JP2007255012A - 原位置における地盤のベーンせん断試験装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、ロッドの荷重に影響を受けない個所にトルクメーターを設けることにより精度の高い測定を可能とするベーンせん断試験装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明は、ケーシング２内から試験深度付近まで押し込まれる回転ロッド３と、該回転ロッド３をケーシング２内で支持するためのセンターライザー４、４と、回転ロッド３を駆動回転させる載荷駆動装置５と、前記回転ロッド３先端に装着されるトルクメーター６と、このトルクメーター６にベーンシャフト７を介して取り付けられるベーンブレード８と、前記トルクメーター６からの電子情報をケーブル９の回線を通じて検出表示されるパーソナルコンピューター１０とから構成される。
【選択図】図１
【解決手段】本発明は、ケーシング２内から試験深度付近まで押し込まれる回転ロッド３と、該回転ロッド３をケーシング２内で支持するためのセンターライザー４、４と、回転ロッド３を駆動回転させる載荷駆動装置５と、前記回転ロッド３先端に装着されるトルクメーター６と、このトルクメーター６にベーンシャフト７を介して取り付けられるベーンブレード８と、前記トルクメーター６からの電子情報をケーブル９の回線を通じて検出表示されるパーソナルコンピューター１０とから構成される。
【選択図】図１
Description
本発明は、原位置における地盤のベーンせん断試験装置に関する。詳しくはボーリン孔内において、ベーンの回転抵抗から主として軟弱地盤のせん断強度を測定する試験装置に係るものである。
従来、地盤の強度を調べるには、原位置から不撹乱状態で採取した供試体か、あるいはねり返した地盤試料を人口的に再堆積させた中実円盤形状の地盤材料の供試体を用意し、この供試体の中央断面を強制的にせん断する一面せん断試験装置が実用されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら原位置から不撹乱状態で採取した供試体、あるいははねり返した地盤試料を人口的に再堆積させた中実円盤形状の地盤材料の供試体を用意するには、ボーリング等によって供試体を採取し、これをせん断試験装置にセットして試験を行うために非常に手間がかかるとともに、地中における精度の高いせん断応力の測定が困難となる問題がある。
また、前述したせん断試験装置以外に、例えば図６に示すようなボアホール式原位置せん断試験装置がある。この試験装置は、ボーリングによって地中にケーシング１０１を埋め込み、このケーシング１０１内にベーンブレード１０２およびベーンシャフト１０３が先端に設けられた回転ロッド１０４を挿入してベーンブレード１０２を地盤の所定深度まで押し込める。
そしてケーシング１０１内には、回転ロッド１０３の偏心を防ぐためセンターライザー１０５を設け、更に前記回転ロッド１０４の上部には載荷装置１０５が取り付けられる。
この載荷装置１０５は図７に示すように、回転ロッド１０４に接続した目盛円盤１０６の外周にワイヤー１０７を取り付け、ハンドル１０８の回転によるウォームギヤ１０８でワイヤー１０７を引っ張ることによってベーンにトルクを与え、荷重計１０９によって引張り力を測定し間接的にトルクを求める。
この載荷装置１０５は図７に示すように、回転ロッド１０４に接続した目盛円盤１０６の外周にワイヤー１０７を取り付け、ハンドル１０８の回転によるウォームギヤ１０８でワイヤー１０７を引っ張ることによってベーンにトルクを与え、荷重計１０９によって引張り力を測定し間接的にトルクを求める。
このようなせん断試験装置では、地中に埋め込まれたベーンブレードを地上に設置されたトルク測定装置により強制的に回転させることで生ずるトルクを測定するものであるために、測定深度が深くなるにしたがって、ベーンブレード位置までのロッド全長の荷重およびロッドの摩擦が負荷されることにより測定誤差が大きくなる問題がある。
また、ハンドルを手動によってワイヤーを引っ張るギヤドライブ式トルク測定装置では、深度が深くなるにつれて、ベーンブレードにかかる負荷が大きくなり、ロッドに回転を与える可能深度に限界を生じる問題がある。
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであって、ロッドの荷重に影響を受けない個所にトルクメーターを設けることにより精度の高い測定を可能とするベーンせん断試験装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、本発明に係る原位置における地盤のベーンせん断試験装置は、地盤の試験深度直上まで挿入されるケーシング内からその先端にベーンブレードとベーンシャフトからなるベーンが装着される回転ロッドを押し込ませ、試験深度における前記ベーンブレードの回転抵抗から地盤のせん断強さを求めるせん断試験装置において、前記回転ロッドとベーンシャフトが前記ベーンブレードの回転抵抗を検出するトルクメーターを介して連結される。
ここで、トルクメーターをベーンシャフトの直上に設けることにより、試験深度付近において直接回転トルクが測定でき、回転ロッド重量や摩擦抵抗による測定誤差を解消することが可能となる。
また、前記回転ロッドは、載荷駆動装置に搭載される可変速モーターおよび減速ギヤーによって超緩速回転を可能とすることにより１°ごとに回転トルクの検出測定を行い、測定最大トルクを求めることにより安定したせん断試験が可能となる。
以上の構成よりなる本発明では、ベーンシャフトの直上にトルクメーターを装着することにより、試験深度の回転トルクが測定でき、せん断面に作用する実荷重検出によって正確度が向上する。
また、ロッドの摩擦抵抗を考慮しなくてよく、３０ｍ深度でも測定可能となり、回転動力はスピードコントロールモーターによって小型発電機で対応することができ、回転速度は１〜１０°／ｍｉｎ、回転角度は０．１°から読み取りが可能となる。
また、すべり面の厚さに応じた数種の高さおよび幅のベーンブレードを作成することによって、地中のすべり面の厚さに応じて正確な原位置ベーンせん断試験が実施することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参酌しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１は、本発明を適用した位置における地盤のベーンせん断試験装置の概要を示す説明図である。
図１は、本発明を適用した位置における地盤のベーンせん断試験装置の概要を示す説明図である。
ここで示すベーンせん断試験装置１は、地中Ａの試験深度直上３０〜５０ｃｍまで挿入されるケーシング２と、このケーシング２内から試験深度付近まで押し込まれる回転ロッド３と、該回転ロッド３をケーシング２内で支持するためのセンターライザー４、４と、回転ロッド３を駆動回転させる載荷駆動装置５と、前記回転ロッド３先端に装着されるトルクメーター６と、このトルクメーター６にベーンシャフト７を介して取り付けられるベーンブレード８と、前記トルクメーター６からの電子情報をケーブル９の回線を通じて検出表示されるパーソナルコンピューター（以下ＰＣと呼ぶ。）１０とから構成される。
そこで前記トルクメーター６は図２に示すように、調整された特殊鋼で作られた円柱形状の起歪体１１の外周面に溝部１２が刻設され、この溝部１２の周面にヒズミゲージ１３、１３が取り付けられ、このヒズミゲージ１３、１３間に伸縮により抵抗値が変化する金属抵抗体１４が張設される。
そして前記溝部１２の開口端には水が浸入しないためのカバーケース１５がオーリング１６介して装着される。また、前記金属抵抗体１４には回転ロッド３内に配線されたケーブル９に接続される。
このような機構のトルクメーター６の基端が回転ロッド３の先端の開口内に嵌入固定され、トルクメーター６の先端にはベーンシャフト７が連結され、回転ロッド３を載荷駆動装置５によって駆動回転させる際に、地中におけるベーンブレード８に抵抗が生じることにより前記起歪体１１にねじれが生じ、このねじれによって溝部１２の周面にヒズミゲージ１３、１３間の距離が伸びることで、このヒズミゲージ１３、１３間に張設された金属抵抗体１４が伸長して抵抗値が大きく変化し、この抵抗値の変化による電圧変位をケーブル９を通して地上におけるＰＣ１０に入力してトルク測定を行う。
次に載荷駆動装置５は図３および図４に示すように、ケーシング２上にアングル１７によって載置枠体１８が立設される。そして載置枠体１８上にテーブ架設され、このテーブル１９に回転ロッド３が遊貫状に挿通され、この回転ロッド３を掴持するためのスクロールチャック２０が前記テーブル１９の上下位置に配置される。
また、前記テーブル１９下部のスクロールチャック２０は載置枠体１８に取り付けられ軸受部２１によって回転自在な状態で支持される。この被動ギヤー２２の回転によりスクロールチャック２０に掴持される回転ロッド３が回転する機構とするものである。
そこで載置枠体１８の下面にはウォーム減速機２３および可変速モーター２４が併設され、前記可変速モーター２４の駆動軸およびにウォーム減速機２３の回転軸に装着されるそれぞれのタイミングプーリー２５が伝達ベルト２６によって連動される。
前記ウォーム減速機２３の出力軸には伝達シャフト２７を介して前記被動ギヤー２２に歯合する駆動ギヤー２８が連結される。また、前記伝達シャフト２７は載置枠体１８上面に設けられる軸受２９によって回転自在な状態で支持される。
また、前記テーブル１９上にはスクロールチャック２０とともに回転する目盛板３０が装着され、この目盛板３０の目盛を指針する指示針３１が前記テーブル１９上に取り付けられる。
なお、前記目盛板３０は指示針３１に対して０目盛に合せられるように回動調整ができる機構とする。
なお、前記目盛板３０は指示針３１に対して０目盛に合せられるように回動調整ができる機構とする。
いっぽう、ベーン回転角度の検出は、前記被動ギヤー２２に角度検出ギヤー３２を歯合させ、前記角度検出ギヤー３２にポテンションメーター３３を直結して抵抗値を検出し、ポテンションメーター変換器（図示せず。）によりアナログ電圧に変換し、これらのデータがケーブルを通してＰＣ１０によりデジタル表示されることによりベーン回転角を計測する。
なお、角度分解能をあげるため、歯車比５：１とした。
なお、角度分解能をあげるため、歯車比５：１とした。
前記ベーンブレード８の形状は、図５（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）にそれぞれ示すように、地すべり面粘土や斜面崩壊のすべり面粘土は特に厚くないので標準タイプの幅５ｃｍ×高さ１０ｃｍ、特殊型の幅７ｃｍ×高さ２ｃｍ、幅４ｃｍ×高さ４ｃｍ、幅４ｃｍ×高さ８ｃｍ、幅４ｃｍ×高さ２ｃｍなど、ブレード厚さ２．５〜２．０ｍｍ、ベーンシャフトは径１６ｍｍとし、材質はステンレス製ｓｕｓを使用し、ベーンロッドは径１０〜１６ｍｍのｓｕｓを使用した。また、パイロット調査で判明した地すべり面厚さに応じて、ベーンブレードを適宜取り替えて使用することができるようにした。
以上の構成よりなる本発明のベーンせん断試験装置１では、図１に示すように回転ロッド３の回転摩擦を避けるためにケーシング２を試験深度直上３０〜５０ｃｍまで挿入する。
前記ケーシング２内に、その先端側にトルクメーター６、ベーンシャフト７およびベーンブレード８が取り付けられた回転ロッド３を挿入し、ケーシング２下端からはボーリングマシン（図示せず。）の油圧によって地中Ａ内に押し込む。
前記ケーシング２内に、その先端側にトルクメーター６、ベーンシャフト７およびベーンブレード８が取り付けられた回転ロッド３を挿入し、ケーシング２下端からはボーリングマシン（図示せず。）の油圧によって地中Ａ内に押し込む。
次に、ケーシング２上下にセンターライザー４、４を配置して回転ロッド３を回転自在な状態で支持する。さらに、ケーシング２上に突出する回転ロッド３の基端を、載荷駆動装置５のスクロールチャック２０に挿入し、回転ロッド３を掴持する。
この載荷駆動装置５では、負荷変動に対して安定した回転速度を得るために、可変速モーター２４はトルク一定型ＤＣブラシレス可変速モーターを採用し、また超緩速せん断に対応できるようにモーターとそれに直結した減速ギヤーヘッドとの間にユニットタイプ中間ギヤーヘッド（図示せず。）を装着できるようにした。これにより０．００４５〜０．０８４６／ｍｉｎ（モーター出力回転数０．００５〜０．０９４ｒ．ｐ．ｍ）の超緩速回転ができるため、残留せん断強度も測定可能となる。
そこで回転ロッド３を回転させてトルクメーター６によりトルクが検知されてＰＣ１０に表示された時点で回転を止め、目盛板３０の目盛を指示針３１に対して０に合せるとともに、ポテンションメーター３３に直結した角度検出ギヤー３２および駆動ギヤー２８を操作して、デシタル角度表示器を０に設定して測定を開始する。
ここで、乱さない土の測定においては、回転ロッド３を回転させてベーンブレード８を回転させる。この場合に円柱形状の起歪体から構成されるトルクメーター６によってベーンブレード８の回転によるトルクの発生に伴うねじれにより抵抗値が変化し、この抵抗値の変化による電圧変位をケーブル９を通して地上におけるＰＣ１０に入力してトルク測定を行う。
この場合の回転速度は０．１〜０．２°／ｓ（６〜１２°／ｍｉｎ）を標準とする。１°ごとにトルク測定装置の指示値を読み取り、最大値が得られるまで試験を続け測定最大トルクを求める。
また、乱した土の測定においては、ベーンブレード８を急速に１０回以上回転させた後、トルクを測定する。トルク測定値の指示値が一定になったときの値を読み取り、乱した土についての測定最大トルクを求める。
このように本発明のベーンせん断試験装置では、ベーンシャフトの直上にトルクメーターを装着することにより、試験深度の回転トルクが測定でき、回転ロッドの摩擦抵抗を考慮しなくて良い。また、回転動力はスピードコントロールモーターで小型発電機で対応でき、回転速度は１〜１０°／ｍｉｎ、回転角度は０．１°から読み取り可能である。さらに、地すべり地では、あらかじめ地すべり面深度が予想できれば、地すべり面の厚さに応じてベーンブレードを選択することができる。
１ ベーンせん断試験装置
２ ケーシング
３ 回転ロッド
４ センターライザー
５ 載荷駆動装置
６ トルクメーター
７ ベーンシャフト
８ ベーンブレード
９ ケーブル
１０ パーソナルコンピューター（ＰＣ）
１１ 起歪体
１２ 溝部
１３ ヒズミゲージ
１４ 金属抵抗体
１５ カバーケース
１６ オーリング
１７ アングル
１８ 載置枠体
１９ テーブル
２０ スクロールチャック
２１ 軸受部
２２ 被動ギヤー
２３ ウォーム減速機
２４ 可変速モーター
２５ タイミングプーリー
２６ 伝達ベルト
２７ 伝達シャフト
２８ 駆動ギヤー
２９ 軸受
３０ 目盛板
３１ 指示針
３２ 角度検出ギヤー
３３ ポテンションメーター
２ ケーシング
３ 回転ロッド
４ センターライザー
５ 載荷駆動装置
６ トルクメーター
７ ベーンシャフト
８ ベーンブレード
９ ケーブル
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１１ 起歪体
１２ 溝部
１３ ヒズミゲージ
１４ 金属抵抗体
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２２ 被動ギヤー
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２７ 伝達シャフト
２８ 駆動ギヤー
２９ 軸受
３０ 目盛板
３１ 指示針
３２ 角度検出ギヤー
３３ ポテンションメーター
Claims (4)
- 地盤の試験深度直上まで挿入されるケーシング内からその先端にベーンブレードとベーンシャフトからなるベーンが装着される回転ロッドを押し込ませ、試験深度における前記ベーンブレードの回転抵抗から地盤のせん断強さを求めるせん断試験装置において、
前記回転ロッドとベーンシャフトが前記ベーンブレードの回転抵抗を検出するトルクメーターを介して連結される
ことを特徴とする原位置における地盤のベーンせん断試験装置。 - 前記回転ロッドが地上に設置された載荷駆動装置によって駆動回転される
ことを特徴とする請求項１記載の原位置における地盤のベーンせん断試験装置。 - 前記回転ロッドは、載荷駆動装置に搭載される可変速モーターおよび減速ギヤーによって超緩速回転可能とされる
ことを特徴とする請求項２記載の原位置における地盤のベーンせん断試験装置。 - 前記トルクメーターにより検出される回転トルクは、前記回転ロッド内に通されるケーブルによって地上の配置されるコンピュターにより測定される
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の原位置における地盤のベーンせん断試験装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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2006
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