オイドメーターテスト

オエドメーター試験は、土質工学で行われる土質調査の一種で、土壌の圧密特性を測定します。オエドメーター試験は、土壌サンプルにさまざまな荷重をかけ、変形反応を測定することによって行われます。これらの試験の結果は、有効応力の変化に応じて現場の土壌がどのように変形するかを予測するために使用されます。

オエドメーター試験は、土壌が現場で経験する1 次元の変形と排水条件をシミュレートするように設計されています。オエドメーター試験の土壌サンプルは、通常、直径と高さの比率が約 3:1 の円形ディスクです。サンプルは、土壌サンプルの横方向の変位を防ぐ一方で、適用される荷重の変化に応じてサンプルが垂直方向に膨張または圧縮されるようにする、剛性のある拘束リングに保持されます。既知の垂直応力は、通常、フリーウェイトとレバーアームを使用して、サンプルの上面と下面に適用されます。適用される垂直応力は変化し、サンプルの厚さの変化が測定されます。

水で飽和したサンプルの場合、垂直方向の排水を可能にするためにサンプルの上部と下部に多孔質の石が置かれ、乾燥を防ぐためにサンプル全体が水に浸されます。飽和した土壌サンプルは圧密現象を示し、土壌の体積が徐々に変化して、適用される拘束応力の変化に対する応答が遅れます。通常、オエドメーターでこの処理が完了するには数分または数時間かかり、サンプルの厚さの時間的変化が記録され、圧密係数と土壌の 透水性の測定値が得られます。

oedometer（/ i ˈ d ɒ m ɪ t ər / ee- DO -mi-tər、場合によっては/ oʊ ˈ d ɒ m ɪ t ər / oh- DO -mi-tər ）という単語は、古代ギリシャ語の οἰδέω （oidéō「腫れる」）と名詞oídēma「腫れ」に由来しており、^{[1]英語でも}oedemaと同じ意味で使用されています。^[2]

これは、車両の走行距離を測定する装置を指す古代ギリシャ語のὁδός（hodos 「道」）に由来する、見た目は似ているが無関係な単語「オドメーター」と混同しないでください。^[3]

圧密実験は1910年にフロンタードによって初めて実施されました。薄いサンプル（厚さ2インチ、直径14インチ）を切り取り、穴の開いた底の金属容器に入れました。次に、このサンプルをピストンで段階的に負荷し、各増加後に平衡に達するようにしました。粘土の乾燥を防ぐため、テストは湿度の高い部屋で行われました。^[4]

カール・フォン・テルツァギは1919年にイスタンブールのロバート大学で圧密の研究を始めました。^{[4]これらの実験を通して、テルツァギは}圧密の理論を開発し始め、最終的には1923年に出版されました。

マサチューセッツ工科大学は初期の圧密研究で重要な役割を果たした。テルツァギとアーサー・カサグランデはともにMITで過ごした。テルツァギは1925年から1929年まで、カサグランデは1926年から1932年まで。その間、圧密試験の試験方法と装置が改良された。^[5]カサグランデのオエドメーター試験技術への貢献には、天然土サンプルの圧密前圧力を推定する「カサグランデ法」が含まれる。^[6] 1940年代にはドナルド・テイラーがMITで研究を継続した。^[7]

英国規格協会とASTMはどちらも、オエドメーター試験の標準化された方法を持っています。ASTM D2435 / D2435M - 11は、増分荷重によるオエドメーター試験を扱っています。ASTM D3877、ASTM D4546、およびAASHTO T216も、土壌の圧密特性を決定するための他の同様の試験を実施するための関連手順を提供します。^[8] BS 1377-5:1990は、オエドメーター試験の関連する英国規格です。より広範なBS 1377シリーズは、さまざまな地質工学調査のためのサンプル準備に関する背景情報とベストプラクティスのアドバイスも提供しています。^[9]また、オエドメーター試験に関する2つのISO規格があります。増分荷重オエドメーター試験に関するISO 17892-5:2017、^[10]およびBS EN ISO 17892-11:2019は、飽和サンプルのオエドメーター試験を含む土壌透水性試験のさまざまな方法を扱っています。^[11]

圧密計は基本的に3つの部品から構成されています。土壌サンプルを保持する「圧密セル」、サンプルに既知の圧力をかける機構、サンプルの厚さの変化を測定する機器です。^[12]

オエドメーターテストを実行するために必要な機器は、「オエドメーターテストセット」と呼ばれることもあります。オエドメーター実験室の典型的な備品には以下が含まれます。^[13]

• ベンチ×1
• オエドメーター 3 個
• 3 x セル、50mm、63.5mm、または75mm
• 3 x ダイヤルゲージ（アナログまたはデジタル）
• ウェイトセット x 1

圧密セルは、試験中に土壌サンプルを保持するオエドメーターの一部です。圧密セルの中央には、土壌サンプルを保持するサンプルリングがあります。サンプルリングは通常、クッキーカッターのような形をしており、片側に鋭いエッジがあるため、リングを使用して、より大きな天然土壌ブロックから土壌サンプルのスライスを切り取ることができます。サンプルリングにぴったり収まる2つの多孔質石のスライスは、土壌サンプルを機械的に閉じ込めながら排水します。これらのコンポーネントはすべて、コンポーネントの位置合わせを確実にするための溝が付いた大きなシリンダーに収まり、外部配管への給排水を提供します。土壌サンプルの上には、土壌に圧縮荷重をかけるために剛性のある荷重キャップが置かれています。^{[12] [14]}

オエドメーターの荷重機構は、既知の圧縮荷重、つまり直径が固定されているため既知の圧縮応力を土壌サンプルに適用します。ほとんどのオエドメーターは、レバーアームとフリーウェイトのセットを使用してこれを実現します。フリーウェイトは既知の重力荷重を提供し、レバーアームは荷重を増幅して土壌サンプルに伝達します。^[15]

圧密特性を測定するために使用されるオエドメーター試験は数多くある。最も一般的なタイプは増分荷重（IL）試験である。^[16]

試験は、かき乱されていないサンプルから調製された標本に対して行われる。鋭い刃の付いた硬い拘束リングを使用して、大きな土塊から直接土壌サンプルを切り取る。余分な土は慎重に削り取られ、直径と高さの比率が 3 以上のサンプルが残る。排水のために、サンプルの上部と下部に多孔質の石が置かれる。次に、上部の多孔質の石の上に硬い荷重キャップが置かれる。飽和した土壌サンプルの場合、サンプルが乾燥するのを防ぐために、サンプルリング全体を水に浸すことが重要である。^[16]

次に、このアセンブリを荷重フレームに配置します。フレームに重りを置き、土壌に荷重をかけます。サンプルの圧縮は、ダイヤルインジケータによって時間の経過とともに測定されます。時間経過に伴うたわみ値を観察することで、サンプルが一次圧密の終了に達したかどうかを判断できます。次に、すぐに別の荷重を土壌に加え、このプロセスを繰り返します。大きな合計荷重が適用された後、サンプルの荷重は徐々に減少します。荷重増分比を 1/2 にすると、土壌の空隙率と有効応力の関係を説明するのに十分な数のデータ ポイントが得られます。^[16]

オエドメーター試験は、試験対象の土壌に関する非常に有用なデータを技術者に提供します。

体積圧縮係数

${\displaystyle m_{v}={\frac {\Delta e}{1+e_{0}}}{\frac {1}{\Delta \sigma _{v}^{'}}}}$オエドメーターテストから派生

${\displaystyle \Delta H=m_{v}{\sigma _{v}^{'}}H_{0}}$フィールド内のレイヤーに適用（画像を参照）

• 圧密前圧力σ' _p ^[17]
  • 荷重に対する土壌の硬い変形と柔らかい変形の境界を示す有効応力
  • 通常、過去に氷河や侵食層からの高い荷重があったことを示す
• 再圧縮指数 C _R = Δ e /Δlogσ' _v ^[18]
  • 圧密前の圧力よりも小さい荷重下で土壌の体積がどのように変化するか（沈下）
  • 除荷による腫れを推定するのに使用できます
• 圧縮指数 C _C = Δ e /Δlogσ' _v ^[18]
  • 圧密前の圧力を超える荷重を受けた場合、土壌の体積がどのように変化するか（沈下するか）
• 一次強化期間t _p ^[19]
• 二次圧縮指数 C _α = Δ e /Δlog t ^[19]
  • 一定の荷重下で土壌の体積がどのように変化するか（沈下）

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