(57)【要約】      （修正有）【課題】一般的な模型縮尺に見合うような時間縮尺を実現し、地中コンクリート構造物の築造を適切に模擬することができる遠心載荷実験方法および遠心載荷実験用試験体を提供すること。【解決手段】実験土槽１内に粘土層９、砕石層１１からなる地盤２を形成し、地盤２に溝１５を掘削し、地盤２とほぼ同等の比重の溶液３３を満たす。溝１５は、薄膜１７で複数に分割される。次に、遠心載荷装置１９を用いて実験土槽１に遠心載荷を行いつつ、溝１５ａ、溝１５ｃ、溝１５ｂ内の溶液３３を、比重１．１〜１．２程度で金属イオンとの親和性に優れた嫌気性接着剤３５で順次置きかえる。さらに、嫌気性接着剤３５中に、表面に金属イオンを有する粒状材（図示せず）を流し込み、固化体３７を得る。【選択図】図３（ａ）
2006058141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土の層に掘削された孔に、気中で流動性を保持できる接着剤を満たす工程（ａ）と、
前記接着剤中に、表面に金属イオンを有する粒状材を流し込む工程（ｂ）と、
を具備し、
前記工程（ａ）および前記工程（ｂ）が遠心載荷中に実施されることを特徴とする遠心載荷実験方法。
【請求項２】
前記孔が、薄膜によって複数部分に分割されることを特徴とする請求項１記載の遠心載荷実験方法。
【請求項３】
前記粒状材が、金属粉と、金属イオンを塗布した前記金属粉より比重の小さい粒状体との混合物であることを特徴とする請求項１記載の遠心載荷実験方法。
【請求項４】
前記金属粉と、前記金属粉より比重の小さい粒状体との混合比を変化させて、前記粒状材の比重を調整することを特徴とする請求項３記載の遠心載荷実験方法。
【請求項５】
前記工程（ａ）の前に、遠心載荷を行わない状態で、前記孔内に金属イオンを有する溶液を満たす工程（ｃ）をさらに具備し、
前記工程（ａ）で、前記溶液を前記接着剤と置き換えることを特徴とする請求項１記載の遠心載荷実験方法。
【請求項６】
前記溶液が、タングステン溶液であることを特徴とする請求項５記載の遠心載荷実験方法。
【請求項７】
遠心載荷を行いつつ、土の層に形成された孔内に、気中で流動性を保持できる接着剤を満たし、前記接着剤中に、表面に金属イオンを有する粒状材を流し込むことによって作製されたことを特徴とする遠心載荷実験用試験体。
【請求項８】
前記孔が、薄膜によって複数部分に分割されたことを特徴とする請求項７記載の遠心載荷実験用試験体。
【請求項９】
前記粒状材が、金属粉と、金属イオンを塗布した前記金属粉より比重の小さい粒状体との混合物であることを特徴とする請求項７記載の遠心載荷実験用試験体。
【請求項１０】
前記金属粉と、前記金属粉より比重の小さい粒状体との混合比を変化させて、前記粒状材の比重を調整することを特徴とする請求項９記載の遠心載荷実験用試験体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心載荷実験方法および遠心載荷実験用試験体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤を含む模型実験試験体に重力の導入が必要である場合には、遠心載荷装置が用いられる。遠心載荷実験では、縮尺が１／ｎである模型にｎ×ｇ（重力加速度）なる加速度を模型に与えることにより、短い時間で実際の現象が再現される。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５０２９６号公報
【０００４】
遠心載荷装置を用いた模型実験において、模型の縮尺が１／ｎであれば時間の縮尺は１／ｎ２となることが既往の研究により知られている。構造物を築造する場合に用いられるコンクリートは、２８日強度と呼ばれる材料強度を想定して施工されている。ここで、実験模型の縮尺を一般的な１／５０として、地中コンクリート構造物の築造を模擬するには、２８日×１／５０２の時間内に実際のコンクリートと同等の強度および変形係数を表現できる材料が必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、適切な時間縮尺でコンクリート構造物の築造を表現できるような試験体や試験方法は、確立されていない。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、地中コンクリート構造物の築造を、一般的な模型縮尺に見合うような時間縮尺で模擬することができる遠心載荷実験方法および遠心載荷実験用試験体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達成するための第１の発明は、土の層に掘削された孔に、気中で流動性を保持できる接着剤を満たす工程（ａ）と、前記接着剤中に、表面に金属イオンを有する粒状材を流し込む工程（ｂ）とを具備し、前記工程（ａ）および前記工程（ｂ）が遠心載荷中に実施されることを特徴とする遠心載荷実験方法である。
【０００８】
孔は、実験用の土槽内の土の層に掘削され、必要に応じて、薄膜によって複数部分に分割される。工程（ａ）で用いられる接着剤は、比重が１．１〜１．２程度で、金属イオンとの親和性に優れた嫌気性接着剤とするのが望ましい。この接着剤は、建設現場で用いるベントナイト泥水の単位体積重量とほぼ同等の単位体積重量を有する。
【０００９】
工程（ｂ）で用いられる粒状材は、例えば、金属粉と、金属イオンを塗布した金属粉より比重の小さい粒状体との混合物である。粒状体への金属イオンの塗布は、嫌気性接着剤の硬化促進剤である金属イオン入りのプライマで処理することにより、行われる。工程（ｂ）では、金属粉と、金属粉より比重の小さい粒状体との混合比を変化させて、粒状材の比重を適切な値に調整する。
【００１０】
工程（ａ）の前には、必要に応じて、遠心載荷を行わない状態で、孔内に金属イオンを有する溶液を満たす工程（ｃ）がさらに設けられる。このとき、工程（ａ）では、孔内に満たされた溶液を接着剤と置き換える。工程（ｃ）で用いられらる金属イオンは地盤材料とほぼ同等の単位体積重量を有する。工程（ｃ）で用いられる溶液は、例えば、メタタングステン酸アンモニウム水溶液等のタングステン溶液や塩化亜鉛溶液等である。
【００１１】
第１の発明では、遠心載荷中に、土の層に掘削された孔内に、気中で流動性を保持できる接着剤を満たす。さらに、接着剤中に、表面に金属イオンを有する粒状材を流し込む。
【００１２】
第２の発明は、遠心載荷を行いつつ、土の層に形成された孔内に、気中で流動性を保持できる接着剤を満たし、前記接着剤中に、表面に金属イオンを有する粒状材を流し込むことによって作製されたことを特徴とする遠心載荷実験用試験体である。
【００１３】
試験体は、実験用の土槽内の土の層に孔を掘削して形成される。孔は、必要に応じて、薄膜によって複数部分に分割される。接着剤は、比重が１．１〜１．２程度で、金属イオンとの親和性に優れた嫌気性接着剤とするのが望ましい。粒状材は、例えば、金属粉と、金属イオンを塗布した金属粉より比重の小さい粒状体との混合物とする。粒状材の比重は、金属粉と、金属粉より比重の小さい粒状体との混合比を変化させることにより調整される。
【００１４】
第２の発明では、遠心載荷を行いつつ、土の層に形成された孔内に、気中で流動性を保持できる接着剤と置き換える。さらに、接着剤中に、表面に金属イオンを有する粒状材を流し込んで、遠心載荷実験用試験体を得る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、地中コンクリート構造物の築造を、一般的な模型縮尺に見合うような時間縮尺で模擬することができる遠心載荷実験方法および遠心載荷実験用試験体を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態では、遠心載荷実験において、１／５０〜１／１００程度の縮尺の模型を用いて、実際の地中連続壁の築造過程を模擬する。
【００１７】
遠心載荷実験では、実験土槽への遠心載荷を行う前に、まず、実験土槽内に地盤を再現する。図１は、地盤２を再現した実験土槽１を垂直面で切断したものの斜視図を示す。実験土槽１は、対向する底面３および上面７と、４つの側面５からなる箱体である。実験土槽１の底面３上には台１３が設置される。台１３上には地盤２が形成される。
【００１８】
地盤２は、例えば、台１３上に配置される砕石層１１と、砕石層１１上に配置される粘土層９とで構成される。砕石層１１および粘土層９を形成する際には、実験土槽１内に砕石や粘土を入れ、必要に応じて遠心載荷を行う。
【００１９】
砕石層１１および粘土層９を形成した後、遠心載荷を行わない状態で、地盤２内に溝１５を掘削し、溝１５内に溶液３３を満たす。溝１５は、ゴム製等の薄膜１７により、溝１５ａ、溝１５ｂ、溝１５ｃに分割される。溝１５の寸法は、築造を模擬する地中連続壁の寸法から決定する。
【００２０】
溶液３３は、地盤２と同等の単位体積重量で、金属イオンを有するものとする。溶液３３には、メタタングステン酸アンモニウム水溶液や塩化亜鉛溶液等を用いることができるが、無公害であるメタタングステン酸アンモニウム水溶液を用いるのが望ましい。
【００２１】
図１に示すように、地盤２とほぼ同等の単位体積重量の溶液３３を溝１５に満たすことにより、実際の地中連続壁の築造を再現する準備が整う。図１に示す状態において、溶液３３は、地盤２と一体となって、実際の地盤を模擬するものとみなされる。図１に示すような実験土槽１を準備した後、実験土槽１への遠心載荷を開始する。
【００２２】
図２は、遠心載荷装置１９の概略図である。図２に示すように、遠心載荷装置１９は、中心軸２１、中心軸２１を中心に回転する水平アーム２３、水平アーム２３の両端に設けられたプラットホーム２５、駆動モータ２７、中心軸２１と駆動モータ２７の間に設けられた減速機３１および駆動軸２９等で構成される。
【００２３】
遠心載荷を行う際には、図２に示す遠心載荷装置１９の一方のプラットホーム２５に実験土槽１を、他方のプラットホーム２５に錘を設置する。そして、駆動モータ２７を駆動させ、駆動軸２９、減速機３１を介して中心軸２１を回転させる。中心軸２１が回転すると、水平アーム２３およびプラットホーム２５が回転し、実験土槽１に遠心加速度が作用する。
【００２４】
遠心載荷で実験土槽１に与える加速度は、従来の遠心載荷実験と同様に設定する。すなわち、実験土槽１内に再現する模型の縮尺が１／ｎの場合、ｎ×ｇ（重力加速度）なる加速度を与える。
【００２５】
図３は、遠心載荷中の各工程を示す図である。図３（ａ）に示すようにシリンダ５１の内部には、ピストン５３が設けられる。シリンダ５１内部には、嫌気性接着剤３５が充填されている。シリンダ５１には、管５７が設けられ、管５７の端部は、３本の管６１ａ、６１ｂ、６１ｃに分岐され、各管にバルブ５９ａ、５９ｂ、５９ｃが設けられる。各管６１ａ、６１ｂ、６１ｃの端部は、溝１５ａ、１５ｂ、１５ｃの内部に至る。
【００２６】
また、シリンダ５１には、管７１が設けられ、管７１の端部は、３本の管７５ａ、７５ｂ、７５ｃに分岐され、各管にバルブ７３ａ、７３ｂ、７３ｃが設けられる。各管７３ａ、７３ｂ、７３ｃの端部は、溝１５ａ、１５ｂ、１５ｃの内部に挿入される。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、溝１５ａから溶液３３を抜き取り、嫌気性接着剤３５を満たす場合、バルブ５９ａ、７３ａを開き、他のバルブは閉じる。そして、ピストン５３をＡ方向に移動させる。シリンダ５１内の嫌気性接着剤３５は、管５７、管６１ａを介して溝１５ａ内に送り込まれる。また、溝１５ａ内の溶液３３は、管７５ａを介して、シリンダ５１に吸い込まれる。
【００２８】
このようにして、遠心載荷装置１９を用いて実験土槽１に遠心載荷した状態で、図３（ａ）に示すように、溝１５ａに満たされた溶液３３を、嫌気性接着剤３５に置き換える。すなわち、溝１５ａから溶液３３を抜き取り、嫌気性接着剤３５を満たす。
【００２９】
続いて、溝１５ｃに満たされた溶液３３を、嫌気性接着剤３５に置き換える。
すなわち、バルブ５９ｃ、７３ｃを開き、他のバルブは閉じる。そして、ピストン５３をＡ方向に移動させる。シリンダ５１内の嫌気性接着剤３５は、管５７、管６１ｃを介して溝１５ｃ内に送り込まれる。また、溝１５ｃ内の溶液３３は、管７５ｃを介して、シリンダ５１に吸い込まれる。
【００３０】
さらに、図３（ｂ）に示すように、溝１５ｂに満たされた溶液３３を、嫌気性接着剤３５に置き換える。
【００３１】
すなわちバルブ５９ｂ、７３ｂを開き、他のバルブは閉じる。そして、ピストン５３をＡ方向に移動させる。シリンダ５１内の嫌気性接着剤３５は、管５７、管６１ｂを介して溝１５ｂ内に送り込まれる。また、溝１５ｂ内の溶液３３は、管７５ｂを介して、シリンダ５１に吸い込まれる。
【００３２】
嫌気性接着剤３５は、比重１．１〜１．２程度で、金属イオンとの親和性に優れ、空気中で流動性が保持できるものとする。
【００３３】
実験土槽１において、地盤２と同等の比重の溶液３３を溝１５から抜き取る工程は、実際の地中連続壁の築造において、地盤に溝を掘削する工程に相当する。また、実験土槽１において、溝１５に地盤２より比重が小さい順次嫌気性接着剤３５を満たす工程は、実際の地中連続壁の築造において、溝壁を安定させるために泥水を満たす工程に相当する。
【００３４】
次に、実験土槽１に遠心載荷を行ったまま、溝１５に満たした嫌気性接着剤３５に粒状材（図示せず）を混入する。粒状材（図示せず）は、例えば、金属粉と、金属イオンを塗布した金属粉より比重の小さい流動性のある粒状体との混合物である。金属粉は、例えば、ステンレススチール製とする。粒状体は、例えば、パラジウムイオン等の金属イオンを主成分とするプライマで処理した珪砂とする。金属イオンの塗布は、嫌気性接着剤３５との反応性を高めるための処理である。
【００３５】
実験土槽１において、嫌気性接着剤３５に粒状材（図示せず）を混入する工程は、実際の地中連続壁の築造において、溝中の泥水をコンクリートに置き換える工程に相当する。
【００３６】
嫌気性接着剤３５に粒状材（図示せず）を混入すると、図３の（ｃ）図に示すように、固化体３７が得られる。固化体３７は、溶液３３の残留イオンおよび粒状材（図示せず）が、嫌気性接着剤３５を介して結合、固化することにより形成される。
【００３７】
実験土槽１において、固化体３７を得る工程は、実際の地中連続壁の築造において、コンクリートを硬化させて連続壁を完成させる工程に相当する。図３の（ａ）図、図３の（ｂ）図では、掘削溝に満たされる泥水に相当するものであった嫌気性接着剤３５は、図３の（ｃ）図では骨材に対するセメントペーストに相当するものとして機能する。
【００３８】
上述したように、縮尺が１／５０の実験模型を用いて遠心載荷実験を行う場合、コンクリート構造物の築造を模擬するには、２８日×１／５０２＝１６．１２分以内に実際のコンクリートと同等の強度および変形係数を表現する必要がある。本実施の形態で形成した固化体３７は、この条件を満たす。
【００３９】
なお、固化体３７の比重は、嫌気性接着剤３５に混入する粒状材（図示せず）の比重を変化させることで調整可能である。粒状材（図示せず）の比重は、金属粉と、金属イオンを塗布した金属粉より比重の小さい流動性のある粒状体との混合比を調整することで変化する。粒状材（図示せず）の比重を調整することにより、多様な単位体積重量のコンクリートを再現することができる。
【００４０】
このように、本実施の形態では、実験土槽１内の地盤２に形成された溝１５に溶液３３を満たした後、遠心載荷装置１９を稼動させつつ、溶液３３を嫌気性接着剤３５と置き換え、嫌気性接着剤３５に粒状材（図示せず）を混入して固化体３７を得ることで、地中コンクリート構造物の築造を適切に模擬することができる。本実施の形態は、変位計、土圧計、間隙水圧計等を実験土槽１に設置することにより、種々の遠心載荷実験に対応できる。
【００４１】
本実施の形態では、金属イオンとの親和性に優れた嫌気性接着剤３５と、表層に金属イオンを有する粒状材（図示せず）を適切に選択することにより、一般的な模型縮尺に見合うような時間縮尺を実現できる。また、粒状材（図示せず）の比重を調整することにより、様々な比重のコンクリートを模擬できる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、地盤２内に形成した溝１５に満たした溶液３３を嫌気性接着剤３５と置きかえることで、地盤を掘削して泥水を満たす工程を模擬したが、溶液３３と嫌気性接着剤３５との置き換えを省略してもよい。すなわち、地盤２に形成した溝に嫌気性接着剤３５を満たす作業から開始し、地盤に泥水を満たす工程以降を模擬してもよい。
【００４３】
また、地盤２に、図１、図３に示すような３分割された溝１５以外の溝、孔を形成してもよい。地盤２に形成する溝、孔の形状や、薄膜によって分割される数等を変更することにより、連続地中壁以外のコンクリート構造物（杭等）の築造工程を模擬することができる。
【００４４】
さらに、粒状材（図示せず）を構成する金属紛の材質は、ステンレススチールでなくてもよい。また、粒状体は、主成分がパラジウムイオンであるプライマで処理した珪砂に限らず、表面に金属イオンを塗布できる他種の砂や、砂以外の材質でもよい。主成分がパラジウムイオン以外の金属イオンであるプライマを用いて金属イオンを塗布してもよい。
【００４５】
以上、添付図面を参照しながら本発明にかかる遠心載荷実験方法および遠心載荷実験用試験体の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】地盤２を再現した実験土槽１を垂直面で切断したものの斜視図
【図２】遠心載荷装置１９の概略図
【図３（ａ）】遠心載荷中の各工程を示す図
【図３（ｂ）】遠心載荷中の各工程を示す図
【図３（ｃ）】遠心載荷中の各工程を示す図
【符号の説明】
【００４７】
１………実験土槽
２………地盤
９………粘土層
１１………砕石層
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ………溝
１７………薄膜
１９………遠心載荷装置
３３………溶液
３５………嫌気性接着材
３７………固化体
【図１】
2006058141.tif 000003
【図２】
2006058141.tif 000004
【図３（ａ）】
2006058141.tif 000005
【図３（ｂ）】
2006058141.tif 000006
【図３（ｃ）】
2006058141.tif 000007