(57)【要約】【課題】本発明は、サクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置及び試験方法を提供する。【解決手段】該装置は、バケット型侵食装置、圧力流量調整用コントローラ、負荷及びせん断システム、センサシステム、データ収集及び制御システムを備える。該試験装置はサクションバケット基礎を負圧で異なる深さまで貫入するプロセスにおけるバケット内の土壌体の非均一な浸透流場特性、侵食特性を分析することに用いられてもよく、センサとビデオカメラで試験プロセスを記録して、侵食後の土壌体に対して元の応力条件下でＣＴ走査を行って、内部空隙の変化を分析する。更に繰り返しせん断装置によって土壌体と鋼製バケットとの界面せん断プロセスを模擬して、侵食後のバケット−土壌界面の繰り返しせん断特性を分析することができる。【選択図】図１
2022502583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置であって、
バケット型侵食装置、圧力流量調整用コントローラ（２）、負荷及びせん断システム、センサシステム、データ収集及び制御システムを備え、
前記バケット型侵食装置は、貯水池（１）、バケットモデル（８）及びフレーム（２８）を備え、前記フレーム（２８）は、下から上の順に下固定板（２７）、ガイドポスト及びシリンダの上固定板（２０）、並びにモータ取付板（１７）を備え、前記ガイドポスト及びシリンダの上固定板（２０）とモータ取付板（１７）との間にはそれらに垂直なスクリューロッド（１８）が設けられ、前記バケットモデル（８）は、内部が中空であり、その頂部と底部がそれぞれ上部透水板（７）と下部透水板（１１）であり、その内部に試験用土壌体（９）が充填されており、前記バケットモデル（８）の側壁の底部が下固定板（２７）に位置し、前記バケットモデル（８）の頂部に砂ろ過室（４）が設けられ、前記砂ろ過室（４）の外輪とバケットモデル（８）の内壁との間にシールゴムリング（６）が配置され、バケットモデル（８）の底部に環状送水管トラフ（１３）が設けられ、前記砂ろ過室（４）は、底部が逆漏斗状を呈した鋼製キャビティであり、その頂部に排水孔（３３）があり、前記貯水池（１）は、水道管（３）により砂ろ過室（４）の排水孔に接続され、
前記圧力流量調整用コントローラ（２）は、一端が貯水池（１）に接続され、他端に水道管マニホールド（１５）が接続され、前記水道管マニホールド（１５）は、送水管（１４）により環状送水管トラフ（１３）に接続され、前記圧力流量調整用コントローラ（２）は、各管路の水圧及び水流の大きさを調節することに用いられ、
前記負荷及びせん断システムは、モータ（１６）、バケットモデル引抜き用反力ビーム（１９）、ガイドポスト及びシリンダの上固定板（２０）、加圧シリンダ（２１）、引抜きリンク（２４）、ガイドポスト（２６）を備え、前記モータ（１６）は、モータ取付板（１７）に位置し、前記加圧シリンダ（２１）は、その頂部がガイドポスト及びシリンダの上固定板（２０）に固定され、その底部が砂ろ過室（４）の上表面に位置し、バケットモデル（８）に垂直圧力を加えることに用いられ、前記バケットモデル引抜き用反力ビーム（１９）は、引抜きリンク（２４）に垂直に接続され、前記引抜きリンク（２４）は、バケットモデルの外側に位置し、引抜きリンク（２４）は、引抜きリンクの連動端（３０）によりバケットモデル（８）の側壁に接続され、バケットモデル（８）を垂直に往復運動させることに用いられ、前記引抜きリンク（２４）の下端にガイドポスト（２６）が接続され、引抜きリンク（２４）とガイドポスト（２６）との接続箇所の外側にリニア軸受（２５）が套設され、前記ガイドポスト（２６）は、下固定板（２７）に垂直に接続され、
前記センサシステムは、ＬＶＤＴ変位センサ（２２）及び孔げき圧力センサ（２９）を備え、前記ＬＶＤＴ変位センサ（２２）は、バケットモデル（８）の頂部に設けられ、試験用土壌体（９）の垂直変位を測定することに用いられ、前記孔げき圧力センサ（２９）は、試験用土壌体（９）内に位置し、侵食プロセスにおける試験用土壌体（９）の内部の孔げき圧力の変化を測定することに用いられ、
前記データ収集及び制御システムは、圧力流量調整用コントローラ（２）、負荷及びせん断システム、並びにセンサシステムに接続され、
前記試験装置が侵食試験を行うとき、前記バケットモデル（８）の側壁の材質を有機ガラスとし、バケットモデル（８）の外部にビデオカメラ（１０）が設けられ、前記試験装置がバケット−土壌界面のせん断試験を行うとき、前記バケットモデル（８）の側壁の材質を鋼とすることを特徴とするサクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置。
【請求項２】
前記圧力流量調整用コントローラ（２）は数が４つであり、互いに独立したものであることを特徴とする請求項１に記載のサクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置。
【請求項３】
前記環状送水管トラフ（１３）は、異なる直径のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つのチャンバに分けられ、各チャンバ同士が互いに独立したものであり、前記送水管（１４）と各チャンバとの接続箇所に送水孔（３２）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のサクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置。
【請求項４】
前記バケットモデル（８）の底部にはバケットモデルを取り除く際に下部透水板（１１）より上の部分をすべて支えるための１回りの突起である底部支持リング（３１）が設けられ、底部支持リング（３１）の下方には継目箇所の水漏れを防止するための環状シールゴムリング（１２）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のサクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置。
【請求項５】
請求項４に記載のサクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置を用いる試験方法であって、
前記侵食試験の試験方法は、
上部のモータ（１６）が動作するように制御し、加圧シリンダ（２１）によりバケットモデル（８）内の試験用土壌体（９）に垂直圧力を加えて、海底内部の土壌体が被加圧力を受ける環境を模擬するようにするとともに、圧力流量調整用コントローラ（２）は、水圧、水流の大きさを調節し、送水管（１４）によりそれぞれ環状送水管トラフ（１３）に接続され、それによって複数の圧力の入力を実現し、複数の圧力の入力に起因して試験用土壌体（９）の不均一な浸透流を引き起こし、浸透流の作用下で、細粒子が粗粒子の隙間と上部透水板（７）を通って砂ろ過室（４）に沈積し、滲出された細粒子の質量を秤量することに用いられることを含むことを特徴とするサクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果を模擬できる試験装置の試験方法。
【請求項６】
前記侵食試験が終了した後、上部透水板（７）に制限ロッド（５）を設置し、制限ロッド（５）は、一端がバケットの壁に係止され、他端が伸縮可能とされ、その長さを調節してそれを上部透水板（７）に密に当接させた後、制限ロッド（５）をロックし、その位置を維持して土壌体の内部が圧力を受ける状態を維持するようにし、下部の送水管（１４）を抜いて止水クリップで挟み、試験装置内の水が漏れないように確保するとともに、底部支持リング（３１）により下部透水板（１１）を支持し、試験用土壌体（９）をバケットモデル（８）の側壁、上部透水板（７）、下部透水板（１１）とともに取り外して、土壌体が圧力を受ける状態を維持しながらＣＴ走査を行うことを特徴とする請求項５に記載のサクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果を模擬できる試験装置の試験方法。
【請求項７】
請求項１に記載のサクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果を模擬できる試験装置を用いる試験方法であって、
前記せん断試験の試験方法は、
残りの装置が変化しないように維持され、加圧シリンダ（２１）によって垂直軸力を与えて、引抜きリンク（２４）がバケットモデル（８）を垂直方向に往復運動させるように駆動し、土壌体の内部に界面せん断を発生させることを含むことを特徴とするサクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果を模擬できる試験装置の試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、具体的に、サクションバケット基礎の負圧取付プロセスにおける侵食効果及びそれが界面の力学的特性に与えた影響を模擬するために使用できるサクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置及び試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、海洋資源の開発及び利用は新しい段階に入り、多くの国が海洋を利用して国を強くするという発展戦略を提案した。海洋工学分野では、サクション式バケット型基礎はその取付け、施工速度が速く、ノイズが小さく、リサイクルできるという利点を有するため、広く使用されている。しかしながら、海底地質条件及び環境負荷条件が複雑であるため、サクションバケット基礎の取付け、使用のプロセスにおいて依然として多くのチャレンジに直面している。砂質海底において負圧で貫入するとき、負圧浸透流の作用下で砂質土に「侵食効果」である土壌体の細粒子が粗粒子の骨格の隙間に沿って移動することが生じやすくなり、これは砂質土の力学的特性を著しく変化させ、後期のサクションバケット基礎の安全使用に重要な影響を与えてしまう。
【０００３】
ところが、現在、サクションバケット基礎の負圧貫入プロセスにおける非均一な圧力による侵食問題及び侵食後のバケット壁−土壌界面の力学的性質の変化を緻密に研究することのできる関連する実験装置がない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、サクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置及び試験方法を提供し、該装置は、サクションバケット基礎を負圧で異なる深さまで貫入するプロセスにおけるバケット内の土壌体の非均一な浸透流場特性、侵食特性及び取付侵食効果が後続の繰り返し荷重に与えた影響を分析することに用いられてもよく、センサとビデオカメラで試験プロセスを記録して、侵食後の土壌体に対して元の応力条件下でＣＴ走査を行って、内部空隙の変化を分析することを特徴とする。それと同時に、繰り返しせん断装置によって土壌体と鋼製バケットとの界面せん断プロセスを模擬して、侵食後のバケット−土壌界面の繰り返しせん断特性を分析することができる。本試験装置は実際の工事におけるサクションバケット基礎の取付け、耐荷重プロセスを反映することができ、実際の工事の建設を指導することに対して重要な意味を持っている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下の技術案を用いる。
【０００６】
サクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置であって、バケット型侵食装置、圧力流量調整用コントローラ、負荷及びせん断システム、センサシステム、データ収集及び制御システムを備え、
前記バケット型侵食装置は、貯水池、バケットモデル及びフレームを備え、前記フレームは、下から上の順に下固定板、ガイドポスト及びシリンダの上固定板、並びにモータ取付板を備え、前記ガイドポスト及びシリンダの上固定板とモータ取付板との間にはそれらに垂直なスクリューロッドが設けられ、前記バケットモデルは、内部が中空であり、その頂部と底部がそれぞれ上部透水板と下部透水板であり、その内部に試験用土壌体が充填されており、前記バケットモデルの頂部には下から上まで順に砂ろ過室及びシールゴムリングが設けられ、シールゴムリングは、砂ろ過室の外輪とバケットモデルの内壁との間に配置され、水が砂ろ過室とバケットモデルとの間の隙間から流れ出すことを防止することができ、バケットモデルの底部に環状送水管トラフが設けられ、前記砂ろ過室は、底部が逆漏斗状を呈した鋼製キャビティであり、その頂部に排水孔があり、前記水流が砂ろ過室に入った後、粒子が重力により漏斗の側面に落ちて、水流が砂ろ過室の上部から流れ出し、前記貯水池は水道管により砂ろ過室の排水孔に接続され、
前記圧力流量調整用コントローラは、一端が貯水池に接続され、他端に水道管マニホールドが接続され、前記水道管マニホールドは、送水管により環状送水管トラフに接続され、前記圧力流量調整用コントローラは、各管路の水圧及び水流の大きさを調節することに用いられ、試験用土壌体の底部に複数の圧力を入力することに用いられ、
前記負荷及びせん断システムは、モータ、バケットモデル引抜き用反力ビーム、加圧シリンダ、引抜きリンク、ガイドポストを備え、前記モータは、モータ取付板に位置し、前記加圧シリンダは、その頂部がガイドポスト及びシリンダの上固定板に固定され、その底部が砂ろ過室の上表面に位置し、バケットモデルに垂直圧力を与えることに用いられ、前記バケットモデル引抜き用反力ビームは、引抜きリンクに垂直に接続され、前記引抜きリンクは、バケットモデルの外側に位置し、引抜きリンクの連動端によりバケットモデルの側壁に接続され、バケットモデルを垂直に往復運動させることに用いられ、前記引抜きリンクの下端にガイドポストが接続され、引抜きリンクとガイドポストとの接続箇所の外側にリニア軸受が套設され、前記ガイドポストは下固定板に垂直に接続され、
前記センサシステムは、ＬＶＤＴ変位センサ及び孔げき圧力センサを備え、前記ＬＶＤＴ変位センサは、バケットモデルの頂部に設けられ、試験用土壌体の垂直変位を測定することに用いられ、前記孔げき圧力センサは、試験用土壌体内に位置し、侵食プロセスにおける試験用土壌体内部の孔げき圧力の変化を測定することに用いられ、
前記データ収集及び制御システムは、圧力流量調整用コントローラ、負荷及びせん断システム、並びにセンサシステムに接続され、
前記試験装置が侵食試験を行うとき、バケットモデルの外部のビデオカメラが試験用土壌体をバケット壁に近接するような表層土壌体の侵食状況を撮影できるように前記バケットモデルの側壁の材質を有機ガラスとし、前記試験装置がバケット−土壌界面のせん断試験を行うとき、前記バケットモデルの側壁の材質を鋼とする。
【０００７】
上記技術案において、更に、前記圧力流量調整用コントローラは数が４つであり、互いに独立したものであり、それぞれ異なる大きさの水圧、水流を与えることができる。
【０００８】
更に、前記環状送水管トラフは、異なる直径のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つのチャンバに分けられ、各チャンバ同士が独立したものであり、前記送水管と各チャンバとの接続箇所に送水孔が設けられる。環状送水管トラフは、送水管により圧力流量調整用コントローラに接続され、各チャンバ内の水圧、水流の大きさを変化させる。環状送水管トラフは水流を安定状態にして、水流の速度の空間的な不均一が侵食に与えた影響を低減することができる。
【０００９】
更に、前記バケットモデルの底部にはバケットモデルを取り除く際に下部透水板より上の部分をすべて支えるための１回りの突起である底部支持リングが設けられ、底部支持リングの下方には継目箇所の水漏れを防止するための環状シールゴムリングが設けられる。
【００１０】
本発明は、更に、サクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置を用いる試験方法を提供し、前記侵食試験の試験方法は、上部のモータが動作するようにし、加圧シリンダによりバケットモデル内の試験用土壌体に垂直圧力を加えて、海底内部の一定深さでの土壌体が被加圧力を受ける環境を模擬するようにし、この時、バケットモデルが高強度有機ガラス材質である。それと同時に、４つの圧力流量調整用コントローラは、水圧、水流の大きさを調節し、送水管によりそれぞれ環状送水管トラフに接続され、それにより複数の圧力の入力を実現する。複数の圧力の入力に起因してバケットモデル内の試験用土壌体の不均一な浸透流を引き起こし、浸透流の作用下で、細粒子が粗粒子の隙間と上部透水板を通って砂ろ過室に沈積し、実験が終了した後、砂ろ過室の上蓋を開いて、掃除機を利用してキャビティ内の細粒子を吸い出して、乾燥後に侵食したものの質量を秤量することを含む。
【００１１】
更に、前記侵食試験が終了した後、上部透水板に制限ロッドを設置し、土壌体の内部が圧力を受ける状態を維持し、制限ロッドは、一端がバケットの壁に係止され、他端が伸縮可能とされ、その長さを調節してそれを上部透水板に密に当接させた後、制限ロッドをロックし、その位置を維持して土壌体の内部が圧力を受ける状態を維持するようにし、下部の送水管を抜いて止水クリップで挟み、試験装置内の水が漏れないように確保するとともに、底部支持リングにより下部透水板を支持し、試験用土壌体をバケットモデルの側壁、上部透水板、下部透水板とともに取り外して、土壌体が圧力を受ける状態を維持しながらＣＴ走査を行い、更に土壌体内部の空隙構造の変化を研究する。
【００１２】
更に、前記せん断試験の試験方法は、残りの装置が変化しないように維持され、加圧シリンダによって垂直軸力を与えて、引抜きリンクがバケットモデルを垂直方向に往復運動させるように駆動し、土壌体の内部に界面せん断を発生させることを含む。
【００１３】
本発明において、環状送水管トラフは侵食装置の底部に環状に上向きに浸透流を生成し、浸透流の力は試験用土壌体内部の細粒子が粗粒子の空隙を通って上向きに土壌体の上表面まで動くように駆動する。侵食試験において一部のバケット壁が高強度ガラスを用いるため、ビデオカメラで表層土壌体の侵食状況を記録することができる。侵食した細粒子が上部透水板を通った後、砂ろ過室の漏斗構造を通って砂ろ過室のキャビティに入って沈積し、実験が終了した後、砂ろ過室の上蓋を開いて、掃除機を利用してキャビティ内の細粒子を吸い出して、乾燥させて侵食粒子の質量を秤量する。シールゴムリングは実験プロセスにおいて水漏れ現象が生じないように確保するが、水流は砂ろ過室を通って貯水池に戻って試験し続ける。加圧シリンダによって垂直軸力を試験用土壌体に与えて、海底内部の一定深さでの土壌体が被加圧力を受ける環境を模擬するようにする。加圧シリンダが与えた垂直圧力値は加圧シリンダ装置により設定されてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は以下の利点を有する。
【００１５】
１、本発明は、非均一な侵食圧力の出力を制御でき、サクションバケットの負圧貫入プロセスにおけるバケット内の土壌体が受けた実際の浸透流場特性を模擬することができる。
【００１６】
２、本発明は、同じセットの装置を用いて、器具のバケット壁の材料を変えることにより、それぞれ侵食試験及びバケット−土壌界面のせん断試験を行う。高強度有機ガラス材料を用いる場合、侵食プロセス全体の土壌粒子の巨視的、微視的特性がいずれも関連装置によりキャプチャでき、鋼材料を用いる場合、実際の工事におけるバケット−土壌界面の受力特性を模擬することができる。
【００１７】
３、本装置は、軸方向力を調整することにより海底面より下の異なる深さでの土壌体の受力状態を模擬することができる。
【００１８】
４、本装置は、試験後に試験用土壌体をバケット本体とともに取り外して、ＣＴ走査を行って侵食後の土壌体内部の構造の変化を観察することができる。
【００１９】
５、本装置は、複数種類のセンサを用いて実験プロセスにおける試験データを収集し、実験プロセスにおける試験パラメータ例えば試験用土壌体の孔げき圧力、土壌体の侵食による変形をより正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の試験装置の全体模式図である。
【図２】本発明の侵食、界面せん断装置の細部図である。
【図３】本発明の送水管トラフの正面図である。
【図４】本発明の送水管トラフの１−１断面の上面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  貯水池
２  圧力流量調整用コントローラ
３  水道管
４  砂ろ過室
５  制限ロッド
６  シールゴムリング
７  上部透水板
８  バケットモデル
９  試験用土壌
１０  ビデオカメラ
１１  下部透水板
１２  環状シールゴムリング
１３  環状送水管トラフ
１４  送水管
１５  水道管マニホールド
１６  モータ
１７  モータ取付板
１８  スクリューロッド
１９  バケットモデル引抜き用反力ビーム
２０  ガイドポスト及びシリンダの上固定板
２１  加圧シリンダ
２２  ＬＶＤＴ変位センサ
２３  接続ボルト
２４  引抜きリンク
２５  リニア軸受
２６  ガイドポスト
２７  下固定板
２８  フレーム
２９  孔げき圧力センサ
３０  引抜きリンクの連動端
３１  底部支持リング
３２  送水孔
３３  排水孔
３４  漏斗構造
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本願の実施例の図面を参照しながら、本発明の技術案を明確且つ完全に説明する。
【００２３】
図１〜図５に示すように、サクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置であって、該装置は、バケット型侵食装置、圧力流量調整用コントローラ２、負荷及びせん断システム、センサシステム、データ収集及び制御システムを備える。
具体的に、ビデオカメラ１０で試験用土壌体９をバケット壁に近接するような表層土壌体の侵食状況を撮影できるように侵食部分の試験用のバケットモデル８は高強度有機ガラスを用いる。
【００２４】
前記バケット型侵食装置は、貯水池１、バケットモデル８及びフレーム２８を備え、前記フレーム２８は下から上の順に下固定板２７、ガイドポスト及びシリンダの上固定板２０、並びにモータ取付板１７を備え、前記ガイドポスト及びシリンダの上固定板２０とモータ取付板１７との間にはそれらに垂直なスクリューロッド１８が設けられ、前記バケットモデル８は、その側壁の底部が下固定板２７に位置し、その内部に試験用土壌体９が充填されており、前記バケットモデル８の頂部には下から上まで順に上部透水板７、砂ろ過室４が設けられ、前記砂ろ過室４の外輪とバケットモデル８の内壁との間にシールゴムリング６が配置され、バケットモデル８の底部には下向きに順に下部透水板１１及び環状送水管トラフ１３が設けられ、前記砂ろ過室４は、底部が逆漏斗状を呈した鋼製キャビティであり、その上蓋には２つの対称な排水孔３３があり、前記貯水池１は、水道管３により砂ろ過室４の排水孔に接続され、
前記圧力流量調整用コントローラ２は、一端が貯水池１に接続され、他端に水道管マニホールド１５が接続され、前記水道管マニホールド１５は、送水管１４により環状送水管トラフ１３に接続され、前記圧力流量調整用コントローラ２は、各管路の水圧及び水流の大きさを調節することに用いられ、
前記負荷及びせん断システムは、モータ１６、バケットモデル引抜き用反力ビーム１９、加圧シリンダ２１、引抜きリンク２４、ガイドポスト２６を備え、前記モータ１６は、フレーム２８の頂部のモータ取付板１７に置かれ、前記加圧シリンダ２１は、頂部がガイドポスト及びシリンダの上固定板２０に固定され、その底部が砂ろ過室４の上表面に位置し、バケットモデル８に垂直圧力を与えることに用いられ、前記バケットモデル引抜き用反力ビーム１９は引抜きリンク２４に垂直に接続され、前記引抜きリンク２４は引抜きリンクの連動端３０によりバケットモデル８の側壁に接続され、バケットモデル８を垂直に往復運動させることに用いられ、前記引抜きリンク２４の下端にガイドポスト２６が接続され、引抜きリンク２４とガイドポスト２６との接続箇所の外側にリニア軸受２５が套設され、前記ガイドポスト２６は下固定板２７に垂直に接続される。加圧シリンダ２１によって垂直軸力を試験用土壌体９に与えて海底内部の一定深さでの土壌体が被加圧力を受ける環境を模擬するようにする。加圧シリンダ２１が与えた垂直圧力値は加圧シリンダ装置により設定されてもよい。
【００２５】
前記センサシステムは、ＬＶＤＴ変位センサ２２及び孔げき圧力センサ２９を備え、前記ＬＶＤＴ変位センサ２２はバケットモデル８の頂部に設けられ、前記孔げき圧力センサ２９は試験用土壌体９内に位置し、
前記データ収集及び制御システムは、圧力流量調整用コントローラ２、負荷及びせん断システム、並びにセンサシステムに接続される。
【００２６】
前記バケットモデル８の側壁の底部にはバケットモデルを取り除く際に下部透水板１１より上の部分をすべて支えるための４つの底部支持リング３１が均一に設けられ、底部支持リング３１の下方には継目箇所の水漏れを防止するための環状シールゴムリング１２が設けられる。
【００２７】
前記貯水池１は４つの圧力流量調整用コントローラ２に接続され、４つの圧力流量調整用コントローラは互いに独立したものであり、それぞれ異なる大きさの水圧、水流を与えることができる。送水管１４は環状送水管トラフ１３に接続され、送水孔３２から環状送水管トラフ１３に入った水流は侵食装置の底部に環状に上向きに浸透流を生成し、浸透流の力は試験用土壌体内部の細粒子が粗粒子の空隙を通って上向きに土壌体の上表面まで動くように駆動する。侵食試験において一部のバケット壁８が高強度ガラスを用いるため、ビデオカメラ１０で表層土壌体の侵食状況を記録することができる。侵食した細粒子は上部透水板７を通った後、砂ろ過室４の漏斗構造３４を通って砂ろ過室のキャビティに入って沈積し、実験が終了した後、砂ろ過室の上蓋を開いて、掃除機を利用してキャビティ内の細粒子を吸い出して、乾燥後に秤量する。シールゴムリング６は実験プロセスに水漏れ現象が生じないように確保するが、水流は砂ろ過室４を通って貯水池１に戻って試験し続ける。
【００２８】
前記環状送水管トラフ１３は異なる直径のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つのチャンバに分けられ、各チャンバは互いに独立したものであり、送水管１４により圧力流量調整用コントローラ２に接続され、各チャンバ内の水圧、水流の大きさを調節する。それと同時に、環状送水管トラフ１３は水流を安定状態にして、水流の速度の空間的な不均一が侵食に与えた影響を低減することができる。
【００２９】
前記侵食試験部分において、予め配置されたセンサは孔げき圧力センサ２９及びＬＶＤＴ変位センサ２２を含み、これらを利用して侵食試験プロセスを測定する。孔げき圧力センサ２９は試験用土壌体９内に位置し、ＬＶＤＴ変位センサ２２はバケットモデル８の頂部に位置する。
【００３０】
侵食試験が終了した後、制限ロッド５を土壌体頂部の上部透水板７に押さえ、土壌体の内部が圧力を受ける状態を維持しながら下部の送水管を抜いて止水クリップで挟み、試験装置内の水が漏れないように確保する。それと同時に、更なる研究のために、底部支持リング３１により下部透水板１１を支持し、試験用土壌体９をバケットモデル８の側壁、上部透水板７、下部透水板１１とともに取り外して、土壌体が圧力を受ける状態を維持しながら走査を完了する。
【００３１】
この装置は更にバケット−土壌界面のせん断試験を行うことができ、高強度有機ガラス製バケット壁８を鋼材質で代替し、残りの試験装置が変化しないように維持され、バケット−土壌界面のせん断試験を完了することができる。
【００３２】
界面せん断試験におけるせん断は、バケットモデル８の側壁と試験用土壌体９との間に相対変位が生じることで実現され、界面せん断試験プロセスにおける垂直軸力は加圧シリンダ２１によって付与されるものである。バケットモデル引抜き用反力ビーム１９は引抜きリンク２４に接続され、前記引抜きリンク２４の下端にガイドポスト２６が接続され、引抜きリンク２４とガイドポスト２６との接続箇所の外側にリニア軸受２５が套設され、リニア軸受２５の制限下で、引抜きリンク２４はバケットモデル８を垂直方向に往復運動させるように駆動する。引抜きリンクの連動端３０はバケットモデル８の側壁に接続されるとともに、バケットモデル８は接続ボルト２３によってリニア軸受２５と一体に固定される。
【００３３】
本発明の装置の動作原理は、本装置を用いて侵食試験を行うとき、加圧シリンダ２１によりバケットモデル内の試験用土壌体９に垂直圧力を加えて、海底内部の一定深さでの土壌体が被加圧力を受ける環境を模擬するようにすることということであり、この時、バケットモデル８が高強度有機ガラス材質である。それと同時に、４つの圧力流量調整用コントローラ２は水圧、水流の大きさを調節することができ、送水管１４によりそれぞれ環状送水管トラフ１３に接続されることで複数の圧力の入力を行う。複数の圧力の入力に起因してバケット内の土壌体の不均一な浸透流を引き起こし、浸透流の作用下で、細粒子は粗粒子の空隙と上部透水板７を通って砂ろ過室４に沈積し、後期の侵食したものの質量の秤量に用いられる。侵食試験が終了した後、砂ろ過室の上蓋を取り出して、掃除機で粒子を吸い出して秤量する。
【００３４】
また、せん断試験部分において、バケットモデル８が鋼材質であり、鋼製バケットの内壁の下方に底部支持リング３１がなくてもよく、残りの装置が変化しないように維持され、モータ１６はスクリューロッド１８、バケットモデル引抜き用反力ビーム１９、引抜きリンク２４によってバケットモデル壁８を垂直方向に往復運動させるように駆動し、土壌体とバケット壁との間に界面せん断を発生させる。
【００３５】
以下、砂質土において侵食及び界面せん断試験を行う場合を例として、上記装置を用いる具体的な試験プロセスを簡単に説明し、前記上部透水板の孔径が試験用土壌体の最大粒径より大きく、前記下部透水板の直径が実験用土壌体の最小粒径より小さい。本例では、用いた砂サンプルの最大粒径を０．５ｍｍ、最小粒径を０．０７５ｍｍ未満、下部透水板１１の孔径を０．０７ｍｍ、上部透水板の孔径を１．０ｍｍとする。
【００３６】
１、様々なセンサを貼り付け又はホルダーにより指定された位置に取り付けて、センサのデータケーブルをデータチャネルポートからデータ処理システムに接続する。
【００３７】
２、各送水管と注水管トラフとを接続し、ゴム製シールリングによって実験プロセスにおいて試験装置に水漏れが生じないように確保する。試験用砂質土を充填して、天蓋を被せ、ＬＶＤＴ変位センサを配置し初期値を測定する。
【００３８】
３、圧力流量調整用コントローラを起動させ、非均一な水圧の作用下で砂質土に浸透流が生じて土壌体内の細粒子を持ち去って、各圧力流量調整用コントローラの水圧の大きさを調整することにより異なる浸透流場の作用下における非均一な圧力入力を模擬することができる。プロセス中に主なデータの収集を行っているセンサ装置がある。
【００３９】
４、浸透流試験が終了した後、侵食の進展状況を評価するように、砂ろ過室の上蓋を取り出して、掃除機を利用して砂ろ過室内の粒子を吸い出して、乾燥後に秤量する。侵食試験を完了した後、土壌体が圧力を受ける状態を維持しながら試験用土壌体を取り出してＣＴ走査を行って土壌体内部構造の変化を観察する。
【００４０】
５、侵食試験における高強度有機ガラス製バケット壁を鋼材質のバケット壁に変え、同じ侵食試験を改めて開始する。
【００４１】
６、バケット−土壌界面のせん断試験を行い、バケット壁が引抜きリンクの駆動によって上下に往復運動し、せん断応力−せん断変位の繰り返し回数に伴う弱化関係を取得して、弱化界面の弱化法則を分析する。
【００４２】
実際のサクションバケットのバケット壁が鋼材であって、有機ガラス製バケットのバケット壁が工業用鋼板との界面特性が大きく異なるため、本実施例は有機ガラス製バケットを用いて侵食前後の土壌体内部構造の変化を分析した後、鋼製バケットを用いて侵食前後の鋼製バケットと砂との界面せん断試験を行う。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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