特開 2024-41128 真三軸試験方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024041128

(43)【公開日】2024-03-27

(54)【発明の名称】真三軸試験方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/00 20060101AFI20240319BHJP

   G01N 3/08 20060101ALI20240319BHJP

   G01N 3/10 20060101ALI20240319BHJP

【ＦＩ】

G01N3/00 D

G01N3/08

G01N3/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022145775

(22)【出願日】2022-09-14

(71)【出願人】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 健一郎

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 郷司

(72)【発明者】

【氏名】大井 高三

【テーマコード（参考）】

2G061

【Ｆターム（参考）】

2G061AA03

2G061AA05

2G061AB03

2G061BA04

2G061CA06

2G061CB03

2G061EA02

(57)【要約】

【課題】真三軸試験の精度向上を図る。
【解決手段】角柱の供試体に、互いに直交する３方向から荷重を載荷する真三軸試験方法であって、前記供試体をポリウレアで吹付被覆する被覆工程を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

角柱の供試体に、互いに直交する３方向から荷重を載荷する真三軸試験方法であって、
前記供試体をポリウレアで吹付被覆する被覆工程を有する、
ことを特徴とする真三軸試験方法。

【請求項2】

請求項１に記載の真三軸試験方法であって、
前記供試体を含水飽和させる湿潤工程を有し、
前記湿潤状工程の後に前記被覆工程を行う、
ことを特徴とする真三軸試験方法。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の真三軸試験方法であって、
前記被覆工程よりも前に、前記供試体の表面の一部を養生する養生工程を有する、
ことを特徴とする真三軸試験方法。

【請求項4】

請求項１又は請求項２に記載の真三軸試験方法であって、
前記被覆工程よりも後に、吹付被覆された前記ポリウレアの一部を除去する除去工程を有する、
ことを特徴とする真三軸試験方法。

【請求項5】

請求項１又は請求項２に記載の真三軸試験方法であって、
前記供試体の表面に水性エポキシ系無溶剤型プライマーを塗布する塗布工程を有し、
前記ポリウレアは、前記水性エポキシ系無溶剤型プライマーによって前記供試体に接着される、
ことを特徴とする真三軸試験方法。

【請求項6】

請求項１又は請求項２に記載の真三軸試験方法であって、
前記供試体の破壊前または破壊後に三軸載荷状態で透水試験を行う、
ことを特徴とする真三軸試験方法。

【請求項7】

請求項１又は請求項２に記載の真三軸試験方法であって、
前記ポリウレアは加水分解しない、
ことを特徴とする真三軸試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真三軸試験方法に関する。

【背景技術】

【0002】

岩石等の真三軸試験は、３次元応力下での変形特性やその機構を明らかにすることを目的とし、供試体に一様な相異なる３つの主応力を作用させるものである。例えば、特許文献１では、角柱の供試体をゴムジャケットで覆い、通水面を形成した加圧プレートで水密に囲って、３方向から荷重を載荷し、破壊試験および透水試験を実施している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－３４９８１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のように供試体をゴムジャケットで覆う場合、例えば、高圧力下および高水圧下において、ゴムジャケットの弱部（例えば稜線部（角部））が破れたり、ゴムジャケットと供試体との間に隙間が生じて、ゴムジャケットと供試体の間を水が流れたりすることがあった。これにより正しい計測ができないおそれがあった。

【0005】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、真三軸試験の精度向上を図ることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するための主たる発明は、角柱の供試体に、互いに直交する３方向から荷重を載荷する真三軸試験方法であって、前記供試体をポリウレアで吹付被覆する被覆工程を有することを特徴とする。

【0007】

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、真三軸試験の精度向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】真三軸試験で用いられる止水構造体の部品構成例を示す図である。

【図2】供試体Ｓをゴムジャケット２３で覆った状態の一例を示す図である。

【図3】本実施形態の真三軸試験方法を示すフロー図である。

【図4】図４Ａ～図４Ｅは、図３の主な工程における状態を示す図である。

【図5】真三軸試験方法の変形例を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本明細書及び添付図面により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。

【0011】

角柱の供試体に、互いに直交する３方向から荷重を載荷する真三軸試験方法であって、前記供試体をポリウレアで吹付被覆する被覆工程を有する。

【0012】

このような真三軸試験方法によれば、真三軸試験の精度向上を図ることができる。

【0013】

かかる真三軸試験方法であって、前記供試体を含水飽和させる湿潤工程を有し、前記湿潤状工程の後に前記被覆工程を行うことが望ましい。

【0014】

このような真三軸試験方法によれば、湿潤状態の供試体をポリウレアで被覆して、真三軸試験（透水試験など）に用いることができる。

【0015】

かかる真三軸試験方法であって、前記被覆工程よりも前に、前記供試体の表面の一部を養生する養生工程を有してもよい。

【0016】

このような真三軸試験方法によれば、養生部分にポリウレアが形成されないので、水を通すための開口部を簡易に形成することができる。

【0017】

かかる真三軸試験方法であって、前記被覆工程の後、吹付被覆された前記ポリウレアの一部を除去する除去工程を有してもよい。

【0018】

このような真三軸試験方法によれば、所望の箇所に開口部を形成することができる。

【0019】

かかる真三軸試験方法であって、前記供試体の表面に水性エポキシ系無溶剤型プライマーを塗布する塗布工程を有し、前記ポリウレアは、前記水性エポキシ系無溶剤型プライマーによって前記供試体に接着されることが望ましい。

【0020】

このような真三軸試験方法によれば、ポリウレアと供試体との接着性を高めることができる。

【0021】

かかる真三軸試験方法であって、前記供試体の破壊前または破壊後に三軸載荷状態で透水試験を行うことが望ましい。

【0022】

このような真三軸試験方法によれば、供試体が破壊した後でもポリウレアは剥がれないので、供試体の破壊前でも破壊後でも三軸載荷状態で透水試験を行うことができる。特に破壊後では、水が通る割れ目を対象にした部分的な透水試験が可能になる。

【0023】

かかる真三軸試験方法であって、前記ポリウレアは加水分解しないことが望ましい。

【0024】

このような真三軸試験方法によれば、経年劣化を防止することができる。

【0025】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

【0026】

＝＝＝本実施形態＝＝＝
＜＜＜真三軸試験について＞＞＞
三軸試験は、試験対象となる供試体に、互いに直交する水平二方向および鉛直方向の三軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向の圧力をかけ、自然状態に近い条件下で載荷試験を行ない、変形などを測定する試験である。角柱（直方体や立方体）の供試体の三軸に異なる力を加える三軸試験を「真の三軸試験（以下、真三軸試験）」ともいう。

【0027】

真三軸試験では、前述したように、角柱（ここでは立方体）の供試体を用いて、三軸方向に圧力をかけて、破壊試験や透水試験などを行う。この際、供試体の止水構造体が用いられる。

【0028】

＜＜比較例＞＞
まず比較例の止水構造体について説明する。図１は、真三軸試験で用いられる止水構造体の部品構成例を示す図であり、図中符号（１）～（９）は各部品の組立手順を示している。

【0029】

図１において、台座２０は、真三軸試験装置の下部鉛直フレーム（不図示）上に設置される台座であり、この台座２０上に各部品が順次配置される。先ず、台座２０上には下部加圧プレート２１が設置される。次いで、下部加圧プレート２１上には濾紙２２を介して立方形状をなす供試体Ｓが設置され、その外周囲を上下にフランジを形成したゴムジャケット２３で覆う。なお、供試体Ｓは、実際の岩盤（岩石）を立方体形状に切り出したものである。

【0030】

その後、下部加圧プレート２１の周囲に、一対の止水用治具としてのバックアッププレート２４，２５で支持された状態でジャケットフランジ押え２６が固定され、ゴムジャケット２３の下部周囲を固定する。この固定の後、供試体Ｓの四周には四枚の側面加圧プレート２７が配置され、供試体Ｓの側面を覆う。各側面加圧プレート２７は枡形に配置され、側面二方向からの加圧を均等に受けるようにしている。

【0031】

側面加圧プレート２７の組立後は、前記と同様にバックアッププレート２４，２５で支持された状態でジャケットフランジ押え２６が固定され、ゴムジャケット２３の上部周囲を固定する。その後、下部と同じく濾紙２２を介して上部加圧プレート２８が供試体Ｓ上に設置され、ネジ止めにより止水構造体の組立を完了する。

【0032】

各加圧プレート２１，２７，２８には正方形状の窓部が３×３列で合計９カ所開口され、この窓部にはポーラスメタル２９が嵌合固定され、加圧時における供試体Ｓの形状保持性と通気、通水性を確保している。

【0033】

図２は、供試体Ｓをゴムジャケット２３で覆った状態の一例を示す図である。この例では、ゴムジャケット２３は、供試体Ｓの全ての面を覆っている。また、ゴムジャケット２３の各面には、ポーラスメタル２９（窓部）と対向する位置（各面につき９カ所）に正方形状の開口部２３ａが設けられている。

【0034】

このように組み立てられた止水構造体を、真三軸試験装置（不図示）に取り付けて３方向にそれぞれ加圧しつつ、いずれかの方向から水を供給することで、破壊試験および透水試験を実施する。

【0035】

しかしながら、この比較例の場合、高圧力下および高水圧下において、ゴムジャケット２３の弱部（例えば稜線部（角部））が水圧などにより、破れることがある。ゴムジャケット２３が破れると、面に均一に載荷できなくなる。また、ゴムジャケット２３が変形し、ゴムジャケット２３と供試体Ｓの間を水が流れてしまうこともある。このような場合、正しい計測ができなくなる。

【0036】

＜＜本実施形態＞＞
本実施形態では、ゴムジャケットを用いずに、ポリウレアで供試体を吹付被覆する。

【0037】

以下、本実施形態で使用するポリウレアとその専用プライマーについて説明する。

【0038】

＜ポリウレアについて＞
ポリウレアは、イソシアネートとアミンの化学反応によって生成される樹脂化合物であり、高強度・高弾性・高接着性・耐水性・耐食性・耐薬品性・耐摩耗性・耐衝撃性なとの優れた特性を有する。イソシアネートとしては、大きく２種類（芳香族系と脂肪族系の２種類）あり、主に強度に優れる芳香族系が用いられる。アミン成分としては、脂肪族一級アミン、芳香族一級アミン、脂肪族二級アミン（反応速度が高い順に記載）が用いられる。

【0039】

ポリウレアを吹付する場合、イソシアネート（Ａ液）とアミン基（Ｂ液）をスプレーガンで衝突混合させて吹付塗布する。本実施形態では、イソシアネート（Ａ液）としてポリウレアジャパン株式会社製の製品名「ＰＪ－００９Ｐｏｌｙｕｒｅａ－Ａ」を用い、アミン基（Ｂ液）としてポリウレアジャパン株式会社製の製品名「ＰＪ－００９Ｐｏｌｙｕｒｅａ－Ｂ」を用いた。

【0040】

この２液はきわめて早い反応速度を有し、均等で美しいシームレスな（継ぎ目のない）被覆層を形成できる。また、硬化速度が速いため、立体面、突出面に吹き付けても流れ落ちない。また、２液により形成されるポリウレアは、各種基材（ここでは供試体）に対して優良な付着力を持ち、強度、高度、弾性がいずれも高く、さらに伸長率が４００％以上であり、供試体の変形に追随できる（剥がれにくい）。また、ポリウレアは、湿気、温度の影響を受けにくく、耐候性に優れており、加水分解しない。このため経年劣化を抑制できる。

【0041】

また、本実施形態では、後述するように、湿潤状態の供試体をポリウレアで吹付被覆するため、ポリウレア専用プライマーを用いている。

【0042】

＜ポリウレア専用プライマーについて＞
ポリウレア専用プライマーは、水性エポキシ性無溶剤プライマーであり、供試体とポリウレアとの接着性を向上させる（高める）ための下塗り材である。ポリウレア専用プライマーは、主剤と硬化剤の二液型であり、本実施形態では、特殊変性エポキシ樹脂を主成分とする主剤と、変性脂肪族ポリアミンを主成分とする硬化剤を、重量比３：１（主剤：硬化剤）で配合したものを用いた。具体的には、ポリウレアジャパン株式会社製の製品名「ＰＪ－ＣＰ－１１２Ｗ」を用いた。

【0043】

このポリウレア専用プライマーは、供試体が湿潤状態においても優れた下地接着力（２．２ＭＰａ以上の接着性）を有している。そして、ポリウレア専用プライマーによって、ポリウレアを湿潤状態の供試体に接着させることができる。

【0044】

＜＜＜真三軸試験方法について＞＞＞
図３は本実施形態の真三軸試験方法を示すフロー図である。また、図４Ａ～図４Ｅは、図３の主な工程における状態を示す図である。

【0045】

まず、図４Ａに示すように、角柱（ここでは立方体）の供試体Ｓを、水の中に入れて（水浸させて）、含水飽和させる（Ｓ０１：湿潤工程に相当）。なお、飽和には限られず、所定の含水率（例えば８０％）以上に含水させるようにしてもよい。これにより、供試体Ｓを湿潤状態にする。

【0046】

次に、図４Ｂに示すように、供試体Ｓの各面の一部（ここでは、各面それぞれ９カ所）を養生部材４０で養生する（Ｓ０２：養生工程に相当）。

【0047】

次に、供試体Ｓにポリウレア専用プライマー（不図示）を塗布し（Ｓ０３：塗布工程に相当）、図４Ｃに示すように、スプレーガン１００から供試体Ｓに向けてポリウレア５０を吹付ける。これにより、供試体Ｓをポリウレア５０で吹付被覆する（Ｓ０４：被覆工程に相当）。なお、スプレーガン１００は、イソシアネート（Ａ液）とアミン基（Ｂ液）の混合チャンバー（不図示）を有しており、混合チャンバーで２液を衝突混合させて、その混合液（換言するとポリウレア５０）をスプレーするように構成されている。

【0048】

スプレーガン１００からの吹付により、供試体Ｓの各面に、それぞれ、ポリウレア５０を所定厚さ（例えば約２ｍｍ）に形成する。例えば、鉛直方向を軸として回転可能な台の上に供試体Ｓを載置し、台を回転しつつスプレーガン１００から吹付を行うことで、供試体Ｓの４つの側面にポリウレア５０を吹付被覆できる。また、供試体Ｓの全面にポリウレア５０を吹付被覆する場合、例えば、上記の４つの側面にポリウレア５０を吹付被覆した後、（ポリウレア５０を形成していない面（ここでは上下面）が横になるように）供試体Ｓの配置を変える。これにより、同様にポリウレア５０を吹付被覆することができる。

【0049】

こうして、図４Ｄに示すように、供試体Ｓの各表面（養生部材４０が形成されていない部位）に、ポリウレア５０が形成される。

【0050】

次に、養生部材４０を除去する（Ｓ０５）。養生部材４０を除去することにより、図４Ｅに示すように、供試体Ｓを被覆するポリウレア５０には開口部５０ａが形成される。なお、開口部５０ａは、比較例（ゴムジャケット２３）に設けられた開口部２３ａに対応しており、各面にそれぞれ９カ所形成される。

【0051】

その後、ポリウレア５０で被覆された供試体Ｓを、比較例と同様に真三軸試験装置に設置し、比較例と同様に真三軸試験（破壊試験、透水試験）を行う（Ｓ０６）。

【0052】

比較例では真三軸試験においてゴムジャケット２３が破れるなどの問題があったのに対し、本実施形態では、供試体Ｓをポリウレア５０で被覆（吹付被覆）しているので、高圧力下、高水圧下においても破れにくい。よって、真三軸試験による破壊試験では、間隙水圧を計測でき、透水試験では、高圧の透水圧の負荷が可能となり、それぞれの試験の精度向上を図ることができる。

【0053】

なお、本実施形態では、供試体Ｓが破断した場合においても、ポリウレア５０は供試体Ｓに付着している（剥がれていない）ことを透水試験により確認した。これにより、供試体Ｓをポリウレア５０で吹付被覆することによって、供試体Ｓが破断する前においても、供試体Ｓが破断した後においても、三軸載荷状態で透水試験を行うことができることになる。なお、供試体Ｓが破断した後の透水試験では、水が通る割れ目を対象にした部分的な透水試験が可能になる。

【0054】

＜変形例＞
図５は、真三軸試験方法の変形例を示すフロー図である。なお、前述の実施形態と同じ構成の部分（部材）には同一符号を付している。

【0055】

この変形例でもまず供試体Ｓを含水飽和させる（Ｓ１０１：湿潤工程に相当）。

【0056】

次に、変形例では、供試体Ｓの全面にポリウレア専用プライマーを塗布し（Ｓ１０２：塗布工程に相当）、供試体Ｓの全面をポリウレア５０で吹付被覆する（Ｓ１０３：被覆工程に相当）。

【0057】

そして、供試体Ｓの各面に形成されたポリウレア５０の任意の一部を除去して開口部５０ａを形成する（Ｓ１０４：除去工程に相当）。

【0058】

その後、ポリウレア５０で被覆された供試体Ｓを、比較例と同様に真三軸試験装置に設置し、真三軸試験（破壊試験、透水試験）を行う（Ｓ１０５）。

【0059】

この変形例においても、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0060】

＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

【0061】

前述の実施形態では、真三軸試験の供試体Ｓとして岩石を用いていたが、これには限られない。例えば、岩石の強度等を模したコンクリート・モルタル・改良土等を用いてもよい。

【0062】

また、前述の実施形態では、供試体Ｓの各面に、それぞれ、開口部５０ａを９カ所形成していたが、これには限られず、実施する試験に応じて適宜形成すればよい。例えば面の中央の１カ所でもよいし、９カ所以外の複数カ所でもよい。また、開口部５０ａが形成されていない面があってもよい。特に、変形例の場合、開口部５０ａの数は少ない方が望ましい。これにより、開口部５０ａを形成するのにかかる手間を削減できる。

【0063】

また、前述の実施形態では、供試体Ｓの全ての面をポリウレア５０で被覆（吹付被覆）していたが、これには限られず、ポリウレア５０で被覆されない面があってもよい。

【符号の説明】

【0064】

２０ 台座
２１ 下部加圧プレート
２２ 濾紙
２３ ゴムジャケット
２３ａ 開口部
２４，２５ バックアッププレート
２６ ジャケットフランジ押え
２７ 側面加圧プレート
２８ 上部加圧プレート
２９ ポーラスメタル
４０ 養生部材
５０ ポリウレア
５０ａ 開口部
１００ スプレーガン
Ｓ 供試体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】