(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空圧を負荷して改良する軟弱地盤（以下、改良地盤と称す。）から抽出した供試体を気密状態に収納する筐体と、前記供試体内の長手方向中央部分に挿入されるドレーン材と、前記ドレーン材と繋がっていて、前記供試体にドレーン材を介して真空圧を負荷する真空圧発生手段とを備えており、
前記供試体内の長手方向中央部分に挿入されたドレーン材を介して真空圧発生手段からの真空圧を負荷したときの前記供試体から排出される間隙水の排水量、前記供試体の重量変化、前記供試体中の間隙水圧、前記供試体の外寸変化、及び前記供試体中の真空圧を測定する測定装置をそれぞれ設けたことを特徴とする真空土質試験機。
【請求項２】
真空圧発生手段が真空圧計及び真空タンクを備えた真空ポンプであることを特徴とする請求項１記載の真空土質試験機。
【請求項３】
真空タンクが集水タンクを介してドレーン材と繋がっていることを特徴とする請求項２記載の真空土質試験機。
【請求項４】
真空ポンプと真空タンクとの間、真空タンクと集水タンクとの間、並びに集水タンクとドレーン材との間のいずれか、または全てに真空圧を調整するバルブを設置したことを特徴とする請求項３記載の真空土質試験機。
【請求項５】
供試体下部に重量計を配置したことを特徴とする請求項１記載の真空土質試験機。
【請求項６】
供試体下部に集水タンクを設置し、前記集水タンクの下側に重量計を配置したことを特徴とする請求項５記載の真空土質試験機。
【請求項７】
供試体の複数箇所に間隙水圧計を設置して前記供試体の複数箇所における間隙水圧を測定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の真空土質試験機。
【請求項８】
供試体上部に荷重装置を配置したことを特徴とする請求項１〜７記載の真空土質試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改良地盤から抽出した供試体に真空圧を負荷し、そのときの供試体からの間隙水の排水量、供試体の重量変化、供試体中の間隙水圧、供試体の外寸変化、及び供試体中の真空圧を測定することで、真空圧を負荷して地盤を改良する、いわゆる真空圧密工法を施工する改良地盤の土質を把握できる真空土質試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、この種の試験機は無かった。
【０００３】
しかしながら、現実に改良地盤に真空圧を負荷して地盤の改良を行おうとした場合、地盤の土質が不明であると、改良地盤にどの程度の真空圧を負荷すべきかも不明であり、このため、真空圧を用いた地盤改良のための施工装置、すなわち真空ポンプ、ドレーン材、気密シート、集水管などの大きさや種類も地盤に適したものを用いることができず、それらの装置が不適切な場合には、施工途中で工事を止めて装置の交換をしたり、設計変更したりするなど、弊害が生じることになる。
【０００４】
このような事態が生じた場合には、当然のことながら施工費用も高くなり、施工時期も大幅に伸びることになるから、施工後、該改良地盤上に構築する上物（構造物）の施工時期にも大きな影響を及ぼす事になる。
【０００５】
また、改良地盤の土質の正確な把握は、上記上物（構造物）の安定化のためにも大変に重要であった。
【０００６】
本発明は、このような事情から鋭意研究の結果、提案されたものであり、改良地盤の土質を簡単にしかも正確に把握することができる真空土質試験機を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、改良地盤から抽出した供試体を気密状態に収納する筐体と、前記供試体内の長手方向中央部分に挿入されるドレーン材と、前記ドレーン材と繋がっていて、前記供試体にドレーン材を介して真空圧を負荷する真空圧発生手段とを備えており、
前記供試体内の長手方向中央部分に挿入されたドレーン材を介して真空圧発生手段からの真空圧を負荷したときの前記供試体から排出される間隙水の排水量、前記供試体の重量変化、前記供試体中の間隙水圧、前記供試体の外寸変化、及び前記供試体中の真空圧を測定する測定装置をそれぞれ設けたことを特徴とする真空土質試験機をその要旨とした。
【０００８】
ドレーン材を介して真空圧が負荷された供試体からは、供試体中の間隙水が前記ドレーン材を介して排出される。これに伴い供試体の重量も変化する。さらに供試体中の間隙水圧も変動し、供試体の外寸、真空圧も変化する。
【０００９】
本発明者は、長年に亘る真空圧を用いた地盤改良に関する研究から、改良地盤から抽出した供試体に真空圧を負荷したときの供試体における挙動が、現実の改良地盤に真空圧を負荷したときに改良地盤に生じる挙動と一致していることを発見した。
【００１０】
本発明の試験機は、このような知見に基づくものであり、真空圧を負荷したときの供試体における種々のパラメータを測定することで、それらの測定結果から現実に改良地盤に真空圧を負荷したときの挙動を予測できるようになっているのである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の真空土質試験機（以下、単に試験機と称す。）を図面に示した例に従って説明する。この試験機は、供試体を気密状態に収納する筐体を備えている。図１に示す筐体１２はフレームからなる。この筐体１２内には供試体Ｓを収納するスペースが確保されていて、その外側には収納される供試体Ｓを保護する保護カバー１３が設けられている。またこの保護カバー１３の内側（供試体Ｓ側）には、合成ゴムからなる気密シート１４が配されていて、供試体Ｓが気密状態に保持されるようになっている。
【００１２】
供試体Ｓは、人為的な誤差を少なくするため、改良地盤（図示しない）からシンウォールにより抽出したものを用いるのが望ましい。尚、シンウォール法による供試体の抽出方法とは、一方端部を刃状に設けた金属パイプ（長さが１０００ｍｍ、外径が７５ｍｍ、内径が７０ｍｍのしんちゅうまたはステンレス製の筒）を用い、これを改良地盤中に押し込み、パイプ内に採取された土をピストンで押し出し、押し出された筒状の土を１００〜２００ｍｍの長さにカットし、これを供試体Ｓとする方法という。
【００１３】
この供試体Ｓ内の長手方向中央部分にドレーン材１５が挿入される。ドレーン材１５としては、限定されないが、例えば図２に示すようなスプリング１５ａ外周に不織布や紙からなるフィルター１５ｂを巻き付け、これを接着し固定したもの、あるいは図３に示すようなチューブ管１５ｃ外周に長さ方向に亘って一定間隔に孔を開け、このチューブ管１５ｃの外周に針金又は太いプラスチック糸１５ｄを網状に絡ませ、その上に不織布や紙からなるフィルター１５ｂを巻き付け、これを接着し固定したものを好ましい例として挙げることができる。
【００１４】
ドレーン材１５の供試体Ｓへの挿入は、例えば図４及び図５に示すように、予め供試体Ｓの長手方向中央部分に挿入用の孔１６を開けておき、この孔１６内に一方端に針金などの挿入用部材を取り付けたドレーン材１５を挿入し、その後、挿入用部材のみを引き抜くことでドレーン材１５が挿入されるようにする。
【００１５】
この供試体Ｓには、ドレーン材１５と共に該供試体Ｓ中の間隙水圧を測定するための間隙水圧計１７、及び該供試体Ｓに負荷される真空圧を測定するための圧力計１８が配される。この水圧計１７及び圧力計１８、並びに前記ドレーン材１５の端部にはそれぞれチューブ１９、２０、２１が取り付けられている。そして、供試体Ｓを筐体１２内にセットしたとき、ドレーン材１５に取り付けたチューブ１９は、供試体Ｓ下部に設置した供試体Ｓの真空圧の負荷前後における重量変化を把握するための重量計２２を貫通して、その下側に設けた集水タンク３１内へと接続される。また水圧計１７及び圧力計１８に取り付けたチューブ２０、２１は、本試験機に付設した測定器（図示しない）に接続される。
【００１６】
また供試体Ｓ周面にはベルトメジャー２３が取り付けられ、該供試体Ｓの円周が計測されるようになっている。また供試体Ｓの上部に設けた測定盤２４の動きを読みとる鉛直測定器２５が筐体１２の保護カバー１３外側に配されていて、供試体Ｓの鉛直方向の体積変化が測定されるようになっている。
【００１７】
これらベルトメジャー２３及び鉛直測定器２５によって真空圧を負荷したときの供試体Ｓの水平及び垂直方向の体積変化が把握されるようになっている。例えば供試体Ｓが完全に飽和状態と成っている場合、それらの体積変化量は、次式の関係が成り立つことになる。
【００１８】
体積変化量＝排水量／供試体の比重＝体積重量／供試体の比重供試体Ｓの下側に設けた集水タンク３１には、前述のドレーン材１５によって供試体Ｓからの間隙水が集水される。集水タンク３１下部には重量計２６が配されており、この重量計２６によって供試体Ｓからの排水量が測定されるようになっている。
【００１９】
この集水タンク３１には接続パイプ２７を介して真空圧計（図示しない）及び真空タンク２８を備えた真空ポンプ２９が接続されている。そしてこれら接続パイプ２７、真空タンク２８を介して真空ポンプ２９からの真空圧が集水タンク３１へと伝えられ、さらにチューブ１９を介してドレーン材１５から供試体Ｓへと伝えられるようになっている。
【００２０】
図１に示すように、真空ポンプ２９と真空タンク２８との間、真空タンク２８と集水タンク３１との間、並びに集水タンク３１とドレーン材１５との間のいずれか、または全てに真空圧を調整するバルブ３０を設置することもできる。この場合、これらのバルブ３０の開閉を適宜調整することで、真空圧の伝達レベルを調節することができる。尚、前記バルブ３０に換えてレギュレーター（図示しない）を用いることもできる。レギュレーターはバルブ３０と同じく真空圧を維持する機能を有する。
【００２１】
次に、上記の如く構成した試験機１１の使用方法について説明する。まず、改良地盤（図示しない）からシンウォールにより抽出した供試体Ｓの長手方向中央部分にドレーン材１５を挿入するための孔１６を開ける。次いでこの孔１６内に一方端に針金などの挿入用部材を取り付けたドレーン材１５を挿入する。その後、挿入用部材のみを引き抜いてドレーン材１５の挿入を完了する。また供試体Ｓへはドレーン材１５と共に該供試体Ｓ中の間隙水圧を測定するための間隙水圧計１７、及び該供試体Ｓに負荷される真空圧を測定するための圧力計１８も配置する。 次いで、これらドレーン材１５、水圧計１７、及び圧力計１８の各端部にそれぞれチューブ１９、２０、２１を取り付ける。
【００２２】
このようにしてドレーン材１５、水圧計１７、及び圧力計１８を取り付けた供試体Ｓを筐体１２内にセットする。このとき、ドレーン材１５に取り付けたチューブ１９は、供試体Ｓ下部に設置した重量計２２を貫通して、その下側に設けた集水タンク３１内へと接続する。また水圧計１７及び圧力計１８に取り付けたチューブ２０、２１は、本試験機に付設した測定器（図示しない）に接続する。
【００２３】
また供試体Ｓ周面にはベルトメジャー２３を取り付けると共に該供試体Ｓ上部には測定盤２４を設け、その動きを筐体１２の保護カバー１３外側に配した鉛直測定器２５で読みとるようにする。
【００２４】
このようにして、各種測定器をセットした状態で真空ポンプ２９を稼働させる。真空ポンプ２９の稼働に伴い、真空ポンプ２９からの真空圧が、接続パイプ２７を介して真空タンク２８、集水タンク３１へと伝えられ、さらにチューブ１９を介して供試体Ｓの長手方向中央部分に挿入されたドレーン材１５から供試体Ｓへと伝えられるようになっている。
【００２５】
そして、真空圧が負荷されたときの供試体Ｓから排出される間隙水の排水量、前記供試体の重量変化、前記供試体中の間隙水圧、前記供試体の外寸変化、及び前記供試体中の真空圧が測定され、これにより真空圧を負荷したときの改良地盤の挙動が予測されるようになる。
【００２６】
すなわち、ベルトメジャー２３及び鉛直測定器２５によって測定された供試体Ｓの体積変化、集水タンク３１下部に配された重量計２６による供試体Ｓからの排水量、間隙水圧計１７及び圧力計１８による間隙水圧及び真空圧の変化から、真空圧密による改良地盤の沈下、変形の度合いを予測できるようになっている。
【００２７】
また、供試体Ｓ下部に設置した重量計２２によって得られる供試体Ｓの真空圧の負荷前後における重量変化（情報）からは、大気圧が供試体Ｓ（改良地盤）に及ぼす影響を予測することができる。
【００２８】
尚、供試体Ｓの複数箇所に間隙水圧計１７を設置して前記供試体Ｓの複数箇所における間隙水圧を測定するようにすることもできる。この場合、供試体（改良地盤）が持つ水の影響を調査することができ、これにより得られる情報は真空圧密工法による地盤改良の施工期間を予測する上で最も重要な情報となる。
【００２９】
図１に示す形態では、供試体Ｓ上部に荷重装置３２が設置されている。荷重装置３２の種類や大きさは任意であるが、例えば油圧、圧縮空気を用いたもの、あるいはスプリングラック方式など、常時所定の荷重を負荷できるものが望ましい。この荷重装置３２によって所定の上載荷重を供試体Ｓに負荷し、供試体Ｓへの荷重の伝播状態を供試体Ｓ下部に設置した重量計２２によって測定することで、改良地盤への盛土速度、圧密沈下の消散時間や消散量といった情報を得ることができる。
【００３０】
また、上載荷重により供試体Ｓに発生する過剰間隙水圧は、減圧及び吸引により消散するので、この過剰間隙水圧を水圧計１７によって測定することで、供試体Ｓ（改良地盤）が持つ水、粒子の特徴を把握することができる。
【００３１】
さらに供試体Ｓ下部に設置した重量計２２によって荷重時の供試体Ｓの底盤にかかる実荷重を測定することでき、その際、荷重装置３２による上載荷重と下部重量計２２が示す荷重との間に差が生じることがある(有効応力)。これは実際に供試体Ｓに負荷された荷重に対し、供試体Ｓ自身がその荷重を伝播する量（荷重伝播量）として測定されることになる。更に、荷重変動を0.1秒間隔でデータを回収することで、間隙水圧の変動と併せるとより荷重伝播を詳細に把握することができる。
【００３２】
また供試体Ｓに上載荷重を負荷すると、供試体Ｓの間隙水圧は上昇し、これに伴って供試体Ｓの体積にも変化が生じるので、体積変化・排水量の変化を併せ検討することにより、供試体の挙動を確実に把握することができる。
【００３３】
尚、本発明は、図面に示した例に限定されるものではなく、例えば供試体へ負荷する真空圧や上載荷重の調整（制御）と、間隙水の排水量、供試体の重量変化、供試体中の間隙水圧の変動、供試体の外寸及び真空圧の変化の測定結果の集計、解析をコンピュータで行うようにするなど、特許請求の範囲に記載された範囲で自由に変更することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、改良地盤から抽出した供試体に真空圧を負荷したときの供試体における挙動が、現実の改良地盤に真空圧を負荷したときに改良地盤に生じる挙動と一致しているという知見に基づいてなされたものであり、本発明の試験機は、改良地盤から抽出した供試体を気密状態に収納する筐体と、前記供試体内の長手方向中央部分に挿入されるドレーン材と、前記ドレーン材と繋がっていて、前記供試体にドレーン材を介して真空圧を負荷する真空圧発生手段とを備えており、前記供試体内の長手方向中央部分に挿入されたドレーン材を介して真空圧発生手段からの真空圧を負荷したときの前記供試体から排出される間隙水の排水量、前記供試体の重量変化、前記供試体中の間隙水圧、前記供試体の外寸変化、及び前記供試体中の真空圧を測定する測定装置をそれぞれ設けている。
【００３５】
このため、この試験機によれば、真空圧を負荷したときの供試体からの間隙水の排水量、これに伴う供試体の重量変化、供試体中の間隙水圧の変動、供試体の外寸及び真空圧の変化を測定することができ、これらの測定結果から現実に改良地盤に真空圧を負荷したときの挙動、例えば改良地盤の圧密沈下や変形を予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の試験機の全体を模式的に示した模式図。
【図２】供試体中に挿入されるドレーン材の構造を示した拡大斜視図。
【図３】供試体中に挿入される別のドレーン材の構造を示した拡大斜視図。
【図４】供試体へドレーン材を挿入する孔を穿孔した状態を示した斜視図。
【図５】供試体へドレーン材を挿入する過程を示した斜視図。
【符号の説明】
１２・・・筐体
１４・・・気密シート
１５・・・ドレーン材
１７・・・間隙水圧計
１８・・・圧力計
２２・・・重量計（供試体重量の測定用）
２３・・・ベルトメジャー
２４・・・測定盤
２５・・・鉛直測定器
２６・・・重量計（間隙水量の測定用）
２８・・・真空タンク
２９・・・真空ポンプ
３１・・・集水タンク
３２・・・荷重装置
Ｓ・・・供試体
【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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