(57)【要約】【課題】ボーリングコアからサンプリングした円柱供試体に対して、圧縮方向に対して垂直な面方向の亀裂を人工的に導入する方法を提案することで、十分なサンプル数を確保するとともに、亀裂部分での有効断面積を容易かつ精度良く算定（測定）できるようにする。さらには再現性の高い室内試験結果が得られるようにする。【解決手段】供試体１の中間位置で、母線直交方向に沿うとともに、供試体１の全周に亘って一定深さのスリット溝２を形成するスリット溝形成工程と、前記供試体１を横置きとし、略楔断面を成す亀裂導入治具３を用い、この亀裂導入治具３の楔先端を前記スリット溝２に当てた状態で、そのまま圧縮力を加え、供試体１を割裂することにより人工亀裂を導入する人工亀裂導入工程とからなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱形の供試体に対して、上面及び下面と平行な面の亀裂を供試体に人工的に導入するための方法であって、
前記供試体の中間位置で、母線直交方向に沿うとともに、供試体の全周に亘って一定深さのスリット溝を形成するスリット溝形成工程と、
前記供試体を横置きとし、略楔断面を成す亀裂導入治具を用い、この亀裂導入治具の楔先端を前記スリット溝に当てた状態で、そのまま圧縮力を加え、供試体を割裂することにより人工亀裂を導入する人工亀裂導入工程とからなることを特徴とする岩供試体への人工亀裂導入方法。
【請求項２】
前記スリット溝の深さは、供試体直径の５％以上とする請求項１記載の岩供試体への人工亀裂導入方法。
【請求項３】
前記スリット溝の幅は、２〜３mmとする請求項１，２いずれかに記載の岩供試体への人工亀裂導入方法。
【請求項４】
前記円柱形の供試体は、ボーリングコアからサンプリングしたものである請求項１〜３いずれかに記載の岩供試体への人工亀裂導入方法。
【請求項５】
前記人工亀裂を前記供試体中間の複数箇所に導入する請求項１〜３いずれかに記載の岩供試体への人工亀裂導入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボーリングコアなどからサンプリングした圧縮試験用供試体に対して、圧縮方向に対して垂直な面方向に亀裂を人工的に導入するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
岩盤の解析や安定性を検討するには、岩盤の力学的特性を正しく評価することが必要である。従来より、岩盤の力学的特性を把握するために、原位置試験やボーリングコアなどからサンプリングした供試体を用いた室内試験が行われている。
【０００３】
前記原位置試験は、下記非特許文献１に示されるように、ジャッキによって載荷板を押圧するジャッキ試験によって、岩盤の原位置における弾性係数ＥＳを求めることができる。すなわち、図６に示されるように、載荷板の変位Δδと、作用した荷重ΔＰとを計測し、次式(1)によって求めることができる。
【数１】
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【０００４】
また、ボーリングコアからサンプリングした供試体を用いた室内試験は、一軸圧縮試験や三軸圧縮試験を行うことにより、岩盤の物性値を把握することが可能となる。
【非特許文献１】桜井、「トンネル工事における変位計測結果の評価法」、土木学会論文報告集第３１７号、社団法人土木学会、１９８２年１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、岩盤には少なからず不連続面ないし亀裂（以下、纏めて亀裂という。）が含まれており、岩盤の力学的特性を評価する際に、亀裂の影響をどのように評価するかが重要なポイントとなる。たとえば、供試体の圧縮試験においては、岩自体の圧縮変形に比べて、亀裂部分に存在している隙間によって亀裂部分で発生する圧縮変形の方が大きくなるため、岩盤の圧縮特性は亀裂部分の圧縮変形に依存することになる。
【０００６】
前記原位置試験において、岩盤に亀裂が存在している場合は、亀裂の影響が入った試験結果が得られることになる。しかしながら、亀裂の大きさや深さ位置や方向などが測定場所毎にまちまちであり、計測箇所毎に試験結果がばらつき、再現性が低いものとなっている。また、これらの影響を少なくするために、試験数（Ｎ数）を多くすることも考えられるが、試験自体が大掛かりであり、実施できる試験数には限りがあるなどの問題があった。
【０００７】
一方、前記室内試験においては、サンプリングしたコアの内、自然亀裂が入った部分を試験用供試体として抜き出し、圧縮試験を行うことも行われている。しかしながら、試験に利用できるものには限りがあり、十分な数の供試体（Ｎ数）を得ることができない。その上、供試体に発生している自然亀裂が圧縮方向に対して直交していない場合は、せん断変形するため、精度の良い圧縮特性（弾性係数）が得られず、誤差が出やすいなどの問題があった。更には、自然亀裂があるコアをサンプリングした供試体の場合は、供試体の周面部分では自然亀裂に多数の欠け落ちが生じていたり、亀裂面が複雑（ギザギザ状）であり、点接触の部分が点在するなどの理由から、亀裂面の有効断面積を正確に算定（測定）することができないなどの問題もあった。
【０００８】
そこで本発明の主たる課題は、ボーリングコアからサンプリングした供試体に対して、圧縮方向に対して垂直な面方向の亀裂を人工的に導入する方法を提案することで、十分なサンプル数を確保できるようにするとともに、亀裂部分での有効断面積を容易かつ精度良く算定（測定）できるようにし、さらには再現性の高い室内試験結果が得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、円柱形の供試体に対して、上面及び下面と平行な面の亀裂を供試体に人工的に導入するための方法であって、
前記供試体の中間位置で、母線直交方向に沿うとともに、供試体の全周に亘って一定深さのスリット溝を形成するスリット溝形成工程と、
前記供試体を横置きとし、略楔断面を成す亀裂導入治具を用い、この亀裂導入治具の楔先端を前記スリット溝に当てた状態で、そのまま圧縮力を加え、供試体を割裂することにより人工亀裂を導入する人工亀裂導入工程とからなることを特徴とする岩供試体への人工亀裂導入方法が提供される。
【００１０】
上記請求項１記載の発明においては、供試体の中間位置で、母線直交方向に沿うとともに、供試体の全周に亘って一定深さのスリット溝を形成するスリット溝形成工程と、前記供試体を横置きとし、略楔断面を成す亀裂導入治具を用い、この亀裂導入治具の楔先端を前記スリット溝に当てた状態で、そのまま圧縮力を加え、供試体を割裂することにより人工亀裂を導入する人工亀裂導入工程との工程によって、供試体に人工亀裂を導入することを考えた。この手順によって、人工亀裂を導入することにより、圧縮方向と垂直な面の人工亀裂を形成することが可能となるとともに、十分な数のサンプル数を簡単に得ることが可能となる。また、スリット溝を形成し、このスリット溝の形成面で割裂するようにしたため、有効断面積の算定（測定）が容易かつ精度良く行えるようになる。更には、導入される人工亀裂が精度良く一定に形成されることにより、再現性の高い室内試験結果が得られるようになる。
【００１１】
請求項２に係る本発明として、前記スリット溝の深さは、供試体直径の５％以上とする請求項１記載の岩供試体への人工亀裂導入方法が提供される。
【００１２】
上記請求項２記載の発明は、スリット溝の深さを、供試体直径の５％以上とするものである。その結果、後述の実験例に示されるように、概ね９０％の成功率で供試体に人工亀裂を導入することが可能となる。
【００１３】
請求項３に係る本発明として、前記スリット溝の幅は、２〜５mmとする請求項１，２いずれかに記載の岩供試体への人工亀裂導入方法が提供される。
【００１４】
上記請求項３記載の発明は、スリット溝の幅を２〜５mmとするものである。スリット溝の幅は、溝形成に使用される切削ブレードの厚みに依存することになるが、幅を大きく設定するよりは、２〜５mmの幅で形成する方が、割裂面の平行度（平面性）を確保しやすい。
【００１５】
請求項４に係る発明として、前記円柱形の供試体は、ボーリングコアからサンプリングしたものである請求項１〜３いずれかに記載の岩供試体への人工亀裂導入方法が提供される。
【００１６】
上記請求項４記載の発明は、本発明の岩供試体への人工亀裂導入方法がボーリングコアからサンプリングしたものを対象として行われることを規定したものである。ボーリングコアを成型した供試体を用いることにより、原位置での岩盤の力学特性を精度良く把握することができる。
【００１７】
請求項５に係る本発明として、前記人工亀裂を前記供試体中間の複数箇所に導入する請求項１〜４いずれかに記載の岩供試体への人工亀裂導入方法が提供される。
【００１８】
上記請求項５記載の発明は、人工亀裂を前記供試体中間の複数箇所に導入するようにしたものである。自然岩盤に形成されている亀裂は場所によって様々であり、亀裂が多い場合には、室内実験もそれに合うように亀裂を多く導入し、実体と合わせるようにするのが望ましい。なお、自然岩盤の亀裂数（不連続性）は通常、ＲＱＤで評価されている。このＲＱＤは、ボーリングコアの観察によって求めることができ、RQD＝[（１m当たりの10cm以上のコアの長さの合計）／100cm]×100％の式によって求められる。
【発明の効果】
【００１９】
以上詳説のとおり本発明によれば、ボーリングコアからサンプリングした供試体に対して、圧縮方向に対して垂直な面方向の亀裂を人工的に導入することが可能となる。その結果、十分なサンプル数を確保できるようになるとともに、亀裂部分での有効断面積を容易かつ精度良く算定（測定）できるようになる。さらには再現性の高い室内試験結果が得られるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
図１はスリット溝２を導入した円柱形の供試体１の斜視図であり、図２は亀裂導入治具２の斜視図、図３は亀裂導入治具２を用いた亀裂導入要領を示す斜視図である。
【００２１】
本発明に係る岩供試体への人工亀裂導入方法は、亀裂を有する岩盤の力学特性を評価するために、ボーリングコアからサンプリングした円柱形の供試体に対して、上面及び下面と平行な面の亀裂を供試体中間に人工的に導入するための方法である。
【００２２】
具体的には、図１に示されるように、供試体１の中間位置で、母線直交方向に沿うとともに、供試体１の全周に亘って一定深さのスリット溝２を形成するスリット溝形成工程と、前記供試体１を横置きとし、略楔断面を成す亀裂導入治具３を用い、図３に示されるように、この亀裂導入治具３の楔先端を前記スリット溝２に押付け、そのまま圧縮力を加え、供試体１を割裂することにより人工亀裂を導入する人工亀裂導入工程とからなるものである。
【００２３】
以下、更に具体的に詳述する。
【００２４】
前記スリット溝導入工程では、ボーリングコアからサンプリングした円柱形の供試体１に対して、ダイヤモンドブレード回転カッター等を用い、供試体の中間位置で、具体的には図示のように、１箇所の場合は通常、高さ方向中央位置で、母線直交方向に沿うとともに、供試体１の全周に亘って一定深さのスリット溝２を形成する。
【００２５】
前記スリット溝２の深さＨは、直径Ｄの５％以上とするのが後述の実施例から分かるように望ましい。深さＨを５％以上とすることにより、ほぼ９０％の成功率でスリット溝２部分で綺麗に供試体１を２つに分断することが可能である。また、前記スリット溝２の幅Ｂは、ブレードカッターの厚み寸法となるが、概ね２〜３mmとするのが望ましい。
【００２６】
スリット溝２の形成に当たっては、割裂面を示した図４に示されるように、スリット溝２を除いた有効断面積を簡単に演算で計算できるように、丁度、真円となるように切削するのが望ましい。例えば、スリット溝２の形成に当たり、コンクリート・アスファルト・岩石・石材・その他、各種供試体試験材料をダイヤモンドブレードを使用して高精度、高速度に切断する定置式の供試体切断機を使用する場合は、テーブル上のクランプ装置で供試体を固定し、ハンドルバーを上方から振り下ろしダイヤモンドブレードを下降させなから試験体を切断する際に、振り下ろし位置を一定とし、供試体を回転させるように切削すれば、真円形状に切削することが可能となる。
【００２７】
前記亀裂導入治具３は、例えば図２に示されるように、断面三角形状（楔断面）の鋼製材料を用いることができる。この際、楔となる頂角部分を供試体１のスリット溝２の底部にきっちりと当接させることが重要である。
【００２８】
前記人工亀裂導入工程では、図３に示されるように、圧縮試験機の台上に供試体１を横置きに置いて、前記亀裂導入治具３の楔先端を前記スリット溝２に押付け、そのままゆっくりと圧縮試験機で圧縮力を加えることにより供試体１を割裂する。
【００２９】
ところで、上記例では亀裂導入は供試体１の中央に１箇所としたが、複数箇所に導入することも可能である。自然岩盤に形成されている亀裂の数は様々であり、ボーリングコアの観察によって岩盤の不連続性を評価し、これに応じて亀裂の数を決定するのが望ましい。
【００３０】
一軸圧縮試験や三軸圧縮試験に際しては、分断された供試体の亀裂面（割裂面）を元の状態に突き合わせ、圧縮試験機に供試体をセットし、亀裂面と直交するする方向、すなわち上面及び下面に対して直交する方向から圧縮力を作用させることにより、応力歪み曲線を得て、岩盤の圧縮特性（弾性係数）を決定する。
【実施例】
【００３１】
本発明に係る人工亀裂導入方法に従って、供試体として用意した１４個の供試体に対して、スリット溝２の深さＨを種々変更しながら、供試体を分断した。
【００３２】
前記供試体は、砂岩供試体（100φmm×300mm）を８個、花崗岩供試体（80φmm×150mm）を５個とし、参考としてモルタル供試体（100φmm×200mm）を１個用意した。以上の試験結果を下表１に示す。
【表１】
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【００３３】
表１から、スリット溝２の深さＨは、供試体直径の５％以上とすることにより、概ね９０％の成功率で、供試体を分断することが可能であることが判明した。なお、亀裂導入の成否は、分断面の縁が全周に亘って、スリット溝２内にあれば成功とし、一部でもスリット溝２から外れた場合は失敗とした。
【００３４】
次に、上記人工亀裂を導入した各供試体と、未導入の供試体のそれぞれについて、一軸圧縮試験を行い、応力歪み曲線を得た結果の一例を図５に示す。図５(A)は載荷パターンを示し、図５(B)は砂岩の亀裂未導入の供試体の応力歪み曲線（１回目及び２回目）の試験結果であり、図５(C)は砂岩の亀裂導入の供試体の応力歪み曲線（１回目及び２回目）の試験結果である。
【００３５】
図５から、亀裂導入供試体の場合は、亀裂部分での圧縮変形が大きいため、亀裂未導入供試体と比べて、１回目の圧縮力載荷時は歪みが大きくなる傾向を示し、２回目の圧縮力載荷時の歪み曲線は、亀裂未導入の場合とほぼ同勾配の歪み曲線となっている。この傾向は他の供試体についても同様であり、高い再現性があることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】スリット溝２を導入した円柱形の供試体１の斜視図である。
【図２】亀裂導入治具２の斜視図である。
【図３】亀裂導入治具２を用いた亀裂導入要領を示す斜視図である。
【図４】破断面の状態を示す断面図である。
【図５】(A)は載荷パターンを示し、(B)は砂岩の亀裂未導入の供試体の応力ひずみ曲線（１回目及び２回目）の試験結果、(C)は砂岩の亀裂導入の供試体の応力ひずみ曲線（１回目及び２回目）の試験結果である。
【図６】従来の応力歪み曲線を得るためのジャッキ試験要領を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…供試体、２…スリット溝、３…亀裂導入治具
【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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