特許 6063828 三軸試験装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6063828

(24)【登録日】2016年12月22日

(45)【発行日】2017年1月18日

(54)【発明の名称】三軸試験装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/00 20060101AFI20170106BHJP

【ＦＩ】

   G01N3/00 E

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-133823(P2013-133823)

(22)【出願日】2013年6月26日

(65)【公開番号】特開2015-10828(P2015-10828A)

(43)【公開日】2015年1月19日

【審査請求日】2015年11月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000121844

【氏名又は名称】応用地質株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122781

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 寛

(72)【発明者】

【氏名】小林 一三

(72)【発明者】

【氏名】中山 栄樹

【審査官】 渡邊 吉喜

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２０８０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭４８−００９７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１５５６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０５００３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５２２６３１０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２０６３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭４８−０５８８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭４８−００７７９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ３／００−３／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円柱状の土の供試体を収容するスリーブと、前記スリーブの上端開口を塞ぐ上側閉鎖部と、下端開口を塞ぐ下側閉鎖部と、を有し、前記スリーブ内の前記供試体に対して軸線方向に軸圧を加え、前記スリーブの外側から側圧を加え、前記スリーブの内側から背圧を加えるように構成した三軸試験装置において、
隔壁によって与圧室と機械室とに仕切られた筐体を有すると共に、前記与圧室内に前記スリーブと前記上側閉鎖部と前記下側閉鎖部とが配置された装置本体と、
前記機械室内に配置された軸圧用制御モータによって回転する第１のボールネジと、前記下側閉鎖部に固定されて前記第１のボールネジに噛合する第１のナット部と、を有する軸圧発生部と、
前記与圧室に第１の配管を介して接続される第１のシリンジと、前記第１のシリンジ内の水を直接に前記与圧室へ圧送する第１のピストン部と、側圧用制御モータによって回転する第２のボールネジと、前記第１のピストン部に固定されて前記第２のボールネジに噛合する第２のナット部と、を有する側圧発生部と、
前記スリーブに第２の配管を介して接続される第２のシリンジと、前記第２のシリンジ内の水を直接に前記スリーブへ圧送する第２のピストン部と、背圧用制御モータによって回転する第３のボールネジと、前記第２のピストン部に固定されて前記第３のボールネジに噛合する第３のナット部と、を有する背圧発生部と、
前記軸圧用制御モータ、前記側圧用制御モータ、及び前記背圧用制御モータの動作を制御することにより、前記軸圧、前記側圧及び前記背圧の制御を行う制御部と、を備えたことを特徴とする三軸試験装置。

【請求項2】

前記軸圧用制御モータと前記側圧用制御モータと前記背圧用制御モータとは、回転軸が所定角度で回転するステッピングモータであることを特徴とする請求項１に記載の三軸試験装置。

【請求項3】

前記筐体内には、前記上側閉鎖部が押圧される上蓋部と、前記第１のボールネジを支持するボールネジ支持部と、が配置され、
前記上蓋部と前記隔壁とは第１の支柱により連結され、
前記隔壁と前記ボールネジ支持部とは第２の支柱により連結されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の三軸試験装置。

【請求項4】

前記第１の支柱には、前記第１の支柱の軸線方向に延びた貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の三軸試験装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スリーブ内の供試体に対して軸線方向に軸圧を加え、スリーブの外側から側圧を加え、スリーブの内側から背圧を加えるように構成した三軸試験装置に関する。

【背景技術】

【0002】

土のせん断強さを求めるために三軸試験装置を用いて試験を実施することがある。従来、このような分野の技術として、特許文献１及び非特許文献１がある。特許文献１には、三軸セルを備えた三軸試験装置が開示されている。この三軸試験装置は、圧力付与手段によって、三軸セル内に配置された供試体に対してゴムスリーブを介して径方向内側への側圧を加える。非特許文献１には、圧力を与えるための装置構成を含む三軸試験装置が記載されている。この三軸試験装置では、例えばコンプレッサといった空気圧源から供給された圧縮空気により水に圧力を加えて水圧を生じさせ、三軸圧力室内に配置された供試体に対して側圧を加えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−８１３７８号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】地盤工学会基準「土の圧密非排水（ＣＵ）三軸圧縮試験方法」（ＪＧＳ５２２−２００９）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、非特許文献１の三軸試験装置では、空気圧を水圧に変換して供試体に加えている。従って、空気圧源や空気圧を水圧に変換する装置が必要になるので、精度の良い試験を実施するためには三軸試験装置の構成が大型化する問題があった。

【0006】

そこで、本発明は、小型化を可能にした三軸試験装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、円柱状の土の供試体を収容するスリーブと、スリーブの上端開口を塞ぐ上側閉鎖部と、下端開口を塞ぐ下側閉鎖部と、を有し、スリーブ内の供試体に対して軸線方向に軸圧を加え、スリーブの外側から側圧を加え、スリーブの内側から背圧を加えるように構成した三軸試験装置において、隔壁によって与圧室と機械室とに仕切られた筐体を有すると共に、与圧室内にスリーブと上側閉鎖部と下側閉鎖部とが配置された装置本体と、機械室内に配置された軸圧用制御モータによって回転する第１のボールネジと、下側閉鎖部に固定されて第１のボールネジに噛合する第１のナット部と、を有する軸圧発生部と、与圧室に第１の配管を介して接続される第１のシリンジと、第１のシリンジ内の水を圧送する第１のピストン部と、側圧用制御モータによって回転する第２のボールネジと、第１のピストン部に固定されて第２のボールネジに噛合する第２のナット部と、を有する側圧発生部と、スリーブに第２の配管を介して接続される第２のシリンジと、第２のシリンジ内の水を圧送する第２のピストン部と、背圧用制御モータによって回転する第３のボールネジと、第２のピストン部に固定されて第３のボールネジに噛合する第３のナット部と、を有する背圧発生部と、を備えている。

【0008】

この三軸試験装置によれば、軸圧発生部は、第１のボールネジを軸圧用制御モータで回転させて、第１のナット部を下側閉鎖部に対して軸線方向に沿って押圧する。従って、供試体は下側閉鎖部により上側閉鎖部に向かって押圧されるので、スリーブに収容された供試体に軸圧を直接加えることができる。また、側圧発生部は、第２のボールネジを側圧用制御モータで回転させて、第２のナット部及び第１のピストン部を直進させる。第１シリンジ内の水は、第１のシリンジから第１の配管を介して与圧室に圧送されるため、与圧室においてスリーブの外側から供試体に対して水圧が直接加えられる。また、背圧発生部は、第３のボールネジを背圧用制御モータで回転させて、第３のナット部及び第２のピストン部を直進させる。第２シリンジ内の水は、第２のシリンジから第２の配管を介してスリーブ内に圧送されるため、スリーブの内側から水圧が直接加えられる。
上述したように、側圧及び背圧を加えるためにシリンジ内の水を直接与圧室及びスリーブ内に送り込んでいるので、本発明の三軸試験装置は空気圧源であるコンプレッサ等の装置が不要であり、装置の小型化を可能にしている。さらに、軸圧と側圧と背圧とは、制御モータの回転角度に基づいて制御される。制御モータの回転角度は電気的に制御することが可能であるので、これら圧力を容易に制御できると共に、制御の精度を高めることができる。従って、精度のよい試験を達成することができる。

【0009】

また、軸圧用制御モータと側圧用制御モータと背圧用制御モータとは、回転軸が所定角度で回転するステッピングモータである。この構成によれば、制御モータに入力されるパルス信号に基づいて回転軸が所定角度だけ回転するように制御される。従って、軸圧と側圧と背圧とをさらに容易に制御できると共に、安価に低速で高トルクを発生させて制御の精度を高めている。

【0010】

また、筐体内には、上側閉鎖部が押圧される上蓋部と、第１のボールネジを支持するボールネジ支持部と、が配置され、上蓋部と隔壁とは第１の支柱により連結され、隔壁とボールネジ支持部とは第２の支柱により連結されている。この構成によれば、上蓋部と隔壁とが第１の支柱により連結されるので、側圧による与圧室の軸線方向への変形を抑制することができる。さらに、隔壁とボールネジ支持部とが第２の支柱により連結されるので、軸圧による軸線方向への筐体の変形を抑制することができる。

【0011】

また、第１の支柱には、第１の支柱の軸線方向に延びた貫通穴が設けられている。この構成によれば、貫通穴の内部を液体の流路として利用することができる。従って、装置本体の構成を簡易にすることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、装置の小型化を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】三軸試験装置の構成を示す図である。

【図2】装置本体の断面図である。

【図3】装置本体の別の断面図である。

【図4】装置本体の平面図である。

【図5】シリンジポンプの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、三軸試験装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【0015】

図１に示されるように、地盤工学学会で定められた基準に対応した試験を実施可能な三軸試験装置１は、円柱状の土の供試体２を収容して軸圧と側圧と背圧とを加えるための装置本体３と、側圧の圧力源である側圧用シリンジポンプ（側圧発生部）４と、背圧の圧力源である背圧用シリンジポンプ（背圧発生部）６と、を備えている。

【0016】

ここで、装置本体３は、供試体２に軸圧を与えるための軸圧発生部７と、軸圧を測定するための軸圧用センサＳ１とを有している。軸圧発生部７は、軸圧を発生させるための軸圧用制御モータ４４を有し、側圧用シリンジポンプ４は、側圧を発生させるための側圧用制御モータ５７Ｌを有し、側圧を測定するための側圧用センサＳ２が途中に設けられた第１の配管８を介して装置本体３に接続されている。背圧用シリンジポンプ６は、背圧を発生させるための背圧用制御モータ５７Ｂを有し、第２の配管９を介して装置本体３に接続されている。第２の配管９は、装置本体３のバルブ１１に接続され、バルブ１１には背圧を測定するための背圧用センサＳ３が取り付けられている。

【0017】

三軸試験装置１の制御部１２は、各センサＳ１〜Ｓ３のデータを収集するアナログセンサー用アンプ１２ａと、制御モータ４４，５７Ｌ，５７Ｂの動作を制御するため信号を出力するモータコントローラ１２ｂとを有している。アンプ１２ａは、信号ケーブル１０ａによって軸圧用センサＳ１と接続され、信号ケーブル１０ｂによって側圧用センサＳ２と接続されると共に信号ケーブル１０ｃによって背圧用センサＳ３と接続されている。モータコントローラ１２ｂは、信号ケーブル１０ｄによって軸圧用制御モータ４４と接続され、信号ケーブル１０ｅによって側圧用制御モータ５７Ｌと接続されると共に信号ケーブル１０ｆによって背圧用制御モータ５７Ｂと接続されている。

【0018】

図２に示されるように、装置本体３は、上端及び下端が閉鎖された略円柱状の筐体１３を有している。筐体１３は、断面円形の上側筒部１４と下側筒部１６とを有し、上側筒部１４と下側筒部１６との間には、筐体１３の内部を与圧室１９と機械室２２とに仕切るための隔壁１７が配置されている。なお、装置本体３の筐体１３の大きさは、高さが約５００ｍｍであり外径が約１５０ｍｍであるため、机上に載置することも可能である。

【0019】

上側筒部１４の上端開口には、開口を塞ぐための上蓋部１８が配置され、上蓋部１８と上側筒部１４と隔壁１７とにより与圧室１９が形成されている。下側筒部１６の下端開口には、開口を塞ぐための底板２１が配置され、底板２１と下側筒部１６と隔壁１７とにより機械室２２が形成されている。

【0020】

与圧室１９の内部には、スリーブ２４に収容された土の供試体２が配置されている。供試体２は、基準により定められた手順に基づいて作成され、所定の形状を有するものであり、その大きさは直径が５０ｍｍであり高さが１００ｍｍである。

【0021】

スリーブ２４の上側には、供試体２の上面２ａに当接して、スリーブ２４の上端開口２４ａを塞ぐ上側閉鎖部２６が配置されている。上側閉鎖部２６には、供試体２の上面２ａと当接して、水が透過可能な多孔板２６ｂが埋め込まれている。上側閉鎖部２６は上蓋部１８に押し当てられ、上側閉鎖部２６と上蓋部１８との間には軸圧用センサＳ１が配置されている。

【0022】

スリーブ２４の下側には、供試体２の下面２ｂに当接して、スリーブ２４の下端開口２４ｂを塞ぐ下側閉鎖部２７が配置されている。下側閉鎖部２７は、隔壁１７の貫通穴１７ａに配置されたシールリング２３の貫通穴に挿入され、与圧室１９から機械室２２に亘って延在している。下側閉鎖部２７には、供試体２の下面２ｂと当接して、水が透過可能な多孔板２７ｂが埋め込まれている。

【0023】

与圧室１９に配置された供試体２には、スリーブ２４の外側から供試体２の径方向Ｒで内側に向かう側圧が与えられる。この側圧は、与圧室１９内において、上側筒部１４とスリーブ２４との間に形成される空間に充填された水から供試体２に与えられる。与圧室１９には水が充填されるため、与圧室１９の室内は水密性を確保する必要がある。このため、上側筒部１４と上蓋部１８との間、及び上側筒部１４と隔壁１７との間にはシール部材が配置されている。この水は、下側筒部１６に取り付けられたバルブ２８（図１参照）及び隔壁１７の下面側にネジ固定された配管継手２９によって側圧用シリンジポンプ４（図１参照）から与圧室１９内に圧送される。また、上蓋部１８には、与圧室１９の空気を排気するための空気穴１８ａ及びバルブ３１が設けられている。

【0024】

スリーブ２４内に配置された供試体２には、スリーブ２４の内側から供試体２の径方向Ｒで外側に向かう背圧が与えられる。背圧はスリーブ２４内に充填された水から供試体２に与えられる。この水は、下側筒部１６に取り付けられたバルブ１１（図１参照）及び機械室２２側に突出した下側閉鎖部２７にねじ込まれた配管継手３３を介し、配管継手３３と連通する下側閉鎖部２７の貫通穴２７ａを通じて背圧用シリンジポンプ６（図１参照）からスリーブ２４内に圧送される。また、上側閉鎖部２６には、スリーブ２４内の空気を排気するための空気穴２６ａが設けられ、上蓋部１８には空気穴２６ａに連通する空気穴１８ｂ及びバルブ３４が設けられている。

【0025】

供試体２には、供試体２の軸線方向Ａ１への軸圧が与えられる。軸圧は、機械室２２に配置された軸圧発生部７で下側閉鎖部２７を供試体２に押し付けることにより供試体２に与えられる。下側閉鎖部２７の下部には、下側閉鎖部２７に対して相対的に動かないように第１のナット部３６が固定され、第１のナット部３６には上下方向に延在する第１のボールネジ３７が噛合している。そして第１のボールネジ３７は、第１のボールネジ３７の下端に接続された軸継手４１及び減速機４２によって軸圧用制御モータ４４に連結されている。軸継手４１及び減速機４２は、下側筒部１６及び底板２１に固定されたボールネジ支持部４３に支持されている。すなわち、第１のボールネジ３７は、軸継手４１及び減速機４２によってボールネジ支持部４３に支持されている。

【0026】

また、図４に示されるように、第１のナット部３６の回転を防止するためのフランジ３８と回転防止軸３９とが設けられている（図４参照）。フランジ３８は、ボールネジ貫通穴３８ａに第１のナット部３６と第１のボールネジ３７とが挿通されて、第１のナット部３６に固定されている。そして、径方向Ｒにボールネジ貫通穴３８ａを挟むように設けられた軸貫通穴３８ｂには回転防止軸３９が挿入されている。

【0027】

軸圧用制御モータ４４は、精密なロータリエンコーダを内蔵したデジタル制御のステッピングモータである。この制御モータ４４には、制御部１２のモータコントローラ１２ｂから信号ケーブル１０ｄを介してパルス信号が入力される。このパルス信号は、供試体２に与える軸圧の大きさに基づいてモータコントローラ１２ｂで生成される。

【0028】

軸圧用制御モータ４４は、例えば、１回転あたりのパルス数が８０万パルスに設定されている。そして、減速機４２を介することによりさらに１回転あたりのパルス数が１２００万パルスになる。また、第１のボールネジ３７のピッチは５．０ｍｍに設定されている。このような設定によれば、１パルスあたりの下側閉鎖部２７の移動分解能が約４×１０^−７ｍｍに設定されることになる。なお、本実施形態の軸圧発生部７の最大圧縮力は一例として２０ｋＮである。

【0029】

図３及び図４に示されるように、与圧室１９内において上蓋部１８と隔壁１７との間には、互いに同様の形状を有する４本の第１の支柱４６が配置されている（図４参照）。第１の支柱４６は、上端部が上蓋部１８に固定され、下端部が隔壁１７に固定されている。この第１の支柱４６は、軸圧と、与圧室１９に充填された水の軸線方向Ａ１への圧力とに対する強度部材として機能し、上蓋部１８と隔壁１７との間の軸線方向Ａへの距離Ｌ１の変化を抑制する。

【0030】

また、第１の支柱４６には、上端面から下端面まで軸線方向Ａに沿って延びた貫通穴４６ａが設けられている。この貫通穴４６ａは、種々の目的に利用することができる。例えば、側圧又は背圧のための水を流動させる配管として利用してもよいし、水の温度を測定する温度計を配置するために利用してもよいし、変位計を配置するために利用してもよい。

【0031】

また、第１の支柱４６は、筐体１３内に配置されているため、筐体１３の外側に強度部材を配置した場合に比べて、第１の支柱４６間の距離Ｌ２，Ｌ３が短くなる（図４参照）。距離Ｌ２，Ｌ３が短くなると、軸線方向Ａ１の軸圧が上蓋部１８に作用したとき、上蓋部１８に発生する応力が抑制されるので、強度を持たせるために上蓋部１８を大型化する必要がなくなる。

【0032】

さらに、機械室２２内において隔壁１７とボールネジ支持部４３との間には４本の第２の支柱４７が配置されている（図４参照）。第２の支柱４７は、上端部が隔壁１７に固定され、下端部がボールネジ支持部４３に固定されている。第２の支柱４７は、平面視した場合に第１の支柱４６と重ならない位置に配置されている。この第２の支柱４７は、下側閉鎖部２７を供試体２に押し付けた時に生じる反力に対する強度部材として機能し、隔壁１７とボールネジ支持部４３との間の軸線方向Ａへの距離Ｌ４の変化を抑制する。

【0033】

次に、側圧用シリンジポンプ４について説明する。図５に示されるように、シリンジポンプ４は、水が充填されたシリンジ４８と、機械室５２を形成するための筐体５３と、制御モータ５７Ｌを収容するためのモータケース５８とを有している。

【0034】

シリンジ４８には、下端開口からピストン部４９が挿入されている。シリンジ４８には、一例として１００ｃｃの水が充填され、上端開口が上蓋部５１により閉鎖されている。上蓋部５１には、バルブ５によって第１の配管８が連結されている。ピストン部４９は、シリンジ４８の内部が水密を保ち、且つシリンジ４８の内壁面と摺動可能に構成されている。ピストン部４９の直径は、一例として３０ｍｍである。ピストン部４９がシリンジ４８内に挿入されて、シリンジ４８内の水を押圧することにより、上蓋部５１のバルブ５から水が吐出し、第１の配管８を介して水が装置本体３に圧送される。

【0035】

シリンジ４８の下端部には、機械室５２を形成する筐体５３が取り付けられ、機械室５２内には圧力発生部５５が配置されている。筐体５３は、断面円形の筒部５４を有し、筒部５４の上端開口には、筐体５３にシリンジ４８を連結するための蓋部５６が取り付けられている。そして、筒部５４の下端開口には、制御モータ５７Ｌを収容するためのモータケース５８が取り付けられている。なお、シリンジポンプ４の大きさは、高さが約５００ｍｍであり外径が約１２０ｍｍであるため、机上に載置することも可能である。

【0036】

機械室５２内には、ピストン部４９の下端部に固定されたナット部５９が配置されている。ナット部５９にはシリンジ４８の軸線方向Ａ２に延びたボールネジ６１が噛合し、ボールネジ６１の下端には、軸継手６２及び減速器６３を介して側圧用制御モータ５７Ｌが接続されている。なお、ナット部５９の回転防止のための回転防止軸６４とフランジ６６が設けられている。また、機械室５２内には、シリンジ４８の軸線方向Ａ２に延びる支柱６７が配置されている。支柱６７の上端部は蓋部５６の下面に固定され、支柱６７の下端部はモータケース５８の上面に固定されている。この支柱６７は、シリンジ４８内の水にピストン部４９を押圧したときに生じる反力に対する強度部材として機能する。

【0037】

本実施形態の圧力発生部５５は、制御モータ５７Ｌとボールネジ６１とナット部５９とを有している。制御モータ５７Ｌは、精密なロータリエンコーダを内蔵したデジタル制御のステッピングモータである。この制御モータ５７Ｌには、制御部１２のモータコントローラ１２ｂから信号ケーブル１０ｅを介してパルス信号が入力される。このパルス信号は、供試体２に与える側圧の大きさに基づいてモータコントローラ１２ｂにおいて生成される。

【0038】

制御モータ５７Ｌは、例えば、１回転あたりのパルス数が８０万パルスに設定されている。また、ボールネジ６１のピッチは２．０ｍｍに設定されている。このような設定によれば、１パルスあたりの水の吐出量分解能が約１．８×１０^−６ｃｃに設定される。なお、本実施形態のシリンジポンプ４の最大圧力は一例として３．０ＭＰａである。

【0039】

次に、背圧用シリンジポンプ６について説明する。シリンジポンプ６は、上蓋部５１のバルブ５に第２の配管９が接続され、背圧用制御モータ５７Ｂを有し、背圧用制御モータ５７Ｂに信号ケーブル１０ｆが接続されている点で側圧用シリンジポンプ４と相違する。その他の構成は共通するため、背圧用シリンジポンプ６の詳細な説明は省略する。

【0040】

図１に示されるように、制御部１２のアナログセンサー用アンプ１２ａには、信号ケーブル１０ａを通じて軸圧用センサＳ１から軸圧データが入力され、信号ケーブル１０ｂを通じて側圧用センサＳ２から側圧データが入力されると共に信号ケーブル１０ｃを通じて背圧用センサＳ３から背圧データが入力される。ここで、センサＳ１は、荷重を電気信号に変換するセンサであり、例えばひずみゲージ式ロードセルが用いられる。また、センサＳ２，Ｓ３は、シリンジ４８から吐出される水の圧力変化を電気信号に変換するセンサであり、例えば、圧電素子を利用した電子式圧力センサが用いられる。

【0041】

制御部１２のモータコントローラ１２ｂは、信号ケーブル１０ｄを通じて軸圧用制御モータ４４のためのパルス信号を出力し、信号ケーブル１０ｅを通じて側圧用制御モータ５７Ｌのためのパルス信号を出力すると共に、信号ケーブル１０ｆを通じて背圧用制御モータ５７Ｂのためのパルス信号を出力する。

【0042】

制御部１２は、アナログセンサー用アンプ１２ａとモータコントローラ１２ｂに加え、さらに、所定の試験基準に準拠するシーケンスに従って軸圧と側圧と側圧とを制御するためのシーケンサ１２ｃと、アンプ１２ａで取得された各センサＳ１〜Ｓ３のデータを蓄積すると共に、シーケンサ１２ｃの入出力端末として機能するパーソナルコンピュータ１２ｄとを有している。シーケンサ１２ｃにはアンプ１２ａが接続され、シーケンサ１２ｃはパーソナルコンピュータ１２ｄの入力インターフェースとして機能する。また、シーケンサ１２ｃにはモータコントローラ１２ｂが接続され、モータコントローラ１２ｂに対してパルス信号を生成するための制御信号を出力する。シーケンサ１２ｃには、パーソナルコンピュータ１２ｄが接続され、シーケンサ１２ｃから軸圧と側圧と背圧のデータが送信されると共にパーソナルコンピュータ１２ｄからシーケンス制御のためのプログラムが出力される。

【0043】

上述した本実施形態の三軸試験装置１によれば、側圧及び背圧を供試体２に加えるためにシリンジ４８内の水を直接に与圧室１９及びスリーブ２４内に送り込んでいるので、三軸試験装置１は空気圧源であるコンプレッサ等の装置が不要であり、装置１の小型化を可能にしている。

【0044】

また、三軸試験装置１では、シリンジ４８内の水をピストン部４９で圧縮して側圧及び背圧を発生させている。水圧により圧力を与える構成によれば、圧力の媒体である水の体積変化が空気よりも少なくなる。さらに水が大気と接する部分が無くなるため、水に含まれる溶存ガスが圧力制御の精度に及ぼす影響が抑制される。従って、空気圧を利用した構成よりも圧力の制御精度を高めることができる。

【0045】

また、軸圧と側圧と背圧とは、制御モータ４４，５７Ｌ，５７Ｂの回転角度に基づいて制御される。制御モータ４４，５７Ｌ，５７Ｂの回転角度は電気的に制御することが可能であるので、これら圧力を容易に制御できると共に、制御の精度を高めることができる。従って、精度のよい試験を達成することができる。そして、これら制御モータ４４，５７Ｌ，５７Ｂは、ステッピングモータであり、入力されるパルス信号に基づいて回転軸が所定角度だけ回転するように制御される。従って、軸圧と側圧と背圧とをさらに容易に制御できると共に、安価に低速で高トルクを発生させて圧力の制御精度を高めている。この結果、同じ基準に基づいた試験を実施した場合に、従来の三軸試験装置よりも試験精度を向上させることができる。

【0046】

また、この三軸試験装置１では、上蓋部１８と隔壁１７とが第１の支柱４６により連結されているので、側圧による与圧室１９の軸線方向Ａ１への変形を抑制することができる。さらに、隔壁１７とボールネジ支持部４３とが第２の支柱４７により連結されているので、軸圧による軸線方向Ａ１への筐体１３の変形を抑制することができる。従って、装置本体３の外部に軸圧及び側圧に対する強度フレームを設ける必要がないため、三軸試験装置１を小型化することができる。

【0047】

この三軸試験装置１は、装置本体３と２つのシリンジポンプ４，６が第１の配管８と第２の配管９により接続され、各センサＳ１〜Ｓ３と制御部１２が、信号ケーブル１０ａ〜１０ｆにより接続されている。このような構成によれば、第１の配管８と第２の配管９と信号ケーブル１０ａ〜１０ｆとを取り外して、装置本体３と２つのシリンジポンプ４，６と、制御部１２とに分解することが可能となり容易に持ち運ぶことができる。さらに、三軸試験装置１は、制御部１２及び制御モータ４４，５７Ｌ，５７Ｂを動作させるための電源と所定量の水とがあれば三軸試験を実施できる。従って、空気圧源等の大型のインフラ設備が整っていない場所であっても三軸試験を実施することが可能になる、建設現場等の所望の場所に持ち込んで三軸試験を実施することができる。

【0048】

この三軸試験装置１では、シリンジポンプ４のシリンジ４８と第１の配管８と与圧室１９とを満たす量の水、及びシリンジポンプ６のシリンジ４８と第２の配管９と供試体２が収容されたスリーブ２４内を満たす量の水があれば試験を実施することが可能である。従って、三軸試験に要する水量を低減することができる。

【0049】

ところで、従来、三軸試験における圧力の印加は、作業者がバルブの開度等を調整して実施していた。この圧力を印加する作業は熟練を要する作業であった。一方、この三軸試験装置１では、パーソナルコンピュータ１２ｄから入力されたプログラムに基づき、シーケンサ１２ｃがモータコントローラ１２ｂに制御信号を出力することにより、試験基準に基づいた軸圧、側圧、背圧の印加を実行しつつ、試験中の荷重、変位、圧力、ひずみ等を取得及び計算してデータを収集することが可能となる。従って、三軸試験を簡易に実施することができる。

【0050】

上述したように、三軸試験装置１によれば、電源と所定量の水があれば、試験を実施する場所や作業者の熟練度に関係なく三軸試験を実施することが可能になる。従って、試験単価が低減して試験数量が増加するため、計画段階における試験や工事中の施工管理の精度を向上させることができる。

【0051】

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、三軸試験装置１では、水に含まれる溶存ガスを除去するデガッサを備え、インラインで水中の溶存ガスを除去してもよい。このような構成によれば、試験前に予め溶存ガスが除去された脱気水を準備する工程が不要となり、試験準備に要する時間を短縮することができる。

【符号の説明】

【0052】

１…三軸試験装置、２…供試体、３…装置本体、４…側圧用シリンジポンプ（側圧発生部）、６…背圧用シリンジポンプ（背圧発生部）、８…第１の配管、９…第２の配管、１２…制御部、１３…筐体、１７…隔壁、１８…上蓋部、１９…与圧室、２２…機械室、２３…軸圧発生部、２４…スリーブ、２４ａ…上側開口、２４ｂ…下側開口、２６…上側閉鎖部、２７…下側閉鎖部、３６…ナット部（第１のナット部）、３７…ボールネジ（第１のボールネジ）、４３…ボールネジ支持部、４４…軸圧用制御モータ、４６…第１の支柱、４６ａ…貫通穴、４７…第２の支柱、４８…シリンジ（第１のシリンジ、第２のシリンジ）、４９…ピストン部（第１のピストン部、第２のピストン部）、５７Ｌ…制御モータ（側圧用制御モータ、５７Ｂ…制御モータ（背圧用制御モータ）、５９…ナット部（第２のナット部、第３のナット部）、６１…ボールネジ（第２のボールネジ、第３のボールネジ）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】