実験室紹介
土木工学研究棟3F土質試験室(2)と恒温室
試料準備室
概要
地盤物性学研究室の構成グループとして、実験室は渡部教授・福田助教グループとともに共同で使用・管理しています。一部の部屋は地盤環境解析学グループとも共有しています。実験室は全て2017年に竣工した土木工学研究棟にあります。ここでは、研究活動の中心となる3Fの土質試験室(2)と、そこにある土質試験装置について簡単に紹介します。
当実験室の設計は2016-2017年の研究棟改築時に西村が主として行っており、充実した設備が整っています。例えば、耐水床、空気圧・水道配管、100V・200V系等コンセント、採光（遮光）、断熱など、所有する装置に最適な配置がなされています。全部屋とも空調完備ですが、特に精緻な試験を行うために恒温室を設けています。また、試料準備室を個別に設けることで、試験装置は従来型の土質試験室とは一線を画す清潔さに守られています。
この他に1Fに大実験室、2Fに低温室・学生実験室などがあり、適宜研究にも利用しています。
当実験室には無数の装置・パーツがあり、実験の目的に応じて適宜、改造や即興組み立てを行います。そのためにも実験室の整理整頓は重要です。日頃から部品・ストックの管理・整頓を行っています。
当実験室には既成の試験装置は少なく、ほとんどが特注・独自製作のものです。自身らで修理・更新を行うべく、またフィールド観測装置製作のため、180cm×180cmの中央作業台では、常に何らかの作業が行われています。
試験装置
当実験室には多くの土質試験装置があります。三軸試験装置10台（うち1台は凍結可能）、CRS圧密装置3台、段階圧密試験装置4台、一面せん断試験装置2台、中空ねじり試験装置1台に加え、一次元凍結融解装置、連続加圧式水分特性試験装置、温度制御低圧圧密試験装置、針貫入試験装置、連結型圧密試験装置など非標準型の装置も多く所有しています。多くの装置は、三田地教授・澁谷助教授・田中教授ら（いずれも在籍時の職名）が導入して残して下さったものをベースとし、整備・更新しながら使っています。20-30年前に導入した装置が、新しい機能を加えながら新品のように動いていることが自慢です。
メガトルクモータ型三軸試験装置
NSK社製のメガトルクモータを載荷機構に用いた三軸試験装置で、全6台あります。導入順にMEGA I～MEGA Vの呼称があり、いずれも細部の使用が微妙に異なる個性を持っています（管理上はちょっと面倒）。6台目は、もともとCRS圧密試験装置として使用していた載荷フレームに三軸セルを設置したもので、圧密・三軸いずれにも使えます。
試験によっては、このように多くの局所変位計や振動子（ベンダーエレメントやディスク型振動子）を設置し、微小ひずみ変形特性の研究を行います。自主開発ソフトウェアCockpitにより自動制御可能であり、繰返し載荷や変速試験・クリープ試験などにも対応できる汎用性を有しています。
うち1台は凍土の試験に利用しています。装置を囲む断熱を行うことで、低温室を利用せずに常温の実験室にて凍結を行います。凍結方法には新たな工夫をしており、圧密応力下で急速に冷却を行うことでアイスレンズ形成等による供試体の不均質化を抑制します。
誠研舎型三軸試験装置
一般的な三軸試験装置です。載荷台は誠研舎製のもので、圧力セルや制御盤・ソフトウェアは自主開発したものです。汎用的な三軸試験装置となるとともに、一軸圧縮試験やCRS圧密試験を行うこともできます。
中空ねじりせん断試験装置
元は誠研舎製で、軸載荷を複動ベロフラムポンプ、ねじり載荷をステッパーモータで行うものでした。ステッパーモータのドライバーがパラレル信号駆動であったりと使用が古いこともあり、近年、軸載荷とねじり載荷をどちらもメガトルクモータで行う形式に更新しました。
メガトルクモータ型一面せん断試験装置
直応力を複動ベロフラムポンプ、せん断変位をメガトルクモータで与えるタイプの一面せん断試験装置です。同型のものを2台配備しています。一面せん断試験を行う頻度は高くありませんが、そのような場合には圧密試験供試体の再構成用の載荷フレームとして利用することもあります。
温度制御型低圧圧密試験装置
背圧を付与可能な密閉型圧密試験容器を、さらに圧力容器に格納した二重構造になっています。外セル内に恒温槽からの液体を循環させることで、圧密容器中の温度を制御することが可能です。これまで、+10℃～+50℃程度の温度サイクルを与える試験などを行っています。一方、変位計は容器外に設置してあり、温度の影響は受けません。熱による圧密沈下予測の研究に使っています。泥炭のように軟弱な表層土質を扱うことを想定し、載荷には死荷重を用いることで構造を簡素化しています。
一次元凍結融解装置
圧密試験と凍上試験装置を組み合わせたような装置です。高さ20mm程度の小型の供試体を用いるとともに、ペルチェ素子を使って急速に冷却を行うことで、供試体端面温度を数分で-20℃まで下げることができます。スイッチングにより凍結と融解を切り替えることができ、融解に伴う圧縮量を計測します。右の写真はこれをX線室内で実施可能としたもので、死荷重の代わりに小型のベロフラムポンプを使って軸応力を与えています。
定ひずみ速度（CRS）圧密試験装置
メガトルクモータにより一定速度で圧縮を行うことで圧密試験を行う装置です。同一型のものが恒温室内に3台配備されています。同研究グループが開発した旗艦ソフトウェアCockpitにより、三軸試験装置などと同じインターフェイスで条件入力することで多段階載荷を自動実行します。
等方圧縮・定水頭透水試験装置
三軸試験装置のスペアのセルを利用した等方圧縮・定水頭透水試験装置です。等方圧縮を行いながら、両端の水圧を制御し、流出量を電子天秤で正確に測ることで、低透水性材料の透水係数とその圧縮時変化を計測することができます。泥炭のように圧縮性が高く、かつ異方性が強い土質を試験する際は、供試体が大きく変形するため、常に正しい諸元を求められるように画像解析により直径・高さの変化をモニタリングします。
連続加圧式水分特性試験装置
応用地質株式会社が開発した連続加圧式水分特性試験を行う装置です。機械的な構造としては古典的な加圧板式の圧力チャンバーであり、底面に空気侵入値約300kPaのセラミックディスクを設置しています。連続加圧式では、これに加えて供試体中央にミニチュアのテンシオメータが挿入されており（この装置では天板を通して挿入）、供試体中央部の間隙水圧を直接計測します。自作の制御・記録インターフェイス（地盤工学的電子工作講座のページ参照）により、旗艦ソフトCockpitを用いて空気圧載荷ステージをプログラム・自動実行します。
当実験室には既成の試験装置は少なく、ほとんどが特注・独自製作のものです。自身らで修理・更新を行うべく、またフィールド観測装置製作のため、180cm×180cmの中央作業台では、常に何らかの作業が行われています。
NSK社製のメガトルクモータを載荷機構に用いた三軸試験装置で、全6台あります。導入順にMEGA I～MEGA Vの呼称があり、いずれも細部の使用が微妙に異なる個性を持っています（管理上はちょっと面倒）。6台目は、もともとCRS圧密試験装置として使用していた載荷フレームに三軸セルを設置したもので、圧密・三軸いずれにも使えます。
試験によっては、このように多くの局所変位計や振動子（ベンダーエレメントやディスク型振動子）を設置し、微小ひずみ変形特性の研究を行います。自主開発ソフトウェアCockpitにより自動制御可能であり、繰返し載荷や変速試験・クリープ試験などにも対応できる汎用性を有しています。
うち1台は凍土の試験に利用しています。装置を囲む断熱を行うことで、低温室を利用せずに常温の実験室にて凍結を行います。凍結方法には新たな工夫をしており、圧密応力下で急速に冷却を行うことでアイスレンズ形成等による供試体の不均質化を抑制します。
一般的な三軸試験装置です。載荷台は誠研舎製のもので、圧力セルや制御盤・ソフトウェアは自主開発したものです。汎用的な三軸試験装置となるとともに、一軸圧縮試験やCRS圧密試験を行うこともできます。
元は誠研舎製で、軸載荷を複動ベロフラムポンプ、ねじり載荷をステッパーモータで行うものでした。ステッパーモータのドライバーがパラレル信号駆動であったりと使用が古いこともあり、近年、軸載荷とねじり載荷をどちらもメガトルクモータで行う形式に更新しました。
直応力を複動ベロフラムポンプ、せん断変位をメガトルクモータで与えるタイプの一面せん断試験装置です。同型のものを2台配備しています。一面せん断試験を行う頻度は高くありませんが、そのような場合には圧密試験供試体の再構成用の載荷フレームとして利用することもあります。
背圧を付与可能な密閉型圧密試験容器を、さらに圧力容器に格納した二重構造になっています。外セル内に恒温槽からの液体を循環させることで、圧密容器中の温度を制御することが可能です。これまで、+10℃～+50℃程度の温度サイクルを与える試験などを行っています。一方、変位計は容器外に設置してあり、温度の影響は受けません。熱による圧密沈下予測の研究に使っています。泥炭のように軟弱な表層土質を扱うことを想定し、載荷には死荷重を用いることで構造を簡素化しています。
圧密試験と凍上試験装置を組み合わせたような装置です。高さ20mm程度の小型の供試体を用いるとともに、ペルチェ素子を使って急速に冷却を行うことで、供試体端面温度を数分で-20℃まで下げることができます。スイッチングにより凍結と融解を切り替えることができ、融解に伴う圧縮量を計測します。右の写真はこれをX線室内で実施可能としたもので、死荷重の代わりに小型のベロフラムポンプを使って軸応力を与えています。
メガトルクモータにより一定速度で圧縮を行うことで圧密試験を行う装置です。同一型のものが恒温室内に3台配備されています。同研究グループが開発した旗艦ソフトウェアCockpitにより、三軸試験装置などと同じインターフェイスで条件入力することで多段階載荷を自動実行します。
三軸試験装置のスペアのセルを利用した等方圧縮・定水頭透水試験装置です。等方圧縮を行いながら、両端の水圧を制御し、流出量を電子天秤で正確に測ることで、低透水性材料の透水係数とその圧縮時変化を計測することができます。泥炭のように圧縮性が高く、かつ異方性が強い土質を試験する際は、供試体が大きく変形するため、常に正しい諸元を求められるように画像解析により直径・高さの変化をモニタリングします。
応用地質株式会社が開発した連続加圧式水分特性試験を行う装置です。機械的な構造としては古典的な加圧板式の圧力チャンバーであり、底面に空気侵入値約300kPaのセラミックディスクを設置しています。連続加圧式では、これに加えて供試体中央にミニチュアのテンシオメータが挿入されており（この装置では天板を通して挿入）、供試体中央部の間隙水圧を直接計測します。自作の制御・記録インターフェイス（地盤工学的電子工作講座のページ参照）により、旗艦ソフトCockpitを用いて空気圧載荷ステージをプログラム・自動実行します。