(57)【要約】本発明は、直接せん断機本体、取り外し可能な浸透流モジュール、温度作用モジュール及び可視化高精細粒子捕捉モジュールを含む温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機を開示する。本発明に係る直接せん断機本体では、せん断方向及び法線方向の２つサーボシステムを用いて定応力、定剛性、定体積法線境界での界面直接せん断試験を実現することができる。直接せん断機本体の法線境界条件については、主に法線方向サーボモータによって、フィードバックされてきた変位及び力信号に対して、等体積、等応力、等剛性法線境界制御を実現する。
2021529936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接せん断機本体（１）を含む温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機であって、
取り外し可能な浸透流モジュール（２）と、温度作用モジュール（３）と、可視化高精細粒子捕捉モジュール（４）とをさらに含み、
前記直接せん断機本体（１）は、台座（５）と、せん断方向サーボモータ（６）と、剛性反力フレーム（７）と、サーボ制御システム（８）と、下から上へ順に台座（５）に設けられる水平スライドレール（９）、スライダ（１０）、取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板（１１）、無蓋水浴箱（１２）、縦方向移動可能な蓋板（１３）、キャリアプレート（１４）及び法線方向サーボモータ（１５）とを含み、前記剛性反力フレーム（７）は、台座（５）に設けられ、前記法線方向サーボモータ（１５）は、前記剛性反力フレーム（７）に設けられ、前記剛性反力フレーム（７）の２つの側面には、さらに縦方向スライドレール（１６）が設けられ、前記縦方向移動可能な蓋板（１３）と縦方向スライドレール（１６）との接続箇所には、縦方向位置制限調節弁（１７）が設けられ、前記無蓋水浴箱（１２）内には、方形透明位置制限リング（１８）が設けられ、前記方形透明位置制限リング（１８）は、内部が中空であり、且つ試験土体が装填され、その頂部が前記縦方向移動可能な蓋板（１３）の底部に接続され、前記スライダ（１０）と前記せん断方向サーボモータ（６）との間に力センサ（１９）が設けられ、前記サーボ制御システム（８）は、前記せん断方向サーボモータ（６）及び前記法線方向サーボモータ（１５）を制御するために用いられ、
前記取り外し可能な浸透流モジュール（２）は、給水管路（２０）と、排水管路（２１）と、浸透圧流量調整制御システム（２２）とを含み、前記給水管路（２０）は、順に貯水タンク（２３）、浸透圧流量調整制御システム（２２）、第１バルブ（２４）、水圧センサ（２５）、電磁流量計（２６）及び方形透明位置制限リング（１８）が接続され、前記排水管路（２１）は、順に方形透明位置制限リング（１８）、第２バルブ（２７）、粒子収集装置（２８）、ウォーターポンプ（２９）及び貯水タンク（２３）が接続され、前記方形透明位置制限リング（１８）の給水管路（２０）に近接する側には、給水を整流して試験土体に均一且つ安定的に流入させる透水石（４３）が設けられ、前記方形透明位置制限リング（１８）の排水管路（２１）に近接する側には、均一に丸孔が開設され、その外側には、孔付きのクランプ板（３０）が設けられ、丸孔は、クランプ板（３０）における孔と、孔径が一致し、クランプ板（３０）の運動を制御することで浸透流孔径を調節可能であり、前記クランプ板（３０）の外側には、不透水板が設けられ、両者の間に密閉チャンバ（４２）が形成され、密閉チャンバ（４２）は、排水管路（２１）に接続され、
前記温度作用モジュール（３）は、Ｓ型銅管（３１）と、温度センサ（３２）と、温度調整制御システム（３３）と、貯水タンク（２３）とを含み、前記Ｓ型銅管（３１）は、前記取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板（１１）に埋設されており、水管を介して貯水タンク（２３）に接続され、前記温度調整制御システム（３３）は、貯水タンク（２３）における循環水の温度を制御するために用いられ、前記Ｓ型銅管（３１）は、循環水により無蓋水浴箱（１２）を加熱し、前記温度センサ（３２）は、無蓋水浴箱（１２）内の温度を測定し、温度を調整のために温度調整制御システム（３３）にフィードバックするために用いられ、
前記可視化高精細粒子捕捉モジュール（４）は、水中高精細カメラ（３４）及び画像処理システム（３５）を含み、前記水中高精細カメラ（３４）は、無蓋水浴箱（１２）の内壁に設けられており、界面位置における土体の運動状況を監視するために用いられ、前記画像処理システム（３５）は、水中高精細カメラ（３４）によって撮影された画像を処理するために用いられ、
前記サーボ制御システム（８）と、浸透圧流量調整制御システム（２２）と、温度調整制御システム（３３）と、画像処理システム（３５）とは、制御のために１台のコンピュータ（３６）に統合されており、
前記方形透明位置制限リング（１８）の取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板（１１）から２ｍｍ離れる箇所には、せん断方向に垂直な方向において、様々な状態での土体せん断波速度を検出するための１対の屈曲素子（３７）が設けられていることを特徴とする温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機。
【請求項２】
前記スライダ（１０）は、ナット（３８）を介して取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板（１１）に接続され、前記方形透明位置制限リング（１８）は、ナット（３９）を介して縦方向移動可能な蓋板（１３）に接続され、前記無蓋水浴箱（１２）は、前記取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板（１１）に溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機。
【請求項３】
前記キャリアプレート（１４）の底部の中心には、法線方向の力の大きさを力センサ（１９）と比較するための土圧力計（４０）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機。
【請求項４】
前記浸透圧流量調整制御システム（２２）が土体に加える浸透流圧力は１〜５００ｋＰａ、流量は０〜２０ｃｍ３／ｓであることを特徴とする請求項１に記載の温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機。
【請求項５】
前記せん断方向サーボモータ（６）及び法線方向サーボモータ（１５）が提供するせん断力及び法線方向圧力は、０〜１ＭＰａであることを特徴とする請求項１に記載の温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機。
【請求項６】
前記粒子収集装置（２８）は、孔径が上から下へ順に減少し、全体浸蝕量及び粒子のグレーディングの変化を確定するための１セットの標準篩（４１）を含むことを特徴とする請求項１に記載の温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機。
【請求項７】
前記温度センサ（３２）は、前記取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板（１１）に直線に均一に配置され、無蓋水浴箱（１２）内の鋼-砂界面における温度の均一性を検証するために用いられ、温度制御範囲が０〜７０℃であることを特徴とする請求項１に記載の温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機。
【請求項８】
前記透水石（４３）は、前記方形透明位置制限リング（１８）に嵌入され、嵌入深さが前記方形透明位置制限リング（１８）の肉厚の半分であることを特徴とする請求項１に記載の温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度制御モジュール、浸透流モジュール及び可視化高精細粒子捕捉モジュールに関し、特に温度−せん断、浸透流−せん断作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機に関する。当該直接せん断機は、定応力、定剛性、定体積の法線境界を実現できるだけではなく、土体浸蝕-せん断作用、温度-せん断作用を考慮することもでき、可視化高精細捕捉手段と組み合わせることで、構造物界面の土体に浸透流が発生する前後、温度サイクル後のせん断強度特性及び界面における粒子移動ミクロメカニズムを深く研究することができる。
【背景技術】
【０００２】
海洋工程では、吸引アンカーは、適用範囲が広く、施工時間が短く、再利用性が高く、コストが低いため、広く使用されている。沈下取付は、吸引バケツ基礎施工過程における重要なステップである。吸引バケツは、取付過程では、ウォーターポンプによりバケツ内の水を吸引して負圧を形成し、バケツ内外の圧力差により吸引バケツ基礎を設計高度まで沈下させる。揚水浸透時には、吸引バケツの壁の近くに浸透流フィールドを形成し、断続的グレーディング土体における微粒子は、浸透力の作用によって侵食される可能性が極めて高くなり、土粒子の浸透流量が増加するにつれて、土体とバケツの壁との間における界面強度が低下し、その実際の引抜き耐力が設計値より低くなる。
【０００３】
海洋環境は、昼夜温度差が大きく、かつ海平面から深い海域まで温度勾配が大きく、また、現在、地中熱エネルギー杭は、上部構造荷重を受けることができるだけでなく、縦熱交換システムとして広く適用することもできる。温度作用により、エネルギー杭内部に温度場が形成され、熱膨脹及び冷収縮を起こると、杭体内部に応力場が形成され、さらに杭体内に応力場が形成され、その際の歪み応力場は、周囲の土体や上下段の拘束等の因子からの影響によって、通常の杭−土界面と異なる特徴を示す。
【０００４】
実際の工程では、土体及び構造が浸透流作用又は温度作用を受ける前後の界面せん断挙動変化の評価及び測定によく関係するが、しかしながら、現状では、浸透流又は温度が界面せん断強度に与える影響を検出及び評価可能な関連する実験機器及び技術が存在しない。
【０００５】
界面直接せん断機は、優れた界面強度測定機器であり、その簡単な操作と正確な測定データのために多く使用されている。現在、国内外の直接せん断機は、徐々に大型化、総合化、自動化の方向に徐々に発展しており、試験機器の機能は完備であり、ロード及びデータの採集は、ほぼ自動化されている。しかし、現在、界面せん断の土粒子の運動移動、せん断帯の形成、物理状態の進化及び局部変形メカニズムに関する研究及び機器は、まだ少ない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上の背景に鑑みて、土体浸透流-せん断作用及び温度-せん断作用が界面せん断挙動に与える影響をより良く研究するために、本発明は、温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従来技術の不足に鑑みて、本発明は、温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機を提供する。当該直接せん断機は、海洋吸引バケツの内外側の土体が浸透流を発生した後に鋼界面とのせん断挙動変化及び海底オイルガスパイプラインの周囲の土体がフラッシングされることによって管路が破壊されることをシミュレーションできるだけでなく，温度作用で構造と土体界面のせん断強度の変化を検討することができる。本発明は、温度作用及び浸透流作用を１台の界面直接せん断機に集積することで、機器の機能性、利便性を効果的に向上させる。
【０００８】
本発明は、以下の技術案が採用される。
温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機であって、
直接せん断機本体と、取り外し可能な浸透流モジュールと、温度作用モジュールと、可視化高精細粒子捕捉モジュールとを含み、
前記直接せん断機本体は、台座と、せん断方向サーボモータと、剛性反力フレームと、サーボ制御システムと、下から上へ順に台座に設けられる水平スライドレール、スライダ、取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板、無蓋水浴箱、縦方向移動可能な蓋板、キャリアプレート及び法線方向サーボモータとを含み、前記剛性反力フレームは、台座に設けられ、前記法線方向サーボモータは、剛性反力フレームに設けられ、前記剛性反力フレームの２つの側面には、さらに縦方向スライドレールが設けられ、前記縦方向移動可能な蓋板と縦方向スライドレールとの接続箇所には、縦方向位置制限調節弁が設けられ、前記無蓋水浴箱内には、方形透明位置制限リングが設けられ、前記方形透明位置制限リングは、内部が中空であり、その頂部が縦方向移動可能な蓋板の底部に接続され、且つ内部に試験土体が装填され、前記スライダとせん断方向サーボモータとの間に力センサが設けられ、スライダは、水平スライドレールに沿って水平に移動可能であり、前記サーボ制御システムは、せん断方向サーボモータ及び法線方向サーボモータを制御するために用いられ、せん断方向サーボモータと法線方向サーボモータとは、それぞれスライダの水平移動と方形透明位置制限リングの上下移動を制御するために用いられ、このようにして、試験土体の界面せん断をシミュレーションすることができ、
前記取り外し可能な浸透流モジュールは、給水管路、排水管路及び浸透圧流量調整制御システムを含み、前記給水管路は、順に貯水タンク、第１バルブ、水圧センサ、電磁流量計及び方形透明位置制限リングが接続され、前記排水管路は、順に方形透明位置制限リング、第２バルブ、粒子収集装置、ウォーターポンプ、貯水タンクが接続され、前記方形透明位置制限リングの給水管路に近接する側には、給水を整流してそれを試験土体に均一且つ安定的に流入させる透水石が設けられ、前記方形透明位置制限リングの排水管路に近接する側には、均一に丸孔が開設され、当該側において浸透流方向に垂直な面には、２つの孔付きのクランプ板が設けられ、丸孔とクランプ板における孔とは、孔径が一致であり、このようにして、２つのクランプ板が浸透流経路に対して垂直に両側へ対称的に開閉することで、浸透流孔径が必要な範囲内に変化するように制御することができ（クランプ板における孔と方形透明位置制限リングにおける孔とは完全にずらす場合、浸透流孔径が０であり、クランプ板における孔と方形透明位置制限リングにおける孔とは完全に重ね合わせる場合、浸透流孔径が最大である）、前記クランプ板の外側に不透水板が設けられ、両者の間に密閉チャンバが形成され、密閉チャンバは、排水管路に接続され、
前記温度作用モジュールは、Ｓ型銅管と、温度センサと、温度調整制御システムと、貯水タンクとを含み、前記Ｓ型銅管は、前記取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板に埋設され、且つ水管を介して貯水タンクに接続され、前記温度調整制御システムは、貯水タンクにおける循環水の温度を制御するために用いられ、前記Ｓ型銅管は、循環水により無蓋水浴箱を加熱し、前記温度センサは、無蓋水浴箱内の温度を測定するとともに、温度を調整のために温度調整制御システムにフィードバックするために用いられ、
前記可視化高精細粒子捕捉モジュールは、水中高精細カメラ及び画像処理システムを含み、前記水中高精細カメラは、前記無蓋水浴箱の内壁に設けられ、界面位置における土体の運動状況を監視するために用いられ、
前記サーボ制御システムと、浸透圧流量調整制御システムと、温度調整制御システムと、画像処理システムとは、１台のコンピュータに統合されて制御を行い、
前記方形透明位置制限リングの取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板から２ｍｍ離れる箇所には、せん断方向に垂直な方向において、様々な状態での土体せん断波速度を検出して土体のせん断（浸蝕）でのせん断弾性率を評価するための１対の屈曲素子が設けられている。
【０００９】
上記技術案では、さらに、前記スライダは、ナットを介して取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板に接続され、方形透明位置制限リングは、ナットを介して縦方向移動可能な蓋板に接続され、縦方向位置制限調節弁、縦方向スライドレール及び縦方向移動可能な蓋板によって、方形透明位置制限リングと取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板との距離を調整することができる。
【００１０】
さらに、前記キャリアプレートの底部の中心には、法線方向の力の大きさを力センサと比較するための土圧力計が設けられている。
【００１１】
さらに、前記浸透流モジュールは、浸透流圧調整制御システム及び給水管路、排水管路により、土体に１〜５００ｋＰａの浸透流圧力及び０〜２０ｃｍ３／ｓの流量を加えることができる。
【００１２】
さらに、前記せん断方向サーボモータ及び法線方向サーボモータは、いずれも０〜１ＭＰａのせん断力及び法線方向圧力を提供することができる。
【００１３】
さらに、前記粒子収集装置は、孔径が上から下へ順に減少し、全体浸蝕量及び粒子のグレーディングの変化を確定するための１セットの標準篩を含む。
【００１４】
さらに、前記温度センサは、取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板に直線に均一に配置され、無蓋水浴箱内の鋼-砂界面における温度の均一性を検証するために用いられ、温度循環を実現し、温度範囲は、０〜７０℃である。
【００１５】
さらに、前記矩形透水石は、方形透明位置制限リングに嵌入され、嵌入深さが方形透明位置制限リング側の肉厚の半分である。
【００１６】
本発明に係る直接せん断機本体は、せん断方向及び法線方向の２つのサーボシステムを利用して定応力、定剛性、定体積法線境界での界面直接せん断試験を実現することができる。前記界面直接せん断機本体の法線境界条件は、主に法線方向サーボモータにより、フィードバックされてきた変位及び力信号に対して、等体積、等応力、等剛性法線境界制御を実現する。ここで、等体積及び等応力制御は、せん断過程で変位及び軸力示数が変わらないように維持するものであり、等剛性制御は、主に土の縦方向変位を実測して剛性計算式で法線方向圧力を調節し、等剛性境界状況を実現する。
【００１７】
土体浸透流-せん断試験を行うとき、最初に法線境界条件を調整し、法線方向サーボモータにより縦方向移動可能な蓋板を駆動することによって、方形透明位置制限リングの位置を調整して、それを無蓋水浴箱底部に密接するようにする。管路により順に貯水タンク、第１バルブ、水圧センサ、電磁流量計、方形透明位置制限リング、第２バルブ、粒子収集装置、ウォーターポンプ、浸透圧流量調整制御システムを接続して閉回路を形成し、良好な水密性を確保するために密封性検査を行う。流量及び浸透流圧力を固定値に調整し、試料の粒径に応じて方形透明位置制限リングの孔径を調整し、第１バルブ及び第２バルブを開いて土体浸透流を行う。浸透流が終了した後、給水管路及び排水管路を順に取り外し、再び縦方向移動可能な蓋板により方形透明位置制限リングの位置を調整して、それと無蓋水浴箱の底部との間にスリットを開け、このように、リングと無蓋水浴箱の底部との摩擦によって試験の精度が影響されることを回避する。その後、界面せん断を行い、浸蝕前後で土体と構造物との界面強度の変化を検討する。試験前後に、さらにせん断波速度測定（せん断方向サーボモータ及び法線方向サーボモータのそれぞれにより試験土体の界面せん断をシミュレーションする）を行ってもよく、このようにして、浸蝕作用が土体せん断剛性に与える影響を検討することできる。
【００１８】
土体温度-せん断試験を行うとき、最初に法線境界条件を調整し、Ｓ型銅管、温度センサ、温度調整制御システム及び貯水タンクを接続し、方形透明位置制限リングの側面の２つのクランプ板を閉じ、砂試料の頂部まで水没するまで、無蓋水浴箱内に注水し、コンピュータにより温度を制御し、温度作用後、界面せん断（せん断方向サーボモータ及び法線方向サーボモータのそれぞれにより試験土体の界面せん断をシミュレーションする）を行い、恒温作用での土と構造物の界面せん断挙動を探求することができるとともに、温度循環を経た後の土と構造物の界面せん断挙動の変化を探求することができる。同様に、屈曲素子を用いてせん断波速度測定を行い、温度-せん断作用前後の土体せん断剛性の変化を比較する。
【００１９】
また、さらに可視化高精細粒子捕捉モジュールで界面における粒子の変位、せん断帯の形成、物理状態の進化及び局部の変形特徴をトレースすることも可能であり、ミクロのメカニズムから試験現象を解釈することができる。本発明に係る各種のセンサは、いずれも高精度センサが採用される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は以下の利点を有する。
本発明の温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機は、浸透流モジュールを用いて土体浸透流作用を考慮し、温度作用モジュールを用いて温度が界面せん断に与える影響をシミュレーションし、また、さらに可視化高精細粒子捕捉モジュールを用いて界面における土粒子の運動状況及び物理状態の進化を採集する。多法線方向拘束モジュールは、土体の実際の応力状態を考慮し、土体浸透流-せん断又は温度-せん断作用のリアルタイムな状態量の監視を実現することができる。本発明は、温度作用及び浸透流作用を１台の界面直接せん断機に統合し、機器の機能性、便利性を効果的に向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】装置全体の正面図である。
【図２】装置全体の側面図である。
【図３】Ａ-Ａにおける截面平面図である。
【図４】Ｂ-Ｂにおける截面平面図である。
【図５】浸透流モジュールの断面図である。
【図６】Ｓ型銅管の埋設図である。
【図７】法線方向拘束モジュールの縦方向における制御模式図である。
【図８】各モジュールの集積の模式図である。
【図９】方形透明位置制限リングの部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図面を参照しながら、本発明の技術案を明確に、完全に説明する。
【００２３】
図１に示されるように、本発明に係る温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機は、直接せん断機本体１、取り外し可能な浸透流モジュール２、温度作用モジュール３及び可視化高精細粒子捕捉モジュール４を含み、前記直接せん断機本体１は、台座５と、せん断方向サーボモータ６と、剛性反力フレーム７と、サーボ制御システム８と、下から上へ順に台座５に設けられる水平スライドレール９、スライダ１０、取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板１１、無蓋水浴箱１２、縦方向移動可能な蓋板１３、キャリアプレート１４及び法線方向サーボモータ１５とを含み、前記剛性反力フレーム７は、台座５に設けられ、前記法線方向サーボモータ１５は、剛性反力フレーム７に設けられ、前記剛性反力フレーム７の２つの側面には、さらに縦方向スライドレール１６が設けられ、前記縦方向移動可能な蓋板１３と縦方向スライドレール１６との接続箇所には、縦方向位置制限調節弁１７が設けられ、前記無蓋水浴箱１２内には、方形透明位置制限リング１８が設けられ、せん断前に両者の平面中心位置は同じである。前記方形透明位置制限リング１８は、内部が中空であり、且つ内部に試験土体が装填され、その頂部が縦方向移動可能な蓋板１３の底部に接続され、縦方向位置制限調節弁１７、縦方向スライドレール１６及び縦方向移動可能な蓋板１３により、方形透明位置制限リング１８と取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板１１との距離を調節し、前記スライダ１０とせん断方向サーボモータ６との間に高精度力センサ１９が設けられ、スライダ１０は、水平スライドレール９に沿って水平移動することができ、前記サーボ制御システム８は、せん断方向サーボモータ６及び法線方向サーボモータ１５を制御するために用いられ、せん断方向サーボモータ６及び法線方向サーボモータ１５は、それぞれスライダ１０の水平移動と方形透明位置制限リング１８の上下移動を制御し、これによって、試験土体の界面せん断をシミュレーションすることができる。
【００２４】
前記取り外し可能な浸透流モジュール２は、給水管路２０、排水管路２１及び浸透圧流量調整制御システム２２を含み、前記給水管路２０は、順に貯水タンク２３、浸透圧流量調整制御システム２２、第１バルブ２４、水圧センサ２５、電磁流量計２６及び方形透明位置制限リング１８が接続され、前記排水管路２１には、順に方形透明位置制限リング１８、第２バルブ２７、粒子収集装置２８、ウォーターポンプ２９及び貯水タンク２３が接続され、前記方形透明位置制限リング１８における給水管路２０に近接する側の底部中心位置には、１つの丸孔が開設され、当該丸孔は、給水管路２０に接続され、この側における試験土体に近接する箇所には、この側の方形透明位置制限リング１８に嵌入する透水石４３が設けられ、給水を整流して、均一に安定的に試験土体に流入させるために用いられ、透水石４３の嵌入深さは、方形透明位置制限リング１８の肉厚の半分であり、前記方形透明位置制限リング１８の排水管路２１に近接する側には、均一に孔径２ｍｍの丸孔が開設され、この側における浸透流方向に垂直な面には、２つの孔付きのクランプ板３０が設けられ、クランプ板３０における丸孔の直径は、２ｍｍであり、２つのクランプ板は、浸透流経路に対して垂直に外側へ対称的に開閉することができ、これによって、浸透流孔径を０〜２ｍｍで変化するように制御し、前記クランプ板３０の外側に不透水板が設けられ、両者の間に密閉チャンバ４２が形成され、密閉チャンバ４２の底部に排水管路２１が接続されている。
【００２５】
前記温度作用モジュール３は、Ｓ型銅管３１、温度センサ３２、温度調整制御システム３３、及び貯水タンク２３を含み、前記Ｓ型銅管３１は、前記取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板１１に埋設され、水管を介して貯水タンク２３に接続され、前記温度調整制御システム３３は、貯水タンク２３における循環水の温度を制御するために用いられ、前記Ｓ型銅管３１は、循環水により無蓋水浴箱１２を加熱し、前記温度センサ３２は、無蓋水浴箱１２内の温度を測定し、測定した温度を調整のために温度調整制御システム３３にフィードバックする。
【００２６】
前記可視化高精細粒子捕捉モジュール４は、水中高精細カメラ３４及び画像処理システム３５を含み、前記水中高精細カメラ３４は、前記無蓋水浴箱１２の内壁に設けられ、界面位置における土体の運動状況を監視するために用いられ、前記画像処理システム３５は、水中高精細カメラ３４によって撮影された画像を処理する。
【００２７】
前記サーボ制御システム８、浸透圧流量調整制御システム２２、温度調整制御システム３３、及び画像処理システム３５は、１台のコンピュータ３６に統合されて制御を行う。
【００２８】
前記方形透明位置制限リング１８における取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板１１から２ｍｍ離れる箇所には、せん断方向に垂直な方向に１対の屈曲素子３７が設けられ、様々な状態での土体せん断波速度を検出するために用いられる。
【００２９】
前記スライダ１０は、ナット３８を介して取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板１１に接続され、前記方形透明位置制限リング１８は、ナット３９を介して縦方向移動可能な蓋板１３に接続され、前記無蓋水浴箱１２は、取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板１１に溶接されている。前記キャリアプレート１４の底部の中心には、土圧力計４０が設けられ、法線方向の力の大きさを力センサ１９と比較するために用いられる。前記浸透圧流量調整制御システム２２が土体に加える浸透流圧力は１〜５００ｋＰａであり、流量は０〜２０ｃｍ３／ｓである。前記せん断方向サーボモータ６及び法線方向サーボモータ１５が提供するせん断力及び法線方向圧力は、０〜１ＭＰａである。前記粒子収集装置２８は、１セットの標準篩４１を含み、それらの孔径は、上から下へ順に２ｍｍ、１ｍｍ、０.５ｍｍ、０.２５ｍｍ、０.１ｍｍ、０.０７５ｍｍであり、全体浸蝕量及び粒子のグレーディングの変化を特定するために用いられる。前記温度センサ３２は、取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板１１に直線に均一に配置され、無蓋水浴箱１２内の鋼-砂界面における温度の均一性を検証し、リアルタイムの温度を調整のために温度調整制御システム３３にフィードバックし、温度範囲は、０〜７０℃である。
【００３０】
土体浸透流-せん断試験を行うとき、まず、法線境界条件を調整して、法線方向サーボモータ１５が縦方向移動可能な蓋板１３を上下移動させるように駆動することによって、方形透明位置制限リング１８の位置を調整し、それを無蓋水浴箱１２の底部に密接させるようにする。管路により、順に貯水タンク２３、第１バルブ２４、水圧センサ２５、電磁流量計２６、方形透明位置制限リング１８、第２バルブ２７、粒子収集装置２８、ウォーターポンプ２９、及び浸透圧流量調整制御システム２２を接続して閉回路を形成し、良好な水密性を確保するために密封性検査を行う。流量及び浸透流圧力を固定値に調整し、試料粒径に応じて方形透明位置制限リング１８の孔径及びクランプ板３０の孔径（クランプ板の運動を制御することで浸透流孔径を制御する）を調整し、第１バルブ２４、第２バルブ２７を開いて浸透流を行う。浸透流が終了した後、給水管路２０及び排水管路２１を順に取り外し、再び縦方向移動可能な蓋板１３を介して方形透明位置制限リング１８の位置を調整して、それと無蓋水浴箱１２の底部との間にスリットを開けることによって、位置制限リング１８と無蓋水浴箱１２の底部との摩擦が試験精度に影響を与えることが避けられる。その後、再び界面せん断（せん断方向サーボモータ及び法線方向サーボモータによりそれぞれ試験土体の界面せん断をシミュレーションする）を行い、浸蝕前後の土体と構造物との界面強度の変化を検討する。試験前後にさらにせん断波速度測定を行ってもよく、これによって、浸蝕作用が土体せん断剛性に与える影響を調べることができる。
【００３１】
土体温度-せん断試験を行うとき、最初に法線境界条件を調整し、Ｓ型銅管３１、温度センサ３２、温度調整制御システム３３、及び貯水タンク２３を接続し、方形透明位置制限リングの側面の２つのクランプ板を閉じて、沙試料の頂部を水没するまで無蓋水浴箱１２内に注水し、コンピュータにより温度を制御し、温度が作用した後、界面せん断を行えば（せん断方向サーボモータ及び法線方向サーボモータによりそれぞれ試験土体の界面せん断をシミュレーションする）、恒温作用での土と構造物の界面せん断挙動を探求することができるとともに、温度循環を経た後、土と構造物の界面せん断挙動の変化を探求することができる。同様に、屈曲素子３７を用いてせん断波速度測定を行い、温度-せん断作用前後の土体せん断剛性の変化を比較することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  直接せん断機本体、２  取り外し可能な浸透流モジュール、３  温度作用モジュール、４  可視化高精細粒子捕捉モジュール、５  台座、６  せん断方向サーボモータ、７  剛性反力フレーム、８  サーボ制御システム、９  水平スライドレール、１０  スライダ、１１  取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板、１２  無蓋水浴箱、１３  縦方向移動可能な蓋板、１４  キャリアプレート、１５  法線方向サーボモータ、１６  縦方向スライドレール、１７  縦方向位置制限調節弁、１８  方形透明位置制限リング、１９  力センサ、２０  給水管路、２１  排水管路、２２  浸透圧流量調整制御システム、２３  貯水タンク、２４  第１バルブ、２５  水圧センサ、２６  電磁流量計、２７  第２バルブ、２８  粒子収集装置、２９  ウォーターポンプ、３０  クランプ板、３１  Ｓ型銅管、３２  温度センサ、３３  温度調整制御システム、３４  水中高精細カメラ、３５  画像処理システム、３６  コンピュータ、３７  屈曲素子、３８  ナット、３９  ナット、４０  土圧力計、４１  標準篩、４２  密閉チャンバ、４３  透水石。
【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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【国際調査報告】
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