JP3684376B2

JP3684376B2 - 現場せん断試験機

Info

Publication number: JP3684376B2
Application number: JP2001053147A
Authority: JP
Inventors: 哲朗山本; 素之鈴木; 雅裕友則; 壱章三浦
Original assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION YAMAGUCHI UNIVERSITY
Current assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION YAMAGUCHI UNIVERSITY
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2021-01-22
Also published as: JP2002212938A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜面表層土等のせん断強度を測定するせん断試験機に関し、詳細には原地盤に直立柱状に切り出し成形された供試体にせん断箱を装着し、原位置の土粒子構造を保持した状態でせん断強度を測定する現場せん断試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集中豪雨、地震等による斜面崩壊、地滑等を未然に防止するために、斜面表層土等のせん断強度をせん断試験機で測定し、測定結果に基づいて斜面崩壊の安定性を検討するとともに、対策工の設計で用いる強度定数の妥当性を判断することが行なわれている。
【０００３】
ところで、せん断試験機において、せん断強度を精度良く測定するためには原位置の土粒子構造を保持した状態で直接測定することが好ましく、原地盤に直立柱状に切り出し成形された供試体にせん断箱を装着してせん断強度を測定する現場せん断試験機が各種提案されている。現場せん断試験機としては、供試体に１つのせん断箱を装着し、垂直力載荷手段により供試体の頭部全面に所定の垂直力を付与した状態でせん断箱をせん断力載荷手段で水平移動し、原地盤とせん断箱との間で供試体をせん断する一面せん断形式のものが主流であつた。ところが、せん断中における水平反力を付与するために、せん断力載荷手段を供試体の周囲に掘つた孔の壁又は押え板で支持し、また垂直力載荷手段による垂直反力を付与するために、垂直力載荷手段を鉄塊やコンクリート等の錘によつてかけたり、パワーシヨベルで押え込んだり、アースアンカーで地盤に固定する等が行なわれていた。そのため、現場せん断試験機を設置するための付属設備は大規模で広い場所が必要であり、設置作業に多大の時間、労力、費用等を要する等の問題点があつた。
【０００４】
そこで、例えば特開平８−２４７９１３号公報に記載のように、せん断箱が供試体を通す開口部を設けた基盤に案内部材で水平方向に案内支持され、せん断力載荷手段が基盤に設けられた固定壁で支持され、垂直力載荷手段が基盤に設けられた反力支持体で支持された一面せん断形式の現場せん断試験機が提案されている。また、土と基礎、Ｖｏｌ．３１、Ｎｏ．２の第２７〜３１頁及び第２３回土質工学研究発表会（昭和６３年６月）研究論文集第１７５５〜１７５６頁に記載のように、せん断箱が下部せん断箱、中間せん断箱及び上部せん断箱からなり、下部せん断箱と上部せん断箱とが上部せん断箱が上下動自在にコ字型枠で連結され、中間せん断箱がせん断力載荷手段に連結され、せん断力載荷手段がコ字型枠に支持され、垂直力載荷手段がせん断箱を跨いで設置された鋼製枠に設けられ、中間せん断箱を水平移動することにより中間せん断箱と下部せん断箱及び上部せん断箱との間でせん断する二面せん断形式の現場せん断試験機が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来の一面せん断形式の現場せん断試験機については、水平反力及び垂直反力のいずれをも基盤により付与することになるため、基盤の寸法、重量等が大きくなり、設置作業の空間、時間、労力、費用等を十分に減少することは難しい。また、基盤とせん断箱とを一緒に供試体に装着するため、供試体を壊さぬように装着せねばならず、その装着作業に多大の時間、労力等を要する。
【０００６】
一方、前記従来の二面せん断形式の現場せん断試験機については、鋼製枠が３段重ねのせん段箱を跨いで設置され、鉄塊を載せて垂直反力を付与することから、鋼製枠の寸法、重量等が大きくなり、設置作業の時間、労力等を十分に減少することは難しい。また、中間せん断箱が案内支持されていないため水平なせん断面が得難く、せん断中に供試体が膨張するときには上部せん断箱が上動するため垂直応力に誤差を生じやすく、中間せん断箱と下部せん断箱及び上部せん断箱とが接触しているため発生する摩擦力によりせん断応力に誤差を生じやすい等により、測定精度が必ずしも良好とはいい難い。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点を解消するためになされたもので、その課題は、測定精度に悪影響を及ぼす因子を減少し、設置作業を簡単かつ迅速になし得る現場せん断試験機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、原地盤に直立柱状に切り出し成形された供試体に下部せん断箱及び上部せん断箱を装着し、垂直力載荷手段により供試体の頭部全面に所定の垂直力を付与した状態で下部せん断箱をせん断力載荷手段で水平に移動し、供試体を下部せん断箱と原地盤及び上部せん断箱との間でせん断し、供試体のせん断強度を直接測定する現場せん断試験機であつて、下部せん断箱が供試体の周囲に水平に設置されたせん断力載荷枠に水平方向に案内支持され、上部せん断箱が下部せん断箱と接触しないように間隙を空けてせん断力載荷枠に固定設置され、せん断力載荷手段が下部せん断箱とせん断力載荷枠とを連結して設置され、垂直力載荷手段がせん断力載荷枠に固定された垂直力載荷枠に設置されていることを特徴としている。
【０００９】
せん断力載荷枠は、スクリユーアンカ又は押圧板を有する溝付き杭で原地盤に固定保持するようになつていることが好ましい。上部せん断箱は、ボルトとナツトとからなる上下調節兼固定手段によりせん断力載荷枠に固定設置されていることが好ましい。また、せん断力載荷枠は、下部せん断箱を水平に案内支持する前後一対の案内支持枠部とせん断力載荷手段を支持する水平反力支持枠部とを互いに平行に配置し、これらを左右一対の縦枠部によりボルトで固定連結し、全体形状が矩形状になつていることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図に基づいて説明する。図において、１は供試体で、原地盤に直立柱状に切り出して成形されている。２は現場せん断試験機、３は下部せん断箱、４は上部せん断箱、５はせん断力載荷枠である。せん断力載荷枠５は、下部せん断箱３を水平に案内支持する前後一対の案内支持枠部６、後述するせん断力載荷手段１７を支持する水平反力支持枠部７とこれらを連結する左右一対の縦枠部８とからなり、図２に示すように全体形状が矩形に組立てられている。せん断力載荷枠５の組立は、図６の（ａ）に示すように供試体１に下部せん断箱３を装着した後に、図６の（ｂ）に示すように下部せん断箱３の前後に突出して設けられた各一対の案内棒９に案内スリーブ１０が係合するように前後の案内支持枠部６を設置し、図６の（ｃ）に示すように各案内支持枠部６に設けられたボルト１１、上部ナツト１２及び下部ナツト１３とからなる上下調節兼固定手段１４により上部せん断箱のＬ字状の取付板１５を取付け、図６の（ｄ）に示すように下部ナツト１３を緩めて上部せん断箱４を下部せん断箱３に接触するように下げ、ロツキングボルト１６で下部せん断箱３と上部せん断箱４とを締め付け固定し、上部ナツト１２を下げ下部ナツト１３を上げて取付板１５を固定する。しかる後、せん断力載荷手段１７の前端が後方の案内支持枠部６を貫通して下部せん断箱３に係合するように水平反力支持枠部７を設置し、左右一対の縦枠部８を各枠部６，７にボルト１８で固定し、矩形に組立てる。なお、上部せん断箱４の高さは、下部せん断箱３よりも低く、例えば下部せん断箱３の４０パーセント程度に設定されている。上部せん断箱４は、Ｌ字状の取付板１５の垂直部にボルト１９とナツト２０により固定され、下部せん断箱３と合致するように調節可能になつている。
【００１１】
せん断力載荷手段１７は、せん断力を発生させるスクリユージヤツキ２１と下部せん断箱３に係合しせん断力を伝達する押圧部２２との間にせん断力測定用力計２３が設けられてなり、ハンドル２４でスクリユージヤツキ２１を作動させることにより下部せん断箱３に付与されるせん断力をせん断力測定用力計２３で計測するようになつている。２５は、下部せん断箱３の水平変位を示す水平変位触子で、図２に示すように水平変位計２６が水平変位触子２５に当接するようにせん断力載荷枠の縦枠部８に取付けられている。
【００１２】
２７は垂直力載荷枠で、溝型材で下向きにコ字状に一体に形成され、せん断力載荷枠５を組立てた後に図３に示すように上部せん断箱４を跨ぎ各下端部をせん断力載荷枠の縦枠部８にボルト２８で固定して設置されている。２９は垂直力載荷手段で、油圧ジヤツキの油圧作動部３０と供試体１の頭部全面に当接し垂直力を伝達する加圧板３１との間に垂直力測定用力計３２が設けられてなり、油圧ジヤツキの油圧発生部（図示せず）を作動させることにより供試体１に付与される垂直力を垂直力測定用力計３２で計測するようになつている。そして、垂直力載荷手段２９は加圧板３１が上部せん断箱４の直上で供試体１の頭部全面と合致するように垂直力載荷枠２７に取付けられている。加圧板３１には複数の排水孔（図示せず）が上下貫通状に設けられ、加圧時に供試体１から出る水分を排出するようになつている。３３は、供試体１の垂直変位を示す垂直変位触子で、図１及び図３に示すように垂直力変位計３４が垂直変位触子３３に当接するように垂直力載荷枠２７に取付けられている。
【００１３】
３５は、せん断力載荷枠５を地盤に固定するスクリユーアンカーで、垂直力載荷枠２７をせん断力載荷枠５に取付けた後にせん断力載荷枠の縦枠部８の両端に設けられた筒状の固定部３５に挿入し、レンチで回転して地盤にねじ込み、図１に示すように所定量ねじ込んだ後にフランジ状のストツパー３７を装着し、スクリユーアンカー３５の上部側に刻設されたねじ（図示せず）にアンカー用ナツト３８をねじ込み、ストツパー３７の上面に当接させて締め付けることにより設置される。スクリユーアンカー３５は、地盤に強固に保持され、垂直反力を十分に付与することができる。なお、図８に示すように頭部に押圧板４０を有する溝付杭３９であつてもよい。この溝付杭３９は、スクリユーアンカー３５の貫入が困難な場合に使用し、押圧板４０でせん断力載荷枠の縦枠部８を押圧保持するように地盤に打ち込んで設置される。
【００１４】
本発明の実施形態は、上記のように構成されており、その作用を試験方法とともに説明する。供試体１を切り出し、現場せん断試験機２を設置する箇所が水平になるように豊浦標準砂を敷き、前記したように図６に示す過程で上部せん断箱４を設置して下部せん断箱３と上部せん断箱４とをロツキングボルト１６で固定した後、上部せん断箱４からはみ出ている箇所をへらで取り除き、隙間に削りかすを入れ、はけで仕上げる。次に、前記したようにせん断力載荷手段１７の設置、せん断力載荷枠５の組立、垂直力載荷枠２７の取付、スクリユーアンカー３５によるせん断力載荷枠５の固定を順次行い、油圧ジヤツキの油圧発生部と油圧作動部３０とを連結し、水平変位計２６及び垂直変位計３４を前記のように取付ける。以上により準備過程が終了し、圧密過程を行う。
【００１５】
圧密過程においては、下部せん断箱３と上部せん断箱４とは図１〜４に示すようにロツキングボルト１６で締め付けて固定され、供試体１の試料が下部せん断箱３と上部せん断箱４との間から漏れないようになつている。供試体１の加圧面にろ紙（図示せず）を載せ、油圧ジヤツキの油圧発生部（図示せず）を静かに手動で作動するとともに、垂直力測定用力計３２を人力で上方に支えながらゆつくりと下ろし、垂直力測定用力計３２の目盛が僅かに動き始める位置で一旦止め、垂直力測定用力計３２の目盛をゼロに設定する。次に、所定の拘束圧を載荷して圧密時間を設定し、垂直変位計３４の初期値を読み、その後垂直変位計３４を１００分の１ｍｍ単位で読み記録する。なお、圧密時間中は、常に拘束圧が定圧状態になるように油圧ジヤツキの油圧発生部（図示せず）を調整する。
【００１６】
圧密過程が終了した後、せん断過程を行う。下部せん断箱３と上部せん断箱４とは、圧密過程終了時には図４に示すようにロツキングボルト１６で締め付け固定された状態であるが、せん断過程においては下部せん断箱３が上部せん断箱４と接触して摩擦力を生じないように、図５に示すように間隙を空ける。先ず、上下調節兼固定手段の上部ナツト１２を緩め、ロツキングボルト１６の頭頂面と上部せん断箱４の上面との距離がロツキングボルト１６の頭の厚さと間隙寸法との和になるようにノギスで測定しながらロツキングボルト１６を緩める。次に、上下調節兼固定手段の下部ナツト１３を上昇し、上部せん断箱４の上面をロツキングボルト１６の頭の下面に当接させ、上下調節兼固定手段の上部ナツト１２を締め付けて上部せん断箱４を固定する。前記間隙の調整を終了した後、ロツキングボルト１６を抜き取り、せん断力載荷手段１７を作動してせん断を開始する。ハンドル２４をゆつくり回してスクリユージヤツキ２１を前進作動させ、せん断力測定用力計２３と水平変位計２６の目盛が僅かに動き始める位置で一旦止め、せん断力測定用力計２３と水平変位計２６をゼロに設定する。そして、垂直力載荷手段２９により供試体１に所定の拘束圧をかけた後に垂直変位計３４の初期値を読み、所定のせん断速度でせん断を開始し、せん断変位に応じたせん断力及び垂直変位を順次記録し、せん断の打ち切り変位に到達した時にスクリユージヤツキ２１を停止する。その際、供試体１は、例えば図７に示すように、下部せん断箱３と地盤及び上部せん断箱４との間の二面でせん断される。各せん断面は、下部せん断箱３が案内支持枠部６で案内され水平に移動し、上部せん断箱４が案内支持枠部６に固定され上下動しないため、ほぼ規定の水平面になる。また、上部せん断箱４が下部せん断箱４と間隙を明けて固定設置されているため、下部せん断箱３と上部せん断箱４とで摩擦力が生ぜず、せん断力載荷手段１７によるせん断力が正確に伝達され、水平変位も正確に現れる。圧密過程及びせん断過程においては、垂直力載荷手段２９により供試体１に垂直力が付与されているが、垂直力載荷枠２７がせん断力載荷枠５に一体に固定され、せん断力載荷枠５がスクリユーアンカー３５で地盤に固定され、スクリユーアンカー３５がアンカー用ナツト３８で引き上げ方向に締め付け固定されているため、スクリユーアンカー３５により十分な垂直反力が付与され、供試体１に適切に垂直力を作用させることができる。なお、拘束圧は、せん断中一定になるように油圧ジヤツキの油圧発生部（図示せず）により調整する。
【００１７】
せん断過程を終了した後、現場せん断試験機２を解体する。解体作業の手順は次の通りである。せん断力載荷手段１７のハンドル２４を回しスクリユージヤツキ２１を後退作動させ、元に戻す。垂直力載荷手段２９の油圧ジヤツキの油圧発生部（図示せず）のエアコツクを緩め、垂直力測定用力計３２を引き上げて元の位置に戻し、エアコツクを締める。垂直変位計３４と水平変位計２６を取り外し、スクリユーアンカー３５をアンカー用ナツト３８及びストツパー３７を装着したまま逆回しして抜いて固定部３６から取り外す。油圧ジヤツキの油圧発生部（図示せず）と油圧作動部３０との連結を解く。次に、垂直力載荷枠２７をせん断力載荷枠５から取り外し、せん断力載荷枠５を解体する。縦枠部８と案内支持枠部６及び水平反力支持枠部７とのボルト１８を抜き、縦枠部８を取り外す。そして、水平反力支持枠部７をせん断力載荷手段１７と一体に下部せん断箱３から取り除く。上下調節兼固定手段１４の上部ナツト１２を取り外し、上部せん断箱４を取り除き、上部せん断箱４内の試料を持ち帰る。案内支持枠部６を下部せん断箱３から取り外すことにより、下部せん断箱３のみが残り、解体が終了する。下部せん断箱３内の試料も持ち帰る。以上のように、せん断力載荷枠５、垂直力載荷枠２７、上部せん断箱４及び下部せん断箱３がボルト結合により組立られているため、簡単かつ迅速に解体し得る。そして、解体されることにより、嵩が小さく、しかも軽量な単位にまとめて運搬、収納し得る。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、下部せん断箱を水平移動して上部せん断箱との間において地盤を二面せん断するようになつているため、地盤に水平に設置したせん断力載荷枠にせん断力載荷手段を支持させることにより、水平反力を十分に付与することができ、従来よりもはるかに小型化、簡素化し、設置作業性に優れた現場せん断試験機を得ることが可能になつた。
【００１９】
下部せん断箱がせん断力載荷枠に水平移動するように案内支持され、上部せん断箱がせん断力載荷枠に固定設置されていることから、供試体をほぼ水平面でせん断し得る。下部せん断箱と上部せん断箱間に間隙が設けられていることから、両者の摩擦力の影響を受けることなく、せん断し得る。従って、従来よりもはるかに測定結果に悪影響を与える因子を除去することが可能になつた。
【００２０】
せん断力載荷枠をスクリユーアンカーで固定するものについては、スクリユーアンカーを地盤に貫入した後、アンカー用ナツトで引き上げ方向に締め付けることにより、スクリユーアンカーが地盤に強固に固定保持される。これにより、垂直反力を十分に付与することができ、従来よりも小型の手段により供試体に垂直力を正確に付与し、良好な測定精度を得ることが可能になつた。
【００２１】
せん断力載荷枠が案内支持枠部、水平反力支持枠部及び縦枠部とをボルト結合により組立てるようになつたものについては、運搬、収納は勿論のこと設置・解体作業を簡便かつ迅速に行うことが可能になつた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の概念的説明図で、現場せん断試験機を設置した状態における縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態の概念的説明図で、図１に対応した平面図である。
【図３】本発明の実施形態の概念的説明図で、図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図４】図１における下部せん断箱と上部せん断箱との関係を示す拡大図である。
【図５】本発明の実施形態の概念的説明図で、せん断過程開始直前における下部せん断箱と上部せん断箱との関係を示す拡大図である。
【図６】本発明の実施形態の概念的説明図で、現場せん断試験機を供試体に装着して設置する過程における上部せん断箱を設置するまでの過程を示す。（ａ）は下部せん断箱を供試体に装着した状態、（ｂ）は案内支持枠部を設置した状態、（ｃ）は上部せん断箱を下部せん断箱の上方に設置した状態、（ｄ）は上部せん断箱を下部せん断箱にロツキングボルトで締め付け固定した状態を示す。
【図７】本発明の実施形態の概念的説明図で、せん断終了時における下部せん断箱、上部せん断箱及び供試体の関係の１例を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態における要部の変形例の概念的説明図である。
【符号の説明】
１供試体２現場せん断試験機
３下部せん断箱４上部せん断箱
５せん断力載荷枠６案内支持枠部
７水平反力支持枠部８縦枠部
９下部せん断箱の案内棒１０案内スリーブ
１４上下調節兼固定手段１５取付板
１６ロツキングボルト１７せん断力載荷手段
２９垂直力載荷手段３１加圧板
３５スクリユーアンカー３６固定部
３７ストツパー３８アンカー用ナツト
３９溝付杭４０押圧板

Claims

原地盤に直立柱状に切り出し成形された供試体（１）に下部せん断箱（３）及び上部せん断箱（４）を装着し、垂直力載荷手段（２９）により供試体（１）の頭部全面に所定の垂直力を付与した状態で下部せん断箱（３）をせん断力載荷手段（１７）で水平に移動し、供試体（１）を下部せん断箱（３）と原地盤及び上部せん断箱（４）との間でせん断し、供試体（１）のせん断強度を直接測定する現場せん断試験機（２）であつて、下部せん断箱（３）が供試体（１）の周囲に水平に設置されたせん断力載荷枠（５）に水平方向に案内支持され、上部せん断箱（４）が下部せん断箱（３）と接触しないように間隙を空けてせん断力載荷枠（５）に固定設置され、せん断力載荷手段（１７）が下部せん断箱（３）とせん断力載荷枠（５）とを連結して設置され、垂直力載荷手段（２９）がせん断力載荷枠（５）に固定された垂直力載荷枠（２７）に設置されていることを特徴とする現場せん断試験機。
せん断力載荷枠（５）は、スクリユーアンカー（３５）で原地盤に固定保持されている請求項１記載の現場せん断試験機。
せん断力載荷枠（５）は、頭部に押圧板（４０）を有する溝付杭（３９）で原地盤に固定保持されている請求項１記載の現場せん断試験機。
上部せん断箱（４）は、ボルト（１１）とナツト（１２，１３）とからなる上下調節兼固定手段（１４）によりせん断力載荷枠（５）に固定設置されている請求項１、２又は３記載の現場せん断試験機。
せん断力載荷枠（５）は、下部せん断箱（３）を水平に案内支持する前後一対の案内支持枠部（６）とせん断力載荷手段（１７）を支持する水平反力支持枠部（７）とを互いに平行に配置し、これら（６，７）を左右一対の縦枠部（８）によりボルト（１８）で固定連結し、全体形状が矩形状になつている請求項１〜４のいずれか１項記載の現場せん断試験機。