JPH10185784A

JPH10185784A - 平面ひずみ圧縮試験装置および方法

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Publication number: JPH10185784A
Application number: JP35858196A
Authority: JP
Inventors: Shinji Fukushima; 伸二福島
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 1998-07-14
Anticipated expiration: 2016-12-26
Also published as: JP3773005B2

Abstract

(57)【要約】【課題】実際の土構造物内の土要素が受けている応力
状態に近い状態での平面ひずみ圧縮試験が可能で、かつ
構造や試験操作が簡単な平面ひずみ圧縮試験装置を提供
する。【解決手段】直方体形状の供試体１０をキャップ２０
とベデスタル２４で上下方向に挟み込み、ゴムスリーブ
２で包囲する。そして、供試体１０の長手方向を両側か
ら拘束板３２、３４で挟み込み、各拘束板３２、３４を
連結ロッド３６で固定した状態で、三軸圧縮試験装置で
用いる三軸セルＴＣ内に設置し、セル水を注入する。こ
の状態で鉛直荷重載荷装置ＶＬにより供試体１０に鉛直
荷重をかけ、供試体１０の剪断時の体積変化や液圧を測
定する。この際、供試体１０の水平方向には、変形の拘
束による中間主応力方向と、セル圧による最小主応力方
向とが生じるため、原位置の応力状態に近い条件で試験
を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土質材料の平面ひ
ずみ状態の変形特性や強度定数を調べるための平面ひず
み圧縮試験に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、土質材料の変形特性や強度定
数を調べるには、中実円柱形の供試体を用いる三軸圧縮
試験装置が一般的に使用されている。この三軸圧縮試験
装置は、円柱形の供試体の周面に側圧として既知の液圧
を加えておき、これに主応力差として軸方向に圧力を加
えて圧縮し、試料を剪断破壊させたときの応力、ひず
み、間隙水圧、体積変化等を測定するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の三軸
圧縮試験装置では、円柱形の供試体の周面に均一な圧力
を加えて軸方向に剪断破壊させて試験するものであるた
め、この装置により求められる変形特性や強度定数は、
供試体が全周面にわたって均一な応力状態にあるよう
な、いわゆる軸対称応力状態におけるものに限られる。
すなわち、土質材料の変形特性や強度特性は、その土要
素が置かれた応力状態に強く依存しているので、可能な
限り原位置の応力状態に近い条件で試験を行うことが不
可欠であり、上述した三軸圧縮試験装置では、実際にそ
の土要素が置かれた応力状態との乖離を有する場合が多
い。

【０００４】これに対し、例えば図１２に示すように、
フィルダムや長手方向に細長い堤防のような実際の土構
造物内の土の要素が受ける応力状態では、長手方向に変
位のない平面ひずみ状態（ε₂ ＝０）で理想化できるこ
とが多い。しかしながら、このような平面ひずみ条件を
再現した平面ひずみ圧縮試験も実施されることはあった
が、これは特殊な研究用途以外に実務での使用例は非常
に少ない。これは、試験装置の構造や試験操作が複雑で
あり、このため試験費用も高く、一般的ではなかったた
めである。

【０００５】そこで本発明は、以上のような実情に鑑
み、実際の土構造物内の土要素が受けている応力状態に
近い平面ひずみ状態で、土質の変形特性や強度定数を求
めることができ、また、一般の使用にも適用しやすいよ
うに、構造や試験操作が簡単な平面ひずみ圧縮試験装置
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明は、互いに直交する第１主応力方向、第２主応力
方向及び第３主応力方向の応力を、それら３つの主応力
方向の夫々に対して垂直な３対の側面を有する略々直方
体形状の供試体の夫々の側面に加えて試験を行う平面ひ
ずみ圧縮試験装置において、前記供試体を内部に配設す
る圧力室と、前記圧力室の外部の載荷手段が発生する力
を前記供試体へ伝達することによって前記供試体に第１
主応力方向の圧縮応力を加えるための、一対の挟持体を
含んでなる圧縮応力印加手段と、前記供試体の第２主応
力方向の変形を拘束する変形拘束手段と、前記圧力室の
内部に圧力を発生させ、その圧力をもって、前記供試体
に加わる第３主応力方向の圧縮応力とするための、圧力
発生手段とを備えたことを特徴とする。

【０００７】また本発明は、前記変形拘束手段が、該変
形拘束手段から前記供試体へ加わる第２主応力方向の荷
重を計測するための荷重計測手段を装備していることを
特徴とする。また本発明は、前記圧縮応力印加手段の前
記一対の挟持体の一方は、前記圧力室に対して相対的に
第１主応力方向に移動可能なキャップであり、前記圧縮
応力印加手段の前記一対の挟持体の他方は、前記圧力室
に対して相対的に固定されたベデスタルであり、前記供
試体は、一端が前記キャップに止着され他端が前記ベデ
スタルに止着された可撓性スリーブに封入された土質材
料であることを特徴とする。また本発明は、前記変形拘
束手段が、前記供試体の前記可撓性スリーブに当接する
互いに対向した一対の拘束板を含んでおり、それら一対
の拘束板は第１主応力方向に浮動状態で前記圧力室に支
持されており、前記変形拘束手段が更に、前記一対の拘
束板の間隔を調節可能な状態でそれら一対の拘束板を互
いに連結する調節可能連結機構を含んでいることを特徴
とする。

【０００８】また本発明は、前記変形拘束手段が、前記
供試体の前記可撓性スリーブに当接する互いに対向した
一対の拘束板を含んでおり、それら一対の拘束板は第１
主圧力方向に浮動状態で前記圧力室に支持されており、
前記変形拘束手段が更に、前記圧力室に固定され該圧力
室の外部から操作可能な位置調節機構と、前記拘束板の
第１主応力方向の移動を許容するように前記位置調節機
構と前記拘束板とを連結し前記位置調節機構で前記拘束
板の第２主応力方向の位置を定めることができるように
する連結機構とを有することを特徴とする。また本発明
は、前記キャップ及び前記ベデスタルは、前記供試体に
臨む端部が該供試体の形状に対応した矩形状に形成され
て供試体押圧部を成していると共に、中途部が断面円形
に形成されて前記可撓性スリーブを固定するためのスリ
ーブ固定部を成していることを特徴とする。また本発明
は、前記キャップ及び前記ベデスタルの各々と前記供試
体との間に摩擦を軽減する矩形板を介挿したことを特徴
とする。また本発明は、前記変形拘束手段の前記一対の
拘束板の各々と前記可撓性スリーブとの間の接触面に滑
動剤を塗布したことを特徴とする。

【０００９】また本発明は、前記可撓性スリーブに封入
された土質材料の間隙水を前記圧力室の外部へ排出させ
るための間隙水排出手段と、その間隙水排出手段を介し
て出入りする間隙水の量に基づいて前記供試体の体積変
化量を計測する計測手段とを備えたことを特徴とする。
また本発明は、前記供試体の第１主応力方向の荷重を計
測する計測手段を備えたことを特徴とする。また本発明
は、前記供試体の第１主応力方向の変形量を計測する計
測手段を備えたことを特徴とする。また本発明は、互い
に直交する第１主応力方向、第２主応力方向及び第３主
応力方向の応力を、それら３つの主応力方向の夫々に対
して垂直な３対の側面を有する略々直方体形状の供試体
の夫々の側面に加えて試験を行う平面ひずみ圧縮試験方
法において、前記供試体を圧力室の内部に配設し、前記
圧力室の外部の載荷手段が発生する力を、一対の挟持体
を含んでなる圧縮応力印加手段を介して前記供試体へ伝
達することによって、前記供試体に第１主応力方向の圧
縮応力を加え、前記供試体の第２主応力方向の変形を拘
束手段によって拘束し、前記圧力室の内部に圧力を発生
させ、前記圧縮応力印加手段から前記供試体に加わる圧
縮応力と該圧力室内圧力とによって前記供試体の第１主
圧力方向の圧縮応力が決定され、該圧力室内圧力によっ
て前記供試体の第３主応力方向の圧縮応力が決定される
ようにし、以上によって第１主応力方向及び第３主応力
方向の前記供試体の変形を許容し第２主応力方向の前記
供試体変形を拘束した状態で試験を行うことを特徴とす
る。

【００１０】本発明に係る平面ひずみ圧縮試験装置ない
し平面ひずみ圧縮試験方法によれば、略々直方体形状の
供試体を使用して、その供試体の、互いに直交する第１
主応力方向、第２主応力方向及び第３主応力方向のうち
の第２主応力方向の変形を拘束した状態で、第１主応力
方向の圧縮応力ないし変形量、及び第３主応力方向の圧
縮応力を任意に設定することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明における平面ひずみ
圧縮試験装置の実施の形態例について説明する。図１は
本発明による平面ひずみ圧縮試験装置の全体的な構成例
を示す断面図である。この圧縮試験装置は、載荷フレー
ムＬＦの内部にセル水を貯留する三軸セル（圧力室）Ｔ
Ｃを配置し、三軸セルＴＣ内に設置された供試体１０に
鉛直荷重を付与する鉛直荷重載荷装置ＶＬを設けたもの
である。鉛直荷重載荷装置ＶＬは、スクリュージャッキ
あるいはシリンダ等よりなり、装置の本体部ＶＬａが載
荷フレームＬＦの上部に設けられている。また、本体部
ＶＬａより垂下されたロッド部ＶＬｂが、載荷フレーム
ＬＦの挿通孔ＬＦａより挿入され、その先端部に載荷シ
ャフト１２が連結されている。この載荷シャフト１２の
上端に設けたフランジ部１２ａと載荷フレームＬＦとの
間には、変位計１６が設けられおり、供試体１０の鉛直
方向の変形を計測するようになっている。また、載荷シ
ャフト１２は、三軸セルＴＣの上面に設けた軸受け部１
８を通して三軸セルＴＣ内に垂下されている。

【００１２】そして、三軸セルＴＣ内には、載荷シャフ
ト１２に連結されて、供試体１０の上面に矩形板２２Ａ
を介して配置されるキャップ２０と、供試体１０の下面
に矩形板２２Ｂを介して配置されるベデスタル２４と、
供試体１０の水平方向の変形を拘束する変形拘束システ
ム３０と、この変形拘束システム３０を支持する支持装
置２６と、載荷シャフト１２とキャップ２０との連結部
に装着されて鉛直荷重を測定するロードセル１４とが設
けられている。また、三軸セルＴＣの周辺には、三軸セ
ルＴＣ内の供試体１０へセル圧（σ_c）を付与するため
のセル圧負荷装置４０と、セル圧を測定するためのブル
ドンゲージ５０と、供試体１０内の排水条件を制御する
制御回路６０と、供試体１０の体積変化測定システム７
０と、供試体１０内の過剰間隙水圧を測定する圧力変換
器８０が設けられている。以下、各部の構成について順
次詳細に説明する。

【００１３】図２はこの平面ひずみ圧縮試験装置で用い
る供試体１０の例を示す斜視図である。図示のように、
この供試体１０には、矩形形状のものを使用するが、供
試体１０の長さ（Ｌ）、幅（Ｗ）、高さ（Ｈ）の割合
は、高さと幅の比をＨ／Ｗ＝２．０、長さを高さ以上の
大きさ（Ｌ≧Ｈ）とするのを目安とする。また、この供
試体１０は、後述するゴムスリーブ２等の可撓性スリー
ブに包囲された土質材料であり、三軸セルＴＣ内に配置
される。そして、本例においては、この供試体１０の高
さ方向（第１主応力方向）の応力σ₁ が、鉛直荷重載荷
装置ＶＬによる荷重に対する最大主応力であり、長さ方
向（第２主応力方向）の応力σ₂ が、変形拘束システム
３０の拘束力に対する中間主応力であり、幅方向（第３
主応力方向）の応力σ₃ が、セル圧に対する最小主応力
である。これら３つの主応力方向は互いに直交してい
る。

【００１４】図３は前記キャップ２０の構造を示す三面
図であり、図３（１）は正面図、図３（２）は底面図、
図３（３）は側面図、図４は前記ベデスタル２４の構造
を示す三面図であり、図４（１）は上面図、図４（２）
は側面図、図４（３）は正面図、図５は供試体１０とキ
ャップ２０およびベデスタル２４との組み立て状態を示
す断面図である。このキャップ２０とベデスタル２４
は、上述のように矩形板２２Ａ、２２Ｂを介して供試体
１０の上下面に配置されるものである。矩形板２２Ａ、
２２Ｂは、フィルタ層としてのポーラス板、あるいは摩
擦を軽減するための工夫、例えばアクリル板にグリース
を塗布して薄いゴムシートを貼り付けたものである。ま
た、キャップ２０およびベデスタル２４の供試体１０に
接する側の端面は、供試体１０の長さ×幅（Ｌ×Ｗ）の
矩形形状に対応する矩形断面部２０Ａ、２４Ａとして形
成されている。ただし、幅については、供試体１０が高
さ方向に圧縮されたときに、幅方向に膨張したときには
み出ないように、Ｗよりも大きい値（Ｗ’）となってい
る。具体的には、Ｗ’＝Ｗ＋△Ｗ、△Ｗ／Ｗ≧０．０５
程度とする。

【００１５】なお、矩形板２２Ａ、２２Ｂの形状は、キ
ャップ２０およびベデスタル２４の供試体１０側の端面
形状（Ｌ×Ｗ’）と同じとする。また、キャップ２０お
よびベデスタル２４の供試体１０と反対側の部分は、ゴ
ムスリーブ２を使用した場合に、図５に示すように、ゴ
ムスリーブ２をＯリング４Ａ、４Ｂ等により密閉状態で
固定しやすいように円形断面部２０Ｂ、２４Ｂとなって
いる。なお、この例では、一般に普及した薄肉円筒状の
ゴムスリーブ２を使用した場合を示しているが、矩形筒
状のゴムスリーブを使用することも可能である。また、
キャップ２０およびベデスタル２４には、供試体（土質
材料）１０内の間隙水を排水する排水孔２０ａ、２４ａ
が形成されており、これら排水孔２０ａ、２４ａは、図
１に示すように、接続管６Ａ、６Ｂを介して排水条件の
制御回路６０に接続され、さらに供試体１０の体積変化
測定システム７０および圧力変換器８０に接続されてい
る。

【００１６】制御回路６０は、バルブの制御等により、
供試体１０からの排水流量を制御するものであり、体積
変化測定システム７０は、試験中の供試体からの水の出
入り量を示すビュレット７２の水位を差圧計７４により
測定するものである。また、圧力変換器８０は、供試体
１０内の過剰間隙水圧（非排水条件）を測定するもので
ある。また、このような排水経路を開閉するためのコッ
ク８２、８４が設けられている。また、図１に示すセル
圧負荷装置４０は、圧力調整レギュレータ４２によりコ
ンプレッサ等の圧力源ＨＰからの空気圧（σ_c ）を所定
の値に制御して三軸セルＴＣ内に加え、この三軸セルＴ
Ｃ内に貯留したセル水により水圧に変換して、供試体１
０に加えるものである。また、このようなセル圧負荷装
置４０によるセル圧（σ_c ）は、ブルドンゲージ５０に
よって測定される。

【００１７】図６は変形拘束システム３０を示す断面
図、図７は変形拘束システム３０を示す図６の−線
断面図であり、図８は図７の−断面図である。この
変形拘束システム３０は、供試体１０の長さＬ方向、す
なわち水平方向の長手方向の変形を拘束するものであ
り、供試体１０の長さＬ方向の両側面に拘束板３２、３
４を配置し、これらを供試体１０の長さＬ方向に沿って
配置される連結ロッド３６により連結したものである。
一方の拘束板３２は、供試体１０に当接する前面板３２
Ａと、その後方に配置される基準板３２Ｂとを重ね合わ
せた構造を有し、内部にロードセル４８が設けられてい
る。このロードセル４８は、前面板３２Ａにかかる力を
検出することにより、供試体１０の変形を拘束すべき長
手方向の荷重を測定するものである。また、他方の拘束
板３４は、一枚の平板形に形成されている。

【００１８】また、連結ロッド３６は、各拘束板３２、
３４の上下左右の各コーナ部に対応して４本設けられて
いる。そして、図７に示すように、この連結ロッド３６
の拘束板３２側の端部は、基準板３２Ｂに固着されてい
る。また、連結ロッド３６の拘束板３４側の端部にはね
じ部が形成されている。そして、この端部を拘束板３４
に形成した挿通孔に通して、この端部のねじ部にナット
３８を螺合させて締め付けることにより、各拘束板３
２、３４の間に供試体１０を挟んだ状態で保持する。

【００１９】また、各拘束板３２、３４は、三軸セルＴ
Ｃの底板部４４上に設けた浮動システム９０によって鉛
直方向には移動可能な状態で支持されている。この浮動
システム９０は、図８に示すように、三軸セルＴＣの底
板部４４の上面に配置される４本のスプリングロッド９
２と、これらスプリングロッド９２の外周部に装着され
る圧縮コイルスプリング９４とを有する。一方、各拘束
板３２、３４の下面には、垂直方向の装着孔３０ａが一
対ずつ形成されており、これらの装着孔３０ａに設けた
リニアモーションベアリング９６にスプリングロッド９
２が嵌合している。また、圧縮コイルスプリング９４
は、各拘束板３２、３４の下面とスプリングロッド９２
の基端に設けたフランジ部９２ａの間に介在している。

【００２０】また、図６に示すように、ゴムスリーブ２
は、供試体１０、矩形板２２Ａ、２２Ｂ、キャップ２０
およびベデスタル２４の矩形断面部２０Ａ、２４Ａを包
囲する状態で装着され、キャップ２０およびベデスタル
２４の円形断面部２０Ｂ、２４ＢにてＯリング４Ａ、４
Ｂにより固定され、供試体１０を密閉状態で包囲してい
る。なお、ゴムスリーブ２と供試体１０との接触部に
は、グリース等による滑動剤５４が介在され、供試体１
０が変位する際の摩擦抵抗を軽減するようになってい
る。

【００２１】次に、以上のような構成による平面ひずみ
圧縮試験装置による試験手順について説明する。まず、
試験すべき土試料の矩形形状の供試体１０を準備する。
この場合、供試体の準備は、砂質土、粘性土により、あ
るいは原位置から不撹乱状態で採取してきた場合等で異
なるが、それぞれに応じた方法で準備した供試体１０を
三軸セルＴＣに設置してゴムスリーブ２で包囲し、キャ
ップ２０およびベデスタル２４の円形断面部２０Ｂ、２
４ＢにてＯリング４Ａ、４Ｂにより固定する。そして、
供試体１０内に所定の負圧（σ_NE＜０）を加えて自立さ
せた状態まで進める（図５）。次に、供試体１０の寸法
を測定し、上述した中間主応力σ₂ が作用する両面（Ｈ
×Ｗ面）に摩擦除去のためのグリース等の滑動剤を薄く
塗り、変形拘束システム３０を設置する（図６）。

【００２２】次に、三軸セルＴＣ内にセル水を所定の水
位まで注水した後、三軸セルＴＣを組み立て、供試体１
０内に加えた負圧（σ_NE）とセル圧（σ_c ）とを交換す
る（σ_c ＝｜σ_NE｜）。次に、三軸セルＴＣを載荷フレ
ームＬＦに設置する（図１）。そして、供試体１０を所
定の圧密圧力レベル、すなわち、原位置の応力状態と対
応した圧密圧力レベルまで圧密した後、載荷フレームＬ
Ｆにより鉛直荷重を供試体１０に加えて剪断する。この
際、剪断中の鉛直荷重、鉛直変位、変形を拘束した方向
の水平荷重、体積変化（排水条件）あるいは過剰間隙水
圧（非排水条件）を計測、記録する。

【００２３】剪断中の供試体１０は、鉛直方向に圧縮さ
れて変位し、各拘束板３２、３４と供試体１０は、相対
的に変位して摩擦が発生するが、既述のごとく摩擦発生
面には滑動剤が塗布されており、また拘束板３２、３４
が変位拘束システム３０の浮動システム９０により変位
するので、その摩擦の影響を減少できる。以上の手順に
より、圧密圧力レベルの違う最低２つ以上の供試体につ
いて試験を行い、各圧密圧力レベルにおける変形特性
（応力−ひずみ関係）と、試験を実施した圧密圧力の範
囲における試験土の強度定数を求める。

【００２４】以上のように、本例の平面ひずみ圧縮試験
装置では、変形拘束システム３０により、矩形供試体１
０内の中間主応力方向の変形を拘束した状態で圧縮試験
を行うことが可能である。そして、従来の平面ひずみ圧
縮試験に比べて、構造や操作手順が簡単であり、安価な
平面ひずみ圧縮試験を実現できる。したがって、より合
理的な土構造物の挙動予測計算や設計計算を容易に行う
ことが可能である。

【００２５】なお、以上の例においては、三軸セルＴＣ
の内部に、変形拘束システム３０の各拘束板３２、３４
を固定する機構を設けた例について説明したが、このよ
うな固定する機構を三軸セルＴＣの外部に設けることも
可能である。図９は、このようなセル外方式の変形拘束
システム３０’を設けた場合の構成例を示す断面図であ
る。この変形拘束システム３０’では、上述した連結ロ
ッド３６の代わりに、各拘束板３２、３４を三軸セルＴ
Ｃの外側から調整して、供試体１０に当接させるもので
ある。すなわち、各拘束板３２、３４の背面には、リニ
アモーションガイドベアリング５２Ａ、５２Ｂを介して
水平シャフト５４Ａ、５４Ｂが連結されており、各水平
シャフト５４Ａ、５４Ｂは、三軸セルＴＣの側板部に設
けたリニアモーションベアリング５６Ａ、５６Ｂを通し
て三軸セルＴＣの外側に突出し、この突出端部に装着さ
れるストッパ５８Ａ、５８Ｂにより固定されるようにな
っている。このような構造により、水平シャフト５４
Ａ、５４Ｂの操作部５４ａ、５４ｂを三軸セルＴＣの外
側から操作して、各拘束板３２、３４を供試体１０の側
面に当接させ、ストッパ５８Ａ、５８Ｂにより固定する
ことにより、供試体１０は、リニアモーションガイドベ
アリング５２Ａ、５２Ｂによって鉛直方向に変位可能で
あるとともに、各拘束板３２、３４によって長手方向の
変形を拘束された状態で配置される。

【００２６】また、図１に示す例では、セル圧負荷装置
４０によるセル圧（σ_c ）をブルドンゲージ５０で測定
するようにしたが、この代わりに、図１０に示すよう
に、圧力変換器ＰＴによって測定するようにしてもよ
い。また、図１に示す例では、鉛直荷重載荷装置ＶＬに
よる鉛直荷重を測定するロードセル１４を載荷シャフト
１２とキャップ２０との連結部に設けたが、この代わり
に、図１１に示すように、鉛直荷重載荷装置ＶＬのロッ
ド部ＶＬ２と載荷シャフト１２との連結部にロードセル
１４’を設けてもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る平面
ひずみ圧縮試験装置ないし平面ひずみ圧縮試験方法によ
れば、略々直方体形状の供試体を使用して、その供試体
の、互いに直交する第１主応力方向、第２主応力方向及
び第３主応力方向のうちの第２主応力方向の変形を拘束
した状態で、第１主応力方向の圧縮応力ないし変形量、
及び第３主応力方向の圧縮応力を任意に設定することが
できる。そのため、例えば堤防等のように、一方向に十
分に細長く断面形状が長手方向に一様であるために事実
上２次元構造を有する土構造物に関して、その土構造物
の原位置の応力状態に近い条件で土質材料の圧縮試験を
行うことができる。また、従来の三軸圧縮試験装置に類
似した構造および手順により、平面ひずみ試験を実施す
ることができ、構造や試験操作が簡単で、一般の使用に
も適用しやすいものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による平面ひずみ圧縮試験装置の構成例
を示す断面図である。

【図２】図１に示す平面ひずみ圧縮試験装置で用いる供
試体の一例を示す斜視図である。

【図３】図１に示す平面ひずみ圧縮試験装置におけるキ
ャップの構造を示す三面図である。

【図４】図１に示す平面ひずみ圧縮試験装置におけるベ
デスタルの構造を示す三面図である。

【図５】図１に示す平面ひずみ圧縮試験装置における供
試体とキャップおよびベデスタルとの組み立て状態を示
す断面図である。

【図６】図１に示す平面ひずみ圧縮試験装置における変
形拘束システムを示す断面図である。

【図７】図６の−線断面図である。

【図８】図７の−断面図である。

【図９】図１に示す平面ひずみ圧縮試験装置における変
形拘束システムの他の例を示す断面図である。

【図１０】図１に示す平面ひずみ圧縮試験装置における
セル圧測定装置の他の例を示す正面図である。

【図１１】図１に示す平面ひずみ圧縮試験装置における
鉛直荷重の測定装置の他の例を示す正面図である。

【図１２】土構造物内の土の要素が受ける応力状態を説
明する説明図である。

【符号の説明】

ＬＦ載荷フレームＴＣ三軸セル（圧力室）ＶＬ鉛直荷重載荷装置２ゴムスリーブ１０供試体１２載荷シャフト１４、１４’、４８ロードセル、２４ベデスタル３０、３０’ 変形拘束システム３２、３４拘束板３６連結ロッド４０セル圧負荷装置５０ブルドンゲージ６０排水条件制御回路７０体積変化測定システム９０浮動システム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに直交する第１主応力方向、第２主
応力方向及び第３主応力方向の応力を、それら３つの主
応力方向の夫々に対して垂直な３対の側面を有する略々
直方体形状の供試体の夫々の側面に加えて試験を行う平
面ひずみ圧縮試験装置において、前記供試体を内部に配設する圧力室と、前記圧力室の外部の載荷手段が発生する力を前記供試体
へ伝達することによって前記供試体に第１主応力方向の
圧縮応力を加えるための、一対の挟持体を含んでなる圧
縮応力印加手段と、前記供試体の第２主応力方向の変形を拘束する変形拘束
手段と、前記圧力室の内部に圧力を発生させ、その圧力をもっ
て、前記供試体に加わる第３主応力方向の圧縮応力とす
るための、圧力発生手段と、を備えたことを特徴とする平面ひずみ圧縮試験装置。
【請求項２】前記変形拘束手段が、該変形拘束手段か
ら前記供試体へ加わる第２主応力方向の荷重を計測する
ための荷重計測手段を装備していることを特徴とする請
求項１記載の平面ひずみ圧縮試験装置。
【請求項３】前記圧縮応力印加手段の前記一対の挟持
体の一方は、前記圧力室に対して相対的に第１主応力方
向に移動可能なキャップであり、前記圧縮応力印加手段
の前記一対の挟持体の他方は、前記圧力室に対して相対
的に固定されたベデスタルであり、前記供試体は、一端
が前記キャップに止着され他端が前記ベデスタルに止着
された可撓性スリーブに封入された土質材料であること
を特徴とする請求項１または２記載の平面ひずみ圧縮試
験装置。
【請求項４】前記変形拘束手段が、前記供試体の前記
可撓性スリーブに当接する互いに対向した一対の拘束板
を含んでおり、それら一対の拘束板は第１主応力方向に
浮動状態で前記圧力室に支持されており、前記変形拘束
手段が更に、前記一対の拘束板の間隔を調節可能な状態
でそれら一対の拘束板を互いに連結する調節可能連結機
構を含んでいることを特徴とする請求項３記載の平面ひ
ずみ圧縮試験装置。
【請求項５】前記変形拘束手段が、前記供試体の前記
可撓性スリーブに当接する互いに対向した一対の拘束板
を含んでおり、それら一対の拘束板は第１主圧力方向に
浮動状態で前記圧力室に支持されており、前記変形拘束
手段が更に、前記圧力室に固定され該圧力室の外部から
操作可能な位置調節機構と、前記拘束板の第１主応力方
向の移動を許容するように前記位置調節機構と前記拘束
板とを連結し前記位置調節機構で前記拘束板の第２主応
力方向の位置を定めることができるようにする連結機構
とを有することを特徴とする請求項３記載の平面ひずみ
圧縮試験装置。
【請求項６】前記キャップ及び前記ベデスタルは、前
記供試体に臨む端部が該供試体の形状に対応した矩形状
に形成されて供試体押圧部を成していると共に、中途部
が断面円形に形成されて前記可撓性スリーブを固定する
ためのスリーブ固定部を成していることを特徴とする請
求項３乃至５のいずれか１項記載の平面ひずみ圧縮試験
装置。
【請求項７】前記キャップ及び前記ベデスタルの各々
と前記供試体との間に摩擦を軽減する矩形板を介挿した
ことを特徴とする請求項６記載の平面ひずみ圧縮試験装
置。
【請求項８】前記変形拘束手段の前記一対の拘束板の
各々と前記可撓性スリーブとの間の接触面に滑動剤を塗
布したことを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項
記載の平面ひずみ圧縮試験装置。
【請求項９】前記可撓性スリーブに封入された土質材
料の間隙水を前記圧力室の外部へ排出させるための間隙
水排出手段と、その間隙水排出手段を介して出入りする
間隙水の量に基づいて前記供試体の体積変化量を計測す
る計測手段とを備えたことを特徴とする請求項３乃至８
のいずれか１項記載の平面ひずみ圧縮試験装置。
【請求項１０】前記供試体の第１主応力方向の荷重を
計測する計測手段を備えたことを特徴とする請求項１乃
至９のいずれか１項記載の平面ひずみ圧縮試験装置。
【請求項１１】前記供試体の第１主応力方向の変形量
を計測する計測手段を備えたことを特徴とする請求項１
乃至１０のいずれか１項記載の平面ひずみ圧縮試験装
置。
【請求項１２】互いに直交する第１主応力方向、第２
主応力方向及び第３主応力方向の応力を、それら３つの
主応力方向の夫々に対して垂直な３対の側面を有する略
々直方体形状の供試体の夫々の側面に加えて試験を行う
平面ひずみ圧縮試験方法において、前記供試体を圧力室の内部に配設し、前記圧力室の外部の載荷手段が発生する力を、一対の挟
持体を含んでなる圧縮応力印加手段を介して前記供試体
へ伝達することによって、前記供試体に第１主応力方向
の圧縮応力を加え、前記供試体の第２主応力方向の変形を拘束手段によって
拘束し、前記圧力室の内部に圧力を発生させ、前記圧縮応力印加
手段から前記供試体に加わる圧縮応力と該圧力室内圧力
とによって前記供試体の第１主圧力方向の圧縮応力が決
定され、該圧力室内圧力によって前記供試体の第３主応
力方向の圧縮応力が決定されるようにし、以上によって第１主応力方向及び第３主応力方向の前記
供試体の変形を許容し第２主応力方向の前記供試体変形
を拘束した状態で試験を行う、ことを特徴とする平面ひ
ずみ圧縮試験方法。