(57)【要約】【課題】管状部材の内周面にひずみ検出部を簡単に接着してこの管状部材のひずみを容易に測定することができるひずみ測定装置とその製造方法及び載荷試験装置を提供する。【解決手段】ひずみ検出部５Ａ〜５Ｌは、模型鏡ボルトＢの各検出位置ＰA〜ＰLに発生するひずみを検出する光ファイバ式のひずみゲージである。挿入部材１０は、模型鏡ボルトＢの内周面にひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを接着するために、このひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを接着剤層１１によって外周面に保持した状態で、この模型鏡ボルトＢに挿入される。挿入部材１０は、ひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを模型鏡ボルトＢ内に案内し検出位置ＰG〜ＰLに位置決めするための治具として機能する。接着剤層１１は、挿入部材１０の外周面に装着された多孔質材に流動性接着剤を含浸させて形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状部材に発生するひずみを測定するひずみ測定装置であって、
前記管状部材に発生するひずみを検出するひずみ検出部と、
前記管状部材の内周面に前記ひずみ検出部を接着する接着剤層と、
前記管状部材の内周面に前記ひずみ検出部を接着するために、このひずみ検出部を前記接着剤層によって外周面に保持した状態で、この管状部材に挿入される挿入部材と、
を備えるひずみ測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のひずみ測定装置において、
前記管状部材は、外径が5mm以下の小径管であり、
前記ひずみ検出部は、前記小径管のひずみに応じて反射光の波長が変化する光ファイバ式のひずみゲージを備えること、
を特徴とするひずみ測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載のひずみ測定装置において、
前記管状部材は、外径が5mmm以上10mm以下の小径管であり、
前記ひずみ検出部は、前記小径管のひずみに応じて電気抵抗が変化する電気抵抗式のひずみゲージを備えること、
を特徴とするひずみ測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のひずみ測定装置において、
前記接着剤層は、前記挿入部材の外周面に装着された多孔質材に流動性接着剤を含浸させて形成されていること、
を特徴とするひずみ測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のひずみ測定装置において、
前記挿入部材は、前記接着剤層の硬化後に前記管状部材と一体となること、
を特徴とするひずみ測定装置。
【請求項６】
管状部材に発生するひずみを測定するひずみ測定装置の製造方法であって、
前記管状部材に発生するひずみを検出するひずみ検出部を接着剤層によって挿入部材の外周面に保持する保持工程と、
前記ひずみ検出部を前記接着剤層によって前記挿入部材の外周面に保持した状態で、前記管状部材にこの挿入部材を挿入する挿入工程と、
前記ひずみ検出部を前記接着剤層によって前記管状部材の内周面に接着する接着工程と、
を含むひずみ測定装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載のひずみ測定装置の製造方法において、
前記管状部材は、外径が5mm以下の小径管であり、
前記保持工程は、前記小径管のひずみに応じて反射光の波長が変化する光ファイバ式のひずみゲージを前記挿入部材の外周面に前記接着剤層によって保持する工程を含むこと、
を特徴とするひずみ測定装置の製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載のひずみ測定装置の製造方法において、
前記管状部材は、外径が5mm以上10mm以下の小径管であり、
前記保持工程は、前記小径管のひずみに応じて電気抵抗が変化する電気抵抗式のひずみゲージを前記挿入部材の外周面に前記接着剤層によって保持する工程を含むこと、
を特徴とするひずみ測定装置の製造方法。
【請求項９】
請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載のひずみ測定装置の製造方法において、
前記保持工程は、前記挿入部材の外周面に装着された多孔質材に流動性接着剤を含浸させて前記接着剤層を形成する工程を含むこと、
を特徴とするひずみ測定装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載のひずみ測定装置の製造方法において、
前記接着工程は、前記接着剤層の硬化後に前記管状部材と前記挿入部材とを一体にする工程を含むこと、
を特徴とするひずみ測定装置の製造方法。
【請求項１１】
実際の地盤を模擬した模型地盤に荷重を載荷する載荷試験装置であって、
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のひずみ測定装置を備え、
前記ひずみ測定装置は、前記模型地盤中に埋設されている前記管状部材に発生するひずみを測定すること、
を特徴とする載荷試験装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の載荷試験装置において、
前記管状部材は、実際のトンネルを模擬した模型トンネルが前記模型地盤中に埋設されているときに、この模型トンネルの切羽からこの模型地盤中に埋設される模型鏡ボルトであること、
を特徴とする載荷試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、管状部材に発生するひずみを測定するひずみ測定装置とその製造方法、及び実際の地盤を模擬した模型地盤に荷重を載荷する載荷試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、管状部材に発生するひずみを測定するときには、この管状部材の開口端から作業者が手を挿入して、この作業者の手の届く範囲内でこの管状部材の内周面にひずみゲージを貼り付けていた。しかし、内径の小さい管状部材の内周面にひずみゲージを貼り付ける場合には、この管状部材に作業者が手を挿入することができず、ひずみゲージの取り付けが不可能であった。また、管状部材の開口端から作業者が手を挿入することが可能であっても、ひずみゲージを貼り付けたい位置が管状部材の奥であり作業者の手が届かない範囲である場合にはひずみゲージの取り付けが不可能であった。このような問題を解決するためにひずみゲージを管状部材の内周面に貼り付ける治具が提案されている。
【０００３】
従来のひずみゲージの取付装置は、鋼管の開口端から挿入されてこの鋼管の内周面に沿って転動する案内ガイドローラと、上面に接着剤が塗布されたひずみゲージを保持した状態で案内ガイドローラと一体となって鋼管内に挿入される台座と、この台座を鋼管の内周面に向かって昇降させる昇降機構部と、この昇降機構部を昇降操作するときに作業者によって操作されるグリップなどを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来のひずみゲージの取付装置は、下降状態の台座にひずみゲージを取り付けて、このひずみゲージを貼り付けたい位置まで案内ガイドローラとともにこの台座を鋼管の開口部から挿入し、作業者によるグリップの操作によって昇降機構部が台座を上昇させひずみゲージを鋼管の内周面に貼り付けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2003-004410号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来のひずみゲージの取付装置では、鋼管の外径が100mm程度である場合には案内ローラ及び台座を挿入することができるが、鋼管の外径が5mm以下の小径管の場合には案内ローラ及び台座などの機構部分を挿入することができず、鋼管の内周面にひずみゲージを貼り付けることができない問題点がある。また、従来のひずみゲージの取付装置では、昇降機構部などの構造が複雑で製造が困難でありコストが高くなってしまう問題点があるとともに、ひずみゲージを正確に位置決めし貼り付けるのに手間がかかり、取付作業が長時間になってしまう問題点がある。
【０００６】
この発明の課題は、管状部材の内周面にひずみ検出部を簡単に接着してこの管状部材のひずみを容易に測定することができるひずみ測定装置とその製造方法及び載荷試験装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図５及び図１２に示すように、管状部材（Ｂ）に発生するひずみを測定するひずみ測定装置であって、前記管状部材に発生するひずみを検出するひずみ検出部（５Ａ〜５Ｌ；５Ｍ，５Ｎ）と、前記管状部材の内周面に前記ひずみ検出部を接着する接着剤層（１１）と、前記管状部材の内周面に前記ひずみ検出部を接着するために、このひずみ検出部を前記接着剤層によって外周面に保持した状態で、この管状部材に挿入される挿入部材（１０）とを備えるひずみ測定装置（２Ａ，２Ｂ；２Ｃ，２Ｄ）である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載のひずみ測定装置において、図４及び図５に示すように、前記管状部材は、外径が5mm以下の小径管であり、前記ひずみ検出部（５Ａ〜５Ｌ）は、前記小径管のひずみに応じて反射光の波長が変化する光ファイバ式のひずみゲージを備えることを特徴とするひずみ測定装置（２Ａ，２Ｂ）である。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１に記載のひずみ測定装置において、図１２に示すように、前記管状部材は、外径が5mm以上10mm以下の小径管であり、前記ひずみ検出部（５Ｍ，５Ｎ）は、前記小径管のひずみに応じて電気抵抗が変化する電気抵抗式のひずみゲージを備えることを特徴とするひずみ測定装置（２Ｃ，２Ｄ）である。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のひずみ測定装置において、図６及び図１３に示すように、前記接着剤層は、前記挿入部材の外周面に装着された多孔質材に流動性接着剤を含浸させて形成されていることを特徴とするひずみ測定装置である。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のひずみ測定装置において、図５、図６、図１２及び図１３に示すように、前記挿入部材は、前記接着剤層の硬化後に前記管状部材と一体となることを特徴とするひずみ測定装置である。
【００１２】
請求項６の発明は、図９に示すように、管状部材（Ｂ）に発生するひずみを測定するひずみ測定装置の製造方法であって、前記管状部材に発生するひずみを検出するひずみ検出部（５Ａ〜５Ｌ；５Ｍ，５Ｎ）を接着剤層（１１）によって挿入部材（１０）の外周面に保持する保持工程（＃１００）と、前記ひずみ検出部を前記接着剤層によって前記挿入部材の外周面に保持した状態で、前記管状部材にこの挿入部材を挿入する挿入工程（＃１１０）と、前記ひずみ検出部を前記接着剤層によって前記管状部材の内周面に接着する接着工程（＃１２０）とを含むひずみ測定装置の製造方法である。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項６に記載のひずみ測定装置の製造方法において、前記管状部材は、外径が5mm以下の小径管であり、前記保持工程は、前記小径管のひずみに応じて反射光の波長が変化する光ファイバ式のひずみゲージ（５Ａ〜５Ｌ）を前記挿入部材の外周面に前記接着剤層によって保持する工程を含むことを特徴とするひずみ測定装置の製造方法である。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項６に記載のひずみ測定装置の製造方法において、前記管状部材は、外径が5mm以上10mm以下の小径管であり、前記保持工程は、前記小径管のひずみに応じて電気抵抗が変化する電気抵抗式のひずみゲージ（５Ｍ，５Ｎ）を前記挿入部材の外周面に前記接着剤層によって保持する工程を含むことを特徴とするひずみ測定装置の製造方法である。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載のひずみ測定装置の製造方法において、前記保持工程は、前記挿入部材の外周面に装着された多孔質材に流動性接着剤を含浸させて前記接着剤層を形成する工程を含むことを特徴とするひずみ測定装置の製造方法である。
【００１６】
請求項１０の発明は、請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載のひずみ測定装置の製造方法において、前記接着工程は、前記接着剤層の硬化後に前記管状部材と前記挿入部材とを一体にする工程を含むことを特徴とするひずみ測定装置の製造方法である。
【００１７】
請求項１１の発明は、図１及び図１１に示すように、実際の地盤を模擬した模型地盤（Ｇ）に荷重（Ｆ）を載荷する載荷試験装置であって、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のひずみ測定装置（５Ａ〜５Ｌ；５Ｍ，５Ｎ）を備え、前記ひずみ測定装置は、前記模型地盤中に埋設されている前記管状部材（Ｂ）に発生するひずみを測定することを特徴とする載荷試験装置（１）である。
【００１８】
請求項１２の発明は、請求項１１に記載の載荷試験装置において、前記管状部材は、実際のトンネルを模擬した模型トンネル（Ｔ）が前記模型地盤中に埋設されているときに、この模型トンネルの切羽（Ｔ5）からこの模型地盤中に埋設される模型鏡ボルト（Ｂ）であることを特徴とする載荷試験装置である。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によると、管状部材の内周面にひずみ検出部を簡単に接着してこの管状部材のひずみを容易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の第１実施形態に係るひずみ測定装置を備える載荷試験装置を概略的に示す斜視図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係るひずみ測定装置を備える載荷試験装置の平面図である。
【図３】図２のIII-III線で切断した状態を示す縦断面図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係るひずみ測定装置の一部を破断して示す外観図である。
【図５】この発明の第１実施形態に係るひずみ測定装置の一部を省略して模式的に示す断面図である。
【図６】図５のVI-VI線で切断した状態を示す断面図である。
【図７】図５のVII部分の一部を省略して示す拡大図である。
【図８】図５のVIII-VII線で切断した状態を示す断面図である。
【図９】この発明の第１実施形態に係るひずみ測定装置の製造方法を説明するための工程図である。
【図１０】この発明の第１実施形態に係るひずみ測定装置を備える載荷試験装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】この発明の第２実施形態に係るひずみ測定装置を備える載荷試験装置を概略的に示す斜視図である。
【図１２】この発明の第２実施形態に係るひずみ測定装置の一部を省略して模式的に示す断面図である。
【図１３】図１２のXIII-XIII線で切断した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係るひずみ測定装置を備える載荷試験装置を概略的に示す斜視図である。図２は、この発明の第１実施形態に係るひずみ測定装置を備える載荷試験装置の平面図である。図３は、図２のIII-III線で切断した状態を示す縦断面図である。
【００２２】
図１〜図３に示す模型地盤Ｇは、実際の地盤を模擬した模型である。模型地盤Ｇは、土工又はトンネル工事を行う際に対象となる地山を模擬した模型地山であり、セメントに水及び細骨材を一定量混合して所定期間養生し所定の硬度にした低強度配合のモルタルである。
【００２３】
模型トンネルＴは、実際のトンネルを模擬した模型である。模型トンネルＴは、実際のトンネルを想定した所定縮尺のモルタル製又はステンレス製の模型である。模型トンネルＴは、図２に示す模型アーチＴ1と、模型側壁Ｔ2と、模型インバートＴ3と、図２及び図３に示す模型坑口Ｔ4と、模型切羽Ｔ5などを備えている。図２に示す模型アーチＴ1は、実際のトンネル掘削断面の上半分（上部半断面）に相当する部分である。模型側壁Ｔ2は、実際のトンネルの両側部の覆工に相当する部分である。模型インバートＴ3は、実際のトンネルの掘削断面の底部に打設する逆アーチ形状のコンクリート部分に相当する部分である。図２及び図３に示す模型坑口Ｔ4は、実際のトンネルの出入口に相当する部分である。模型切羽Ｔ5は、実際のトンネルの掘進方向の最奥部の正面である切羽（鏡又は鏡面）に相当する部分である。模型トンネルＴは、図３に示すように、模型坑口Ｔ4が模型地盤Ｇの上面と略同一高さ（面一）になり、模型切羽Ｔ5が模型地盤Ｇ内になるように、トンネル長さ方向を垂直方向と一致させて模型地盤Ｇ中に埋設されている。
【００２４】
図１〜図３に示す模型鏡ボルトＢは、実際の鏡ボルトを模擬した模型である。模型鏡ボルトＢは、模型トンネルＴが模型地盤Ｇ中に埋設されているときに、この模型トンネルＴの模型切羽Ｔ5からこの模型地盤Ｇ中に埋設されている。模型鏡ボルトＢは、図２に示すように、模型トンネルＴの模型アーチＴ1及び模型側壁Ｔ2に沿って異なる半径Ｒ1〜Ｒ3(Ｒ1<Ｒ2<Ｒ3)の円弧上に間隔をあけて模型地盤Ｇ中に埋設されており、半径Ｒ1の円弧上には３本埋設されており、半径Ｒ2の円弧上には５本埋設されており、半径Ｒ3の円弧上には６本埋設されている。ここで、鏡ボルト（フェースボルト）とは、トンネルの切羽の押出しを抑制するとともに切羽の崩落を防止するために、切羽からトンネル掘削方向に沿って埋設されてトンネル掘削時の切羽の安定化を図るための部材である。鏡ボルトは、切羽からトンネル掘削方向に沿って形成された鏡ボルト孔に挿入されてこの鏡ボルト孔との隙間に充填された付着材によってこの鏡ボルト孔に結合される。鏡ボルトは、例えば、掘削作業に支障がないように切削が容易なグラスファイバ(GFRP)製であり、１本3〜4mの外径70mm程度の中空管を数mの長尺状に形成して切羽から打設するFIT(FRP Injection Tube)工法で使用される。模型鏡ボルトＢは、断面形状が円形の管状部材であり、作業者が手や指を挿入することが不可能な外径が5mm以下、内径が4mm以下、肉厚が0.5mmのステンレス製の小径管である。
【００２５】
図１〜図３に示す載荷試験装置１は、模型地盤Ｇに荷重Ｆを載荷する装置である。載荷試験装置１は、模型地盤Ｇ中に模型鏡ボルトＢを埋設し、この模型地盤Ｇに荷重Ｆを作用させてこの模型鏡ボルトＢ及び／又はこの模型地盤Ｇの挙動を試験する。載荷試験装置１は、例えば、模型地盤Ｇに静的荷重又は動的荷重を加えて、この模型地盤Ｇ中に埋設された模型鏡ボルトＢに水平変位を付与し、この模型鏡ボルトＢの変位、ひずみ及び応力などを測定してこの模型鏡ボルトＢの変形特性及び強度特性などを評価する載荷模型実験装置である。載荷試験装置１は、せん断土槽２と、荷重作用装置３と、ひずみ測定装置４Ａ，４Ｂと、演算装置１４と、設定装置１５と、記憶装置１６と、制御装置１７などを備えている。
【００２６】
せん断土槽２は、模型地盤Ｇを収容する部分である。せん断土槽２は、図１に示すように、四角形の板材を平面状に多段に積み重ねて立方体に形成した装置であり、内部に模型地盤Ｇが充填されている。せん断土槽２は、例えば、模型地盤Ｇに水平方向のせん断力を作用させてこの模型地盤Ｇをせん断変形させる二次元せん断土槽である。せん断土槽２は、図１〜図３に示す載荷板２ａと、固定板２ｂと、図１及び図３に示す基板２ｃと、図２及び図３に示すフレーム部２ｄ，２ｅと、図１に示す支持部２ｆなどを備えている。
【００２７】
図１〜図３に示す載荷板２ａは、模型地盤Ｇの側面に荷重Ｆを作用させる部材である。載荷板２ａは、せん断土槽２の４つの側面のうちの１つの側面部分を合計６枚によって構成しており、図１に示すように１段当り２枚で３段に構成し隙間なく積み重ねて平面状に並べて配置されている。載荷板２ａは、図２に示すように、フレーム部２ｄによって移動自在にガイドされて水平方向に進退自在であり、図１に示す複数段のうちの任意の段が進退動作することによって模型トンネルＴの線路方向（長さ方向）における載荷条件を変化させる。図１〜図３に示す固定板２ｂは、模型地盤Ｇの側面を支持する部材である。固定板２ｂは、せん断土槽２の４つの側面のうちの３つの側面部分をそれぞれ合計６枚によって構成しており、図１に示すように１段当り２枚で３段に構成し隙間なく重ねて平面状に並べて配置されている。固定板２ｂは、フレーム部２ｄによって固定されており、載荷板２ａとは異なり非可動である。図１及び図３に示す基板２ｃは、模型地盤Ｇの底面を支持する部材である。基板２ｃは、せん断土槽２の底面部分を構成しており、図１及び図３に示すように１段目の載荷板２ａの下縁部を非固定状態で移動自在に支持するとともに、１段目の固定板２ｂの下縁部を固定状態で支持している。図２及び図３に示すフレーム部２ｄは、固定板２ｂを基板２ｃに固定する部分である。フレーム部２ｄは、模型地盤Ｇと接触する側とは反対側の固定板２ｂの表面と密着してこの固定板２ｂを保持している。フレーム部２ｄは、Ｉ形鋼材などの鋼製フレームであり基板２ｃに固定されている。フレーム部２ｅは、載荷板２ａを駆動するときに発生する反力を受ける部分である。フレーム部２ｅは、フレーム部２ｄと同様のＩ形鋼材などの鋼製フレームであり基板２ｃに固定されている。図１に示す支持部２ｆは、載荷試験時に使用する種々の装置を支持する部分である。支持部２ｆは、例えば、模型鏡ボルトＢを模型地盤Ｇ内に埋設した状態でこの模型鏡ボルトＢを所定位置に保持しており、せん断土槽２の上面と所定の間隔をあけて配置されている。
【００２８】
図１〜図３に示す荷重作用装置３は、模型地盤Ｇに荷重Ｆを作用させる装置である。荷重作用装置３は、作動流体の流体圧の変化を直線運動に変換する油圧シリンダ又は空気圧シリンダなどを備えており、流体エネルギーを機械的エネルギーに変換する装置である。荷重作用装置３は、例えば、載荷板２ａに荷重Ｆを加えることによって模型地盤Ｇにせん断変位を与える油圧ジャッキなどのアクチュエータである。荷重作用装置３は、図１に示すように、載荷板２ａとフレーム部２ｄとの間に各載荷板２ａに対応して合計６個配置されている。荷重作用装置３は、図１〜図３に示すように、シリンダ部３ａと、ピストンロッド部３ｂと、流体圧回路３ｃなどを備えている。シリンダ部３ａは、作動流体が流入及び流出する部分であり、ピストンロッド部３ｂを進退自在に収容しており、後端部がフレーム部２ｅに回転自在にピン結合（ヒンジ結合）によって連結されている。ピストンロッド部３ｂは、作動流体の流体圧によって進退する部分である。ピストンロッド部３ｂは、シリンダ部３ａ内に作動流体が供給されるとこのシリンダ部３ａ内の流体圧が上昇して進出し、シリンダ部３ａから作動流体が排出されるとこのシリンダ部３ａ内の流体圧が下降して後退する。ピストンロッド部３ｂは、先端部が載荷板２ａに回転自在にピン結合（ヒンジ結合）によって連結されている。流体圧回路３ｃは、ピストンロッド部３ｂの動作を切り替える部分である。流体圧回路３ｃは、ピストンロッド部３ｂの進出時には流体圧力源からシリンダ部３ａに作動流体を供給し、ピストンロッド部３ｂの後退時にはシリンダ部３ａから流体圧力源に作動流体を戻し、ピストンロッド部３ｂの停止時には作動流体の供給及び排出を停止する切替弁などを備えている。
【００２９】
図４は、この発明の第１実施形態に係るひずみ測定装置の一部を破断して示す外観図である。図５は、この発明の第１実施形態に係るひずみ測定装置の一部を省略して模式的に示す断面図である。図６は、図５のVI-VI線で切断した状態を示す断面図である。図７は、図５のVII部分の一部を省略して示す拡大図である。図８は、図５のVIII-VII線で切断した状態を示す断面図である。
【００３０】
図１及び図２に示すひずみ測定装置４Ａ，４Ｂは、模型鏡ボルトＢに発生するひずみを測定する装置である。ひずみ測定装置４Ａ，４Ｂは、荷重作用装置３が模型地盤Ｇに荷重Ｆを加えたときに、この模型地盤Ｇ中の埋設されている模型鏡ボルトＢに発生するひずみを測定するとともに、この模型地盤Ｇに発生するひずみも測定する。図２に示すように、ひずみ測定装置４Ａは半径Ｒ1の円弧上に埋設された３本の模型鏡ボルトＢのうち中央の模型鏡ボルトＢのひずみを測定し、ひずみ測定装置４Ｂは半径Ｒ2の円弧上に埋設された５本の模型鏡ボルトＢのうち中央の模型鏡ボルトＢのひずみを測定する。ひずみ測定装置４Ａ，４Ｂは、図４及び図５に示すひずみ検出部５Ａ〜５Ｌと、図１及び図２に示す光照射部６Ａ，６Ｂと、光検出部７Ａ，７Ｂと、図１、図２、図５及び図８に示す光ファイバ８Ａ，８Ｂと、図１及び図２に示すひずみ演算部９Ａ，９Ｂと、図４〜図６に示す挿入部材１０と、図５及び図６に示す接着剤層１１と、図４及び図５に示す塞ぎ部１２と、取付部１３などを備えている。ひずみ測定装置４Ａ，４Ｂは、いずれも同一構造であり、以下ではひずみ測定装置４Ａを中心に説明する。
【００３１】
図４及び図５に示すひずみ検出部５Ａ〜５Ｌは、模型鏡ボルトＢに発生するひずみを検出する部分である。ひずみ検出部５Ａ〜５Ｌは、模型鏡ボルトＢの長さ方向に沿ってこの模型鏡ボルトＢの内周面に所定の間隔をあけて配置されており、模型鏡ボルトＢの各検出位置（各装着位置）ＰA〜ＰLに発生するひずみをそれぞれ検出するひずみセンサである。ひずみ検出部５Ａ〜５Ｆは、図４及び図５に示すように、模型鏡ボルトＢの中心線と平行な直線上に配置されている。ひずみ検出部５Ｇ〜５Ｌは、ひずみ検出部５Ａ〜５Ｆと同様に、模型鏡ボルトＢの中心線と平行な直線上に配置されており、図６に示すようにこの中心線を挟みこの中心線に対して180°ずらしてひずみ検出部５Ａ〜５Ｆとそれぞれ対向して配置されている。図４及び図５に示すひずみ検出部５Ａ〜５Ｌは、模型鏡ボルトＢのひずみに応じて反射光の波長が変化する光ファイバ式のひずみゲージを備えている。ひずみ検出部５Ａ〜５Ｌは、模型鏡ボルトＢの内周面の各検出位置ＰA〜ＰLに発生するひずみ量に応じて反射光の波長が変化する特性を有するセンシングプローブ（検出子）であり、検出位置ＰA〜ＰL毎に反射光の中心波長を変えており、検出位置ＰA〜ＰL毎に異なる特定の波長の光を反射する。ひずみ検出部５Ａ〜５Ｌは、検出位置ＰA〜ＰL毎に屈折率の異なる領域が形成された回折格子構造を有しており、特定の波長の光を反射する特性を有する。ひずみ検出部５Ａ〜５Ｌは、図７に示すように、ひずみの検出領域Ｌ1が10mmの局所的であって複数の検出位置ＰA〜ＰLのひずみを同時に計測可能であり、ひずみ情報を光の波長情報（波長の変化）に変換するファイバ・ブラッググレーティング(Fiber Bragg Gratings(FBG))センサである。
【００３２】
図１及び図２に示す光照射部６Ａ，６Ｂは、光を照射する部分である。光照射部６Ａは、光ファイバ８Ａの一端部から入射光を入射させる光源であり、図４及び図５に示す各ひずみ検出部５Ａ〜５Ｆを通過して光検出部７Ａに向かう光を照射する。一方、図１及び図２に示す光照射部６Ｂは、光ファイバ８Ｂの一端部から入射光を入射させる光源であり、図４及び図５に示す各ひずみ検出部５Ｇ〜５Ｌを通過して光検出部７Ｂに向かう光を照射する。
【００３３】
図１及び図２に示す光検出部７Ａは、ひずみ検出部５Ａ〜５Ｆから反射する反射光を検出する部分であり、光検出部７Ｂはひずみ検出部５Ｇ〜５Ｌから反射する反射光を検出する部分である。光検出部７Ａは、光ファイバ８Ａの一端部から入射して図４及び図５に示すひずみ検出部５Ａ〜５Ｆで反射し、光ファイバ８Ａの他端部から出射する反射光を検出する光検出器であり、模型鏡ボルトＢにひずみが発生したときの反射光と、光照射部６Ａが照射する入射光との波長の変化を検出する。一方、図１及び図２に示す光検出部７Ｂは、光ファイバ８Ｂの一端部から入射して図４及び図５に示すひずみ検出部５Ｇ〜５Ｌで反射し、光ファイバ８Ｂの他端部から出射する反射光を検出する光検出器であり、模型鏡ボルトＢにひずみが発生したときの反射光と、光照射部６Ｂが照射する入射光との波長の変化を検出する。図１及び図２に示す光検出部７Ａ，７Ｂは、光信号を電気信号に変換する光電気変換部として機能し、検出した反射光に応じた電気信号（光検出信号）をひずみ演算部９Ａ，９Ｂに出力する。
【００３４】
図１、図２、図５及び図８に示す光ファイバ８Ａ，８Ｂは、光を伝送する部材である。光ファイバ８Ａ，８Ｂは、光信号によって情報を伝達する際に使用される光通信の伝送路（伝送線）である。図４及び図５に示すように、光ファイバ８Ａは光照射部６Ａ、各ひずみ検出部５Ａ〜５Ｆ及び光検出部７Ａを一本で直列に接続しており、光ファイバ８Ｂは光照射部６Ｂ、各ひずみ検出部５Ｇ〜５Ｌ及び光検出部７Ｂを一本で直列に接続している。光ファイバ８Ａ，８Ｂは、小さな曲率で曲げることが困難であるため、模型鏡ボルトＢの長さ方向に沿ってこの模型鏡ボルトＢの内周面と平行に一直線上に配線されている。光ファイバ８Ａ，８Ｂは、図７に示すコア８ａと、クラッド８ｂと、被覆層８ｃと、図５に示すコネクタ部８ｄ，８ｅと、図７に示す被覆層８ｆと、図８に示す被覆層８ｇなどを備えている。コア８ａは、光ファイバ８Ａ，８Ｂの芯となる部分であり、外径10μmに形成されている。クラッド８ｂは、コア８ａを被覆する部分であり、外径120μmに形成されている。被覆層８ｃは、クラッド８ｂを被覆する部分であり、紫外線(UV)硬化型樹脂によって外径250μmに形成されている。被覆層８ｃは、光ファイバ８Ａ，８Ｂの各検出領域Ｌ1を含む前後40mmの所定領域Ｌ2には形成されていない。図５に示すコネクタ部８ｄは、光ファイバ８Ａ，８Ｂと光照射部６Ａ，６Ｂとを着脱自在に接続する部分であり、コネクタ部８ｅは光ファイバ８Ａ，８Ｂと光検出部７Ａ，７Ｂとを着脱自在に接続する部分である。図７に示す被覆層８ｆは、クラッド８ｂを被覆する部分であり、ポリイミド樹脂によって所定領域Ｌ2に外径130μm、薄さ5μmで形成されている。図８に示す被覆層８ｇは、光ファイバ８Ａ，８Ｂを保護する部分であり、光ファイバ８Ａ，８Ｂのうち模型鏡ボルトＢから引き出される部分を保護するために、外径0.9mmのルースチューブによって被覆され形成されている。
【００３５】
図１及び図２に示すひずみ演算部９Ａ，９Ｂは、模型鏡ボルトＢに発生するひずみを演算する部分である。ひずみ演算部９Ａは、光検出部７Ａの検出結果に基づいて模型鏡ボルトＢの各検出位置ＰA〜ＰFのひずみを演算し、ひずみ演算部９Ｂは光検出部７Ｂの検出結果に基づいて模型鏡ボルトＢの各検出位置ＰG〜ＰLのひずみを演算する。ひずみ演算部９Ａ，９Ｂは、光検出部７Ａ，７Ｂが出力する光検出信号に基づいて、検出位置ＰA〜ＰL毎にひずみ量を演算し、この演算結果をひずみ量情報（ひずみ量信号）として制御装置１７に出力する。ひずみ演算部９Ａ，９Ｂは、反射光の中心波長が異なる各検出位置ＰA〜ＰFのひずみ検出部５Ａ〜５Ｆが一本の光ファイバ８Ａによって直列に接続されており、反射光の中心波長が異なる各検出位置ＰG〜ＰLのひずみ検出部５Ｇ〜５Ｌが一本の光ファイバ８Ｂによって直列に接続されているため、光検出部７Ａ，７Ｂの出力信号に基づいて各検出位置ＰG〜ＰLのひずみ量を個別に同時に特定可能である。
【００３６】
図４〜図６に示す挿入部材１０は、模型鏡ボルトＢの内周面にひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを接着するために、このひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを接着剤層１１によって外周面に保持した状態で、この模型鏡ボルトＢに挿入される部材である。挿入部材１０は、模型鏡ボルトＢの内周面にひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを接着するときに、このひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを模型鏡ボルトＢ内に案内し検出位置ＰG〜ＰLに位置決めするための治具として機能する。挿入部材１０は、図６に示すように、この挿入部材１０の外周面と模型鏡ボルトＢの内周面との間に所定の隙間が形成されるように、この模型鏡ボルトＢの内径よりも外径が僅かに小さく形成されている小径の芯材である。挿入部材１０は、断面形状が円形の軸状部材であり、模型鏡ボルトＢと同様にステンレス製である。挿入部材１０は、接着剤層１１が未硬化状態であるときに、ひずみ検出部５Ａ〜５Ｌ及び光ファイバ８Ａ，８Ｂをこの接着剤層１１の表面に搭載し支持した状態で模型鏡ボルトＢ内に挿入される。挿入部材１０は、接着剤層１１が硬化状態になったときに、この挿入部材１０の外周面がこの模型鏡ボルトＢの内周面と接着剤層１１によって接合し、この模型鏡ボルトＢと一体となりこの模型鏡ボルトＢを二重構造の中実の円柱部材にする。
【００３７】
図５及び図６に示す接着剤層１１は、模型鏡ボルトＢの内周面にひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを接着する部分である。接着剤層１１は、挿入部材１０の外周面に装着された多孔質材に流動性接着剤を含浸させて形成されている。接着剤層１１は、例えば、ポリウレタンなどの合成樹脂を発泡成形した合成スポンジ、又はゴムに発泡剤及び軟化剤などを練り込み加硫したゴムスポンジなどを挿入部材１０の外周面に貼り付けて、これらのスポンジによって挿入部材１０の外周面を被覆し、これらのスポンジにエポキシ樹脂系接着剤などの流動性接着剤を染み込ませて形成される。接着剤層１１は、挿入部材１０の外周面と模型鏡ボルトＢの内周面との間に充填されて、この挿入部材１０の外周面とこの模型鏡ボルトＢの内周面とを接着するとともに、ひずみ検出部５Ａ〜５Ｌ及び光ファイバ８Ａ，８Ｂを模型鏡ボルトＢの内周面に接着する。
【００３８】
図４及び図５に示す塞ぎ部１２は、模型鏡ボルトＢの一方の開口端を塞ぐ部分である。塞ぎ部１２は、模型鏡ボルトＢの光ファイバ８Ａ，８Ｂが引き出される側と反対側であって、模型地盤Ｇ内に埋設されたときに下端部に位置する側の開口部に嵌め込まれる円板状の部材である。塞ぎ部１２は、外径が模型鏡ボルトＢの外径と同一であり黄銅製である。塞ぎ部１２は、模型鏡ボルトＢに接着剤などによって固定されている。
【００３９】
取付部１３は、模型鏡ボルトＢを支持部２ｆに取り付ける部分である。取付部１３は、塞ぎ部１２が装着される側とは反対側の模型鏡ボルトＢの端部に着脱自在に連結可能であり、載荷試験時の実験用治具として機能する。取付部１３は、図５に示すように、模型鏡ボルトＢから引き出された光ファイバ８Ａ，８Ｂが挿入される管状部材であり、図４及び図５に示す連結管１３ａと、固定管１３ｂと、ナット１３ｃ〜１３ｅと、座金１３ｆ，１３ｇなどを備えている。連結管１３ａは、固定管１３ｂと模型鏡ボルトＢとを連結する部材である。連結管１３ａは、塞ぎ部１２が装着される側とは反対側の模型鏡ボルトＢの開口部の内周面に嵌め込まれており、接着剤などによってこの模型鏡ボルトＢの開口端に固定されている。連結管１３ａは、ステンレス製であり外周面に雄ねじ部１３ｈを備えている。固定管１３ｂは、図１に示す支持部２ｆに固定される部材であり、模型鏡ボルトＢを模型地盤Ｇ内に保持されるように支持部２ｆの貫通孔に挿入される。固定管１３ｂは、連結管１３ａと着脱自在に連結可能であり、一方の端部が模型鏡ボルトＢよりも外径が大きく他方の端部が模型鏡ボルトＢと外径が等しい真鍮製の異径管である。固定管１３ｂは、大径部側の外周面に雄ねじ部１３ｉを備え、小径部側の外周面に雄ねじ部１３ｊを備えている。ナット１３ｃは、連結管１３ａと固定管１３ｂとを着脱自在に締結する部材であり、連結管１３ａ側の雄ねじ部１３ｈと固定管１３ｂ側の雄ねじ部１３ｊと噛み合う雌ねじ部を備えている。ナット１３ｄ，１３ｅは、固定管１３ｂと支持部２ｆとを着脱自在に締結する部材であり、固定管１３ｂの雄ねじ部１３ｉと噛み合う雌ねじ部を備えている。座金１３ｆ，１３ｇは、固定管１３ｂの雄ねじ部１３ｉに装着される部材であり、座金１３ｆは支持部２ｆとナット１３ｄとの間に挟み込まれ、座金１３ｇは支持部２ｆとナット１３ｄとの間に挟み込まれる。
【００４０】
図１〜図３に示す演算装置１４は、ひずみ測定装置４Ａ，４Ｂの測定結果に基づいて模型鏡ボルトＢに発生する力及び／又はモーメントを演算する装置である。演算装置１４は、ひずみ測定装置４Ａ，４Ｂのひずみ演算部９Ａ，９Ｂが出力するひずみ量情報に基づいて、図４及び図５に示す模型鏡ボルトＢの検出位置ＰA〜ＰL毎にこの模型鏡ボルトＢに作用する応力、軸力又はモーメントなどを演算する。演算装置１４は、例えば、模型鏡ボルトＢに発生する圧縮応力、引張応力、せん断応力、圧縮力、引張力、せん断力及び曲げモーメントなどを演算する。演算装置１４は、模型鏡ボルトＢに作用する応力、軸力又はモーメントなどの演算結果に基づいて、実際の鏡ボルトに作用する応力、軸力又はモーメントなどを予測演算する。演算装置１４は、例えば、実際の鏡ボルトが中空の円筒部材であるときには、模型鏡ボルトＢが中実の円柱部材であるときのひずみ量情報を中空の円筒部材のひずみ量情報に補正して、実際の鏡ボルトに発生する圧縮応力、引張応力、せん断応力、圧縮力、引張力、せん断力及び曲げモーメントなどを予測演算する。演算装置１４は、これらの演算結果を力／モーメント演算情報（力／モーメント演算信号）として制御装置１７に出力する。
【００４１】
図１〜図３に示す設定装置１５は、載荷試験装置１に関する種々の試験条件及び測定条件を設定する装置である。設定装置１５は、例えば、荷重作用装置３の圧縮動作、引張動作又は圧縮／引張動作を決定するための試験条件を設定したり、ひずみ測定装置４Ａ，４Ｂの照射動作及び検出動作の開始及び停止のタイミングなどを決定するための測定条件を設定したりする。設定装置１５は、試験者によって種々の試験条件及び測定条件が入力される入力装置であり、この試験条件及び測定条件に応じた設定情報（設定信号）を制御装置１７に出力する。
【００４２】
記憶装置１６は、載荷試験装置１に関する種々の情報を記録する装置である。記憶装置１６は、例えば、ひずみ測定装置４Ａ，４Ｂのひずみ演算部９Ａ，９Ｂが出力するひずみ量情報を記憶したり、演算装置１４が出力する力／モーメント演算情報を記憶したりするメモリである。
【００４３】
制御装置１７は、載荷試験装置１に関する種々の動作を制御する中央処理装置(CPU)である。制御装置１７は、設定装置１５が出力する設定情報に基づいて、荷重作用装置３の載荷動作、ひずみ測定装置４Ａ，４Ｂのひずみ測定動作、及び演算装置１４の演算動作などを制御する。制御装置１７は、例えば、流体圧回路３ｃの切替弁に切替動作を指令したり、光照射部６Ａ，６Ｂに照射動作を指令したり、光検出部７Ａ，７Ｂに検出動作を指令したり、ひずみ演算部９Ａ，９Ｂにひずみ量の演算を指令したり、ひずみ測定装置４Ａ，４Ｂが出力するひずみ量情報を演算装置１４及び記憶装置１６に出力したり、演算装置１４が出力する力／モーメント演算情報を記憶装置１６に出力したり、設定装置１５が出力する設定情報を記憶装置１６に出力したり、ひずみ量情報、力／モーメント演算情報及び設定情報などの記憶を記憶装置１６に指令したりする。制御装置１７には、荷重作用装置３、ひずみ測定装置４Ａ，４Ｂ、演算装置１４、設定装置１５及び記憶装置１６が相互に通信可能なように接続されている。
【００４４】
次に、この発明の第１実施形態に係るひずみ測定装置の製造方法について説明する。
図９は、この発明の第１実施形態に係るひずみ測定装置の製造方法を説明するための工程図である。
図９に示す保持工程＃１００は、模型鏡ボルトＢに発生するひずみを検出するひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを接着剤層１１によって挿入部材１０の外周面に保持する工程である。保持工程＃１００では、図６に示すように、挿入部材１０の外周面に装着された多孔質材に流動性接着剤を含浸させて接着剤層１１を形成し、光ファイバ式のひずみゲージをこの挿入部材１０の外周面にこの接着剤層１１によって保持する。先ず、挿入部材１０の一方の端部から他方の端部までこの挿入部材１０の外周面を覆うようにこの挿入部材１０の外周面に多孔質材を接着剤などによって取り付ける。次に、この多孔質材に流動性接着剤を染み込ませて挿入部材１０の外周面に接着剤層１１を形成する。その後に、模型鏡ボルトＢの検出位置ＰA〜ＰLに対応する位置にひずみ検出部５Ａ〜５Ｌが位置決めされるように、未硬化状態の接着剤層１１の外周面に光ファイバ８Ａ，８Ｂを接着する。
【００４５】
図９に示す挿入工程＃１１０は、ひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを接着剤層１１によって挿入部材１０の外周面に保持した状態で、模型鏡ボルトＢにこの挿入部材１０に挿入する工程である。未硬化の接着剤層１１の外周面に光ファイバ８Ａ，８Ｂを接着した状態で、図４及び図５に示す模型鏡ボルトＢの連結管１３ａ側の開口端から挿入部材１０を挿入する。その結果、図５及び図６に示すように、模型鏡ボルトＢの内周面と挿入部材１０の外周面との間の間隙部に未硬化状態の接着剤層１１が充填される。
【００４６】
図９に示す接着工程＃１２０は、ひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを接着剤層１１によって模型鏡ボルトＢの内周面に接着する工程である。接着工程＃１２０では、図６に示すように、接着剤層１１の硬化後に模型鏡ボルトＢと挿入部材１０とを一体にする。未硬化状態の接着剤層１１が形成された挿入部材１０を模型鏡ボルトＢ内に挿入すると、この模型鏡ボルトＢの内周面とこの挿入部材１０の外周面とが接合される。また、模型鏡ボルトＢの内周面と挿入部材１０の外周面との間にひずみ検出部５Ａ〜５Ｌ及び光ファイバ８Ａ，８Ｂが挟み込まれて、ひずみ検出部５Ａ〜５Ｌ及び光ファイバ８Ａ，８Ｂが模型鏡ボルトＢの内周面に接着剤層１１によって接着される。
【００４７】
次に、この発明の第１実施形態に係るひずみ測定装置を備える載荷試験装置の動作を説明する。
図１０は、この発明の第１実施形態に係るひずみ測定装置を備える載荷試験装置の動作を説明するためのフローチャートである。以下では、制御装置１７の動作を中心として説明する。
図１０に示すステップ（以下、Ｓという）２００において、制御装置１７が荷重作用装置３に載荷動作の開始を指令する。図１〜図３に示す設定装置１５によって試験者が設定した設定情報を記憶装置１６から制御装置１７が読み出して、この設定情報に基づいて荷重作用装置３の流体圧回路３ｃの切替弁をこの制御装置１７が制御する。その結果、流体圧回路３ｃからシリンダ部３ａに作動流体が供給されて、設定情報に基づいて各載荷板２ａをピストンロッド部３ｂが駆動し、模型地盤Ｇ及び模型鏡ボルトＢにせん断力が作用する。
【００４８】
Ｓ２１０において、制御装置１７がひずみ測定装置４Ａ，４Ｂにひずみ測定動作の開始を指令する。制御装置１７が記憶装置１６から読み出した設定情報に基づいて、ひずみ測定装置４Ａ，４Ｂの光照射部６Ａ，６Ｂの照射動作と光検出部７Ａ，７Ｂの検出動作とをこの制御装置１７が制御する。光照射部６Ａ，６Ｂが光を照射すると、この光が光ファイバ８Ａ，８Ｂを通過して図４及び図５に示すひずみ検出部５Ａ〜５Ｌで反射しこの反射光を光検出部７Ａ，７Ｂが検出する。このとき、模型鏡ボルトＢにひずみが発生するとひずみ検出部５Ａ〜５Ｌからの反射光の波長が変化し、光検出部７Ａ，７Ｂがこの反射光の変化を検出して光検出信号をひずみ演算部９Ａ，９Ｂに出力する。その結果、光検出部７Ａ，７Ｂが出力する光検出信号に基づいて、ひずみ演算部９Ａ，９Ｂが各検出位置ＰA〜ＰLのひずみ量を演算する。ひずみ演算部９Ａ，９Ｂがひずみ量情報を制御装置１７に出力すると、このひずみ量情報を制御装置１７が記憶装置１６に出力し、このひずみ量情報を記憶装置１６が記憶する。
【００４９】
Ｓ２２０において、制御装置１７が演算装置１４に演算動作の開始を指令する。図１〜図３に示す制御装置１７が記憶装置１６からひずみ量情報を読み出して演算装置１４に出力するとともに、制御装置１７が記憶装置１６から読み出した設定情報に基づいて、模型鏡ボルトＢに作用する力及び／又はモーメントの演算を演算装置１４に指令する。その結果、模型鏡ボルトＢに発生する圧縮応力、引張応力、せん断応力、圧縮力、引張力、せん断力又は曲げモーメントなどを検出位置ＰA〜ＰL毎に演算装置１４が演算する。演算装置１４が力／モーメント演算情報を制御装置１７に出力すると、この力／モーメント演算情報を制御装置１７が記憶装置１６に出力し、この力／モーメント演算情報を記憶装置１６が記憶する。
【００５０】
この発明の第１実施形態に係るひずみ測定装置とその製造方法及び載荷試験装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、模型鏡ボルトＢに発生するひずみを検出するひずみ検出部５Ａ〜５Ｌをこの模型鏡ボルトＢの内周面に接着するために、このひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを接着剤層１１によって挿入部材１０の外周面に保持した状態で、この模型鏡ボルトＢにこの挿入部材１０が挿入される。このため、ひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを挿入部材１０の外周面に仮接着状態で位置決めしておき、模型鏡ボルトＢの内周面にひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを貼り付けるときに、この挿入部材１０を取付用治具として利用することができる。その結果、模型鏡ボルトＢの表面を加工せずに、この模型鏡ボルトＢの内周面にひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを簡単に貼り付けることができ、模型鏡ボルトＢに発生するひずみを容易に計測することができる。
【００５１】
(2) この第１実施形態では、模型鏡ボルトＢが外径5mm以下の小径管であり、この小径管のひずみに応じて反射光の波長が変化する光ファイバ式のひずみゲージをひずみ検出部５Ａ〜５Ｌが備えている。このため、模型地盤Ｇ中に小径管を埋設することによって模型地盤Ｇに与える影響を小さくすることができる。また、小径管の外周面ではなく小径管の内周面に光ファイバ式のひずみゲージを貼り付けることによって、光ファイバ式のひずみゲージが模型地盤Ｇと直接接触するのを防ぐことができ、光ファイバ式のひずみゲージが周囲の模型地盤Ｇの影響を受けてしまうのを防ぐことができる。
【００５２】
(3) この第１実施形態では、挿入部材１０の外周面に装着された多孔質材に流動性接着剤を含浸させて接着剤層１１が形成されている。このため、流動性接着剤を多孔質材に吸収させて挿入部材１０の外周面からこの流動性接着剤が流れ出すの防ぎ、挿入部材１０の外周面に流動性接着剤を保持することができる。
【００５３】
(4) この第１実施形態では、接着剤層１１の硬化後に模型鏡ボルトＢと挿入部材１０が一体となる。このため、模型鏡ボルトＢの内周面と挿入部材１０の外周面との間にひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを挟み込み、このひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを保護しこのひずみ検出部５Ａ〜５Ｌの耐久性を向上させることができる。
【００５４】
(5) この第１実施形態では、模型鏡ボルトＢに発生するひずみを検出するひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを接着剤層１１によって挿入部材１０の外周面に保持した状態で、この模型鏡ボルトＢにこの挿入部材１０を挿入し、このひずみ検出部５Ａ〜５Ｌをこの接着剤層１１によってこの模型鏡ボルトＢの内周面に接着する。このため、模型鏡ボルトＢの内径が小さくてひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを模型鏡ボルトＢの内周面に手作業で貼り付けることができない場合であっても、挿入部材１０を取付用治具として利用することによってひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを模型鏡ボルトＢの内周面に簡単に貼り付けることができる。
【００５５】
(6) この第１実施形態では、模型鏡ボルトＢが外径5mm以下の小径管であり、この小径管のひずみに応じて反射光の波長が変化する光ファイバ式のひずみゲージを挿入部材１０の外周面に接着剤層１１によって保持する。このため、手作業で貼り付けが困難な極めて細い小径管の内周面に光ファイバ式のひずみゲージを簡単に貼り付けることができる。
【００５６】
(7) この第１実施形態では、挿入部材１０の外周面に装着された多孔質材に流動性接着剤を含浸させて接着剤層１１を形成する。このため、多孔質材に流動性接着剤を吸収させて挿入部材１０の外周面に流動性接着剤を均一に保持させ、この挿入部材１０の外周面に簡単に接着剤層１１を形成することができる。
【００５７】
(8) この第１実施形態では、接着剤層１１の硬化後に模型鏡ボルトＢと挿入部材１０とを一体にする。このため、模型鏡ボルトＢの内周面と挿入部材１０の外周面との間に接着剤層１１を充填して、この模型鏡ボルトＢの内周面とこの挿入部材１０の外周面との間にひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを挟み込み、このひずみ検出部５Ａ〜５Ｌをこれらの間で保護することができる。
【００５８】
(9) この第１実施形態では、模型地盤Ｇ中に埋設されている模型鏡ボルトＢに発生するひずみをひずみ測定装置４Ａ，４Ｂが測定する。このため、内径が極めて小さい模型鏡ボルトＢにひずみ検出部５Ａ〜５Ｌを貼り付けて、この模型鏡ボルトＢに発生するひずみをひずみ測定装置４Ａ，４Ｂによって簡単に計測することができる。
【００５９】
(10) この第１実施形態では、実際のトンネルを模擬した模型トンネルＴが模型地盤Ｇ中に埋設されているときに、この模型トンネルＴの模型切羽Ｔ5からこの模型地盤Ｇ中に模型鏡ボルトＢが埋設されている。このため、模型鏡ボルトＢに発生するひずみを計測することによって、実際の地盤に埋設された鏡ボルトの軸力、耐力及び強度などを予測することができる。
【００６０】
（第２実施形態）
図１１は、この発明の第２実施形態に係るひずみ測定装置を備える載荷試験装置を概略的に示す斜視図である。図１２は、この発明の第２実施形態に係るひずみ測定装置の一部を省略して模式的に示す断面図である。図１３は、図１２のXIII-XIII線で切断した状態を示す断面図である。以下では、図１〜図６に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００６１】
図１１〜図１３に示す模型鏡ボルトＢは、図１〜図７に示す模型鏡ボルトＢよりも外径が太く、作業者が手を挿入することが不可能な外径が5mm以上10mm以下のステンレス製の小径管である。図１１に示すひずみ測定装置４Ｃは、図２に示す半径Ｒ1の円弧上に埋設された３本の模型鏡ボルトＢのうち中央の模型鏡ボルトＢのひずみを測定し、図１１に示すひずみ測定装置４Ｄは図２に示す半径Ｒ2の円弧上に埋設された５本の模型鏡ボルトＢのうち中央の模型鏡ボルトＢのひずみを測定する。ひずみ測定装置４Ｃ，４Ｄは、いずれも同一構造であり、図１２に示すひずみ検出部５Ｍ，５Ｎと、挿入部材１０と、図１２及び図１３に示す接着剤層１１と、図１２に示す塞ぎ部１２と、取付部１３と、図１１に示す電力供給部１８Ａ，１８Ｂと、通電状態検出部１９Ａ，１９Ｂと、図１１及び図１２に示す信号線２０Ａ，２０Ｂと、図１１に示すひずみ演算部２１Ａ，２１Ｂなどを備えている。ひずみ測定装置４Ｃ，４Ｄは、図１〜図７に示すひずみ測定装置４Ａ，４Ｂと同様の製造方法によって製造される。図１１に示す設定装置１５は、例えば、ひずみ測定装置４Ｃ，４Ｄの通電動作及び検出動作の開始及び停止のタイミングなどを決定するための測定条件を設定する。制御装置１７は、記憶装置１６から読み出した設定情報に基づいて、ひずみ測定装置４Ｃ，４Ｄの電力供給部１８Ａ，１８Ｂの給電動作を制御するとともに、通電状態検出部１９Ａ，１９Ｂの検出動作を制御する。制御装置１７は、例えば、電力供給部１８Ａ，１８Ｂに給電動作を指令したり、通電状態検出部１９Ａ，１９Ｂに検出動作を指令したりする。
【００６２】
図１２に示すひずみ検出部５Ｍ，５Ｎは、模型鏡ボルトＢに発生するひずみを検出する部分である。ひずみ検出部５Ｍ，５Ｎは、模型鏡ボルトＢの各検出位置（各装着位置）ＰM，ＰNに発生するひずみをそれぞれ検出するひずみセンサである。ひずみ検出部５Ｍ，５Ｎは、図１２に示すように、模型鏡ボルトＢの中心線と平行な直線上に配置されており、図１３に示すようにこの中心線を挟みこの中心線に対して180°ずらして対向して配置されている。ひずみ検出部５Ｍ，５Ｎは、模型鏡ボルトＢのひずみに応じて電気抵抗が変化する電気抵抗式のひずみゲージを備えており、模型鏡ボルトＢに発生するひずみ量に応じて電気抵抗値が変化する。
【００６３】
図１１に示す電力供給部１８Ａは、ひずみ検出部５Ｍに電力を供給する部分であり、電力供給部１８Ｂはひずみ検出部５Ｎに電力を供給する部分である。電力供給部１８Ａは、ひずみ検出部５Ｍと直列に接続されており、電力供給部１８Ｂはひずみ検出部５Ｎと直列に接続されている。電力供給部１８Ａ，１８Ｂは、例えば、ひずみ検出部５Ｍ，５Ｎの電気抵抗式のひずみゲージに直流電流を流す直流電源、又は交流電流を流す交流電源などである。
【００６４】
通電状態検出部１９Ａは、ひずみ検出部５Ｍの通電状態を検出する部分であり、通電状態検出部１９Ｂはひずみ検出部５Ｎの通電状態を検出する部分である。通電状態検出部１９Ａ，１９Ｂは、例えば、ひずみ検出部５Ｍ，５Ｎの電気抵抗式のひずみゲージに流れる電流値などを検出し、検出した電流値に応じた電気信号（通電状態情報（電流値情報))をひずみ演算部２１Ａ，２１Ｂに出力する。
【００６５】
図１１及び図１２に示す信号線２０Ａ，２０Ｂは、電気信号を伝送する部材である。信号線２０Ａ，２０Ｂは、電流の流れる電線（伝送線）であり、信号線２０Ａは電力供給部１８Ａ、ひずみ検出部５Ｍ及び通電状態検出部１９Ａを一本の電線によって直列に接続しており、信号線２０Ｂは電力供給部１８Ｂ、ひずみ検出部５Ｎ及び通電状態検出部１９Ｂを一本の電線によって直列に接続している。信号線２０Ａ，２０Ｂは、図１１に示すように、電力供給部１８Ａ，１８Ｂに着脱自在に接続されるコネクタ部２０ａと、通電状態検出部１９Ａ，１９Ｂに着脱自在に接続されるコネクタ部２０ｂとを備えている。
【００６６】
図１１に示すひずみ演算部２１Ａ，２１Ｂは、模型鏡ボルトＢに発生するひずみを演算する部分である。ひずみ演算部２１Ａは、通電状態検出部１９Ａの検出結果に基づいて模型鏡ボルトＢの検出位置ＰMのひずみを演算し、ひずみ演算部２１Ｂは通電状態検出部１９Ｂの検出結果に基づいて模型鏡ボルトＢの検出位置ＰNのひずみを演算する。ひずみ演算部２１Ａ，２１Ｂは、通電状態検出部１９Ａ，１９Ｂが出力する電気信号に基づいて各検出位置ＰM，ＰNのひずみ量を演算し、この演算結果をひずみ量情報（ひずみ量信号）として制御装置１７に出力する。
【００６７】
この発明の第２実施形態に係るひずみ測定装置とその製造方法及び載荷試験装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第２実施形態では、模型鏡ボルトＢの外径が5mm以上10mm以下の小径管であり、この小径管のひずみに応じて電気抵抗が変化する電気抵抗式のひずみゲージをひずみ検出部５Ｍ，５Ｎが備えている。このため、模型鏡ボルトＢに発生するひずみを光ファイバ式のひずみゲージに比べて安価な電気抵抗式のひずみゲージによって簡単に測定することができる。
【００６８】
(2) この第２実施形態では、模型鏡ボルトＢの外径が5mm以上10mm以下の小径管であり、この小径管のひずみに応じて電気抵抗が変化する電気抵抗式のひずみゲージを挿入部材１０の外周面に接着剤層１１によって保持する。このため、模型鏡ボルトＢ内に電気抵抗式のひずみゲージを簡単に挿入し、この模型鏡ボルトＢの内周面に電気抵抗式のひずみゲージを確実に貼り付けることができる。
【００６９】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、測定対象物が模型鏡ボルトＢである場合を例に挙げて説明したが、模型鏡ボルトＢ以外の他の管状部材についてもこの発明を適用することができる。例えば、実際のトンネルのアーチ及び側壁から地盤中に埋設される実際のロックボルトを模擬した模型ロックボルト、又は地盤中に埋設されて実際の構造物を支持する実際の杭基礎を模擬した模型杭基礎などの管状部材についても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、模型鏡ボルトＢと挿入部材１０とが同一の材料である場合を例に挙げて、両者を異なる材料にすることもできる。さらに、この実施形態では、挿入部材１０が中実の円柱部材である場合を例に挙げて説明したが、挿入部材１０を中空の管状部材にすることもできる。
【００７０】
(2) この第１実施形態では、模型鏡ボルトＢの内周面と挿入部材１０の外周面との間に接着剤層１１を隙間なく充填する場合を例に挙げて説明したが、ひずみ検出部５Ａ〜５Ｌ及び光ファイバ８Ａ，８Ｂを貼り付けるために必要な部分のみに接着剤層１１を形成することもできる。また、この第２実施形態では、模型鏡ボルトＢの長さ方向にひずみ検出部５Ｍ，５Ｎを１つずつ配置した場合を例に挙げて説明したが、模型鏡ボルトＢの内径が大きく信号線２０Ａ，２０Ｂの配線が可能な場合には、この模型鏡ボルトＢの長さ方向に間隔をあけて複数配置することもできる。
【符号の説明】
【００７１】
１  載荷試験装置
２  せん断土槽
３  荷重作用装置
４Ａ〜４Ｄ  ひずみ測定装置
５Ａ〜５Ｎ  ひずみ検出部
６Ａ，６Ｂ  光照射部
７Ａ，７Ｂ  光検出部
８Ａ，８Ｂ  光ファイバ
９Ａ，９Ｂ  ひずみ演算部
１０  挿入部材
１１  接着剤層
１８Ａ，１８Ｂ  電力供給部
１９Ａ，１９Ｂ  通電状態検出部
２０Ａ，２０Ｂ  信号線
２１Ａ，２１Ｂ  ひずみ演算部
Ｆ  荷重
Ｇ  模型地盤
Ｔ  模型トンネル
Ｔ5  模型切羽
Ｂ  模型鏡ボルト（管状部材）
ＰA〜ＰN  検出位置
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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