JP2007147315A - 三軸圧密透水試験装置及び試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】三軸圧密透水試験装置において、複数の供試体について試験時間を短縮できるようにする。
【解決手段】供試体Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、…を収容した複数の供試体セル１５を単一の三軸セル１４に配置して三軸セル１４を密閉する。加圧給水手段１６によって三軸セル１４内に加圧水を供給して圧力室２５内を所定圧力に加圧する。この状態で、スタンドパイプ１７によって複数の供試体セル１５のそれぞれに通水して、供試体セル１５からの排水を越流水槽１８に収集する。越流水槽１８の越流水面及び各スタンドパイプ１７の水位に基づいて供試体Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、…の透水係数を求める。このようにして、複数の供試体Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、…について、三軸応力状態下において同時に透水試験を行うことができ、試験時間を短縮することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、実地盤に近い三軸応力状態の下で供試体である土の透水性を測定するための三軸圧密透水試験装置及び試験方法に関するものである。

地盤調査においては、実地盤に即して土の性状を把握することが重要である。実験室ににおいて、実地盤に近い三軸応力状態の下で供試体の透水性を測定する技術として、三軸圧密透水試験装置を用いた透水試験方法が知られている。従来の三軸圧密透水試験装置による透水試験方法について、図３を参照して説明する。

図３に示すように、従来の三軸圧密透水試験装置１は、密閉された三軸セル２と、三軸セル２内に配置されて供試体３（土、改良土等）を収容する単一の供試体セル４と、三軸セル２内に加圧水を供給するための加圧給水手段５と、供試体セル４に通水するためのスタンドパイプ６（ビュレット）と、供試体セル３からの排水を受けるための越流水槽７とを備えている。

供試体セル４は、供試体３の両端部に多孔質のペデスタル８、９介して下部キャップ１０及び上部キャップ１１を取付け、これらの側部をゴム膜１２で覆ったものである。供試体セル４の下部キャップ１０にスタンドパイプ６が接続され、上部キャップ１１には、越流水槽７が接続されている。加圧給水手段５は、加圧源及び圧力制御手段を備えており、三軸セル２内に加圧水を供給して三軸セル２内の圧力を一定に調整できるようになっている。スタンドパイプ６は、一定の断面積を有し、水位の変化に基づいて通水した水の体積を測定することができようになっている。越流水槽７は、オーバーフローによって一定の水位（越流水面）を維持することができるようになっている。

次に、三軸圧密透水試験装置１を用いた透水試験方法について説明する。
供試体３を収容した供試体セル４を三軸セル２内に配置し、加圧給水手段５によって加圧水を供給して三軸セル２内を一定圧力で加圧する。この状態でスタンドパイプ６から供試体セル４へ通水し、供試体３を通過した水を越流水槽７へ排水させ、オーバーフローによって越流水槽７の水位を一定に維持する。そして、一定時間に生じる越流水槽７とスタンドパイプ６との水位差ｈ０、ｈ１を測定し、その水位差の変化（ｈ０−ｈ１）に基づいて供試体３の透水係数を求める。

このようにして、実地盤に近い三軸応力状態の下で透水試験を行うことができ、実地盤に即した供試体３の性状を正確に把握することができる。このとき、三軸セル２内の加圧水の圧力によって、供試体セル４のゴム膜１２が供試体３の側面に押付けられて密着するので、供試体３の周面に沿った漏水を少なくすることができ、正確な測定を行うことができる。なお、三軸圧密透水試験に関する先行技術については、例えば特許文献１に開示されている。
特開平５−２１５７４７号公報

しかしながら、上記従来の三軸圧密透水試験装置では、次のような問題がある。細粒土あるいは止水を目的とした改良土等の難透水性の供試体についての透水試験は、非常に時間がかかるため、多くの供試体について透水試験を行う必要がある場合、個々の供試体について順次、試験を行っていたのでは膨大な時間を費やすことになり、工期遅れの原因となる。そこで、複数の三軸圧密透水試験装置を用いて並列的に透水試験を行うことが考えられるが、試験設備に相当のコストがかかることになり問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、三軸応力状態の下で、複数の供試体について、同時に透水試験を行うことができる低コストの三軸圧密透水試験装置及び試験方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係る三軸圧密透水試験装置は、単一の圧力容器と、供試体を収容して前記圧力容器内に配置される複数の供試体セルと、前記圧力容器内に加圧水を供給して該圧力容器内を加圧する加圧手段と、前記複数の供試体セルにそれぞれ通水する通水手段と、該通水手段によって前記供試体セルに通水された水の流量を測定する測定手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明に係る三軸圧密透水試験装置は、上記請求項１の構成において、前記複数の供試体セルは、異なる寸法の供試体を収容することを特徴とする。
請求項３の発明に係る三軸圧密透水試験装置は、上記請求項１又は２の構成において、前記圧力容器の底部には、前記通水手段によって前記複数の供試体セルのそれぞれに通水するための複数の通水管路が設けられ、前記複数の供試体セルには、前記複数の通水管路に接続する接続部が設けられ、該接続部は、前記供試体セルの中心から偏心して配置されていることを特徴とする。
請求項４の発明に係る三軸圧密透水試験方法は、単一の圧力容器内に、供試体を収容した複数の供試体セルを配置し、前記圧力容器内に加圧水を供給して該加圧容器内を加圧し、その圧力によって三軸応力状態下にある前記複数の供試体セルにそれぞれ通水して透水試験を行うことを特徴とする。

請求項１の発明に係る三軸圧密透水試験装置によれば、単一の圧力容器内で複数の供試体セルを同時に加圧し、同時に通水することができるので、複数の供試体に対して同時に通水試験を行うことができ、試験効率を高めて工期を短縮することが可能になる。
請求項２の発明に係る三軸圧密透水試験装置によれば、異なる寸法の供試体に対して同時に通水試験を行うことができる。
請求項３の発明に係る三軸圧密透水試験装置によれば、供試体セルの接続部を偏心して配置したので、複数の供試体セルの回転位置を適宜調整することにより、これらを互いに干渉させることなく、効率よく配置することができる。
請求項４の発明に係る三軸圧密透水試験方法によれば、単一の圧力容器内で複数の供試体セルを同時に加圧し、同時に通水して、複数の供試体に対して同時に通水試験を行うことができるので、試験効率を高めて工期を短縮することが可能になる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る三軸圧密透水試験装置１３は、密閉された単一の三軸セル１４（圧力容器）と、三軸セル１４内に収容される複数（図示のものでは１０個）の供試体セル１５と、三軸セル１４内に加圧水を供給するための加圧給水手段１６（加圧手段）と、各供試体セル１５にそれぞれ通水するための複数（図１には３個のみ示す）のスタンドパイプ１７（通水手段、測定手段）と、複数の供試体セル１５からの排水を受けるための越流水槽１８とを備えている。

三軸セル１４は、透明な合成樹脂からなる円筒状の側板１９の両端部に、シール部材２０を介して下部ベース板２１（三軸セルの底部）及び上部ベース板２２が取付けられ、上部ベース板２１と下部ベース板２２とがテンションボルト２３及びナット２４によって結合されて、内部に密閉された圧力室２５が形成されている。下部ベース板２１には、供試体セル１５とスタンドパイプ１７とを接続する複数の通水管路２６及び加圧給水手段１６に接続される給水管路２７が液密的に挿通されている。また、上部ベース板２２には、越流水槽１８と複数の供試体セル１５とを接続する排水管路２８が液密的に挿通されている。

供試体セル１５は、円柱状に成形された供試体Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、…のそれぞれの両端部に、多孔質のペデスタル２９、３０を介して下部キャップ３１及び上部キャップ３２を取付け、これらの側部をゴム膜３３で覆ったものであり、下部キャップ３１及び上部キャップ３２とゴム膜３３との間は、シールバンド３４によってシールされている。下部キャップ３１には、通水管路２６が接続され、上部キャップ３２には、排水管路２８が接続されており、スタンドパイプ１７の水が通水管路２６からペデスタル２９を介して供試体Ｗに通水され、ペデスタル３０を介して排水管路２８へ排水されるようになっている。供試体セル１５に接続される通水管路２６及び排水管路２８は、複数の供試体セル１５が互いに干渉することなく、また、側板１９に干渉することなく配置できるように、下部ベース板２１及び上部ベース板２２上に適当な間隔をもって配置されている。

加圧給水手段１６は、加圧源及び圧力制御手段を備えており、給水管路２７を通して三軸セル１４の圧力室２５に加圧水を供給して圧力室２５の圧力を一定に調整できるようになっている。スタンドパイプ１７は、一定断面積の部分を有するビュレットであり、通水管路２６を通して供試体セル２６へ通水すると共に、その水位の変化に基づいて、通水した水の体積（流量）を測定することができようになっている。越流水槽１８は、排水管路２８を通して供試体セル１５からの排水を収集し、オーバーフローによって一定の水位（越流水面）を維持することができるようになっている。

次に、三軸圧密透水試験装置１３を用いた透水試験方法について説明する。
現場から採取した土を円柱状に形成したもの、あるいは、止水等の目的に応じて土に石灰、セメント等の安定処理材を添加して円柱状に成形、固化させた改良土等の性状の異なる複数の供試体Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、…をそれぞれ供試体セル１５に収容する。これらの供試体Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、…を収容した複数の供試体セル１５を３軸セル１４内に配置し、それぞれの供試体セル１５に通水管路２６及び排水管路２８を接続し、三軸セル１４をテンションボルト２３及びナット２４によって密閉する。加圧給水手段１６によって三軸セル１４内に加圧水を供給して、圧力室２５内を所定圧力に加圧する。この状態で、複数のスタンドパイプ１７から通水管路２６を通してそれぞれの供試体セル１５に通水し、供試体Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を通過した水を排水管路２８を通して越流水槽１８へ排水し、越流水槽１８をオーバーフローさせて、越流水槽１８の水位（越流水位）を一定に維持する。そして、一定時間にわたって、越流水層１８とそれぞれのスタンドパイプ１７との水位差Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、…を測定し、その水位差の変化Ｈ０−Ｈ１、Ｈ０−Ｈ２、Ｈ０−Ｈ３、…に基づいて、それぞれの供試体Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、…の透水係数を求める。

このようにして、複数の供試体Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、…について、実地盤に近い三軸応力状態下において、同時に透水試験を行うことができ、実地盤に即した供試体Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、…の性状を正確かつ迅速に測定することができる。このとき、三軸セル１４内の加圧水の圧力によって、供試体セル１５のゴム膜３３が供試体Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、…の側面に押付けられて密着するので、供試体Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、…の周面に沿った漏水を少なくすることができ、正確な測定を行うことができる。本実施形態では、三軸セル１４内に１０個の供試体セル１５を配置して同時に透水試験を行うことができるので、三軸セル内に１つのみの供試体セルを配置する従来のものに比して、試験時間を１０分の１に短縮することが可能になる。また、単一の三軸セル１４内に複数の供試体セル１５を配置する構造としたことにより、従来の複数の三軸圧密透水試験装置を用いる場合に比して、大幅に設備コストを低減することができる。

なお、上記実施形態において、重錘等を用いて三軸セル１４内の供試体セル１５に適宜軸方向の荷重を付与し、供試体Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、…に作用する応力状態を必要に応じて変化させるようにしてもよい。また、上記実施形態では、同一形状の複数の供試体Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、…を用いた場合について説明しているが、異なる寸法の供試体を用いることもできる。この場合、図２中に仮想線で示すように、大径の供試体Ｗ５´、Ｗ９´、Ｗ１０´に対して、供試体セル１５の下部キャップ３１及び上部キャップ３２の通水管路２６及び排水管路２８の接続部を供試体セル１５の中心から偏心させて配置し、適宜その回転位置を調整することより、三軸セル１４の下部ベース板２１及び上部ベース板２２側の通水管路２６及び排水管路２８の配置を変更しなくても、大径の供試体Ｗ５´、Ｗ９´、Ｗ１０´を互いに干渉させることなく、また、側板１９に干渉させることなく、効率よく配置することができる。

本発明の一実施形態に係る三軸圧密透水試験装置の図２における三軸セルのＡ−Ａ線による縦断面を含む概略図である。 図１に示す三軸圧密透水試験装置における三軸セル上の複数の供試体セルの配置を示す概略平面図である。 従来の三軸圧密透水試験装置の概略図である。

符号の説明

１３ 三軸圧密透水試験装置、１４ 三軸セル（圧力容器）、１５ 供試体セル、１６ 加圧給水手段（加圧手段）、１７ スタンドパイプ（通水手段、測定手段）、２６ 通水管路、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、… 供試体

Claims (4)

1. 単一の圧力容器と、供試体を収容して前記圧力容器内に配置される複数の供試体セルと、前記圧力容器内に加圧水を供給して該圧力容器内を加圧する加圧手段と、前記複数の供試体セルにそれぞれ通水する通水手段と、該通水手段によって前記供試体セルに通水された水の流量を測定する測定手段とを備えたことを特徴とする三軸圧密透水試験装置。
2. 前記複数の供試体セルは、異なる寸法の供試体を収容することを特徴とする請求項１に記載の三軸圧密透水試験装置。
3. 前記圧力容器の底部には、前記通水手段によって前記複数の供試体セルのそれぞれに通水するための複数の通水管路が設けられ、前記複数の供試体セルには、前記複数の通水管路に接続する接続部が設けられ、該接続部は、前記供試体セルの中心から偏心して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の三軸圧密透水試験装置。
4. 単一の圧力容器内に、供試体を収容した複数の供試体セルを配置し、前記圧力容器内に加圧水を供給して該加圧容器内を加圧し、その圧力によって三軸応力状態下にある前記複数の供試体セルにそれぞれ通水して透水試験を行うことを特徴とする三軸圧密透水試験方法。
   

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