(57)【要約】【課題】本考案の目的は、軟弱地盤および地盤改良に用いる荷重分担材料の荷重に対する応力伝達挙動を視覚化するものであり、地盤工学を学んでいない人にも比較的簡単に理解できる地盤の挙動模型装置を提供するものである。【解決手段】  下端部が閉塞した筒状体１の内方底部に嵌装する軟弱地盤を模した弾性体２と、前記弾性体の上に載置する建物などの上物を模した重錘体４とを有することを特徴とする地盤の挙動模型装置を提供する。【選択図】図３
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
荷重に対する地盤の応力伝達挙動を視覚的に観察する地盤の挙動模型装置であって、下端部が閉塞した筒状体の内方底部に嵌装する軟弱地盤を模した弾性体と、前記弾性体の上に載置する建物などの上物を模した重錘体と、を有することを特徴とする地盤の挙動模型装置。
【請求項２】
荷重に対する地盤の応力伝達挙動を視覚的に観察する地盤の挙動模型装置であって、下端部が閉塞した筒状体の内方底部に嵌装する軟弱地盤を模した弾性体と、前記弾性体の上に載置する建物などの上物を模した重錘体と、前記弾性体と前記重錘体の間に地盤改良および地盤補強の荷重分担材料を模した柱状体と、を有することを特徴とする地盤の挙動模型装置。
【請求項３】
前記筒状体の周壁の一部または全部が透明であることを特徴とする請求項１または２記載の地盤の挙動模型装置
【請求項４】
前記柱状体が地盤改良および地盤補強に用いる杭等を模した柱状物で構成されることを特徴とする請求項２記載の地盤の挙動模型装置
【請求項５】
前記柱状体が砕石杭等を模した粒状集合物で構成されることを特徴とする請求項２記載の地盤の挙動模型装置
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、荷重に対する軟弱地盤ならびに地盤改良および地盤補強に用いる荷重分担材料の応力伝達挙動を理解するための地盤の挙動模型装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本の多くの都市は軟弱地盤上に発達しているため、地盤改良を必要とする土地に建物を構築する場合が少なくない。様々な地盤改良および地盤補強が提案されているが、土の挙動は複雑であること、地盤改良および地盤補強は土の中でなされるため目に見えないことから、建築主を含めて地盤工学を学んでいない一般の人にとっては理論が理解し難いという問題点があった。
【０００３】
そこで、軟弱地盤の挙動を再現した軟弱地盤懐疑実験装置（例えば先行技術文献１参照）が考案されており、内部に土砂が地盤を想定して積層される枠体を設け、この枠体内に可撓性を有する側板を枠体の内側面と土砂との間に空隙を形成するように設けた構成としたものがある。この装置の枠体内に積層された土砂上に荷重を加えると、側板は、枠体との間に空隙を有し、かつ可撓性を有することから、伝達されてくる荷重に応じて変形し、枠体内の地盤の変動を許容する。従って、荷重に対する軟弱地盤の挙動が懐疑的に具現化されることとなる。
【０００４】
しかしながら、この装置は実験に用いるための軟弱地盤を作り出すための装置であり、荷重に対する軟弱地盤および地盤改良に用いる荷重分担材料の挙動を視覚的に知得できる目的で製作されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平１−３７６４５号公報
【特許文献２】特開２００６−２４９８５６号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
本考案の目的は、軟弱地盤および地盤改良に用いる荷重分担材料の荷重に対する応力伝達挙動を視覚化するものであり、地盤工学を学んでいない人にも比較的簡単に理解できる地盤の挙動模型装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための本考案に係る地盤の挙動模型装置の第１の構成は、荷重に対する地盤の応力伝達挙動を視覚的に観察する地盤の挙動模型装置であって、下端部が閉塞した筒状体の内方底部に嵌装する軟弱地盤を模した弾性体と、前記弾性体の上に載置する建物などの上物を模した重錘体と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本考案に係る地盤の挙動模型装置の第２の構成は、荷重に対する地盤の応力伝達挙動を視覚的に観察する地盤の挙動模型装置であって、下端部が閉塞した筒状体の内方底部に嵌装する軟弱地盤を模した弾性体と、前記弾性体の上に載置する建物などの上物を模した重錘体と、前記弾性体と前記重錘体の間に地盤改良および地盤補強の荷重分担材料を模した柱状体と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本考案に係る地盤の挙動模型装置の第３の構成は、前記第１の構成もしくは第２の構成において、前記筒状体の周壁の一部または全部が透明であることを特徴とする。
【００１０】
また、本考案に係る地盤の挙動模型装置の第４の構成は、前記第２の構成において、前記柱状体が地盤改良および地盤補強に用いる杭等を模した柱状物で構成されることを特徴とする。
【００１１】
また、本考案に係る地盤の挙動模型装置の第５の構成は、前記第２の構成において、前記柱状体が地盤改良および地盤補強に用いる砕石柱状体等を模した柱状物で構成されることを特徴とする。
【考案の効果】
【００１２】
請求項１記載の地盤の挙動模型装置によれば、筒状体の内部に嵌装された軟弱地盤を模した弾性体部が、建物荷重を模した重錘体により収縮する様子を観察することで、軟弱地盤に建物を構築する危険性を簡単に理解できる。
【００１３】
請求項２記載の地盤の挙動模型装置によれば、軟弱地盤中の地盤改良および地盤補強における荷重分担材料の荷重に対する挙動を観察することが可能となる。
【００１４】
また、筒状体、弾性体、重錘体はそれぞれ分離可能であるため、柱状体の材料を変更することが可能である。従って、１つの装置で複数の荷重分担材料の荷重に対する挙動を観察することが可能となる。
【００１５】
請求項３記載の地盤の挙動模型装置によれば、軟弱地盤ならびに地盤改良および地盤補強における荷重分担材料の荷重に対する挙動を模擬的に視認することが可能となる。
【００１６】
請求項４記載の地盤の挙動模型装置によれば、地盤改良および地盤補強における杭等を模した柱状物を載置することにより、鋼管杭、深層混合工法における柱状改良体、木杭、既成コンクリート杭等の荷重に対する挙動を観察することが可能となる。
【００１７】
請求項５記載の地盤の挙動模型装置によれば、地盤改良および地盤補強における砕石柱状体等を模した粒状集合物を載置することにより、粒状のものが集合して柱状を成す砕石柱状体、砂杭等の荷重に対する挙動を観察することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本考案の実施形態に係る地盤の挙動模型装置において、軟弱地盤上に荷重が生じた際の挙動を概略的に示すもので、（ａ）は筒状体の内方底部に弾性体を嵌装した状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の弾性体の上に重錘体を載置した状態を示す斜視図である。
【図２】本考案の実施形態に係る地盤の挙動模型装置において、軟弱地盤中の地盤改良および地盤補強における杭等に荷重が生じた際の挙動を概略的に示すもので、（ａ）は筒状体の内方底部に弾性体ならびに柱状体を嵌装した状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の柱状物の上に重錘体を載置した状態を示す斜視図である。
【図３】本考案の実施形態に係る地盤の挙動模型装置において、軟弱地盤中の地盤改良および地盤補強における砕石柱状体等に荷重が生じた際の挙動を概略的に示すもので、（ａ）は筒状体の内方底部に弾性体ならびに粒状集合物を嵌装した状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の柱状体の上に重錘体を載置した状態を示す斜視図である。
【図４】本考案の実施形態に係る地盤の挙動模型装置において、軟弱地盤の側壁を模した管状弾性体を用いることで鉛直荷重に対する軟弱地盤中の地盤改良および地盤補強における杭等に荷重が生じた際の挙動を概略的に示す斜視図である。
【図５】本考案の実施形態に係る地盤の挙動模型装置において、建物模型を用いた実施例を概略的に示すもので、(a)は全体を表す斜視図、(b)は配置を表す上面図である。
【図６】本考案の実施形態に係る地盤の挙動模型装置における、建物模型を用いた実施例を表す側面図である。
【図７】本考案の建物模型を用いた実施形態に係る地盤の挙動模型装置において、その他の実施例を表す側面図である。
【図８】本考案の建物模型を用いた実施形態に係る地盤の挙動模型装置において、不同沈下を生ずる状況を表す斜視図である。
【考案を実施するための形態】
【実施例】
【００１９】
本考案の実施例を図面に基づいて説明する。第１の実施例である図１は、軟弱地盤中に建物等の上物が構築された状態を模した地盤の挙動模型装置である。図１(a)において、下端部が閉塞した筒状体１の内方底部に軟弱地盤を模した弾性体２が嵌装されている。
この実施例においては、筒状体１は円筒状の周壁１ａと底板１ｂからなり、全体が透明なアクリル樹脂で形成されている。また、弾性体２は筒状体１の内径よりやや小径のコイルスプリングである。尚、３は弾性体２（コイルスプリング）の上端に載置した仕切り板で、弾性体２の上に後述する重錘体４等を安定的に載置させるためのものであるが、必ずしも必須ではない。
【００２０】
次に、図１(b)において、重錘体４は筒状体１の内径よりやや小径の円柱体で、木や樹脂、或いは金属で形成してある。そして、仕切り板３を介して弾性体２の上に載置してある。このように重錘体４が載置されると、重錘体４の荷重により前記弾性体２が下方に収縮し、軟弱地盤の上に建物等の上物が構築された場合の沈下状態を簡易的に観察することができる。
【００２１】
尚、この実施例では、筒状体１は円筒状の周壁１ａと底板１ｂとしたが、下端部が閉塞された容器状のものであれば、平面正方形や三角形などでも良い。また、全体を透明なアクリル樹脂で成形し、筒状体１内部がどこからでも視覚できるものを示したが、全体は不透明な素材で成形し、必要箇所のみ透明として内部を限定的に視覚できるように演出してもよい。
また、重錘体４は必ずしも重量物である必要はなく、人手で押圧することによって軟弱地盤を模した弾性体２が沈下する様子を体感できるようにしてもよい。
【００２２】
第２の実施例である図２は、軟弱地盤中に地盤改良および地盤補強における杭等を打設した状態を模した地盤の挙動模型装置である。図２(a)は筒状体１の内方底部に軟弱地盤を模した弾性体２が嵌装されており、その上に地盤改良および地盤補強における杭等を模した柱状物５を有している。図２(b)は杭等を模した柱状物５に重錘体４が載置された状態を表している。柱状物５が建物荷重を模した重錘体４の荷重を受けると、弾性体２にその荷重が伝達し、弾性体２が収縮し、全体が沈下する。つまり、地盤改良および地盤補強の杭等に荷重が生じると、杭等の下端部に荷重を伝達することが視認可能であり、杭の下端部に強固な地盤が存在しない場合に、沈下する危険性を簡易的に観察することが可能である。
【００２３】
第３の実施例である図３は、軟弱地盤中の地盤改良および地盤補強における砕石柱状体等を打設した状態を模した地盤の挙動模型装置である。図３(a)は筒状体１の内方底部に軟弱地盤を模した弾性体２が嵌装されており、その上に砕石柱状体等を模した粒状集合物６を有している。図３(b)は砕石柱状体等を模した粒状集合物６に重錘体４が載置されている状態を表している。粒状集合物６は５mm程度（７号程度）の小さな砕石や、それを模した色とりどりの樹脂製砕石など、集合して柱状になるものであれば良く、本実施例では粒状集合物６を筒状体１に直接載置しているが、透明で可撓性のある網袋に入れて載置しても良い。粒状集合物６が建物荷重を模した重錘体４の荷重を受けると、粒状集合物６は荷重を垂直方向のみならず水平方向へも分散させ、弾性部２の収縮が減少する様子が視認可能である。つまり、荷重は水平方向の周辺地盤へも分散されるため、下端部に強固な地盤が存在しなくても沈下等の挙動が減少することが簡易的に観察できる。
【００２４】
図３(b)においては、下端部に載置された弾性体２が収縮しない様子を観察できたが、図４のように筒状体１の内方側面に軟弱地盤の側壁を模した管状弾性体７を嵌装すれば、重錘体４の荷重が水平方向へと伝達され、より現実に近い挙動を観察することが可能となる。例えば、数mm〜1cm程度の肉厚の管状弾性体で外径が筒状体１の内径とほぼ同径もしくはやや小径の弾力ある樹脂を用いることが可能である。
【００２５】
また、管状弾性体７を用いれば、地盤改良または地盤補強に用いる杭や砕石柱状体等の摩擦を再現できるだけでなく、弾性体２、仕切板３、重錘体４、柱状物５、粒状集合物６が、鉛直方向で動く際に生じた摩擦により、筒状体１の内方側面が傷つくことを防止することが可能となる。なお、筒状体１の周壁１ａそのものを管状弾性体７で構成してもよい。
【００２６】
柱状物５、粒状集合物６は選択的に載置することが可能であり、ひと組の装置によって軟弱地盤上に荷重が生じた状態、軟弱地盤中の地盤改良および地盤補強における杭等に荷重が生じた状態、軟弱地盤中の地盤改良および地盤補強における砕石柱状体等に荷重が生じた状態の３つの実施形態が観察可能である。
【００２７】
また、図３では重錘体４を筒状体１より多少小径の円柱状で示したが、おける重錘体４の代わりに建物基礎を模した円柱体８を載置し、その上部に建物模型１０を載置すればより興味深いものとなる。図５(a)のように円柱体８の上に建物模型１０を載置可能にするために、複数の地盤の挙動模型装置を土台９の上に載置することで、軟弱地盤中に地盤改良ならびに地盤補強を施した際の状態を観察することが可能となる。
【００２８】
図６は図５(a)の側面図であり、粒状集合物６、柱状物５を選択的に載置することにより、地盤改良ならびに地盤補強における砕石柱状体等の工法、地盤改良ならびに地盤補強における杭等の工法、軟弱地盤のそれぞれ３つの場合について観察することが可能となる。図７のように土台９の上に図６(a)、(b)、(c)の装置を並べて載置することによって、ぞれぞれの違いを比較しながら観察することが可能となり、より興味深いものとなる。本実施例では建物模型を４本の地盤の挙動模型装置で支えている状態を表しているが、建物模型が載置できれば何本でもよい。
【００２９】
また、図５では荷重分担材料の下端部に載置する弾性体２の硬さを同様のものを用いたが、図６(b)の実施形態におけるそれぞれの弾性体２に同じ弾性率のものを用いず、複数種類の弾性率を持つ弾性体を用いることにより、不同沈下を表すことが可能となる。弾性率の違う弾性体を複数種類用いるのは、鋼管杭などの支持杭の下端部が地盤の支持層に到達していない場合や地盤の傾斜地に多く見られるような下端部の地盤の強さが一定でない場合には不同沈下が生じる可能性を視覚的に表すためである。
【００３０】
図８は不同沈下の様子を模式的に表した一例であり、図６(b)の実施例と同様に軟弱地盤中に地盤改良ならびに地盤補強における杭等を表す地盤の挙動模型装置を４本載置したものであるが、図６(b)における弾性体２の代わりに高弾性率弾性体２ａと低弾性率弾性体２ｂという２種の弾性体を用いている。模型建物１０の荷重は柱状物を通して高弾性率弾性体２ａならびに低弾性率弾性体２ｂに伝達されるが、同じ荷重が伝達されたとしても低弾性率弾性体２ｂの方が収縮しやすいため、建物模型は低弾性率弾性体２ｂの方へ傾く。弾性体の収縮量は建物の沈下量を表現しており、同じ建物を支えている杭によって弾性体の収縮量が異なる模型を用いることによって不同沈下を観察することが可能となる。ここでは弾性体の収縮しやすさ、つまり建物模型１０の沈下量の違いを分かりやすく表現するために、高弾性率弾性体２ａと低弾性率弾性体２ｂという表現を用いたが、必ずしも高弾性率もしくは低弾性率の弾性体を用いる必要はなく、高弾性率弾性体２ａと低弾性率弾性体２ｂの縮む長さの違いが分かる程度に弾性率が異なれば良い。また、鋼管杭等が非常に強固な地盤に貫入した状態を表すのであれば、弾性体の代わりに弾力の非常に少ない木製や鉄製の柱状物を用いても差し支えない。
【００３１】
また、図８では軟弱地盤中の地盤改良ならびに地盤補強における杭等に荷重が生じた際の挙動を表す地盤の挙動模型装置に複数種類の弾性体を載置して不同沈下を表現したが、軟弱地盤に荷重が生じた際の挙動を表す地盤の挙動模型装置と軟弱地盤中の地盤改良ならびに地盤補強における砕石柱状体等に荷重が生じた際の挙動を表す地盤の挙動模型装置を組み合わせることによって不同沈下を表現しても良い。
【００３２】
以上、本考案の実施の形態を説明したが、本考案はこの実施の形態に限定されることはない。本考案の目的、趣旨を逸脱しない範囲内での変更が可能なことは言うまでもない。例えば、本実施例では弾性体２をコイルスプリングで示したが、弾力があるものであれば、ゴムなどの袋体に空気等の気体を充填した風船状のもの、スポンジ状、ゴム状のものなどでもよい。また、柱状物５は本実施形態では円柱状で示したが、鋼管杭では円筒状、深層混合工法における柱状改良体、木杭、既成コンクリート杭では円柱状など実際の杭を模した形状にすればより理解を促すものとなる。粒状集合物６は本実施形態では不定形の粒を用いているが球形や多面体などの粒で筒状体１の内部で集合して柱状を成すものであればなんでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本考案によれば、軟弱地盤および地盤補強体が、鉛直荷重に対してどのような応力伝達挙動を示すかについて視覚化するものであり、地盤補強体の性質の違いによる鉛直荷重に対する挙動の違いを、地盤工学を学んでいない人にも比較的簡単に理解させることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１．  筒状体
１ａ．周壁
１ｂ．底板
２．  弾性体
２ａ．高弾性率弾性体
２ｂ．低弾性率弾性体
３．  仕切板
４．  重錘体
５．  柱状物
６．  粒状集合物
７．  管状弾性体
８．  円柱体
９．  土台
１０．建物模型
【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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