(57)【要約】【課題】地下深部の難透水性岩盤などの浸透率を精度よく測定でき、更には、測定系に試験流体の漏れがある場合でも浸透率を精度よく測定できる、岩盤等の浸透率測定方法及びその浸透率測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】円筒状供試体を用い、供試体の外周面側と内周面側とにそれぞれ所定の容積を有する第一の圧力セルと第二の圧力セルとを構成し、トランジェントパルス法により、供試体の径方向の浸透試験を行う。測定系に試験流体の漏れがある場合には、供試体と概ね同一の形状を有し浸透性を有さない擬似円筒形供試体を用い、測定系から測定系外への試験流体の漏れ試験を行い、合わせて、供試体を用いた、トランジェントパルス法による供試体の径方向の透気試験を行い、漏れ試験と透気試験で得られた情報を用いて供試体の浸透率を求める。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状供試体を用い、該供試体の外周面側と内周面側とにそれぞれ所定の容積を有する第一の圧力セルと第二の圧力セルとを構成し、トランジェントパルス法により、該供試体の径方向の浸透試験を行うことを特徴とする岩盤等の浸透率測定方法。
【請求項２】
前記円筒状供試体は円筒形供試体であり、下記の式（１）又は式（２）の関係式に基づく解析により浸透率を求めることを特徴とする請求項１記載の岩盤等の浸透率測定方法。
【数１】
2004012136.tif 000013
【数２】
2004012136.tif 000014
（式中、Ｐ１とＰ２はそれぞれ圧力セル１内と圧力セル２内の試験流体の圧力であり、Ｐ１０とＰ２０はそれぞれＰ１、Ｐ２の初期圧、Ｖ１とＶ２はそれぞれ圧力セル１と圧力セル２の容積、Ｒ０とＲｉはそれぞれ供試体の外径と内径、Ｌは供試体の有効長さ、κａは試験流体の体積弾性率、は試験流体の粘性率、ｔは時間、ｋは供試体の浸透率である。）
【請求項３】
前記円筒状供試体と概ね同一の形状を有しその外周面側と内周面側との間に浸透性を有さない擬似円筒状供試体を用い、測定系から測定系外への試験流体の漏れ試験を行う工程と、該供試体を用い、トランジェントパルス法により、該供試体の径方向の浸透試験を行う工程と、該漏れ試験で得られた情報と該浸透試験で得られた情報とにより該供試体の浸透率を求める工程とを有することを特徴とする請求項１記載の岩盤等の浸透率測定方法。
【請求項４】
前記円筒状供試体は円筒形供試体であり、該供試体の浸透率を求める工程は、下記の式（３）により浸透率を算出する処理を含む工程であることを特徴とする請求項３記載の岩盤等の浸透率測定方法。
【数３】
2004012136.tif 000015
（式中、ａは、ａ＝α＋β―（ｄ１＋ｄ２）であって、ｄ１とｄ２は、圧力セル１と圧力セル２の漏れ特性を式（４）で近似した時の定数であり、漏れ試験のデータを解析して求めたものである。αとβは、透気試験時の圧力セル１内と圧力セル２内の試験流体の圧力を式（５）で近似した時の定数であり、透気試験のデータを解析して求めたものである。
【数４】
2004012136.tif 000016
【数５】
2004012136.tif 000017
なお、式（４）中のＣ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２はそれぞれ定数であり、その他の記号は、前記の式（１）、式（２）と同じである。）
【請求項５】
前記試験流体は気体であり、前記浸透試験は気体を用いて行う透気試験であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の岩盤等の浸透率測定方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れかに記載の方法を用いた岩盤等の浸透率測定装置であって、前記円筒状供試体を収納する試験容器と、該供試体の端部に取り付ける上蓋と下蓋とを含み該供試体の外周面側と内周面側とを気密に分離するための分離手段と、該試験容器の内側に形成された該供試体の外周面側の容積／若しくはこれに連通し該試験容器の外側に設けた外周面側容器を含む容積を前記所定の容積とした第一の圧力セルと、該供試体の内周面側の容積／若しくはこれに連通し該試験容器の外側に設けた内周面側容器を含む容積を前記所定の容積とした第二の圧力セルと、該第一圧力セル及び第二圧力セルに試験流体を供給するための圧力源と、該第一圧力セル又は／及び第二圧力セルの試験流体を排出するための排出手段と、該第一圧力セル及び第二圧力セルの圧力を含む試験データを記録するためのデータ記録部と、データを解析するための解析手段と、を有することを特徴とする岩盤等の浸透率測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、岩盤等の透水性の評価や建材・窯業材料等の透気性の評価に係わり、それらの浸透率測定方法及びその方法を用いた浸透率測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
岩盤斜面や岩盤地下空洞の開発を行うとき、それらの安定性を事前に評価するためには、地下水の浸透挙動を予測する必要があり、そのためには岩盤の透水性を推定することが必要不可欠である。また、建材や窯業材料についてもそれらの透気性を評価する必要がある。
【０００３】
岩盤等の透水係数を測定する方法としては、流入側と流出側との圧力差を一定に維持して浸透流量を計測する定水位法や、一定の圧力差をつけた後、流出側の圧力を一定に保ちつつ、流入側への水の補給をしないままの浸透にまかせて、流入側の圧力が時間の経過と共に減少する状況で浸透流量を計測する変水位法、閉じた測定系で圧力の遷移データを計測するトランジェントパルス法などがある。
【０００４】
一般的に、定水位法は、比較的高い透水係数の供試体の試験に用いられ、変水位法は、比較的低い透水係数の供試体の試験に用いられているが、これらの方法は、地下深部の難透水性岩盤の透水係数を測定しようとする場合、地下深部の地下水圧を再現する間隙水圧を加えることが困難であり、また、計測に長時間が必要となると共に、この計測時間中における環境温度の変化によって、差圧力の経時的な変化を正確に計測できなくなる可能性があるなど、その実用性及び信頼性に問題があり地下深部の難透水性岩盤などの透水係数測定には適さない。かかる従来技術としては、例えば、特開２０００−００９６３１号公報、特開平１１−０６１７９１号公報、特開平０７−３０６１９８号公報、特開平０５−２１５７４７号公報などがある。
【０００５】
一方、トランジェントパルス法は、供試体を介した試験流体の流入側と流出側とを、各々、所定の容積を有し閉じた（大気から遮断した）圧力セルとして形成し、供試体の流入側と流出側に一定の圧力差をつけた後、試験流体の補給をしないままの浸透にまかせて、流入側の圧力上昇、流出側の圧力減少を計測する方法であり、圧力セルの圧力減少や圧力上昇の様子は、供試体の浸透性と共に、流入側に形成した圧力セルの容積や、流出側に形成した圧力セルの容積に関係して変化する。即ち、トランジェントパルス法は、圧力条件等を測定装置の設計条件内で自由に設定できるため、更に低い透水係数の供試体を試験することができ、難透水性岩盤などに適した試験法である。
【０００６】
かかるトランジェントパルス法による従来技術として、外周面を被覆したゴムスリーブなどを介して地中の応力値に相当する拘束圧を加えた円柱状供試体を用い、供試体の軸方向の透水試験を行う技術（例えば、前記の特開２０００−００９６３１号公報など）が開示されているが、この従来技術は、試験流体の流れの方向と平行な側面（外周面）を通じての試験流体の漏れが生じ易く、また、測定系に漏れがある場合の算定式は開示されておらず、特に、大きな圧力差を負荷する必要のある地下深部の難透水性岩盤などを供試体とした場合には、その測定精度に欠けるという問題があった。
【０００７】
なお、岩盤等の浸透試験方法を、供試体に流す試験流体の流れ方向、即ち、供試体の浸透試験方向で分類すると、軸方向浸透試験と径方向浸透試験とがあり、従来技術の多くは、供試体の作成が容易であり、地中の応力値に相当する拘束圧を加えることも容易な、円柱状供試体を用いた軸方向浸透試験を採用している。軸方向に浸透する場合は、浸透方向に垂直な断面の面積は一定であるが、円筒状供試体を用いた径方向浸透試験では、浸透方向に垂直な断面積が変化する。即ち、内周側から外周側に向かって浸透する場合は断面積が増大し、外周側から内周側に向かって浸透する場合は断面積が減少する。
【０００８】
円柱状供試体を用いた径方向浸透試験の従来技術としては、例えば、前記の特開平１１−０６１７９１号公報には、側壁部に透孔を有する筒体を測定地盤面に打ち込み、筒体の側壁部の外周りを掘削して堀を形成すると共に、筒体内部の地盤に中心位置で鉛直方向に立坑を掘削して、筒体と立坑との間に円柱状供試体を形成し、堀内の水位を一定に保ち、立坑内に連通させた測容器から注水して、変水位法により現場地盤の水平方向の透水性を試験する方法及び装置が開示されている。この従来技術は、上述のように、地下深部の難透水性岩盤などの透水係数測定には適さない変水位法によるものであり、また、筒体に設ける透孔によってはそれが試験流体の流動抵抗となり、測定精度が低下する可能性があり、更にまた、立坑及び円柱状供試体の下側への漏れが生じる可能性もあり、開示された算定式は測定精度が低下する可能性が大きい近似式である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、岩盤等の透水性の評価や建材・窯業材料等の透気性の評価に係わる上述した状況に鑑み、地下深部の難透水性岩盤などの浸透率を精度よく測定でき、更には、測定系に試験流体の漏れがある場合でも浸透率を精度よく測定できる、岩盤等の浸透率測定方法及びその方法を用いた浸透率測定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、請求項１の発明は、円筒状供試体を用い、該供試体の外周面側と内周面側とにそれぞれ所定の容積を有する第一の圧力セルと第二の圧力セルとを構成し、トランジェントパルス法により、該供試体の径方向の浸透試験を行うことを特徴とする岩盤等の浸透率測定方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、計測データから浸透率を求める算定式に係わり、前記円筒状供試体は円筒形供試体であり、下記の式（１）又は式（２）の関係式に基づく解析により浸透率を求めることを特徴とする岩盤等の浸透率測定方法である。なお、下式において、Ｐ１とＰ２はそれぞれ圧力セル１内と圧力セル２内の試験流体の圧力であり、Ｐ１０とＰ２０はそれぞれＰ１、Ｐ２の初期圧、Ｖ１とＶ２はそれぞれ圧力セル１と圧力セル２の容積、Ｒ０とＲｉはそれぞれ供試体の外径と内径、Ｌは供試体の有効長さ、κａは試験流体の体積弾性率、は試験流体の粘性率、ｔは時間、ｋは供試体の浸透率である。
【００１２】
【数６】
2004012136.tif 000003
【００１３】
【数７】
2004012136.tif 000004
請求項３の発明は、測定系に試験流体の漏れがある場合の好ましい形態に係わる発明であり、前記円筒状供試体と概ね同一の形状を有しその外周面側と内周面側との間に浸透性を有さない擬似円筒状供試体を用い、測定系から測定系外への試験流体の漏れ試験を行う工程と、該供試体を用い、トランジェントパルス法により、該供試体の径方向の浸透試験を行う工程と、該漏れ試験で得られた情報と該浸透試験で得られた情報とにより該供試体の浸透率を求める工程とを有することを特徴とする岩盤等の浸透率測定方法である。
【００１４】
請求項４の発明は、測定系に試験流体の漏れがある場合の計測データから浸透率を求める算定式に係わる発明であり、前記円筒状供試体は円筒形供試体であり、該供試体の浸透率を求める工程は、下記の式（３）により浸透率を算出する処理を含む工程であることを特徴とする岩盤等の浸透率測定方法である。
【００１５】
【数８】
2004012136.tif 000005
（３）式中、ａは、ａ＝α＋β―（ｄ１＋ｄ２）であって、ｄ１とｄ２は、圧力セル１と圧力セル２の漏れ特性を式（４）で近似した時の定数であり、漏れ試験のデータを解析して求めたものである。αとβは、透気試験時の圧力セル１内と圧力セル２内の試験流体の圧力を式（５）で近似した時の定数であり、透気試験のデータを解析して求めたものである。なお、式（４）中のＣ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２はそれぞれ定数であり、その他の記号は、前記の式（１）、式（２）と同じである。
【００１６】
【数９】
2004012136.tif 000006
【００１７】
【数１０】
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請求項５の発明は、測定に用いる試験流体の形態に係わり、前記試験流体は気体であり、前記浸透試験は気体を用いて行う透気試験であることを特徴とする岩盤等の浸透率測定方法である。
【００１８】
請求項６の発明は、前記の本発明の方法を用いた岩盤等の浸透率測定装置であって、前記円筒状供試体を収納する試験容器と、供試体の端部に取り付ける上蓋と下蓋とを含み供試体の外周面側と内周面側とを気密に分離するための分離手段と、試験容器の内側に形成された供試体の外周面側の容積／若しくはこれに連通し試験容器の外側に設けた外周面側容器を含む容積を前記所定の容積とした第一の圧力セルと、供試体の内周面側の容積／若しくはこれに連通し試験容器の外側に設けた内周面側容器を含む容積を前記所定の容積とした第二の圧力セルと、第一圧力セル及び第二圧力セルに試験流体を供給するための圧力源と、第一圧力セル又は／及び第二圧力セルの試験流体を排出するための排出手段と、第一圧力セル及び第二圧力セルの圧力を含む試験データを記録するためのデータ記録部と、データを解析するための解析手段と、を有することを特徴とする岩盤等の浸透率測定装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の岩盤等の浸透率測定方法について、その実施の形態を説明する。本発明の方法は、上述のように、円筒状供試体を用い、供試体の外周面側と内周面側とにそれぞれ所定の容積を有する第一の圧力セルと第二の圧力セルとを構成し、トランジェントパルス法により、供試体の径方向の浸透試験を行うことをその第一の特徴とするものである。なお、本発明でいう円筒状供試体とは、円筒形である供試体に限定されるものではなく、供試体の外周面側と内周面側とにそれぞれ第一の圧力セルと第二の圧力セルとを構成でき、トランジェントパルス法により供試体の径方向の浸透試験を行うことができるものであれば良く、例えば、楕円形や、六角形、八角形の断面多角形などの筒体であっても構わない。但し、供試体の作成のし易さ、計測データの解析のし易さ等により、円筒形供試体が望ましい。
【００２０】
円筒状供試体を用いることにより、供試体と他の固体材料との境界面は供試体の上下端面だけとなり、かかる上下端面を通じての試験流体の漏れは、例えば、ゴムなどの軟らかい材料でできたシートを介して押さえつけるなどの従来技術により、これを容易、且つ確実に防ぐことができる。即ち、円筒状供試体を用いることにより、円柱状供試体を用いた従来技術の問題であった供試体境界を通じての試験流体の漏れを防止でき、岩盤等の浸透率を精度よく測定することができる。
【００２１】
図１は、本発明による円筒形供試体を用いた浸透試験の概要を説明するための概念図であって、最内側から、供試体の内周面側に構成した所定の容積（図中、Ｖ２）を有する圧力セル２、円筒形供試体、供試体の外周面側に構成した所定の容積（図中、Ｖ１）を有する圧力セル１、及び試験容器の構成を示している。圧力セル１と圧力セル２は、閉じた（大気から遮断した）圧力セルを形成可能とし、浸透試験は、圧力セル１と圧力セル２に一定の圧力差（図中、Ｐ１−Ｐ２）をつけた後、圧力セル１と圧力セル２を閉じ、試験流体の補給をしないままの浸透にまかせて、流入側の圧力上昇（図中、Ｐ２）、流出側の圧力減少（図中、Ｐ１）を計測し、その経時データに基づき浸透率を測定する。なお、図１では、圧力セル１を流出側としているが、圧力セル２を流出側としても良い。
【００２２】
次に、計測データから浸透率を求める実施の形態について説明する。
【００２３】
先ず、測定系から外部（大気等）への試験流体の漏れがない場合について、円筒形供試体を用いた透気試験を例として説明する。円筒形供試体内外の気体圧をＰ２０とした後、外側だけの気体圧をＰ１０（＞Ｐ２０）とした直後からの経過時間をｔとすると、経過時間ｔにおける外側圧力Ｐ１（ｔ）と内側圧力Ｐ２（ｔ）が透気試験により計測され、理論的にそれぞれ前述の式（１）、式（２）により与えられる。この理論解は、気体の圧力Ｐ１（ｔ）、Ｐ２（ｔ）が次式で表される同じ定常解Ｐｆに収束し、収束の速度を表す指数べきに浸透率ｋが含まれていることを示している。即ち、式（１）又は式（２）を用いることにより、計測データから浸透率を求めることができる。
【００２４】
【数１１】
2004012136.tif 000008
透気試験を、円筒形供試体外側の気体圧Ｐ１０を完全なパルス状に変化させるなど、理想的な状態で行うことができれば、一点の計測データから浸透率を求めることができるが、実際には、Ｐ１０を完全なパルス状に変化させるなどは困難であり、例えば、式（１）の対数をとった次式の関係を用いて浸透率を求めるのが好ましい。
【００２５】
【数１２】
2004012136.tif 000009
即ち、計測データＰ１を用いて、経過時間ｔとの関係において式（７）左辺のグラフの傾きを、例えば、最小自乗法により推定し、その結果と式（７）右辺の傾きとを比較することにより、浸透率ｋ以外は既知であり、浸透率を算定することができる。
【００２６】
なお、供試体の外周面側と内周面側とにそれぞれ構成する圧力セル１と圧力セル２の容積は、供試体の種類、形状、及び試験条件から想定される浸透量などから、適正に決定する必要があり、その容積が小さ過ぎると、圧力上昇（又は圧力低下）が早くなり、安定したデータが得られなくなる可能性があり、その容積が大き過ぎると、圧力上昇（又は圧力低下）が遅くなり、計測に長時間を要すると共に、大気温の変化等外乱の影響を受け易くなる。
【００２７】
次に、測定系から外部（大気等）への試験流体の漏れがある場合の好ましい実施の形態について、円筒形供試体を用いた透気試験を例として説明する。
【００２８】
この場合には、供試体を用いた透気試験と共に、測定系から外部への試験流体の漏れに関する情報を取得する試験を行う必要があり、例えば、供試体と概ね同一の形状を有しその外周面側と内周面側との間に浸透性を有さない擬似円筒形供試体、例えば、鋼製の擬似円筒形供試体を用い、測定系から測定系外への試験流体の漏れ試験を行い、合わせて、供試体を用いた、トランジェントパルス法による供試体の径方向の透気試験を行うことにより、漏れ試験で得られた情報と透気試験で得られた情報を用いて供試体の浸透率を求めることができる。
【００２９】
かかる漏れ試験を、供試体と同様の条件によって、トランジェントパルス法による擬似供試体の径方向の透気試験として行った場合、この漏れ試験における圧力セル１と圧力セル２の気体圧の変化は、上述の式（４）で近似することができ、この関係を用いて、例えば、最小二乗法などにより式（４）の定数であるｄ１、ｄ２を決定することができる。なお、漏れ試験は、供試体と同様のトランジェントパルス法による擬似供試体の径方向の透気試験としてではなく、例えば、圧力セル１と圧力セル２とを各々、別に実施することもできるが、その場合には、当然ながら、初期圧などは供試体と同様の条件に合わせて行うのが望ましい。
【００３０】
測定対象の円筒形供試体を設置し、外部への試験流体の漏れがある測定系でトランジェントパルス法により透気試験をした場合、圧力セル１と圧力セル２との気体圧の変化は、上述の式（５）で近似することができる。式（５）において、α、βは共に負の乗数であり、β＜α＜０とした場合、式（５）は、時間ｔが十分大であれば、式（８）と近似でき、ｔが十分大の区間において計測データと比較することによりαとＣ１、Ｄ１を決定することができる。具体的には、例えば、気体圧を時間との関係において対数表示して、傾きが直線になった以降をｔが十分大の区間とし、その傾きとしてαを求め、その直線を延長した切片（縦軸を切る点）の値からＣ１、Ｄ１を決定することができる。なお、本発明は、他の統計学的処理方法により、式（５）の定数を求めることを排除するものではない。
【００３１】
【数１３】
2004012136.tif 000010
次に、式（５）は、次式のように変形することができ、例えば、前述の漏れが無い場合の解析方法と同様に、経過時間ｔとの関係において式（９）左辺の対数グラフの傾きを最小自乗法により推定し、その傾きとしてβを算定することができる。
【００３２】
【数１４】
2004012136.tif 000011
以上のようにして、漏れ試験で得られた情報と透気試験で得られた情報を用いて、測定対象供試体の浸透率は、上述の式（３）により求めることができる。なお、式（３）において、ａはα＋β―（ｄ１＋ｄ２）である。
【００３３】
以上、透気試験を例として説明したが、透気試験で求めた浸透率ｋは、次式によって透水係数Ｋに換算することができる。なお、式（１０）中、は水の密度、は水の粘性係数、ｇは重力の加速度である。試験流体として気体を用いることにより、その粘性の低さから計測データを短時間の試験で得ることができ、例えば、供試体の種類やその形状等によって異なるが、石灰岩の円筒形供試体を用いた例として、約２時間の試験により必要なデータを取得することができる。また、短時間で計測データが得られるということは、大気温の変化等外乱の影響を受け難いことも意味するが、本発明は、透気試験に限定されるものではなく、例えば、試験流体として水を用いて実施することもできる。
【００３４】
【数１５】
2004012136.tif 000012
次に、岩盤等の浸透率測定装置について説明する。
【００３５】
本発明の装置は、本発明の方法を用いた岩盤等の浸透率測定装置であって、円筒状供試体を収納する試験容器と、供試体の端部に取り付ける上蓋と下蓋とを含み供試体の外周面側と内周面側とを気密に分離するための分離手段と、試験容器の内側に形成された供試体の外周面側の容積／若しくはこれに連通し試験容器の外側に設けた外周面側容器を含む容積を前記所定の容積とした第一の圧力セルと、供試体の内周面側の容積／若しくはこれに連通し試験容器の外側に設けた内周面側容器を含む容積を前記所定の容積とした第二の圧力セルと、第一圧力セル及び第二圧力セルに試験流体を供給するための圧力源と、第一圧力セル又は／及び第二圧力セルの試験流体を排出するための排出手段と、第一圧力セル及び第二圧力セルの圧力を含む試験データを記録するためのデータ記録部と、データを解析するための解析手段とを有する。
【００３６】
円筒状の供試体の上下の端部を、例えば、ゴムパッキングを介して円盤状の上蓋と下蓋の間に挟んで、上蓋と下蓋をボルトで緊結し、供試体の外周面側と内周面側とを気密に分離する。上蓋又は下蓋には、試験流体を供給・排除するための配管が接続される。供試体の外周面側に形成した圧力セル１と、供試体の内周面側に形成した圧力セル２は、試験流体の圧力バッファーであって、それぞれが試験流体を供給するための圧力源、例えば、透気試験の場合、空気圧縮機や高圧ガスボンベ等に接続され、少なくとも何れかには、試験流体を排出するための排出手段、例えば、排出管と排出弁等が設けられる。なお、本発明でいう気密に分離するとは、供試体と他の固体材料との境界面を介しての両圧力セル間での試験流体の漏洩が無いようにすることを意味し、例えば、試験流体が水である場合、水密に分離することを意味する。
【００３７】
試験は、例えば、両方の圧力セルの流体圧を所定値とした後、片方の圧力セルに急激な圧力パルスを与え、圧力セルの流体圧の経時的な変化を計測することにより行う。試験流体は、圧力パルスを与えた圧力セルから徐々に供試体を通り他方の圧力セルへ浸透し、同時に圧力パルスを加えた圧力セル内の圧力は徐々に減少していく。浸透率は、この流体圧の経時的な変化を計測し、上述のようにして、パソコン等によりこれを解析することによって求めることができる。なお、試験に際しては、本試験方法が大気温の変化等の影響を外乱として受けることに鑑み、例えば、空調された室内で試験を行い、配管・機器等に断熱処理を施すなどに配慮することが望ましい。
【００３８】
また、本発明は、地中の応力値に相当する拘束圧を加えた円柱状供試体を用いた形態で実施することもできる。例えば、円筒状の供試体を挟んだ上蓋と下蓋の間に地中の応力値に相当する拘束圧を載荷し、供試体の外周面側と内周面側とに対する地中の応力値に相当する拘束圧は、例えば、外周面と内周面に積層した金網を介して機械的に負荷した形態、或いは、この積層金網に更に被覆したゴムスリーブなどを介して液圧で拘束圧を負荷し、試験流体の供給、排出はこの積層した金網層に行う形態で本発明を実施することもできる。
【００３９】
以上のような実施の形態により、本発明は、供試体境界を通じての試験流体の漏れを防止し易い円柱状供試体を用い、難透水性岩盤などの試験に好適なトランジェントパルス法による径方向の透気試験を行うものであり、地下深部の難透水性岩盤などの浸透率を精度よく測定でき、更には、測定系から試験流体の漏れがある場合においても、その試験方法並びに解析方法を提供するものであり、その浸透率を精度よく測定できる岩盤等の浸透率測定方法及びその方法を用いた浸透率測定装置を提供することができる。なお、本発明は、岩盤斜面や岩盤地下空洞の開発に不可欠な、岩盤等の透水性の評価に限らず、例えば、建材や窯業材料の透気性の評価などにおいても、同様にして、実施できる。
【００４０】
【実施例】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４１】
先ず、本実施例の試験に用いた、本発明の岩盤等の浸透率測定装置の実施例である、測定システムについて説明する。図２は、本発明の岩盤等の浸透率測定装置の構成例であり、空気を用いた透気試験を行う装置の実施例を示す模式図である。試験体は、円筒状供試体（図中、「供試体」と略記）上下の端部を、ゴムパッキングを介して円盤状の上蓋と下蓋の間に挟んで、上蓋と下蓋をボルトで緊結し、供試体の外周面側と内周面側とを気密に分離する構成となっている。これらは試験容器に収納され、試験容器の内側が圧力セル１を形成し、供試体の内周面側は、上蓋に接続された配管により連結された、試験容器の外側に設けた内周面側容器と共に、圧力セル２を形成している。圧力セル１と圧力セル２は、それぞれが空気を供給するため供給元バルブ（図示を省略）を有する空気圧縮機に、それぞれバルブ１、バルブ２を介して接続されている。なお、図示を省略しているが、圧力セル１と圧力セル２には、それぞれ試験流体を排出するための排出管と排出弁が設けられると共に、圧力センサー、温度センサーが設けられ、これらの試験データは、データロガーで記録できるようになっている。また、記録したデータを解析するためのパソコンが設けられている。
【００４２】
試験容器は、アクリル樹脂の円筒（外径１４０ｍｍ、内径１１０ｍｍ、高さ３００ｍｍ）の上下端を、ゴムパッキングを介してステンレス製の上板と下板の間に挟んで、上板と下板をステンレス製のボルトで緊結したものであり、設計圧は４．９×１０５　Ｐａである。内周面側容器は、円筒縦型（外径１４０ｍｍ、内径１３５ｍｍ、高さ２００ｍｍ）のステンレス製耐圧容器（設計圧４．９×１０５　Ｐａ）であり、圧力セル１と圧力セル２の容積は共に、２．９×１０−３　ｍ３である。空気圧縮機（ＤｅＶｉｂｉｓｓ　Ａｉｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏ．社製のＤＡＦＡ　１５３Ｐ２−１）は、最大圧８．６×１０５　Ｐａ、流量１．４×１０−３　ｍ３／ｓ（６．１×１０５　Ｐａ）であり、ユニット内に１．１×１０−２　ｍ３のバッファータンクを有している。
【００４３】
本浸透率測定装置は、外径４０〜６０ｍｍ、内径１０〜４０ｍｍ、高さ４０〜６０ｍｍの円筒形供試体に対応可能であるが、本実施例で用いた供試体は、外径４４．５ｍｍ、内径３０．９ｍｍ、高さ４９．２ｍｍの円筒形供試体であり、岩盤から採取した石灰岩の岩塊を、径の異なるビットを用いたボーリングにより円筒コアを作り、両端面が平行になるように整形したものである。なお、岩盤等から乱されない不撹乱試料を採取する方法としては、ブロックサンプリング法、チューブサンプリング法、凍結サンプリング法などが知られ、これらは本発明においても採用できるものである。また、不撹乱試料から円筒状供試体を切り出す要領も、従来技術などが使用でき、何ら本発明を限定するものではない。
【００４４】
次に、試験の手順について説明する。試験は、バルブ１とバルブ２を全開として、供給元バルブ（図示を省略）をゆっくり開け両方の圧力セルの流体圧を所定値とした後、バルブ１とバルブ２を全閉、供給元バルブ全開とし、その後、バルブ１を迅速に開閉することによって、圧力セル１に急激な圧力パルスを与え、圧力セルの空気圧の経時的な変化を計測することにより行う。空気は、圧力セル１から徐々に供試体を通り圧力セル２へ浸透し、圧力セル１内の圧力は徐々に減少し、圧力セル２内の圧力は徐々に増大していく。浸透率は、この空気圧の経時的な変化を計測し、これをパソコンにより解析することによって求めた。
【００４５】
次に、測定結果について説明する。
【００４６】
図３は、石灰石の円筒形供試体を用いたトランジェントパルス法による径方向の透気試験から得られる、圧力〜時間曲線の一例を示した図であり、測定系から漏れの無い場合の例である。圧力セル１内の圧力Ｐ１（ｔ）は、その初期圧Ｐ０１から最終値Ｐｆまで指数関数的に減少し、一方、圧力セル２内の圧力Ｐ２（ｔ）は、その初期圧Ｐ０２からＰｆまで上昇することを示している。また、石灰岩という難透水性の供試体でも、約２時間という短時間のうちにＰｆに収束することを示している。この実施例の供試体の浸透率は、計測データを前述の方法で解析した結果、６．１×１０−１７　ｍ２であり、これを式（１０）により換算した透水係数は６．７×１０−１０　ｍ／ｓである。
【００４７】
図４は、測定系に漏れがある場合の透気試験から得られる圧力〜時間曲線の一例を示した図であり、Ｐ１（ｔ）、Ｐ２（ｔ）は、最終値Ｐｆに収束せず、共にいつまでも減少することを示している。図５は、図４で示した漏れがある測定系において、測定対象である供試体の代わりに鋼製の擬似供試体を用いて透気試験を行った場合であり、不透水性供試体に対する圧力〜時間曲線、即ち、測定系の漏れだけによる圧力低下の遷移図の一例である。
【００４８】
図５に示した漏れ試験のデータを、前述のようにして解析することにより、測定系の漏れの情報を取得することができ、この情報を含め、図４に示し透気試験のデータを、前述のようにして数理的基礎に基づいてこれを補正することにより、本来の供試体の浸透率を求めることができる。この実施例の供試体の算出した浸透率は、５．３×１０−１７　ｍ２であり、前記の式（３）の定数ａを構成するα、β、ｄ１、ｄ２はそれぞれで−２．２４×１０−５ｓ−１、−５．３４×１０−４ｓ−１、５．６８×１０−６ｓ−１、４．０３×１０−５ｓ−１である。また、この浸透率を換算した透水係数は５．８×１０−１０　ｍ／ｓである。
【００４９】
以上の実施例で求めた浸透率は、漏れの有無に係わらず、５．３〜６．１×１０−１７　ｍ２の範囲にあり、これを換算した透水係数は、５．８〜６．７×１０−１０　ｍ／ｓである。石灰岩の透水係数は、７×１０−１２〜１．２×１０−９　ｍ／ｓと言われており（Ｖ．　Ｓ．　Ｖｕｔｕｋｕｒｉ　ａｎｄ　Ｒ．　Ｄ．　Ｌａｍａ；Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｉｎ　Ｍｉｎｅｓ　（１９８６））、本実施例は、地下深部の難透水性岩盤などの浸透率を、簡便な装置により、短時間の試験で精度よく測定できることを示し、更には、測定系から試験流体の漏れがある場合においても、浸透率を精度よく測定できることを示すものである。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は、供試体境界を通じての試験流体の漏れを防止し易い円柱状供試体を用い、難透水性岩盤などの試験に好適なトランジェントパルス法による径方向の透気試験を行うものであり、地下深部の難透水性岩盤などの浸透率を精度よく測定でき、更には、測定系から試験流体の漏れがある場合においても、その試験方法並びに解析方法を提供するものであり、その浸透率を精度よく測定できる岩盤等の浸透率測定方法及びその方法を用いた浸透率測定装置を提供できる効果がある。本発明は、岩盤斜面や岩盤地下空洞の開発に不可欠な、岩盤等の透水性の評価に限らず、例えば、建材や窯業材料の透気性の評価などにおいても、好適にこれを実施できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による円筒形供試体を用いた浸透試験の概要を説明するための概念図である。
【図２】本発明の岩盤等の浸透率測定装置の構成例であり、空気を用いた透気試験を行う装置の実施例を示す模式図である。
【図３】円筒形供試体を用いたトランジェントパルス法による径方向の透気試験から得られる、圧力〜時間曲線の一例を示した図であり、測定系から漏れの無い場合の例である。
【図４】測定系に漏れがある場合の透気試験から得られる圧力〜時間曲線の一例を示した図である。
【図５】図４の漏れがある測定系において、測定対象である供試体の代わりに鋼製の擬似供試体を用いて透気試験を行った場合であり、不透水性供試体に対する圧力〜時間曲線、即ち、測定系の漏れだけによる圧力低下の遷移図の一例である。
【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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