(57)【要約】【課題】原位置で簡単に試料を採取でき、採取した試料を、原位置と同様の三軸状態の加圧条件下で高精度な透水試験を実現する。【解決手段】原位置での試料採取時にサンプラーとして利用して、採取状態を保持して内部の試料収容空間２１に試料２を収容できる。その試料２を、通水加圧板を介してベロフラム３０を備えた加圧シリンダ室２２からなる加圧手段と、通水加圧板２８を介して透水試験時に試料２を通過した水を排水する排水経路とを有する試料収容ケーシング２０と、試料収容ケーシング２０と密着した際に、試料２の一面を内部の通水支持板１４で支持するとともに、通水支持台を介して透水試験時に試料面に給水する給水経路が形成されたベースブロック１０と、試料収容ケーシング２０をベースブロック１０に切離し可能に密着固定する連結手段と、試料２を通過して排水された水量を計量可能な計量手段とを備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原位置での採取状態を保持して内部の試料収容空間に収容された試料を、通水加圧板を介して加圧する加圧手段と、前記通水加圧板を介して透水試験時に前記試料を通過した水を排水する排水経路とを有する試料収容容器と、
該試料収容容器と密着した際に、前記試料の一面を内部の通水支持板で支持するとともに、該通水支持板を介して透水試験時に前記試料面に給水する給水経路が形成されたベース部材と、
前記試料収容容器をベース部材に切離し可能に密着固定する連結手段と、
前記試料を通過して排水された水量を計量可能な計量手段とを
備えたことを特徴とする透水試験装置。
【請求項２】
前記加圧手段は、前記試料収容空間に連続して設けられた加圧シリンダ室内を往復動作するピストン機構からなり、該ピストン機構の動作により前記通水加圧板を押圧し、前記試料収容空間内の試料を原位置と同程度の三軸応力状態として透水試験を行うことを特徴とする請求項１記載の透水試験装置。
【請求項３】
前記ピストン機構は、外部から供給される圧縮空気で動作することを特徴とする請求項２記載の透水試験装置。
【請求項４】
前記加圧手段は、前記試料収容空間に連続して設けられた加圧シリンダ室内に収容されたバネ機構からなり、該バネ機構の動作により前記通水加圧板を押圧し、前記試料収容空間内の試料を原位置と同程度の三軸応力状態として透水試験を行うことを特徴とする請求項１記載の透水試験装置。
【請求項５】
前記試料収容容器は下端に刃先を有し、前記試料採取時に、該容器を刃先から地盤面に打ち込んで試料を前記試料収容空間内に取り込むことを特徴とする請求項１記載の透水試験装置。
【請求項６】
前記試料収容空間内の試料を原位置と同程度の三軸応力状態として、前記試料を試料収容空間内に取り込むことを特徴とする請求項５記載の透水試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は透水試験装置に係り、持ち運びが可能で、試験位置の試料を採取するサンプラーを兼ね、採取した試料を所定の加圧条件下で高精度な試験が可能な透水試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大規模な一般廃棄物の最終処分場の建設が各所で進められているが、これらの施設では堆積廃棄物からの浸出汚水等が場外に漏出しないように、十分な遮水工を設けることが必要である。この遮水工としては、ベントナイト混合土等が多く用いられている。この遮水工を進める上で、施工場所の透水性（遮水性）を確認するために、広い範囲で多数の計測点で遮水材の透水係数を計測する必要がある。また、フィルダム等における遮水ゾーンを構成するコア材の遮水性についても原位置での透水係数を測定することが必要となっている。
【０００３】
対象地盤の透水係数を求める方法としては、原地盤にボーリング等によって試験孔を設け、試験孔内の水位を降下させて回復状況あるいは水位低下速度を測定したり、水位を一定に保つように水を供給してその供給水量から透水係数を求める試験が用いられている。また、原位置での試料を採取し、試験室で三軸応力状態下での透水試験を実施する方法がある（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３０６１９８号公報参照。
【０００５】
前者の現場試験では、試験孔の実形状や水の流れが理論式とは完全に一致しない点、飽和条件が不明確な点などの問題に加え、透水性の低い地盤では計測に長時間を要するため、その間、遮水工の作業が行えなくなる等の問題もある。後者の室内試験では、乱さない試料の確保が難しいことと、室内試験機が大がかりなものとなり、多数の試料の試験を行うのが大変であり、試験費用も大きくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の透水試験装置は、上述の既存の試験方法、試験装置が有する問題に鑑み、以下の具体的な課題を解決できるような装置とすることがポイントとなる。すなわち、
▲１▼原地盤の乱さない状態での透水試験が可能なこと
▲２▼透水性に関する理論式が適用できる条件での試験が可能なこと
▲３▼原地盤の荷重状態を再現可能なこと
▲４▼装置として小型で持ち運びができ、構造がシンプル・堅牢で、現場での使用が容易なこと
▲５▼大量な測定点数にも対応可能なこと
▲６▼試料採取位置（測定点）における試験拘束時問が短いこと
▲７▼試験精度が高いこと。
▲８▼原地盤での透水方向（たとえば水平、鉛直方向）を任意に試験可能なこと
▲９▼装置は供給動力なしで動作可能なこと
【０００７】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有するポイントを考慮した透水試験装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は原位置での採取状態を保持して内部の試料収容空間に収容された試料を、通水加圧板を介して加圧する加圧手段と、前記通水加圧板を介して透水試験時に前記試料を通過した水を排水する排水経路とを有する試料収容容器と、該試料収容容器と密着した際に、前記試料の一面を内部の通水支持板で支持するとともに、該通水支持板を介して透水試験時に前記試料面に給水する給水経路が形成されたベース部材と、前記試料収容容器をベース部材に切離し可能に密着固定する連結手段と、前記試料を通過して排水された水量を計量可能な計量手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記加圧手段は、前記試料収容空間に連続して設けられた加圧シリンダ室内を往復動作するピストン機構からなり、該ピストン機構の動作により前記通水加圧板を押圧し、前記試料収容空間内の試料を原位置と同程度の三軸応力状態として透水試験を行うことができる。また、前記ピストン機構は、外部から供給される圧縮空気で動作させることが好ましい。
【００１０】
または前記加圧手段は、前記試料収容空間に連続して設けられた加圧シリンダ室内に収容されたバネ機構からなり、該バネ機構の動作により前記通水加圧板を押圧し、前記試料収容空間内の試料を原位置と同程度の三軸応力状態として透水試験を行うことが好ましい。
【００１１】
前記試料収容容器は下端に刃先を有し、前記試料採取時に、該容器を刃先から地盤面に打ち込んで試料を前記試料収容空間内に取り込むことが好ましく、このとき前記試料収容空間内の試料を原位置と同程度の三軸応力状態とすることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の透水試験装置の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本発明の透水試験装置１は、図１に示したように、上面中央に所定深さの円形凹所１１が形成されたベースブロック１０と、下端がベースブロック１０の円形凹所１１の周縁部に載置され、下面が開放された試料収容空間２１内に収容された試料を加圧して所定の応力状態で収容できる試料収容ケーシング２０とを主要構成としてなる。
【００１３】
以下、透水試験装置１の各構成について説明する。ベースブロック１０は、装置本体の台座として機能する扁平形状の鋼製ブロックで、上面中央に所定深さの円形凹所１１が形成され、その内部には上面に多数の通水孔１２ａが形成された通水板支持台１２が収容されている。通水支持台１２上には周縁がシール材１３で保持された通水板１４が載置されている。この通水板１４は、本実施の形態では一例として多孔質セラミックス板が使用されている。試料２の透水係数が比較的大きい場合にはポーラスストーン等の各種天然あるいは人工多孔質板材も使用できる。また、円形凹所１１の周囲のブロック上面には保持ロッド１５が立設されている。この保持ロッド１５は、連結手段として、後述する固定治具４０の締結用フランジ４１の固定ナット４２の締め付けにより試料収容ケーシング２０をベースブロック１０上に密着固定する役割を果たす。また、透水試験のための水供給路としてブロック外側面と円形凹所１１とを貫通する給水孔１６が設けられている。
【００１４】
試料収容ケーシング２０は、試験位置の原位置で透水試験用の試料２を採取するサンプラー（その作業手順は後述する。）として用いられ、採取した試料２を内部に収容し、透水試験装置１の一部として組み込まれて使用される円筒形状の鋼製部材である。試料収容ケーシング２０の内部には、図１に示したように、下面側が所定直径の扁平円筒状にくり抜かれた試料収容空間２１と、この試料収容空間２１の上部に連続した円筒状の加圧シリンダ室２２とが形成されている。試料収容空間２１内には後述するピストン２３の動作により空間壁面に沿って摺動しながら往復動可能な通水加圧板２５が収容されている。この通水加圧板２５は上述した通水支持台と同様な構成からなり、上面に多数の通水孔２７ａが形成された通水板保持枠２７と、その下面凹所に固着された通水板２８から構成されている。通水板保持枠２７にＯリング２６を取り付けることにより、試料収容空間２１の内面壁との間の水密性が保持することも可能である。通水加圧板２５の通水板２８は上述の通水板１４と同じ材質からなるものが使用されている。
【００１５】
加圧シリンダ室２２内には、図１に示したように、ケーシング２０上面を貫通して設けられた空気供給路２９を介して導入される圧縮空気によりシリンダ室２２内で膨張収縮することにより全長を伸縮可能な合成ゴム製のベロフラム３０と、ベロフラム３０の下端に位置し、ベロフラム３０の伸縮に伴ってシリンダ室２２の内壁に沿って往復動するピストン２３とが収容され、このピストン２３の下端で通水加圧板２５を押圧し、試料収容空間２１内にある試料２を所定の加圧状態に設定することができる。
【００１６】
さらに、ケーシング２０内には、透水試験時の水が試料収容空間２１内の試料２を通過し、外部のビュレットに排水される計量用の排水孔３２と、透水試験時に加圧シリンダ室２２内に満たされた水の一部を排水する確認用の排水孔３３とが形成されている。さらに装置外部の給水配管としてのスタンドパイプ３４の上端には水タンク３５が設けられ、排水パイプ上３６には透水試験時の計量手段としてのビュレット３７が設けられている。給水、排水経路上の装置側にはバルブ３８（３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ）が設けられ、透水試験を行うときは所定の手順で該当するバルブ３８の開閉を行い、試料収容ケーシング２０内への給水、試料２の飽和化、透水試験、排水を制御するようになっている。また、試験に際しての他の測定項目のために、圧縮空気圧計４５、試料２への載荷圧としての空気供給路２９上の空気圧と排水経路３２，３６上の水圧との差圧を測定する有効応力計４６を設けることもできる。
【００１７】
一方、試料収容ケーシング２０の上端には、連結手段の一構成要素としての固定治具４０がネジ連結されている。この固定治具４０は、本体外径が試料収容ケーシング２０と同寸法で、上部に円板状の締結用フランジ４１が形成されている。締結用フランジ４１の固定ナット４２を保持ロッド１５に締結することで試料収容ケーシング２０をベースブロック１０上に密着固定することができる。なお、図１においては、図中、下側から上側に向けての通水状態が示されているが、通水方向を天地逆向きとすることも可能である。
【００１８】
次に、図１の透水試験装置１に組み込まれる試料収容ケーシング２０をサンプラーとして用いて、試験位置での試料採取を行う手順について、図２〜図５を参照して説明する。なお、以下の説明では、その用途を明確にするために、試料収容ケーシング２０をサンプラー２０と記して説明する。図２（ａ）はサンプラー２０として使用するために圧縮空気で加圧シリンダ室２２内のベロフラム３０を膨張させてベロフラム３０の下端でピストン２３を押し下げ、試料収容空間２１内の通水加圧板２５をサンプラー２０の下端まで降下させた状態を示している。この状態で上端に円筒形状の打撃カラー５をネジ連結して使用する。
【００１９】
このサンプラー２０を用いて透水試験用の試料２を採取するには、まず試料採取地点（透水試験位置）の地盤３の表面を平滑に整形し、図３に示したようなガイド筒６を地盤表面に設置する。このガイド筒６は内径がサンプラー２０外径よりわずかに大きく、全長もサンプラー２０より長い円筒形状をなし、底面に円形フランジ６ａが一体的に形成されている。この円形フランジ６ａによってガイド筒６を地盤面に自立させることができる。サンプラー２０は、試料採取時においても試料２に所定の鉛直圧力を作用させることができ、たとえば盛土完成時における上載荷重が作用した応力状態を試料２に再現することができるが、試料採取時は一般的にはごくわずかな圧力のみを載荷して用いる。加圧状態の調整は上述の加圧シリンダ室２２内のベロフラム３０の空気圧を調整して行う。この状態のサンプラー２０を図３に示したように、ガイド筒６内に収納し、サンプラー２０打ち込み装置７のドライブハンマ８の落下エネルギーを利用してサンプラー２０を地盤３に打ち込む。サンプラー２０の下端に形成された刃先２０ａが地盤３内に打ち込まれるのに従ってピストン２３と通水加圧板２５とが上昇して試料収容空間２１内に地盤３の一部が試料２として取り込まれる。
【００２０】
試料収容空間２１内が試料２で満たされる所定深さまでサンプラー２０を地盤３に打ち込んだら、ベロフラム３０内の圧力を減圧または開放する。図４に示したように、サンプラー２０の地中部分を周辺地盤ブロック４とともに掘り起こす。その後、整形ナイフ等を用いて試料２の端面２ａを平滑に整形する。このようにしてサンプラー２０の試料収容空間２１内に乱さない透水試験用の試料２を収容することができる。なお、試料高さ（厚さ）は想定される透水係数にもよるが、通常はφ７５ｍｍに対して１５〜５０ｍｍ程度を適宜設定可能である。このとき試料収容空間２１内に調整スペーサー等（図示せず）を挿入して高さ調整することが好ましい。
【００２１】
次いで、この試料２を保持したサンプラー２０を、上述した試料収容ケーシング２０として図１に示したように、透水試験装置１に組み込む。この組み込みに際し、図２（ｂ）に示したように打撃カラー５（同図（ａ）参照）を取り外した後のサンプラー２０上端に固定治具４０をネジ連結する。このサンプラー２０を図１に示したように、ベースブロック１０上に載置し、固定治具４０の締結用フランジ４１の固定ナット４２を締結ロッド１５（図１）に螺着してサンプラー２０の下端刃先２０ａを、試料２の端面２ａを通水板１４に密着させるように、円形凹所１１の周縁部に設けられたリング状のシール材１３を介してベースブロック１０の円形凹所１１の周縁部に密着固定する。その後、給水、排水経路の各パイプ３４，３６、空気供給配管２９を装置１に連結する。
【００２２】
以下、この透水試験装置を用いた透水係数の測定について説明する。試料２の透水に先立ち、サンプラー２０内の試料２の三軸応力状態を再現する。たとえば盛土完成時における上載荷重が作用した応力状態等を再現できる。鉛直荷重は加圧シリンダ室２２内のベロフラム３０の空気圧を調整することによって行う。まず、排水経路上のバルブ３８Ｂ，３８Ｃを開放する。次いで、水タンク３５からの給水経路３４上のバルブ３８Ａを開放して、装置１内に通水を開始する。試料２内を通過した水の一部は加圧シリンダ室２２内に満たされ、さらに排水孔３３から外部に排水される。この状態が確認されたらバルブ３８Ｂを閉じる。さらに排水孔３２からの排水が確認されたら、ビュレット３７等の計量手段により単位時間当たりの排水量（透水量）を測定する。これにより試料２の透水係数を求めることができる。またベロフラム３０の加圧は、透水試験時の動水勾配を大きくする際に試料の有効拘束圧を大きくするためにも用いることができる。
【００２３】
なお、以上の説明では、加圧手段として、加圧シリンダ室２２内にベロフラム３０を設け、圧縮空気を用いた試料２の加圧を行っていたが、機構的にバネ係数を変化可能な圧縮バネ等を加圧シリンダ室２２内に内蔵して所定のバネ抵抗を利用した加圧手段とすることも好ましい。この場合には空気供給手段等を要しないため、装置１をさらにコンパクトにすることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の透水試験装置によれば、構造がシンプルで堅牢な装置の一部に組み込まれるサンプラーを用いて短時間に乱さない試料を採取でき、その試料をそのまま透水試験に使用することができ、その試験条件も試料収容空間内で単純な一方向の流れを実現して透水理論と同じ条件を再現できる。また、鉛直方向荷重を適宜設定することにより、原地盤や任意の荷重載荷条件を再現することができ、精度の高い透水試験を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による透水試験装置の一実施の形態を一部断面で示した全体構成図。
【図２】図１に示した透水試験装置のサンプラー（試料収容ケーシング）の使用態様を示した断面図。
【図３】図２に示したサンプラーを用いた試料サンプリング状態を示した説明図（打ち込み状態）。
【図４】試料サンプリング状態を示した説明図（試料採取状態）。
【図５】試料サンプリング状態を示した説明図（試料整形状態）。
【符号の説明】
１  透水試験装置
２  試料
１０  ベースブロック
１１  円形凹所
１２  通水支持台
１３  シール材
１４，２８  通水板
１５  保持ロッド
２０  試料収容ケーシング（サンプラー）
２１  試料収容空間
２２  加圧シリンダ室
２３  ピストン
２５  通水板保持枠
２９  空気供給路
３０  ベロフラム
【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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