(57)【要約】【課題】  本発明は土材料に動的な荷重を加える事により、引張強度を正確に測定できる土材料の動的引張試験方法および装置を得るにある。【解決手段】  試験体となる土材料を剛体の上部外殻および下部外殻で覆う土材料被覆工程と、土材料を覆った下部外殻の底面に対して瞬間的な変位を上向きに加える変位付加工程と、該変位付加工程で変位を加えた際の上部外殻および下部外殻の加速度および変位を測定する測定工程と、該測定工程において測定された加速度および変位から土材料の引張強度を解析する解析工程とで土材料の動的引張試験方法を構成している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験体となる土材料を剛体の上部外殻および下部外殻で覆う土材料被覆工程と、土材料を覆った下部外殻の底面に対して瞬間的な変位を上向きに加える変位付加工程と、該変位付加工程で変位を加えた際の上部外殻および下部外殻の加速度および変位を測定する測定工程と、該測定工程において測定された加速度および変位から土材料の引張強度を解析する解析工程とより構成される土材料の動的引張試験方法。
【請求項２】
前記変位付加工程において外殻の底面に加える瞬間的な上向きの変位は、振動であることを特徴とする請求項１記載の土材料の動的引張試験方法。
【請求項３】
前記変位付加工程において外殻の底面に加える瞬間的な上向きの変位は、パルス状の振動であることを特徴とする請求項２記載の土材料の動的引張試験方法。
【請求項４】
前記変位付加工程において外殻の底面に加える振動は４０００Ｈｚ〜４００００Ｈｚであることを特徴とする請求項２又は３記載の土材料の動的引張試験方法。
【請求項５】
土材料を覆うことができる剛体の上部外殻および下部外殻と、該上部外殻および下部外殻をそれぞれ上下方向に移動可能に保持することができる保持装置と、前記下部外殻の底面に瞬間的な上向きの変位を加える事ができる変位付加装置と、前記上部外殻および下部外殻の外周面にそれぞれ取り付けられたセンサと、該センサで測定した値から土材料の引張強度を解析する解析装置とより構成される土材料の動的引張試験装置。
【請求項６】
前記変位付加装置は振動により変位を付加する振動装置であることを特徴とする請求項５記載の土材料の動的引張試験装置。
【請求項７】
前記センサは、加速度および変位を測定することができるセンサであることを特徴とする請求項５又は６記載の土材料の動的引張試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は土材料に動的な荷重を加え引張試験を行う動的引張試験方法及びその試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
土材料は脆く崩れやすいという性質から、実務上はそのせん断破壊現象のみを考慮して土構造物は設計されている。しかし、地震により盛土等に開口クラックが発生する事例は数多く見られ、これは盛土がせん断破壊とは異なるメカニズム、すなわち引張力が働き破壊したものと考えられる。そのため、このような破壊形態を考慮した設計や耐震対策をするためには、土材料の引張強度の測定が必要となる。
【０００３】
従来、土材料のような崩れやすい試料は、引張試験機に直接取り付けることもでないため、容器に充填し、容器ごと引張試験機で引張荷重をかけて、引張強度を測定する試験方法等が知られていた。具体的には、土材料の引張試験では上下又は左右に２分割された容器に土材料を充填し、当該容器を引張方向に静的に持ち上げ引張強度を測定する方法、容器を傾けることで土材料に荷重をかけ、土材料の引張強度を測定する方法、土材料中に有孔板を挿入し、この有孔板を引張って引張強度を測定する試験装置および方法（特許文献１）等である。なお、２分割の容器を引張ったり、容器を傾ける試験方法では、容器内面と土材料の摩擦力により土材料が引張られ、引張強度が測定されるものである。
【０００４】
しかし、このように静的な荷重を容器にかけて、摩擦力で土材料を引張る場合、土材料の一部が摩擦力により強く引張られ、容器との接触面近傍にせん断破壊を発生させたり、容器との接触面が剥離してしまい引張強度を正確に測定できるものではなかった。また、特許文献１の発明でも、有孔板の下面と土材料の結合強さや、板側面と土材料とのせん断摩擦力を測定してしまうおそれがあった。すなわち、容器と土材料との結合強さやせん断摩擦力を測定してしまい、引張強度を測定できないおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−４７７９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、土材料に直接動的な荷重を加える事により、引張強度を正確に測定できる土材料の動的引張試験方法および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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は試験体となる土材料を剛体の上部外殻および下部外殻で覆う土材料被覆工程と、土材料を覆った下部外殻の底面に対して瞬間的な変位を上向きに加える変位付加工程と、該変位付加工程で変位を加えた際の上部外殻および下部外殻の加速度および変位を測定する測定工程と、該測定工程において測定された加速度および変位から土材料の引張強度を解析する解析工程とで土材料の動的引張試験方法を構成している。
【０００８】
また、本発明は土材料を覆うことができる剛体の上部外殻および下部外殻と、該上部外殻および下部外殻をそれぞれ上下方向に移動可能に保持することができる保持装置と、前記下部外殻の底面に瞬間的な上向きの変位を加える事ができる変位付加装置と、前記上部外殻および下部外殻の外周面にそれぞれ取り付けられたセンサと、該センサで測定した値から土材料の引張強度を解析する解析装置とより土材料の動的引張試験装置を構成している。
【発明の効果】
【０００９】
以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
（１）請求項１により外殻の底面に対して瞬間的な変位を上向きに加え、慣性力により土材料に直接荷重を加えることで、上下の外殻の継ぎ目で土材料に引っ張り応力を与えることができる。
したがって、せん断破壊等を起こさせず、正確に土材料の引張強さを測定することができる。
（２）土材料の引張強さを正確に測定することができるので、盛土のクラック等の対策工事で過剰な工事を行う必要がなく、土材料の引張強度を積極的に利用した工法により最小限の範囲で施工することができる。
（３）請求項２〜７も前記（１）〜（２）と同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を実施するための第１の形態の工程図。
【図２】本発明を実施するための第１の形態の試験装置の概略説明図。
【図３】本発明を実施するための第１の形態の解析結果。
【図４】従来の静的引張試験の解析結果。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に示す本発明を実施するための形態により、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
図１ないし図４に示す本発明を実施するための第１の形態において、１は土材料の動的引張試験方法で、この土材料の動的引張試験方法１は試験体となる土材料２を剛体の上部外殻３および下部外殻４で覆う土材料被覆工程５と、土材料２を覆った下部外殻４の底面に対して瞬間的な変位を上向きに加える変位付加工程６と、該変位付加工程６で変位を加えた際の上部外殻３および下部外殻４の加速度および変位を測定する測定工程７と、該測定工程７において測定された加速度および変位から土材料２の引張強度を解析する解析工程８とで構成されている。
【００１３】
また、この土材料の動的引張試験方法１には、土材料２を覆うことができる剛体の上部外殻３および下部外殻４と、該上部外殻３および下部外殻４をそれぞれ上下方向に移動可能に保持することができる保持装置９と、前記下部外殻４の底面に瞬間的な上向きの変位を加える事ができる変位付加装置１０と、前記上部外殻３および下部外殻４の外周面にそれぞれ取り付けられたセンサ１１、１１と、該センサ１１、１１で測定した値から土材料の引張強度を解析する解析装置１２から構成される土材料の動的引張試験装置１３が用いられる。
【００１４】
前記土材料被覆工程５は、上下に２分割された円筒形状で剛体の上部外殻３および下部外殻４により、引張強度を測定したい土壌から採取した円筒形状の土材料２を覆う工程で、後の変位付加工程で加えられる瞬間的な変位により土材料２がバラバラにならないように行うものである。この工程では、下部外殻４の底面を保持装置９で支持し、土材料２を下部外殻４へ挿入し、その後、上部外殻３を土材料２上部へ被せる。また、上部外殻３および下部外殻４間には隙間１４が設けられた状態で土材料２に被覆される。前記保持装置９は上部外殻３および下部外殻４を上下方向（軸芯方向、Ｚ軸方向）にのみ移動可能に保持するもので、左右方向（Ｘ軸方向）および縦方向（Ｙ軸方向）の移動は拘束できるものである。また、保持装置９は上部外殻３が土材料２の上面に荷重をかけないように、土材料２の上面と触れる程度の位置に上部外殻３を保持できるストッパー（図示せず）を備えるものであっても良く、上部外殻３および下部外殻４は土材料２に与える影響を小さくするため、質量をなるべく小さくすることが望ましい。
【００１５】
前記変位付加工程６は、変位付加装置１０により下部外殻４の底面に対して瞬間的な変位を上向きに加える工程で、本発明の実施の形態では振動により瞬間的な変位を付加している。なお、前記振動は４０００Ｈｚ〜４００００Ｈｚのパルス状の振動であることが望ましい。
【００１６】
下部外殻４の底面に対して瞬間的な変位を上向きに加えると、慣性力により上向きの動的な荷重が土材料２全体に加わり、土材料２に引張応力が発生した状態となる。なお、この引張応力が土材料２の引張強度を超過している場合、上部外殻３と下部外殻４の間に設けられた隙間１４付近で土材料２の引張破壊が発生する。
【００１７】
前記測定工程７は、変位付加工程６にて変位を付加された際に、上部外殻３および下部外殻４の外周面にそれぞれ取り付けられたセンサ１１、１１により、上部外殻３および下部外殻４の上向き方向の変位量および加速度を測定し、解析装置１２へ測定結果を出力する工程である。
【００１８】
なお、センサ１１、１１は上部外殻３および下部外殻４の外周面に取り付けられているが、上部外殻３および下部外殻４は上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に保持されているため、上部外殻３および下部外殻４の変位量および加速度から土材料２に加わった応力を解析することができる。
【００１９】
前記解析工程８はセンサ１１、１１で測定された加速度および変位量の値から、土材料に加わった応力を解析装置１２により解析する。具体的には上部外殻３とその内部の土材料２ａ、下部外殻４とその内部の土材料２ｂをそれぞれ質点と仮定し、質点間に働くべき力から引張力を求め、これを断面積で除して引張応力とする。
【００２０】
図３は、本発明の試験方法及び装置を用い６５００Ｈｚ、８２５０Ｈｚおよび１００００Ｈｚの振動で変位を付加した際の解析結果である。この解析結果では各周波数において引張破壊した要素が横方向に貫通している面があり、この図示した境界面で引張破壊のみが発生したことを示している。これに対して、図４に示す従来の静的引張試験の解析結果では、要素の破壊が横方向に貫通している面では引張破壊だけでなく、せん断破壊も発生しており、正確に引張強度を測定できておらず、また、この面では土材料２の容器との接触面がせん断破壊しており、容器内面との剥離も発生していることを示している。
【００２１】
このように本発明は脆くて柔らかい土材料に、動的な荷重（瞬間的な変位）を加えることで、正確に土材料の引張強度を測定できるものである。
【００２２】
なお、本発明の実施の形態では、円柱状の上部外殻３および下部外殻４について説明したが、本発明はこれに限られず、角柱状、不定形な形状等の上部外殻および下部外殻を用いてもよい。また、上部外殻と下部外殻は同一または相似形状でなくてもよい。
【００２３】
また、変位付加工程６において、変位付加装置１０によりパルス状の振動を加えているが、本発明はこれに限られず、矩形波の振動、サイン波の振動、その他の変位付加方法で瞬間的な変位を付加してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は建造物の基礎や盛土等を設計、施工又は検査する産業で利用される。
【符号の説明】
【００２５】
１：土材料の動的引張試験方法、
２：土材料、                    ３：上部外殻、
４：下部外殻、                  ５：土材料被覆工程、
６：変位付加工程、              ７：測定工程、
８：解析工程、                  ９：保持装置、
１０：変位付加装置、            １１：センサ、
１２：解析装置、                １３：土材料の動的引張試験装置、
１４：隙間。
【図１】
2015225056.tif 000003
【図２】
2015225056.tif 000004
【図３】
2015225056.tif 000005
【図４】
2015225056.tif 000006