された管路である。
更にまた、上記加振機構は、前記試料容器に振動エネルギを付与する機構で、縦波としては地震のＰ波を、横波としては地震のＳ波を模した振動を出力するものである。この縦波と横波は、所定の時限で発生を抑制することにより、任意の地震波、震源地からの距離、地震の時間長さ等に対応できる。特に、特定の地震波に実験波を合わせるには、動力源のモータをリニアモータとし、必要に応じて変調波を入力することによって１パルス毎の振幅を地震波に追随させ、地震波の１／１０〜１／３０秒の平均に相似する等の地震波に似た振動で試験することができる。
加えて、本発明にかかる液状化現象試験装置の前記給水管と前記排水管は、２系統の給水管、２系統の排水管を具備するものである。ここで、前記給水管と前記排水管は、２系統の給水管及び２系統の排水管とすることにより、対角線配置ができ、前記水のストックヤード内の水圧が水の流れの分流により、流体抵抗の低下となり、前記水のストックヤードの前記試料受から突出する流体の圧力が均一となり、液状化現象を試みる試料のバランスが均一化できる。
【００１１】
請求項３の発明にかかる液状化現象試験装置の前記試料容器に振動エネルギを付与する加振機構は、前記振動エネルギの振幅を可変としたものである。
地震波は単純な振動でないので、振動振幅を変更することにより、希望する振幅が得られる。回転体から往復動を得るには、回転体の中心からの距離を変化させればよい。
特に、振動エネルギを付与する加振機構は、直線運動を振動として伝えればよいことから、回転運動に代えて、往復運動を行うリニアモータとして駆動させることができる。リニアモータは往復直線移動する振幅をパルス数及びパルス間隔、リニアエンコーダのタイミングを得た制御により、変調制御ができ、任意の周波数の振幅を得ることができる。
【００１２】
請求項４の発明にかかる液状化現象試験装置の前記試料容器に振動エネルギを付与する加振機構は、垂直方向の振動エネルギ及び水平方向の振動エネルギを付与する機構としたものである。
ここで、通常の地震波と同様に、最初に縦波（Ｐ波）を発生させ、その後に横波（Ｓ波）を発生させると、縦波（Ｐ波）の影響と、横波（Ｓ波）の影響の何れが大きく液状化に影響するかを判るように、縦波と横波を用いて加振するものである。
また、液状化現象が生ずるのは水平方向の振動エネルギが大きく左右するので、液状化現象が生じるのを初心者に対するデモンストレーションとして見せるには、簡易型として軽量化できる装置が望ましい。
【００１３】
請求項５の発明にかかる液状化現象試験装置は、前記試料容器に対して直接水平方向の振動エネルギを付与し、水平方向の振動エネルギを付与する機構に対して垂直方向の振動エネルギを付与する構成を積み重ねた構造としたものである。
ここで、上記試料容器に振動エネルギを付与する加振機構は、前記試料容器に対して直接水平方向の振動エネルギを付与し、それに垂直方向の振動エネルギを付与する構成を積載しているから、積載する加振機構の上側を下側に比較して軽量化することができ、機構的に安定した構成にできる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の液状化現象試験装置は、少なくとも正面、背面、左右側面の１面以上が透明体からなる試料容器に、前記正面、背面、左右側面及び底面を囲うフィルタを配設した液状化現象を検証する試料を載置する試料受を配置し、前記試料容器の底面から前記試料受との間に設けた貯水するストックヤードを構成する。そして、前記ストックヤードに給水及び排水自在に設けた給排水管を連結する。更に、加振機構を用いて、前記試料容器に振動エネルギを付与する。
したがって、前記試料受上に配設された液状化現象を検証する試料は、少なくとも前記正面、背面、左右側面の１面以上が透明体からなるので、前記試料容器内の液状化をビジュアル的に確認することができる。また、前記試料容器のフィルタを配設した試料受の上部は、前記試料容器の底面と前記試料受との間に設けた水のストックヤードを形成しているから、給水または排水を行うと、貯水する水のストックヤードで均圧化され、単純に排水を行うと砂の粒子の細かいものは水に乗って排水されたり、フィルタの目に溜まったりする。しかし、排水中に、排水を一時停止し、逆に、貯水するストックヤードに水を供給すると、ストックヤードの水圧が上昇し、水流の停止部分で粒子も停滞し、自然に沈降するから、それまで水流に載っていた砂の粒子が浮力を受けて分散し、沈降するから、液状化現象の試料の水分を排水すると全体が一様に固まる。
加振機構は、地震に酷似した振動を液状化現象の試料に与えるから、地震による液状化現象の観察が可能である。特に、例えば、リニアモータを使用して加振するものでは、パルス制御によって加振する振動を自在に設定できる。
【００１５】
本発明の液状化現象試験装置の前記ストックヤードからの排水は、所定のタイミングで繰り返し排水を停止させ、前記試料中の水の流れを一時的に停止させるか、逆流させるように給水を行うものである。例えば、貯水するストックヤードから排水すると、前記試料容器の特定の試料の位置に流路が形成され、ストックヤード内の圧力が均圧化され、単純に排水を行うと砂の粒子の細かいものは水に乗って排水されたり、フィルタの目に溜まったりする。しかし、排水中に、排水を一時停止し、逆に、貯水するストックヤードに水を供給すると、ストックヤードの水圧が上昇し、水流の停止部分が発生するから、それまで水流に載っていた砂の粒子が浮力を受けて分散して沈降するから、液状化現象の試料は排水すると全体が一様に固まる。
【００１６】
請求項２の液状化現象試験装置は、少なくとも正面、背面、左右側面の１面以上が透明体からなる試料容器に、前記正面、背面、左右側面及び底面を囲うフィルタを配設した液状化現象を検証する試料を載置する試料受を配置し、前記試料容器の底面から前記試料受との間に設けた貯水するストックヤードを構成する。そして、前記ストックヤードに給水及び排水自在に設けた給排水管を連結する。更に、加振機構を用いて、前記試料容器に振動エネルギを付与する。
したがって、前記試料受上に配設された液状化現象を検証する試料は、少なくとも前記正面、背面、左右側面の１面以上が透明体からなるので、前記試料容器内の液状化をビジュアル的に確認することができる。また、前記試料容器のフィルタを配設した試料受の上部は、前記試料容器の底面と前記試料受との間に設けた水のストックヤードを形成しているから、給水または排水を行うと、貯水する水のストックヤードで均圧化され、単純に排水を行うと砂の粒子の細かいものは水に乗って排水されたり、フィルタの目に溜まったりする。しかし、排水中に、排水を一時停止し、逆に、貯水するストックヤードに水を供給すると、ストックヤードの水圧が上昇し、水流の停止部分で粒子も停滞し、自然に沈降するから、それまで水流に載っていた砂の粒子が浮力を受けて分散し、沈降するから、液状化現象の試料の水分を排水すると全体が一様に固まる。
加振機構は、地震に酷似した振動を液状化現象の試料に与えるから、地震による液状化現象の観察が可能である。特に、例えば、リニアモータを使用して加振するものでは、パルス制御によって加振する振動を自在に設定できる。
【００１７】
加えて、本発明の液状化現象試験装置の前記給排水管は、２系統の給水管、２系統の排水管を具備するものであるから、前記給水管と前記排水管の流体抵抗は、１／２に低減されるから、過度現象を大きくすることなく使用できる。また、２系統の給水管と２系統の排水管を互いに前記試料受の中心の点対称の位置とすることにより、ストックヤードの水圧を均一化でき、再現性が確保できる。
【００１８】
請求項３の液状化現象試験装置の前記試料容器に振動エネルギを付与する加振機構は、前記振動エネルギの振幅を可変とすることができるものであるから、請求項１または請求２に記載の効果に加えて、水平方向の振動エネルギを付与することにより、前記試料容器の試料には液状化現象が生じ、地震による液状化現象の概略をビジュアルに掴むことができる。
特に、地震波は単純な振動でないが、振幅を変更することにより、希望する振動結果が得られる。
【００１９】
請求項４の液状化現象試験装置の前記試料容器に振動エネルギを付与する加振機構は、垂直方向の振動エネルギ及び／または水平方向の振動エネルギを付与する機構としたものであるから、請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の効果に加えて、地震波に相当するＰ波（縦波）、即ち、垂直方向の振動波と、Ｓ波（横波）、即ち、水平方向の振動波を液状化現象が生じる試料に印加することができ、地震波の到来からの現象を当該地震波に似かよった波形で観察することができる。
【００２０】
請求項５の液状化現象試験装置の前記試料容器に振動エネルギを付与する加振機構は、前記試料容器に対して直接水平方向の振動エネルギを付与し、前記水平方向の振動エネルギを付与する機構に対して垂直方向の振動エネルギを付与する構成を積み重ねた構造としたものであるから、請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の効果に加えて、横波を加える時間は長いから、慣性を少なくすることにより、振動エネルギのロスを少なくすることができる。また、構造によっては、垂直方向の振動エネルギを付与する機構のみを取り外すことができ、省エネ対応が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明の実施の形態の液状化現象試験装置における垂直方向の振動エネルギ、水平方向の振動エネルギを付与する機構を正面からみた説明図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態の液状化現象試験装置における回転を往復動に変換する機構の説明図で、（ａ）は正面から見た要部説明図、（ｂ）は右側面から見た要部縦断面図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態の液状化現象試験装置における試料容器と水のストックヤードの説明図である。
【図４】図４は図１に示した切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。
【図５】図５は図１に示した切断線Ａ−Ａによる断面図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態の液状化現象試験装置における平面的に示した試料容器、吸排水する管路及び電気制御する制御回路のブロック図である。
【図７】図７は本発明の実施の形態の液状化現象試験装置における駆動装置としてのリニアモータの説明図である。
【図８】図８は本発明の実施の形態の液状化現象試験装置における「メインプログラム」である。
【図９】図９は本発明の実施の形態の液状化現象試験装置における「初期設定ルーチン」のプログラムである。
【図１０】図１０は本発明の実施の形態の液状化現象試験装置における「復旧ルーチン」のプログラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、実施の形態において、図示の同一記号及び同一符号は、同一または相当する機能部分であるから、ここではその重複する説明を省略する。
【００２３】
［実施の形態１］
まず、本発明の実施の形態の液状化現象試験装置について、図１乃至図６を参照しながら説明する。
図１において、４面からなる側面板の立ち上がり枠体１３とその底に位置する底部１２とからなるハウジング１４は、その内側に縦波発生機構１０を内蔵している。縦波発生機構１０は垂直駆動サーボモータ１１等のモータの回転運動を往復運動に代え、更に、往復上下振動を出力する駆動出力軸２３Ｂ，２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂによって垂直方向の垂直振動出力を得る機構として構成されている。
後述する縦波発生機構１０は、磁石としてのネオジウム磁石１０２及びコイル１０３からなる往復運動により、上下振動または水平振動を発生させる駆動出力軸１０１によって垂直方向の振動出力を得る機構として構成されている。
【００２４】
図４に示す垂直駆動サーボモータ１１は、両側のサドル部１１ａには、４本の六角穴付ボルト１１ｂで底部１２に固着されている。垂直駆動サーボモータ１１には貫通シャフト１５が設けられていて、その両端の中間位置で２本の六角穴付ボルト１６ａ，１６ｂで底部１２に固着された軸受ユニット１６Ａ，１６Ｂが配設されている。貫通シャフト１５の内側の端部には傘歯車１７Ａ，１７Ｂが配設されている。
ここで使用している垂直駆動サーボモータ１１等のサーボモータは、パルスモータ、誘導電動機等が使用可能である。しかし、サーボモータは正確な制御、再現性が優れているので、ここでは、サーボモータの使用例で説明する。
【００２５】
傘歯車１７Ａは、傘歯車１８Ａと傘歯車１９Ａと噛み合っている。傘歯車１８Ａと傘歯車１９Ａは各々軸受ユニット２１Ａ，２２Ａで回転自在に位置決めされている。軸受ユニット２１Ａ，２２Ａは、各２本の六角穴付ボルト２１ａ、２本の六角穴付ボルト２２ａによって底部１２に固着されている。
なお、軸受ユニット２１Ｂは２本の六角穴付ボルト２１ｂで底部１２に固着され、また、軸受ユニット２２Ｂは２本の六角穴付ボルト２２ｂで底部１２に固着されている。
傘歯車１７Ｂは、傘歯車１８Ｂと傘歯車１９Ｂと噛み合っている。傘歯車１８Ｂと傘歯車１９Ｂは各々軸受ユニット２１Ｂ，２２Ｂで回転自在に位置決めされている。
なお、軸受ユニット２１Ｂは２本の六角穴付ボルト２１ｂで底部１２に固着され、また、軸受ユニット２２Ｂは２本の六角穴付ボルト２２ｂで底部１２に固着されている。
本実施の形態において、六角穴付ボルトを使用しているのは、格別な理由が存在するものではなく、六角ボルト等のボルトであってもよい。
【００２６】
また、傘歯車１８Ａを接続したシャフト２３Ｄの反対側は、円板２３Ａが配設されており、その端部はシャフト２３Ｄの中心を四角の断面として接続されている。円板２３Ａの中心から、例えば、５ｍｍ離れた位置に回動自在に取り付けた駆動出力軸２３Ｂを有し、駆動出力軸２３Ｂは離脱しないように、ワッシャを挟み、鋲２３Ｃにより、鋲２３Ｃの周囲を回動自在に固着している。
したがって、例えば、垂直駆動サーボモータ１１の貫通シャフト１５が特定方向に回転すると、その回転を傘歯車１７Ａ、傘歯車１８Ａと伝達され、円板２３Ａの回転となる。円板２３Ａの回転は、駆動出力軸２３Ｂの端部が鋲２３Ｃを支点とする回転となり、駆動出力軸２３Ｂを上下動する振動となる。
即ち、垂直駆動サーボモータ１１等のモータの回転運動を、往復上下振動に変換し、その往復上下振動に代えて、垂直方向の振動出力を得る駆動出力軸２３Ｂによって、縦波発生機構１０を構成している。
【００２７】
同様に、傘歯車１９Ａを接続したシャフト２４Ｄの反対側は、図２に示すように、円板２４Ａが配設されており、その端部はシャフト２４Ｄの中心を断面４角とした軸に六角穴付ボルト２４Ｄａで接続されている。円板２４Ａの中心から、例えば、５ｍｍ離れた位置に回動自在に取り付けた駆動出力軸２４Ｂを有し、駆動出力軸２４Ｂは離脱しないように、ワッシャを入れて鋲２４Ｃにより離脱防止し、鋲２４Ｃの周囲を回動自在に固着している。
この実施の形態では、円板２４Ａの中心から、例えば、５ｍｍ離れた位置に駆動出力軸２４Ｂを回動自在に取り付けているが、雌ネジ２４A1，２４A2，２４A3，２４A4を穿設することにより、振幅が２．５ｍｍ、５ｍｍ、７．５ｍｍ、１０ｍｍと任意の位置を選択することにより設定できる。勿論、これよりも細かく調整することもできるが、本実施例では４個所が同じように設定する必要がある。
【００２８】
また、傘歯車１８Ｂ及び傘歯車１９Ｂについても同様、傘歯車１７Ｂを接続したシャフト２５Ｄの反対側は、円板２５Ａが配設されており、その中心はシャフト２５Ｄの中心軸に接続されている。円板２５Ａの中心から、例えば、５ｍｍ離れた位置に回動自在に取り付けた駆動出力軸２５Ｂを有し、駆動出力軸２５Ｂは離脱しないように、ワッシャを挟み、鋲２５Ｃにより、鋲２５Ｃの周囲を回動自在に固着している。
同様に、傘歯車１９Ｂを接続したシャフト２６Ｄの反対側は、円板２６Ａが配設されており、その中心はシャフト２６Ｄの中心軸に接続されている。円板２６Ａの中心から、例えば、５ｍｍ離れた位置に回動自在に取り付けた駆動出力軸２６Ｂを有し、駆動出力軸２６Ｂは離脱しないように、鋲２６Ｃにより、鋲２６Ｃの周囲を回動自在に固着している。
【００２９】
側面が立ち上がり枠体１３と底部１２は、アルミニウム等の金属で形成されており、容易に歪みが生じないような抜型によって形成されている。４隅に配設した高撓み用の強力スプリングとしては、コイルスプリング２７を使用しているが、コイルスプリング２７に限定されるものではなく、面ばね、板バネ、トーションバー等の使用も可能である。例えば、板バネの中心を１または２ヵ所固着し、両端を上に傾斜させる自由端によって、縦波発生機構１０の上に横波発生機構３０が弾接結合できる。
４隅に配設したスプリング２７は、その弾性により、１／２程度の沈みがあり、円板２３Ａ，２４Ａ，２５Ａ，２６Ａに設定した１０ｍｍ以上の変化に対応できる弾性長が必要である。
この４隅に配設したスプリング２７は、４隅に設定した上下に変化する中心位置に設定するのが望ましく、枠体１３の上部に弓状に湾曲した弾性板を複数配設することによって、立ち上がり枠体１３と底部１２とからなるハウジング１４が形成する縦波発生機構１０の上に横波発生機構３０のハウジング４７を弾性結合できる。
【００３０】
即ち、垂直駆動サーボモータ１１等のモータの回転運動を貫通シャフト１５の回転運動とし、傘歯車１７Ａまたは傘歯車１７Ｂを介して、傘歯車１８Ａ及び傘歯車１９Ａまたは傘歯車１８Ｂ及び傘歯車１９Ｂを経て円板２３Ａ及び円板２４Ａ、円板２５Ａ及び円板２６Ａを回転させる。
円板２３Ａ及び円板２４Ａ、円板２５Ａ及び円板２６Ａの回転は、その回転軌道に従って駆動出力軸２３Ｂ、駆動出力軸２４Ｂ、駆動出力軸２５Ｂ、駆動出力軸２６Ｂを同期状態で垂直方向に上下動させる。駆動出力軸２３Ｂ、駆動出力軸２４Ｂ、駆動出力軸２５Ｂ、駆動出力軸２６Ｂの上端は、ハウジング４７の底部４６に設けた起立片４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ，４５Ｄに対して回動自在に取り付けられている。
【００３１】
ハウジング４７の底部４６の起立片４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ，４５Ｄの各々には、駆動出力軸２３Ｂ，２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂがワッシャ２３Ｆ，２４Ｆ，２５Ｆ，２６Ｆを介して鋲２３Ｅ，２４Ｅ，２５Ｅ，２６Ｅにより、鋲２３Ｅ，２４Ｅ，２５Ｅ，２６Ｅの周囲を回動自在に固着されているから、下端が回転しても、駆動出力軸２３Ｂ，２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂは垂直方向の上下動となる。
したがって、垂直駆動サーボモータ１１等のモータの回転運動を往復運動に代える駆動出力軸２３Ｂ，２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂによって垂直方向の振動出力を得る縦波発生機構１０は、ハウジング４７の底部４６を上下動する機構として構成されている。結果的に、駆動出力軸２３Ｂ，２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂによる縦波発生機構１０の垂直方向の振動出力は、後述する試験台６０、試料容器７０を上下動する縦波を発生する。
【００３２】
このように、立ち上がりの枠体１３と底部１２とからなるハウジング１４で形成した縦波発生機構１０は、その上にスプリング２７で弾性結合した横波発生機構３０の枠体４５と底部４６からなるハウジング４７との間に、駆動出力軸２３Ｂ,２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂの動きを伝えている。
即ち、駆動出力軸２３Ｂ,２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂの上端は、ワッシャ２３Ｆ，２４Ｆ，２５Ｆ，２６Ｆを挟んで枠体４５に回動自在に動く鋲２３Ｅ，２４Ｅ，２５Ｅ，２６Ｅで鋲止めしている。
したがって、傘歯車１７Ａ及び傘歯車１７Ｂが回転すると、鋲２３Ｅ，２４Ｅ，２５Ｅ，２６Ｅは半径５ｍｍの円を描き、鋲２３Ｅ，２４Ｅ，２５Ｅ，２６Ｅが描く半径５ｍｍの円は、鋲２３Ｅ，２４Ｅ，２５Ｅ，２６Ｅが垂直方向に１０ｍｍ変位することになる。
【００３３】
鋲２３Ｅ，２４Ｅ，２５Ｅ，２６Ｅが垂直方向に１０ｍｍ変位することは、４隅に配設したスプリング２７の弾性力を受けて変位することになるから、好ましくは、４隅が同期して同時に上下動する必要がある。
なお、本実施の形態では、縦波発生機構１０に対して横波発生機構３０が正確に上下移動するように垂直方向のレールを配設して上下動の移動のみを生じさせ、他の振動が加わるのを防止する構造を選択するのが望ましい。
また、縦波発生機構１０と横波発生機構３０の４隅を垂直方向に移動自在なロッドまたはピストンを配設し、それによって上下動を行わせてもよい。
【００３４】
図１に示す枠体１３と底部１２からなるハウジング１４は、詳しくは、立ち上がり枠体１３に対して垂直に被せた蓋面１４ａと、水平方向（左右方向または前後方向）に広がった底部１４ａからなる。この立ち上がり枠体１３の開口部側には、周囲４面を下方に曲げた下向き枠体１４ｂが１／２ｍｍ以下のギャップで被せるように載置している。したがって、枠体１３に沿っての垂直移動は行われず、水平移動と共に拘束されている。
枠体１３と底部１２からなるハウジング１４の上部のハウジング４７の荷重は、４隅に配設したスプリング２７を介してハウジング１４の上部開口側に加わっている。
【００３５】
横波発生機構３０の枠体４５は、下端をＬ字状に折り曲げたＬ状部４５ａによって、上部から底部４６に対する荷重の分配を行っている。底部４６の上面を枠体４５のＬ状部４５ａが水平方向に往復移動する。このとき、Ｌ状部４５ａの下面に対し、最大弾性に応じて軸受ユニットを配設することにより、摺動抵抗を小さくし、摺動する方向性を制限することもできる。
【００３６】
図５において、底面４６の中央部の上面には、水平駆動サーボモータ３１が配設されている。水平駆動サーボモータ３１の両側のサドル部３１ａには、４本の六角穴付ボルト３１ｂで底部４６の底面中央部に固着されている。水平駆動サーボモータ３１には貫通シャフト３２が設けられていて、その両端の中間位置で２本の六角穴付ボルト３３ａで底部４６に固着された軸受ユニット３３Ａを支持し、端部には円板３５Ａが配設されている。水平駆動サーボモータ３１の貫通シャフト３２の他端部側には、その中間位置で２本の六角穴付ボルト３３ｂで底部４６に固着された軸受ユニット３３Ｂを支持し、端部には円板３６Ａが配設されている。
【００３７】
枠体４５と底部４６とからなるハウジング４７に内蔵させた横波発生機構３０は、水平駆動サーボモータ３１の回転が貫通シャフト３２を介して両端の円板３５Ａ，３６Ａの回転とする。円板３５Ａ，３６Ａの回転は、駆動出力軸３５Ｂ，３６Ｂの往復運動となる。
即ち、両端の円板３５Ａ，３６Ａは、ワッシャ３７Ａ，３７Ｂを挟んで枠体４５に回動自在に動く鋲３８Ａ，３８Ｂにより、鋲３８Ａ，３８Ｂの周囲を回動自在に固着している。
したがって、円板３５Ａ，３６Ａが回転すると、鋲３５Ｃ，３６Ｃは半径５ｍｍの円の軌跡を描く、鋲３５Ｃ，３６Ｃが描く半径５ｍｍの円の軌跡は、それら鋲３５Ｃ，３６Ｃによって底部４６に対し、水平方向に枠体４５を１０ｍｍ変位することになる。
したがって、水平駆動サーボモータ３１等のモータの回転運動を往復運動に代える駆動出力軸３５Ｂ，３６Ｂによって水平方向の振動出力を得る横波発生機構３０は、ハウジング４７の底部４６を左右、前後する機構として構成されている。結果的に、駆動出力軸３５Ｂ，３５Ｂによる縦波発生機構３０の水平方向の振動出力は、後述する試験台６０、試料容器７０を水平移動する横波を発生する。
【００３８】
枠体４５の上部には、フランジとなっているＬ状部４５ａが配設されていて、試験台６０に対してボルト６１で締めて、試験台６０とハウジング４７とが一体となっている。試験台６０には、全周に立ち上がりが形成されていて、その内部に試料容器７０をボルト６１で取付けている。この試料容器７０は、試料受８２の正面、背面、左右側面及び底面を囲う少なくとも正面、背面、左右側面の１面以上が透明体からなる。試料容器７０の下部には、試料容器７０の底面から液状化現象を試みる試料ＥＡを載置し、その試料ＥＡを受けるフィルタ８１を配設した試料受８２との間に設けた給水または排水を貯水する水のストックヤード８０を形成している。
【００３９】
本実施の形態の資料容器７０は、正面、背面、左右側面、底面が透明体のアクリル板からなる有底函体である。底面から３０〜５０ｍｍまでを区切り、本実施の形態では、４面に１０ｍｍ厚前後の支持受部７１を底面から立ち上げている。したがって、資料容器７０の開口面と同一な面積の試料受８２は、それよりも降下せず、支持受部７１で受けられることになる。この支持受部７１と試料受８２の面で形成されるのが、給水または排水を貯水する水のストックヤード８０である。
【００４０】
試料容器７０の底面から試料受８２との間に設けた給水または排水を貯水するストックヤード８０は、給水自在に設けた２系統の給水管９１ａ，９１ｂ及び排水自在に設けた２系統の排水管９２ａ，９２ｂを具備している。
２系統の給水管９１ａ，９１ｂ及び２系統の排水管９２ａ，９２ｂは、各系統にギヤポンプＰ１〜Ｐ４及び図示しないバルブが配設されている。なお、図示しないバルブについては、ギヤポンプＰ１〜Ｐ４の使用により省略することもできる。また、逆に、ギヤポンプＰ１〜Ｐ４の台数を少なくし、バルブで切り替えることもできる。
【００４１】
試料容器７０の噴射口９３ａ，９３ｂ，９３ｃに接続された撹拌用供給管９３は、可変バルブＶを介してギヤポンプＰ５に接続されている。したがって、試料容器７０内の試料ＥＡは噴射口９３ａ，９３ｂ，９３ｃから噴射する水で撹拌され、噴射口９３ａ，９３ｂ，９３ｃを停止させ、試料ＥＡが沈降するに応じて、２系統の給水管９１ａ，９１ｂ及び２系統の排水管９２ａ，９２ｂによって試料ＥＡを均衡の取れた状態で沈降させることができる。
他のミキサー等を使用して試料ＥＡをミキシングする場合には、噴射口９３ａ，９３ｂ，９３ｃを省略することができる。また、噴射口９３ａ，９３ｂ，９３ｃに回転運動をさせることもできる。そして、他の撹拌手段も併用することもできる。
【００４２】
また、給水または排水を貯水する水のストックヤード８０には、水位センサＳＥが配設されている。水位センサＳＥはストックヤード８０の高さを検出し、また、試料容器７０の試料ＥＡと試料容器７０のサイズで決めた最上水位を検出するものである。
本実施の形態における水位の検出で、ストックヤード８０の高さとしているのは、試料受８２よりも水位が高いと、脱水が不十分な場合があり、また、試料受８２よりも低い水位では、液状化する際に試料容器７０内の試料ＥＡから出た水が試料受８２より下に流出し、液状化を抑制する可能性がある。
そこで、水位センサＳＥはストックヤード８０の高さを検出し、試料容器７０の中を空気が通過するようにし、かつ、液状化した水が流出しないようにしたものである。よって、個々の試料ＥＡの粒子に表面張力が働いても、水位が一定になるストックヤード８０の高さとしたものである。
【００４３】
図６に示すマイクロコンピュータからなる制御器９０によって水タンク９５の水を試料容器７０に給水または排水が行われる。即ち、水タンク９５には、ギヤポンプＰ１〜Ｐ４を介した２系統の給水管９１ａ，９１ｂ及び２系統の排水管９２ａ，９２ｂが配設されている。また、試料容器７０の噴射口９３ａ，９３ｂ，９３ｃには、可変バルブＶを介してギヤポンプＰ５に接続されている撹拌用供給管９３が配設されている。
制御器９０からは、ギヤポンプＰ１〜Ｐ４の入力が接続されている。ギヤポンプＰ５の入力も接続されている。
なお、制御器９０の入力としては、水のマニュアル供給用の給水スイッチ９６、水のマニュアル排水用の排水スイッチ９７、自動加振を行う加振スイッチ９８、初期設定の条件を設定する初期設定スイッチ９９が接続されている。
【００４４】
ここで、制御器９０の出力で駆動するギヤポンプＰ１〜Ｐ４は、２系統の給水管９１ａ，９１ｂまたは２系統の排水管９２ａ，９２ｂとなっているが、直接、水の給水、排水は、ストックヤード８０に対して行うものであるから、４系統の給水管９１ａ，９１ｂ、９２ａ，９２ｂ（排水管９２ａ，９２ｂ）として使用したり、４系統の排水管９１ａ，９１ｂ、９２ａ，９２ｂ（給水管９１ａ，９１ｂ）として使用してもよい。
特に、２系統の給水管９１ａ，９１ｂまたは２系統の排水管９２ａ，９２ｂとなっているのは、常に試料容器７０内の試料ＥＡを毎回同一特性に戻すためにストックヤード８０を水源として均一圧力で、均一流量としたものである。
【００４５】
このために、２系統の給水管９１ａ，９１ｂと２系統の排水管９２ａ，９２ｂは、試料受８２の中心（重心位置）を中心とする点対称の位置に、給水管９１ａ及び給水管９１ｂを、また、排水管９２ａ及び排水管９２ｂを配設するものであるが、更に、２系統の給水管９１ａ，９１ｂと２系統の排水管９２ａ，９２ｂは、４系統が同一給水または同一排水として機能させてもよい。
何れにせよ初期化設定で、給水管９１ａ，９１ｂと排水管９２ａ，９２ｂの数、ギヤポンプ数、バルブ数を決定することができる。
【００４６】
図１乃至図６では、垂直駆動サーボモータ１１または水平駆動サーボモータ３１を使用することが前提となっていたが、リニアモータ１００に代えた場合について図７を参照しながら簡単に説明する。
駆動出力軸１０１は、複数の磁極、即ち、ネオジウム磁石１０２等からなり、図示左右に直線移動する。その両端は、垂直駆動サーボモータ１１と同様、駆動出力軸２３Ｂ,  ２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂの端部としての接続する嵌合孔１０１ａ，１０１ｂが設けられている。また、水平駆動サーボモータ３１と同様、駆動出力軸３５Ｂ，３６Ｂの端部としての接続する嵌合孔１０１ａ，１０１ｂが設けられている。
駆動出力軸１０１に配設されているネオジウム磁石１０２に対応して複数のコイル１０３が配設されており、ネオジウム磁石１０２に対向するコイル１０３の磁極を変化させることにより、隣接する磁極の極性を変化させることにより、駆動出力軸１０１の軸方向の長さの駆動力が得られる。
なお、駆動出力軸１０１には図示しないリニアエンコーダが配設されていて、リニアエンコーダヘッド１０４によってリニアエンコーダの位置が検出され、リニアモータ１００の位置制御に供される。
垂直駆動サーボモータ１１または水平駆動サーボモータ３１を、市販されているリニアモータ１００に代えると、直接、垂直駆動または水平駆動が可能であるので、部品点数を少なくすることができる。
【００４７】
次に、この制御器９０の制御について説明する。
図８はこの制御器９０の「メインプログラム」であり、電源投入後、加振を行う加振スイッチ９８の動作によって実行する。
まず、ステップＳ１で「初期設定ルーチン」であるか判断し、「初期設定ルーチン」を実行する初期設定スイッチ９９のスイッチ入力がない場合には、ステップＳ３の処理に入る。しかし、「初期設定ルーチン」を実行する初期設定スイッチ９９のスイッチ入力があるとき、ステップＳ２で「初期設定ルーチン」を実行する。
【００４８】
ステップＳ３の処理に入ると、「復旧ルーチン」の実行が終了しているか判断し、終了していないときには、ステップＳ４で「復旧ルーチン」を実行し、ステップＳ３及びステップＳ４のルーチンを繰り返し実行する。ステップＳ４で「復旧ルーチン」を終了すると、ステップＳ３でそれが判断され、ステップＳ５の処理に入る。ステップＳ５で縦波発生駆動を行い、それをステップＳ６でＰｔ秒の時限が経過するまで継続して縦波の振動を与える。Ｐｔ秒の時限が経過するとステップＳ７で縦波の振動を停止する。
Ｐｔ秒の時限が経過し、縦波の振動を停止すると、ステップＳ８の横波発生駆動を行い、それをステップＳ９でＳｔ秒経過するまで継続して横縦波の振動を与え、ステップＳ９でＳｔ秒経過したことが判断されると、ステップＳ１０で横縦波の振動を停止し、このルーチンを終了する。
【００４９】
「初期設定ルーチン」では、ステップＳ１１で排水を行う時限「Ｎ」を設定する。また、ステップＳ１２で給水を行う時限「Ｍ」を設定する。ステップＳ１３で縦波を発生させる時限「Ｐｔ」を設定する。また、ステップＳ１４で横波を発生させる時限「Ｓｔ」を設定する。そして、ステップＳ１５で撹拌用のギヤポンプＰ５を「駆動」または駆動を「停止」させて、撹拌用供給管８３から水を供給するか否かを択一的に設定する。また、必要に応じて他の設定を行う。
【００５０】
ステップＳ４で「復旧ルーチン」がコールされると、図１０のルーチンの実行となる。
ステップＳ２１で２系統の給水用のギヤポンプＰ１，Ｐ２が駆動され、試料容器７０に給水が行われる。ステップＳ２２で撹拌用のギヤポンプＰ５を「駆動」させて、撹拌用供給管９３から水を供給し、試料ＥＡを拡散する。ステップＳ２３で試料容器７０の水位が最大水位になるまでステップＳ２１からステップＳ２３のルーチンを繰り返し実行する。
但し、地下水位が高いところを表現する水位センサＳＥは、ストックヤード８０の高さを検出する水位とし、試料受８２よりも高い水位に設定して地下水位の高いことを表現してもよい。
【００５１】
ステップＳ２３で試料容器７０の水位がフロートスイッチからなる水位センサＳＥで検出し、最高水位になったと判断されると、ステップＳ２４で２系統の給水用のギヤポンプＰ１，Ｐ２が停止され、給水が停止される。ステップＳ２５で撹拌用のギヤポンプＰ５を「停止」させる。そして、ステップＳ２６で２系統の排水用のギヤポンプＰ２，Ｐ４が駆動され、Ｎ秒経過するまでステップＳ２６からステップＳ２７のルーチンを繰り返し実行する。
水位センサＳＥは、フロートスイッチからなるものに限定されるものではなく、振動式、静電容量式、超音波式の何れであってもよい。本実施の形態では、水位が所定のストックヤード８０の高さとしている点と、試料容器７０の水位が最大水位になった点をリードスイッチで検出するフロートスイッチである。
【００５２】
ステップＳ２７でＮ秒の時限が経過すると、ステップＳ２８で２系統の排水用のギヤポンプＰ１，Ｐ２が停止され、排水が停止される。ステップＳ２９で２系統の給水用のギヤポンプＰ２，Ｐ４が駆動され、そして、ステップＳ３０でＭ秒の時限が経過するまでステップＳ２９からステップＳ３０のルーチンを繰り返し実行する。
なお、通常、時限Ｎ＞Ｍとして、Ｎは５〜１０秒、Ｍは１〜３秒程度に設定される。
【００５３】
そして、ステップＳ３０でＭ秒の時限が経過するまでステップＳ２９からステップＳ３０のルーチンを繰り返し実行し、Ｍ秒の時限経過により、ステップＳ３１で２系統の給水用のギヤポンプＰ１，Ｐ２が停止され、給水が停止される。そして、ステップＳ３２で水位が、所定値以下、即ち、ストックヤード８０の高さとしているかを判断し、ストックヤード８０の高さとなるまで、ステップＳ２４乃至ステップＳ３２のルーチンを繰り返し、実行する。
このように、本実施の形態の液状化現象試験装置は、制御器９０によって制御することができる。また、光、色、音によって臨場感を出すこともできる。
【００５４】
本実施の形態の液状化現象試験装置の加振機構は、垂直駆動サーボモータ１１等のモータの回転運動を往復動に代え、更に、その往復動を上下振動に変換して出力する駆動出力軸２３Ｂ，２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂによって垂直方向の振動出力を得る縦波発生機構１０と、水平駆動サーボモータ３１等のモータの回転運動を往復動に代え、更に、往復動を左右、前後の振動に変換した駆動出力軸３５Ｂ，３６Ｂによって垂直方向の振動出力を得る横波発生機構３０として構成しており、縦波発生機構１０の出力の後に横波発生機構３０を出力させている。しかし、「初期設定ルーチン」の時限設定によって片方のみの動作にすることもできる。
【００５５】
上記実施の形態の液状化現象試験装置は、液状化現象を試みる試料ＥＡを載置し、試料ＥＡを受けるフィルタ８１を配設した試料受８２と、試料受８２の正面、背面、左右側面及び底面を囲う少なくとも正面、背面、左右側面の１面以上が透明体からなる試料容器７０と、試料容器７０の底面から試料受８２との間に設けた給水または排水を貯水する水のストックヤード８０と、水のストックヤード８０に給水自在に設けた２系統の給水管９１ａ，９１ｂと、水のストックヤード８０に排水自在に設けた２系統の排水管９２ａ，９２ｂと、試料容器７０に振動エネルギを付与する縦波発生機構１０及び横波発生機構３０なる加振機構を具備するものである。
試料ＥＡを受けるフィルタ８１を配設した試料受８２は、取手８５によって取り出したり、試料ＥＡを収容することができる。
【００５６】
ここで、縦波発生機構１０及び横波発生機構３０なる加振機構は、タイマの時限Ｐｔ、時限Ｓｔの設定により、縦波発生機構１０または横波発生機構３０のみとすることができる。勿論、本実施の形態のように、縦波発生機構１０及び横波発生機構３０とすることができる。
また、上記実施の形態では、縦波発生機構１０が下で横波発生機構３０が上に積載されているから、液状化現象の強く出る横波発生機構３０のみを使用しても、高効率な使用が可能となる。この構成を縦波発生機構１０と横波発生機構３０の積載を逆にしたり、縦波発生機構１０または横波発生機構３０のみとすることができる。
【００５７】
この実施の形態の液状化現象試験装置は、少なくとも正面、背面、左右側面の１面以上が透明体からなる試料容器７０に、正面、背面、左右側面及び底面を囲うフィルタ８１を配設した液状化現象を試みる試料受８２を配置し、試料容器７０の底面から試料受８２との間に設けた給水または排水を貯水する水のストックヤード８０を構成する。そして、ストックヤード８０に給水自在に設けた給水管９１ａ，９１ｂと、ストックヤード８０に排水自在に設けた排水管９２ａ，９２ｂをストックヤード８０に連結する。そして、加振機構を用いて、前記試料容器７０に振動エネルギを付与する。
ストックヤード８０に給水すると、それによって試料ＥＡは浮力の影響が大きくなり、浮力によって試料ＥＡが舞い易くなり、撹拌用供給管９３から供給される水で試料ＥＡを拡散させる。常に、試料ＥＡの状態を初期化できる。
【００５８】
試料受８２上に配設された液状化現象を試みる試料ＥＡは、少なくとも正面、背面、左右側面の１面以上が透明体からなる試料容器７０を確認することができる。また、試料容器７０のフィルタ８１を配設した試料受８２の上部は、試料容器７０の底面と試料受８２との間に設けた水のストックヤード８０に、給水または排水を行うと、貯水するストックヤード８０で水圧、水流が均圧化され、単純に排水を行うと砂の粒子の細かいものは水に乗って排水されたり、フィルタ８１の目に溜まったりする。しかし、排水中に、排水を一時停止し、逆に、貯水するストックヤード８０に水を供給すると、ストックヤード８０の水圧が上昇し、水流の停止部分が発生するから、それまで水流に載っていた砂の粒子が浮力を受けて分散して沈降するから、液状化現象の試料ＥＡは排水すると全体が一様に固まる。
縦波発生機構１０及び横波発生機構３０からなる加振機構は、地震に酷似した振動を液状化現象の試料ＥＡに与えるから、地震による液状化現象の観察が可能である。特に、例えば、パルスモータ、リニアモータを使用して加振するものでは、バルス間隔（パルス周波数）を変更することにより、パルス制御によって加振する振動を自在に設定できる。
【００５９】
上記実施の形態の液状化現象試験装置の試料容器７０に振動エネルギを付与する横波発生機構３０からなる加振機構は、水平方向の振動エネルギを付与する機構としたものでは、振動エネルギとして横波を付与することにより、試料ＥＡには液状化現象が生じ、地震による液状化現象の概略を掴むことができる。また、垂直方向の振動エネルギを付与する機構がないので、コンパクト化が図れ、軽量化も可能である。
また、振動エネルギを付与する縦波発生機構１０からなる加振機構は、垂直方向の振動エネルギを付与する機構としているので、振動エネルギとして縦波を付与することにより、試料ＥＡには液状化現象が生じるか否か、地震による液状化現象の概略を掴むことができる。また、水平方向の振動エネルギを付与する機構がない場合には、コンパクト化が図れ、軽量化も可能である。
【００６０】
上記実施の形態の液状化現象試験装置の試料容器７０に振動エネルギを付与する加振機構は、水平方向の振動エネルギを付与する機構としたものである。試料容器７０に振動エネルギを付与する加振機構は、垂直方向の振動エネルギ及び水平方向の振動エネルギを付与する縦波発生機構１０及び横波発生機構３０からなる機構としたものであるから、地震波に相当した振動を液状化現象が生じる試料ＥＡに印加することができ、地震波の到来からの現象を観察することができる。
【００６１】
上記実施の形態の液状化現象試験装置の試料容器７０に振動エネルギを付与する縦波発生機構１０及び横波発生機構３０からなる加振機構は、垂直方向の振動エネルギ及び水平方向の振動エネルギを付与する機構としたものであるが、初期設定により、横波を加える時限は長くなるから、横波を発生している縦波発生機構１０の慣性を少なくすることにより、振動エネルギのロスを少なくすることができる。また、構造によっては、垂直方向の振動エネルギを付与する機構のみを取り外すことができる。
【００６２】
上記実施の形態の液状化現象試験装置の給水管９１ａ，９１ｂと排水管９２ａ，９２ｂは、ストックヤード８０から排水を行う際に、所定のタイミングで排水を停止させ、試料ＥＡ中の水の流れを一時的に停止させるか、逆流させた後、給水を行うものであるから、試料容器７０のフィルタ８１を配設した試料受８２の上部に給水または排水を行うと、貯水する水のストックヤード８０で圧力が均圧化され、単純に排水を行うと砂の粒子の細かいものは水に乗って排水されたり、フィルタ８１の目に溜まったりする。しかし、排水中に、排水を一時停止し、逆に、貯水するストックヤードに水を供給すると、ストックヤード８０の水圧が上昇し、水流の停止部分が発生するから、それまで水流に載っていた砂の粒子が浮力を受けて分散して沈降するから、液状化現象の試料ＥＡは排水すると全体が一様に固まる。
【００６３】
試料受８２には、２０〜５０ｍｍに１個の４〜６φの貫通穴を設けており、試料受８２の上面を被う試料ＥＡをフィルタ８１を介して載置したもので、試料受８２自体に所定の貫通孔を設け、試料受８２自体にフィルタ機能を構成するものであり、また、フィルタ機能として、不織布、メッシュ生地、濾過布の合成樹脂とするものでは、フィルタ８１が立体的な濾過組織となり目詰まりを起し難くい。また、アクリル板からなる試料受８２も、流体粒子の流動抵抗を小さく抑えることができる。
【００６４】
上記実施の形態の液状化現象試験装置の給水管９１ａ，９１ｂと排水管９２ａ，９２ｂは、ストックヤード８０から排水を行う際に、所定のタイミングで排水を停止させ、試料ＥＡ中の水の流れを一時的に停止させるか、逆流させた後、給水を行うものである。
したがって、給水管９１ａ，９１ｂと排水管９２ａ，９２ｂは、２系統の給水管９１ａ，９１ｂ、２系統の排水管９２ａ，９２ｂを具備するものであるから、給水管９１ａ，９１ｂと排水管９２ａ，９２ｂの流体抵抗は、１／２に低減されるから、過度現象を大きくすることなく使用できる。また、２系統の給水管９１ａ，９１ｂと２系統の排水管を互いに試料受８２の中心の点対称の位置とすることにより、ストックヤード８０の水圧を均一化できる。また、図示していないが、給水管９１ａ，９１ｂと排水管９２ａ，９２ｂは、同時に給水管として、または排水管として使用することもできる。
【００６５】
上記実施の形態の液状化現象試験装置の給水管９１ａ，９１ｂと排水管９２ａ，９２ｂは、２系統の給水管９１ａ，９１ｂ、２系統の排水管９２ａ，９２ｂを具備するものであるから、対角線配置ができ、ストックヤード８０内の水圧が水の流れの分流により、流体抵抗の低下となり、ストックヤード８０の試料受８２から突出する流体の圧力が均一となり、液状化現象を試みる試料ＥＡのバランスが均一化でき、試料ＥＡの再現性が確保できる。
【００６６】
上記実施の形態の液状化現象試験装置は、図示しないキャスター付きの架台部に、制御器９０、水タンク９５を収容し、その上に試料容器７０に振動エネルギを付与する縦波発生機構１０及び／または横波発生機構３０からなる加振機構を配設し、試料受８２の正面、背面、左右側面及び底面を囲う面の少なくとも正面、背面、左右側面の１面以上が透明体からなる試料容器７０、液状化現象を検証する試料ＥＡを受けるフィルタ８１を上面に配設した試料受８２の順序で積載するのが望ましい。
特に、キャスターは搬送用とし、使用時には制動が掛かる大径輪のキャスターが望ましい。
【００６７】
上記実施の形態の液状化現象試験装置の試料ＥＡは、砂地盤を前提とするが、若干のでんぷんのりを添加することにより、液状化現象が変化することを試料受８２を取り換えることにより表出させ、種々の条件によって液状化現象がピークになり、また、逆にそれを抑えることができる。
また、杭打ちで使用する杭についても、コンクリート中が良いのか否かも確認できる。そして、樹木の根の張り方によって違いが如何に出るかは、地表にあたる上部にでんぷんのりの粉末を流すと、地表近くが表現できる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
上記実施の形態では、垂直駆動サーボモータ１１及び水平駆動サーボモータ３１は、サーボモータまたはステッピングモータを使用する例で説明したが、本発明を実施する場合の縦波発生機構１０及び横波発生機構３０は、垂直振動、水平振動を行うものであり、回転運動を往復運動に変換している。しかし、本発明を実施する場合には、リニアモータを使用し、回転運動を往復運動に変換することなく、直接、垂直、水平等の直線運動とすることができる。
リニアモータの磁極に印加するパルス間隔を変化させたＰＷＭ変調により、急速減速により停止させ、または、パルス間隔を一定とするＰＮＭ変調により、均一振動とすることができる。勿論、振幅を変化させるパルス振幅変調ＰＡＭ、パルス幅を変えるパルス幅変調ＰＷＭ、周波数や位相を変化させるパルス位置変調ＰＰＭ、パルスの密度を変化させるパルス密度変調ＰＤＭの何れを速度制御または位置制御として使用してもよい。
【００６９】
ディジタル通信の通信方式からすれば、振幅変位変調方式ＡＳＫ、周波数偏移変調方式ＦＳＫ、位相偏移変調方式ＰＳＫ、直交振幅偏移変調方式ＱＡＭにより、変調を加えた信号を使用することもできる。何れにせよ、パルスに情報を持たせ、それにより直線移動を行う制御であればよい。
また、同一規格・仕様のリニアモータであれば、１つの制御信号を複数個所に配置した複数台のリニアモータに並列接続しても、それらは同時に同一直線動作を行うことができる。そして、本実施の形態でリニアモータの使用は、縦波発生機構１０及び横波発生機構３０を構成する部品点数を少なくし、故障の発生も少なくなるから好適である。また、任意の縦波、横波が発生させられる。
【符号の説明】
【００７０】
１０    縦波発生機構（加振機構）
１１    垂直駆動サーボモータ
２３Ｂ，２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂ    駆動出力軸
３０    横波発生機構（加振機構）
３１    水平駆動サーボモータ
３５Ｂ，３６Ｂ    駆動出力軸
６０    試験台
７０    試料容器
７１    支持受部
８０    ストックヤード
８１    フィルタ
８２    試料受
９０    制御器
９５    水タンク
９１ａ，９１ｂ      給水管（給排水管）
９２ａ，９２ｂ      排水管（給排水管）
ＥＡ    試料
ＳＥ    水位センサ（フロートスイッチ）
【要約】
【課題】初心者に対するデモンストレーションで液状化現象をディスプレイでき、震災時に生じ得る事象を理解し易い液状化現象として発生できること。
【解決手段】液状化現象を試みる試料ＥＡを載置し、試料ＥＡを受けるフィルタ８１を配設した試料受８２と、その試料受８２の正面、背面、左右側面及び底面を囲う少なくとも１面以上が透明体からなる試料容器７０と、その試料容器７０の底面から試料受８２との間に設けた給水または排水を貯水するストックヤード８０と、前記ストックヤード８０に給水自在に設けた２系統の給水管９１ａ，９１ｂと、前記ストックヤード８０に排水自在に設けた２系統の排水管９２ａ，９２ｂと、試料容器７０に振動エネルギを付与する縦波発生機構１０及び／または横波発生機構３０なる加振機構からなる。
【選択図】図１【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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