(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に設けられたボーリング孔の孔底の地盤を切り出して地盤から成る中空円筒試験体を成形し、拘束手段により前記中空円筒試験体の外周面と中央小孔の内周面とに径方向の一定の拘束圧力をかけながら、軸荷重載荷手段による軸方向への荷重を変化させ、前記中空円筒試験体の中央小孔の内周面に前記拘束圧力を載荷する前記拘束手段を形成する拘束部材内に設けられた変位計測手段により前記中空円筒試験体の前記中央小孔の孔底及び孔口を除く軸方向の二地点間の距離の変化を計測して前記二地点間の相対変位を求め、求められた変位より応力と軸ひずみとの関係を求めることを特徴とする原位置孔底三軸圧縮試験法。
【請求項２】
前記ボーリング孔の内周面と中空円筒試験体との間にスリットを設け、該スリットと前記中央小孔とに前記拘束手段を形成する拘束部材を設けることを特徴とする請求項１記載の原位置孔底三軸圧縮試験法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の設計・施工のために行う地盤調査において、地盤の変形特性と強度特性を測定するのに用いられる原位置孔底三軸圧縮試験法に関する。更に詳述すると、本発明は孔底に設けられた中空円筒試験体を利用する原位置孔底三軸圧縮試験法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
岩盤などの地盤の変形特性や強度特性を把握するため、原位置試験が行われる。原位置試験は、実地に即したデータを得るため、原位置で掘削された地盤を試験体として用い、当該原位置にて行われる。
【０００３】
この原位置試験の一つである三軸圧縮試験では、他の原位置試験法、例えば平板載荷試験法や岩盤せん断試験法と異なり、掘削された岩盤に三方向から荷重をかけて試験を行うためにひずみ分布と応力分布が試験体内部で比較的一様な要素試験となる利点がある。この原位置三軸圧縮試験法に関しては、特開平７−３５６６３号のように、強度特性をより簡単に求めようとする試験法も提案されている。
【０００４】
また、原位置にて採取されたボーリングコアなどの試料を供試体として運び出し、試験室などで三軸圧縮試験を行う方法も採用されている。この場合、室内に設けられた装置を用い厳密に試験を行うことが可能であると共に、試験装置一式を原位置に設置したりあるいは調整したりするような手間がないという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、試験室など原位置以外において三軸圧縮試験を行う際には、試料を採掘し運び出す手間がかかる。また試料の状態を採掘される前と等しい状態に維持するのが難しい場合があり、当該試料の取扱い時の乱れによる影響が試験結果に及んで測定精度が劣ることがあるという問題を有している。
【０００６】
また原位置において試験を行う際には、地盤を深く掘り下げたり試験坑道を掘ったりする場合にコストがかかるという問題を有している。
【０００７】
更に特開平７−３５６６３号における発明では、計測される変位にベッディング・エラーと試験体直下の地盤の変形などの計測誤差が含まれることから、強度定数を求めることができても変形特性を得ることができない等の欠点を有している。
【０００８】
そこで本発明は、室内における三軸圧縮試験と同等の厳密さによって地盤の変形特性や強度特性などを精度良く評価することができる原位置三軸圧縮試験法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の発明では、地盤に設けられたボーリング孔の孔底の地盤を切り出して地盤から成る中空円筒試験体を成形し、拘束手段により中空円筒試験体の外周面と中央小孔の内周面とに径方向の一定の拘束圧力をかけながら、軸荷重載荷手段による軸方向への荷重を変化させ、中空円筒試験体の中央小孔の内周面に拘束圧力を載荷する拘束手段を形成する拘束部材内に設けられた変位計測手段により中空円筒試験体の中央小孔の孔底及び孔口を除く軸方向の二地点間の距離の変化を計測して前記二地点間の相対変位を求め、求められた変位より応力と軸ひずみとの関係を求めるようにしている。
【００１０】
したがってこの圧縮試験法では、中空円筒試験体に径方向への等方的な一定の拘束圧力をかけながら軸方向への荷重をかけて圧縮し、該中空円筒試験体の応力に対するひずみが求められている。この場合、中空円筒試験体はボーリング孔の孔底の地盤を切り出して設けられたものであり、この試験体に関して得られた特性がそのままその地盤の性状として用いられ得る。また中空円筒試験体の軸方向の変位は該中空円筒試験体の中央小孔の内周面に拘束圧力を載荷する拘束手段を形成する拘束部材内に設けられた変位計測手段によって計測された中央小孔の孔底及び孔口を除く中間部の軸方向の二地点間の距離に基づいて求められるため、中空円筒試験体のひずみがより厳密、正確に求められる。更には軸荷重と拘束圧力から主応力で定義される破壊時のモールの応力円を直接求めることができる。
【００１１】
請求項２記載の原位置孔底三軸圧縮試験法では、ボーリング孔の内周面と中空円筒試験体との間にスリットを設け、該スリットと中央小孔とに拘束手段を形成する拘束部材を設けるようにしている。したがって中空円筒試験体に対し、外側と内側とから、等方的かつ一定の拘束圧力をかけることができる。またスリットに設けられた拘束部材は該スリットの中でボーリング孔の内周面によって支持されるため、内周面からの反作用を受け、中空円筒試験体に対しより有効な拘束圧力をかけることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１から図５に、本発明の中空円筒試験体を利用した原位置孔底三軸圧縮試験法の一実施形態を示す。この原位置孔底三軸圧縮試験法では、原位置において地盤１に設けられたボーリング孔２の孔底に地盤１から成る中空円筒試験体３を成形し、該中空円筒試験体３に三軸圧縮を行うことで三軸応力圧縮下における軸応力と軸ひずみとの関係を得るようにしている。そこではじめに、本発明の試験法を行うのに必要な構成について順次説明する。
【００１４】
まず、図２に示すように、原位置においてボーリングにより地盤１を鉛直下に削孔し円柱状のボーリング孔２を設ける。ボーリング孔２の孔底は、必要に応じて研磨する。そしてこのボーリング孔２の内周面を孔底側に向けて鉛直方向へ延長するようにスリット状に溝掘りして円柱形状の試験体を成形し、更にこの試験体の中央に鉛直方向へ中央小孔５を掘削して図３に示すように中空円筒試験体３とする。この場合、ボーリング孔２と中空円筒試験体３との間のスリット４の径方向の幅や、中央小孔５の径は特に限定されることはない。ただし本実施形態では、スリット４の幅は拘束手段６を収容するのに必要十分なものとされ、また中央小孔５についてもその径は拘束手段６及び変位計測手段８を収容するのに必要十分なものとされている。
【００１５】
次にスリット４と中央小孔５とに拘束手段６を設ける。ここで、拘束手段６は中空円筒試験体３の外周面と内周面とから径方向への側圧を加えることによりこの中空円筒試験体３に拘束力を与えるものである。本実施形態では、この拘束手段６は、袋状のゴム膜（ゴムスリーブ）・メンブレン７などから成る拘束部材と、この拘束部材たるメンブレン７の中に圧力流体を供給する圧力源などから構成されている。メンブレン７は、スリット４及び中央小孔５にそれぞれ設けられている。このメンブレン７は、空気などの気体が注入可能な注入口を備え、気体圧力により中空円筒試験体３に径方向への拘束圧力σcを与えている。気体は、拘束圧力負荷装置（図示省略）により圧縮され、メンブレン７へ送り込まれる。尚、圧縮気体により側圧を付与する代わりに、水などの液体を用いても側圧を加えることができる。
【００１６】
また中央小孔５内には、中空円筒試験体３の軸方向のひずみを計測する変位計測手段８が設けられている。この場合、変位計測手段８は中央小孔５内に軸方向に設定された任意の２地点Ａ，Ｂ間の長さの変化を計測するように設けられており、このＡ，Ｂ間の相対変位を得てひずみを求めている。変位計測手段８としては、中央小孔５の内周面に拘束圧力σcを載荷するメンブレン７の２箇所（異なる高さの２点）の距離を測定することができるものであれば特定の計測システムに限定されることはなく、例えば作動トランス型やひずみゲージ型あるいはポテンショメータ型などの変位計を用いてＡとＢの２点に保持されたユニバーサルジョイント間を測定しても良いし、レーザ型や渦電流型などの非接触型変位計を用いた２点にセットしたターゲットの移動量を計測するようにしても良い。
【００１７】
また本実施形態では、中空円筒試験体３の上部にキャップ１１を載せ、センターホール型のロードセル１２を更に載せ、これらを介して軸荷重載荷手段９による荷重をかけるようにしている。この場合の軸荷重載荷手段９は特定のものに限定されることはないが、例えば本実施形態では中空円筒試験体３に軸方向の荷重をかけるセンターホールジャッキが用いられている。また軸荷重載荷手段９は、中空円筒試験体３へ軸荷重をかける際の反力を受け得るように地盤１に固定して設けられる。本実施形態では図４に示すようにボーリング孔２の内周面の一部にケーシング１０を取り付け、該ケーシング１０を用いてセンターホールジャッキなどの軸荷重載荷手段９を固定させるようにしている。
【００１８】
上述のように設けられた各装置を用いて原位置孔底三軸圧縮試験を行うには、まず中空円筒試験体３に拘束手段６と軸荷重載荷手段９とを用いて等方的かつ一定の拘束圧力を加えた後、軸荷重載荷手段９によって中空円筒試験体３に対する軸方向の荷重を増加させる。この場合、中空円筒試験体３が破壊するまで、軸荷重載荷手段９による荷重を僅かずつ高めるようにして圧縮する。そしてその間の中空円筒試験体３の変位を変位計測手段８を用いて計測し、軸応力と軸ひずみとの関係を求める。
【００１９】
以上のようにして試験を行う原位置孔底三軸圧縮試験法によると、軸方向圧縮時の中空円筒試験体３の変位を中央小孔５内に設けられた変位計測手段８により求めているため、厳密な軸変位を得ることができる。よって、任意の三軸応力条件下における軸応力と軸ひずみとの関係を得ることができ、原位置において直に、当該地盤１の変形特性・強度特性を精度良く評価することができる。したがって供試体として用いる試料を外部に運び出す必要がなく、試料の取扱い時の乱れによる影響を考慮しなくて良い。また、水平方向の試験坑２０を掘削し難い深部地盤内にあっても、ボーリングによる垂直孔を利用して原位置試験を行うことが可能であるため、地盤１の変形特性・強度特性を評価することができる。
【００２０】
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では、地盤１の地表面から直接ボーリング孔２を掘削したが、このボーリング孔２を試験坑２０から鉛直方向に掘削して設けることも可能である。この場合、このボーリング孔２に設けられる軸荷重載荷手段９については、図５に示すようにその一端が試験坑２０の天井２１に取り付けられるようにし、該天井２１によって反力を受けるようにすることもできる。
【００２１】
更に本実施形態では、ボーリング孔２の内周面と中空円筒試験体３の外周面との間に適当な幅のスリット４を設けるようにしたが特にこれに限定されることはない。拘束部材７の幅に比べてスリット４の幅が過度に大きいような場合にあっては、中空円筒試験体３の周囲に設けられた拘束部材７を、更に周囲に設けられる円筒体などの内面に接触させて保持するようにすれば良い。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、請求項１記載の発明の原位置孔底三軸圧縮試験法では、三軸方向圧縮時の中空円筒試験体の変位を中央小孔の内周面に拘束圧力を載荷する拘束手段を形成する拘束部材内に設けられた変位計測手段によって計測された中央小孔の孔底及び孔口を除く中間部の軸方向の二地点間の距離に基づいて求めているので、より厳密なひずみを得ることができる。これにより、乱れのない試料を得難い性状の地盤における三軸圧縮試験でも、原位置で直に、当該地盤の変形特性・強度特性を精度良く評価することができる。更には破壊時のモールの応力円も直接求めることができる。
【００２３】
しかもこの試験法によれば、ボーリングによる垂直孔において原位置試験を行うことが可能である。よって、水平方向の試験坑を掘削し難い深部地盤にあっても、原位置において、地盤の変形特性・強度特性を評価し得る。
【００２４】
また、請求項２記載の発明の原位置孔底三軸圧縮試験法では、ボーリング孔内周面と中空円筒試験体との間にスリットを設け、該スリットに拘束手段を形成する拘束部材を設けるようにしているので、拘束部材をボーリング孔内周面で受け支えることができる。したがって、拘束部材を受け支える部材を特に設けていなくても、拘束手段を用いて中空円筒試験体に拘束荷重をかけることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原位置孔底三軸圧縮試験法で利用されるボーリング孔及び孔底に設けられる中空円筒試験体を示す原位置地盤の縦断面図である。
【図２】原位置地盤に掘削されたボーリング孔を示す縦断面である。
【図３】ボーリング孔とその孔底に成形された中空円筒試験体とを示す縦断面図である。
【図４】中空円筒試験体への荷重の反力をボーリング孔の壁面で受ける様子を示す縦断面図である。
【図５】中空円筒試験体への荷重の反力を試験坑の天井で受ける様子を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  地盤
２  ボーリング孔
３  中空円筒試験体
４  スリット
５  中央小孔
６  拘束手段
７  メンブレン（拘束部材）
８  変位計測手段
９  軸荷重載荷手段
【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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