JPH06103247B2 - Soil test equipment - Google Patents
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- JPH06103247B2 JPH06103247B2 JP768990A JP768990A JPH06103247B2 JP H06103247 B2 JPH06103247 B2 JP H06103247B2 JP 768990 A JP768990 A JP 768990A JP 768990 A JP768990 A JP 768990A JP H06103247 B2 JPH06103247 B2 JP H06103247B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は土サンプルに所定の周期で変動する荷重を印
加し、土サンプルの物理的性状を検査する土質試験装置
に関する。Description: [Industrial application] The present invention relates to a soil test apparatus for inspecting a physical property of a soil sample by applying a load varying in a predetermined cycle to the soil sample.
[従来の技術] ビル、橋梁の建設工事等においては、建設物の強度など
を確保するため、建設現場における土の物理的性状を把
握することが非常に重要である。そこで、従来より土の
性状の検査、すなわち土質試験が行われている。[Prior Art] In the construction work of buildings and bridges, it is very important to grasp the physical properties of the soil at the construction site in order to secure the strength of the construction. Therefore, conventionally, a soil property inspection, that is, a soil test is performed.
このような土質試験には、採取した土サンプルの粒子
径、化学的組成の検査の他、バネ定数など物理的性状の
検査も行われる。これは、例えば建築物の揺れに対する
強度や知るためには、土サンプルに所定の圧力を印加し
この時の歪みがどの位なるかなどを知ることが必要だか
らである。そして、このような物理的性状の検査の中
で、土サンプルに所定の周期で変動する荷重を印加し、
どの時点で土サンプルが液状化するかを試験する液状化
試験がある。この液状化試験は、建築物の地震に対する
強度などを知るための非常に重要なものと考えられてい
る。In such a soil test, in addition to the inspection of the particle size and chemical composition of the collected soil sample, the physical properties such as the spring constant are also inspected. This is because, for example, in order to know the strength against shaking of a building, it is necessary to apply a predetermined pressure to the soil sample and to know how much the strain at this time is. Then, in the inspection of such physical properties, a load varying in a predetermined cycle is applied to the soil sample,
There is a liquefaction test that tests when the soil sample liquefies. This liquefaction test is considered to be very important to know the strength of buildings against earthquakes.
そして、従来の土質試験装置における荷重の印加には、
シリンダとシリンダ内に収容されたピストンを有し、シ
リンダへの圧縮空気の導入排出を繰返すことによってピ
スントを往復動させて、往復移動力を出力するエアアク
チュエータが利用されている。これは、圧縮空気がエア
コンプレッサ等で簡単に得ることができるとともに、圧
力を解除する際大気中に解放することができるため、そ
の配管や取り扱いが非常に簡単になるなどの理由によ
る。なお、エアアクチュエータの代りに油圧駆動式のア
クチュエータを採用することもできるが、この場合、大
きなポンプや戻り配管を必要とするとともに、液洩れな
どの問題がある。And, in applying the load in the conventional soil testing device,
BACKGROUND ART An air actuator is used which has a cylinder and a piston housed in the cylinder, and reciprocates a pistunt by repeatedly introducing and discharging compressed air to and from the cylinder to output a reciprocating force. This is because compressed air can be easily obtained by an air compressor or the like and can be released into the atmosphere when the pressure is released, so that the piping and handling thereof are very simple. A hydraulically driven actuator may be used instead of the air actuator, but in this case, a large pump and a return pipe are required, and there are problems such as liquid leakage.
そして、液状化試験を行う場合には、土サンプルに対す
る印加荷重を検出しながら、これが所定の周期で変動す
るように荷重印加部のエアアクチュエータに対する圧縮
空気の導入排出をフィードバック制御している。When performing the liquefaction test, the applied load to the soil sample is detected, and the introduction and discharge of the compressed air to the air actuator of the load application unit are feedback-controlled so that the applied load fluctuates in a predetermined cycle.
[発明が解決しようとする課題] しかし、土質の液状化等の性状の変動は非常に急激に起
こり、ここで土のバネ定数が大きく変化する。従って、
通常のフィードバック制御においては、バネ定数の大き
な変化に伴う応力(印加荷重)の変化に追従することが
できず、液状化の起こる付近で、印加荷重が非常に小さ
くなってしまい、正確な試験を行えないという問題点が
あった。[Problems to be Solved by the Invention] However, changes in properties such as liquefaction of soil occur very rapidly, and the spring constant of soil changes greatly here. Therefore,
In normal feedback control, it is not possible to follow the change in stress (applied load) that accompanies a large change in spring constant, and the applied load becomes very small in the vicinity of liquefaction. There was a problem that it could not be done.
この発明は上述のような問題点を解決することを課題と
してなされたものであり、負荷の急激な変化にも対応し
て正確な荷重印加を行える土質試験装置を提供すること
を目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a soil test apparatus capable of accurately applying a load in response to a sudden change in load.
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、この発明は、土サンプルを
保持する土サンプル保持部と、シリンダとシリンダ内に
収容されたピストンを有し、シリンダへの圧縮空気の導
入排出を繰返すことによってピストンを往復動させて、
往復移動力を出力し、土サンプルに所定の周期で変動す
る荷重を印加する荷重印加部と、土サンプルに対し印加
されている荷重を検出する荷重検出部と、荷重の印加に
よって生じる土サンプルの歪みを検出する歪み検出部
と、歪みと荷重との関係から土サンプルのバネ定数を演
算算出するバネ定数算出部と、土サンプルに対する印加
荷重の目標値と上記荷重検出部で検出された印加荷重を
比較するとともに、バネ定数算出部で算出されたバネ定
数を考慮して荷重印加部に対する圧縮空気の導入排出を
制御する印加荷重制御部とを有することを特徴とする。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention has a soil sample holding portion for holding a soil sample, a cylinder and a piston housed in the cylinder, and compressed air to the cylinder. The piston is reciprocated by repeating the introduction and discharge of
A load application unit that outputs a reciprocating movement force and applies a load that fluctuates in a predetermined cycle to the soil sample, a load detection unit that detects the load applied to the soil sample, and a soil sample generated by the application of the load. A strain detection unit that detects strain, a spring constant calculation unit that calculates and calculates the spring constant of the soil sample from the relationship between the strain and the load, a target value of the applied load to the soil sample, and the applied load detected by the load detection unit. And the applied load control unit that controls the introduction and discharge of compressed air to and from the load application unit in consideration of the spring constant calculated by the spring constant calculation unit.
[作用] この発明に係る土質試験装置は上述のような構成を有し
ており、土サンプルに対し、所定の振動を印加しながら
バネ定数などのを測定する。そして、この測定におい
て、荷重印加部に対する圧縮空気の導入排出をバネ定数
を考慮して行うため、土サンプルの性状の急激な変化に
対応して土サンプルへの荷重を制御することができ、正
確な試験を行うことができる。[Operation] The soil test apparatus according to the present invention has the configuration as described above, and measures the spring constant and the like while applying a predetermined vibration to the soil sample. In addition, in this measurement, the compressed air is introduced into and discharged from the load applying section in consideration of the spring constant, so that the load on the soil sample can be controlled in response to a sudden change in the property of the soil sample, Various tests can be performed.
[実施例] 以下、この発明の一実施例に係る土質試験装置につい
て、図面に基づいて説明する。[Embodiment] A soil test apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図は土質試験装置の全体構成を示す構成図であり、
ケーシング10内には、被検体である土サンプルSを収容
する容器12が保持されている。この容器12はゴム膜等の
可撓性材料による円筒部12aと剛性材料による底部12bか
らなっている。そして、この容器12の内部に土サンプル
Sが収容され、土質試験が行われる。FIG. 1 is a configuration diagram showing the overall configuration of the soil test apparatus,
A container 12 that holds a soil sample S that is a subject is held in the casing 10. The container 12 includes a cylindrical portion 12a made of a flexible material such as a rubber film and a bottom portion 12b made of a rigid material. Then, the soil sample S is stored in the container 12 and a soil test is performed.
容器12の底部12bには、配管20が接続されており、この
配管20を介し脱気用の炭酸ガスの供給や間隙水位の供給
排出等を行う。また、この配管20には、バルブ22を介
し、土サンプルの背圧を調整するための背圧システム28
が接続されている。A pipe 20 is connected to the bottom portion 12b of the container 12, and carbon dioxide gas for deaeration and supply / discharge of pore water level are performed through the pipe 20. In addition, a back pressure system 28 for adjusting the back pressure of the soil sample is provided in the pipe 20 through a valve 22.
Are connected.
そして、バルブ22の土サンプルS側の配管20には、土質
試験を行っている際の間隙水圧を検出する圧力計24が接
続され、バルブ22の外部側の配管20には背圧を検出する
ための圧力計26が接続されている。このため、この圧力
計26を監視しながら、背圧システム28を制御することに
よって、土サンプルSの背圧を調整することができる。
ここで、この背圧の調整は、土サンプルSについての通
水脱気後、加圧水の背圧を空気により制御し、試料中の
水圧の調整することによって行う。この背圧調整は剛性
試験前までの圧密工程で行われるもので、圧縮工程後は
試料の内部は弁により密閉される。A pipe 20 on the soil sample S side of the valve 22 is connected to a pressure gauge 24 for detecting the pore water pressure during the soil test, and a pipe 20 on the outside of the valve 22 detects back pressure. A pressure gauge 26 for is connected. Therefore, the back pressure of the soil sample S can be adjusted by controlling the back pressure system 28 while monitoring the pressure gauge 26.
Here, the back pressure is adjusted by adjusting the water pressure in the sample by controlling the back pressure of the pressurized water with air after degassing the soil sample S by passing water. This back pressure adjustment is performed in the consolidation step before the rigidity test, and after the compression step, the inside of the sample is sealed with a valve.
また、容器12の周囲とケーシング10間の内側の空間は、
拘束圧印加用の水保持部30となっており、底板32によっ
てドーナツ状の容器が形成されている。In addition, the space around the container 12 and the inside of the casing 10 is
The water holding portion 30 is for applying a binding pressure, and the bottom plate 32 forms a donut-shaped container.
そして、このドーナツ状の水容器の上部空間は気密に形
成され、バルブ34を介し、例えば圧縮空気を供給する拘
束圧システム36に接続され、所定の拘束圧を容器12の側
方から印加できるようになっている。そこで、土質試験
を行う際に、所定の深さのサンプリング現場にあった時
と同様の背圧、拘束圧を土サンプルに印加することがで
き、実際の状態と同様の3軸荷重印加状態を模擬し、試
験を行うことができる。Then, the upper space of this donut-shaped water container is formed airtight, and is connected via a valve 34 to, for example, a restraint pressure system 36 that supplies compressed air so that a predetermined restraint pressure can be applied from the side of the container 12. It has become. Therefore, when performing a soil test, it is possible to apply the same back pressure and confining pressure to the soil sample as at the sampling site of a predetermined depth, and to apply the same triaxial load state as the actual state. Can be simulated and tested.
そして、この底板32には、拘束圧を検出するための圧力
計36が接続されており、拘束圧を監視しながら、この調
整を行うことができる。A pressure gauge 36 for detecting the restraint pressure is connected to the bottom plate 32, and this adjustment can be performed while monitoring the restraint pressure.
容器12の上部には、土サンプルSに所定の荷重を印加す
るためのピストン40が挿入配置されている。そして、こ
のピストン40は軸42によって、荷重を検出するロードセ
ル44を介し、荷重印加部50に接続されている。そこで、
荷重印加部50から出力される荷重を検出しながら所定の
荷重を土サンプルSに印加することができる。なお、ピ
ストン40には変位検出器46が接続され、ピストン40の位
置を検出できるようになっている。At the upper part of the container 12, a piston 40 for applying a predetermined load to the soil sample S is inserted and arranged. The piston 40 is connected to the load applying section 50 by a shaft 42 via a load cell 44 that detects the load. Therefore,
A predetermined load can be applied to the soil sample S while detecting the load output from the load applying unit 50. A displacement detector 46 is connected to the piston 40 so that the position of the piston 40 can be detected.
荷重印加部50は、気密に形成されたシリンダ部52と、こ
の内部に摺動自在に収容されたピストン部54と、このピ
ストン部54の両側空間に圧縮空気を所定の速度で切換え
導入するサーボバルブ56からなっている。そして、サー
ボバルブ56によってシリンダ52内の両側空間部52a,52b
に交互に圧縮空気を導入することによって、ピストン部
54を往復動させて軸42を介しピストン40を往復動させ
る。The load applying section 50 includes a cylinder section 52 formed airtightly, a piston section 54 slidably accommodated in the cylinder section 52, and a servo for switching and introducing compressed air into a space on both sides of the piston section 54 at a predetermined speed. It consists of a valve 56. Then, by the servo valve 56, both side space portions 52a, 52b in the cylinder 52 are formed.
By alternately introducing compressed air to the piston part
The piston 40 is reciprocated through the shaft 42 by reciprocating the shaft 54.
なお、この例においては、ピストン部54として、大径の
ピストン54a,54bを有し、両ピストン54a,54bの間にダン
パ室58を形成したものを採用した。そして、ダンパ室58
は小さな開口を有する仕切り壁60によって2つの部屋に
仕切られているとともに、油が充填されている。このた
め、ピストンの移動に際し、ダンパ室58内の油が開口を
介し移動し、この際の抵抗によってピストン部54におけ
る振動発生等を防止することができる。また、ピストン
54a,54bの周囲にはシールのためのベルフラムが62が設
けられており、空間52a,52bを気密状態に保持してい
る。In this example, as the piston portion 54, one having large diameter pistons 54a and 54b and forming a damper chamber 58 between both pistons 54a and 54b is adopted. And the damper room 58
Is divided into two chambers by a partition wall 60 having a small opening and is filled with oil. Therefore, when the piston moves, the oil in the damper chamber 58 moves through the opening, and it is possible to prevent the occurrence of vibration in the piston portion 54 due to the resistance at this time. Also the piston
Belflams 62 for sealing are provided around 54a and 54b to keep the spaces 52a and 52b airtight.
また、ピストン部54には、ポテンショメータ70が連動す
るように接続されており、これによってピストン54の移
動距離を検出する。なお、ピスント部54とピストン40は
同一の往復動をするが、これにポテンショメータ70と変
位検出器42がそれぞれ取付けられている。これは、ポテ
ンショメータ60において大きな変位に対する検出を行
い、変位検出器42において小さな変位に対する検出を行
い、両者を併せて、高精度の測定を行うためである。Further, the potentiometer 70 is connected to the piston portion 54 so as to interlock with each other, and the movement distance of the piston 54 is detected by this. It should be noted that the piston 54 and the piston 40 reciprocate in the same manner, but the potentiometer 70 and the displacement detector 42 are attached thereto. This is because the potentiometer 60 detects a large displacement, the displacement detector 42 detects a small displacement, and both are combined to perform a highly accurate measurement.
そして、この実施例の土質試験装置における動作は、コ
ントローラ100によって制御する。また、このコントロ
ーラ100における動作の設定等はパソコン110によって行
う。ここで、このパソコン110とコントローラ100におけ
るデータのやり取りは国際的な標準インターフェースGP
−IBによって行っている。The operation of the soil test apparatus of this embodiment is controlled by the controller 100. The personal computer 110 sets the operation of the controller 100. Here, the data exchange between the personal computer 110 and the controller 100 is based on the international standard interface GP.
-It is done by IB.
コントローラ100は、パソコン110から送られてきたデー
タ、及び各種センサ、すなわちロードセル44、ポテンシ
ョメータ70、変位センサ42、圧力計26,36,34からの検出
結果の入力に応じ、背圧システム28、拘束圧システム3
6、サーボバルブ56を制御するものであり、CPU120は入
力されるデータに応じ、RAM122を利用しながら、所定の
演算を行う。The controller 100 receives the data sent from the personal computer 110 and various sensors, that is, the load cell 44, the potentiometer 70, the displacement sensor 42, and the pressure gauges 26, 36, 34 according to the input of the detection result, and the back pressure system 28, the restraint. Pressure system 3
6. The servo valve 56 is controlled, and the CPU 120 performs a predetermined calculation according to the input data while using the RAM 122.
ここで、各種センサからの出力はコントローラ100に入
力されるが、この出力信号を所定の大きさに増幅するた
め、それぞれアンプに接続されている。すなわち、ロー
ドセル44は、軸荷重アンプ132、ポテンショメータ60は
軸変位(大)アンプ134、変位検出器42は軸変位(小)
アンプ136、圧力計26は背圧アンプ138、圧力計36は拘束
圧アンプ140、圧力計34は間隙水圧アンプ142に接続され
ている。そして、各センサからの出力信号は、各アンプ
を介し、マルチプレクサ150に入力され、順次A/D変換器
160に供給され、A/D変換器152によってデジタルデータ
に変換された各センサの計測値が、データバス124を介
し、CPU120等に供給される。そして、CPU120はこれら入
力値に応じて所定の演算を行う。なお、軸荷重アンプ13
2、軸変位(大)アンプ134、軸変位(小)アンプ136は
その零点調整(オートゼロ・ゲイン)を行うためにデー
タバス124を介しCPU120にそれぞれ接続されている。Here, the outputs from the various sensors are input to the controller 100, but are connected to amplifiers in order to amplify the output signals to a predetermined magnitude. That is, the load cell 44 is the axial load amplifier 132, the potentiometer 60 is the axial displacement (large) amplifier 134, and the displacement detector 42 is the axial displacement (small).
The amplifier 136 and the pressure gauge 26 are connected to a back pressure amplifier 138, the pressure gauge 36 is connected to a restraining pressure amplifier 140, and the pressure gauge 34 is connected to a pore water pressure amplifier 142. Then, the output signal from each sensor is input to the multiplexer 150 via each amplifier and is sequentially input to the A / D converter.
The measurement value of each sensor supplied to 160 and converted into digital data by the A / D converter 152 is supplied to the CPU 120 and the like via the data bus 124. Then, the CPU 120 performs a predetermined calculation according to these input values. Axial load amplifier 13
2. The axial displacement (large) amplifier 134 and the axial displacement (small) amplifier 136 are connected to the CPU 120 via the data bus 124 in order to adjust their zero points (auto zero gain).
一方、背圧システム28、拘束圧システム36はD/A変換器1
60、162、データバス124を介し、CPU120に接続されてお
り、CPU120の演算結果はD/A変換器160,162を介し、背圧
システム28、拘束圧システム36に供給される。そこで、
背圧システム28、拘束圧システム36を制御することがで
き、土サンプルSに対し、所定の背圧、拘束圧を印加す
ることができる。On the other hand, the back pressure system 28 and the restraint pressure system 36 are the D / A converter 1
It is connected to the CPU 120 via 60, 162 and the data bus 124, and the calculation result of the CPU 120 is supplied to the back pressure system 28 and the restraint pressure system 36 via the D / A converters 160, 162. Therefore,
The back pressure system 28 and the restraint pressure system 36 can be controlled, and a predetermined back pressure and restraint pressure can be applied to the soil sample S.
そして、荷重印加部50に対する制御もCPU120によって行
われる。すなわち、データバス124からのデータはD/A変
換器170を介しアナログデータに変換された後、ラダー
回路172によって所定のゲイン値とされた後、サーボア
ンプ174に供給される。そして、このサーボアンプ174の
出力がサーボバルブ56に供給され、これによって圧縮空
気の導入排出を制御する。The CPU 120 also controls the load applying unit 50. That is, the data from the data bus 124 is converted into analog data via the D / A converter 170, and then, the ladder circuit 172 sets the gain value to a predetermined value, and then the data is supplied to the servo amplifier 174. The output of the servo amplifier 174 is supplied to the servo valve 56, which controls the introduction and discharge of compressed air.
なお、このサーボバルブ56には、変位計が取付けられて
おり、この検出値が変位検出アンプ176を介し、サーボ
アンプ174に供給されることにより、サーボバルブ56の
フィードバック制御が行われている。A displacement gauge is attached to the servo valve 56, and the detected value is supplied to the servo amplifier 174 via the displacement detection amplifier 176, thereby performing feedback control of the servo valve 56.
ここで、この発明において特徴的なことは、サーボバル
ブ56によりシリンダ52の圧縮空気の導入、排出を制御し
て、ロードセル44から出力される荷重が常に一定の正弦
波となるように制御することである。この制御は、CPU1
20によって行われる訳であるが、これについて次に説明
する。Here, a feature of the present invention is that the servo valve 56 controls the introduction and discharge of compressed air in the cylinder 52 so that the load output from the load cell 44 is always a constant sine wave. Is. This control is CPU1
This is done by the 20. This will be explained next.
一般的な弾性材料に対し、所定の荷重を印加した場合、
次式のように弾性材料における変位に比例した応力(大
きさ荷重に等しい)が発生する。When a predetermined load is applied to a general elastic material,
A stress (equal to the magnitude load) proportional to the displacement in the elastic material is generated as in the following equation.
F=−ky ここで、Fは応力、kはバネ定数、yは変位である。こ
れは、いわゆるフックの法則と呼ばれるものであり、変
位yが1軸方向である場合に適用される式である。そし
て、弾性材料のバネ定数kは材料の破壊がなければ一定
に保たれる。従って、サーボバルブ56を制御して荷重印
加部50より所定の上下動を土サンプルSに印加すれば、
変位y、すなわち歪み量に対応した応力F(力が釣り合
っているため、印加荷重と同一)が発生し、これが繰返
されることとなる。F = -ky where F is stress, k is spring constant, and y is displacement. This is a so-called Hooke's law, and is an expression applied when the displacement y is in the uniaxial direction. Then, the spring constant k of the elastic material is kept constant unless the material is broken. Therefore, if the servo valve 56 is controlled and a predetermined vertical movement is applied to the soil sample S from the load applying section 50,
Displacement y, that is, stress F corresponding to the amount of strain (the same as the applied load because the forces are balanced) is generated, and this is repeated.
ところが、土サンプルSの場合にはこのような荷重の印
加に応じ、土サンプルの組成が変化する。すなわち、団
粒状であった粒子が粒子同士の凝集力が解除され、一つ
一つの粒子としてバラバラになった状況において、土サ
ンプルSが液状化する。このような液状化が起こると、
変位yに対する応力は極端に小さくなる。すなわち、バ
ネ定数kが液状化した特に急激に小さくなる。従って、
このような液状化が発生した状況下において、応力を所
定のものとするためには、荷重印加部50における出力変
位を急激に大きなものとしなければならない。特に、印
加荷重を例えば正弦波状に加える土質試験においては、
このような出力の急激な変化に対応しなければならな
い。However, in the case of the soil sample S, the composition of the soil sample changes according to the application of such a load. In other words, the soil sample S is liquefied in a situation where the particles that have been aggregated are released from the cohesive force between the particles and are separated into individual particles. When such liquefaction occurs,
The stress with respect to the displacement y becomes extremely small. That is, the spring constant k becomes liquefied and decreases particularly rapidly. Therefore,
In such a situation where liquefaction has occurred, the output displacement in the load applying section 50 has to be made suddenly large in order to make the stress a predetermined value. Especially in the soil test where the applied load is applied in a sinusoidal manner,
It is necessary to cope with such a sudden change in output.
そこで、本発明においては、荷重印加部50の制御に土サ
ンプルSのバネ定数kを考慮した制御を採用している。Therefore, in the present invention, the control in which the spring constant k of the soil sample S is taken into consideration is adopted for the control of the load applying section 50.
すなわち、コントローラ100のCPU120においては、ポテ
ンショメータ60、変位検出器42の検出値より変位yを正
確に検出し、この変位量yでロードセル44の検出値であ
る応力Fを割算し、バネ定数kを逐次求めている。That is, in the CPU 120 of the controller 100, the displacement y is accurately detected from the detection values of the potentiometer 60 and the displacement detector 42, the stress F which is the detection value of the load cell 44 is divided by this displacement amount y, and the spring constant k Are being sought sequentially.
そして、第3図に示すように、このバネ定数kに応じた
制御を行う。Then, as shown in FIG. 3, control is performed according to the spring constant k.
図において、印加荷重についての指令値CSは減算器200
に供給される。この減算器200には、ロードセル44で検
出された荷重FBが供給されており、CSからFBが減算され
ることにより、指令値CSと実際印加されている荷重FBの
差が得られる。In the figure, the command value CS for the applied load is the subtractor 200
Is supplied to. The load FB detected by the load cell 44 is supplied to the subtractor 200, and the difference between the command value CS and the actually applied load FB is obtained by subtracting FB from CS.
そして、通常の場合にはこの偏差を解消するように、サ
ーボバルブ56の制御データが変更されるだけであるが、
この発明における制御においては、そのときのバネ定数
k応じたゲイン係数Kを算出して、このゲイン係数Kを
利用して、サーボバルブ56への制御値の変更を行う。Then, in the normal case, the control data of the servo valve 56 is only changed so as to eliminate this deviation.
In the control according to the present invention, the gain coefficient K corresponding to the spring constant k at that time is calculated, and the gain valve K is used to change the control value for the servo valve 56.
ここで、このバネ定数kは、印加荷重の変化(f1−f0)
を変位の変化(y1−y0)で割り算した絶対値 k=|f1−f0|/|y1−y0| であり、 このバネ定数kからゲイン係数Kは被制御装置であるサ
ーボバルブ56の特性などを考慮して求めた結果を予め記
憶しているテーブルから求める。そして、減算器200の
出力値である(CS−FB)に乗算器202においてゲイン係
数Kを乗算する。Here, this spring constant k is the change in applied load (f1-f0)
Is an absolute value k = | f1−f0 | / | y1−y0 | divided by the change in displacement (y1−y0). From this spring constant k, the gain coefficient K is the characteristic of the servo valve 56, which is the controlled device. The result obtained in consideration of is calculated from a table stored in advance. The multiplier 202 multiplies (CS-FB), which is the output value of the subtractor 200, by the gain coefficient K.
このようにして制御値CSと実際の印加荷重FBの差に応じ
た比例制御が行えるわけであるが、この例では制御の精
度を向上させオフセットを小さくし、かつ安定化するた
め、これに積分制御を加え、いわゆるPI制御を行うた
め、乗算器204を設けている。そして、この乗算器204に
おいて得られた制御時間毎に得られた結果を加算器206
において加算し、これをサーボバルブ56に対する制御値
uとしている。In this way, proportional control according to the difference between the control value CS and the actual applied load FB can be performed, but in this example, the control accuracy is improved, the offset is reduced, and it is stabilized. A multiplier 204 is provided to add control and perform so-called PI control. Then, the result obtained at each control time obtained in the multiplier 204 is added to the adder 206.
And the control value u for the servo valve 56 is obtained.
すなわち、加算器204においては、 Δu=Δu+(ΔT/TS)・(CS−FB) の演算を行い、制御時間ΔT毎の偏差についての値を全
体のΔuに加算し、新たなΔuを算出している。That is, in the adder 204, the calculation of Δu = Δu + (ΔT / TS) · (CS-FB) is performed, and the value of the deviation for each control time ΔT is added to the entire Δu to calculate a new Δu. ing.
そして、加算器206から出力される出力値uは、 u=K(CS−FB)+Δu となる。The output value u output from the adder 206 is u = K (CS-FB) + Δu.
従って、この実施例において、土サンプルSのバネ定数
kに対応したゲイン係数Kを利用してサーボバルブ56の
制御を行うことができ、土サンプルSのバネ定数kの急
激な変化にも対応して所望荷重印加を行うことができ
る。Therefore, in this embodiment, the servo valve 56 can be controlled by using the gain coefficient K corresponding to the spring constant k of the soil sample S, and the sudden change of the spring constant k of the soil sample S can be dealt with. It is possible to apply a desired load.
ここで、上述のバネ定数kを考慮した制御においては、
印加荷重f(応力)の変化(f1−f0)及び、変位量y
(歪み量)の変化(y1−y0)が非常に小さな場合には、
検出器に必然的に発生するノイズに起因して、真のバネ
定数kが得られない。このため、真のバネ定数kより大
きくずれたバネ定数kを利用して制御を行うと、印加荷
重についての制御がかえって指令信号CS対し偏差の大き
なものとなってしまう。そこで、バネ定数kを考慮した
制御には所望の限界を設けたほうがよい。Here, in the control considering the above-mentioned spring constant k,
Change in applied load f (stress) (f1-f0) and displacement y
When the change in (distortion amount) (y1-y0) is very small,
The true spring constant k cannot be obtained due to noise inevitably generated in the detector. For this reason, if the spring constant k that deviates from the true spring constant k is used for control, the applied load is rather controlled and the deviation with respect to the command signal CS becomes large. Therefore, it is better to set a desired limit for the control considering the spring constant k.
すなわち、印加荷重についてのノイズ量Δf、変位につ
いてのノイズ量Δyとした場合において、 実測値からの演算バネ定数が真のバネ定数から大幅にず
れるのを防ぐために偏差(f1−f0),(y1−y0)がある
値を超えない場合はバネ定数演算による制御は行わな
い。すなわち、α,βを別に定めておき、次のような偏
差が小さい場合は制御を行わないようにする。That is, when the noise amount Δf for the applied load and the noise amount Δy for the displacement are set, deviations (f1−f0), (y1) are set in order to prevent the calculated spring constant from being greatly deviated from the actual spring constant. If -y0) does not exceed a certain value, control by spring constant calculation is not performed. That is, α and β are defined separately, and control is not performed when the following deviation is small.
f1−f0<αΔf y1−y0<βΔy なお、このような変位yが非常に小さな場合は、特に試
験開始当初において起こる場合が多い。f1−f0 <αΔf y1−y0 <βΔy When the displacement y is very small, it often occurs especially at the beginning of the test.
また、検出器におけるノイズの影響を軽減するため、上
述の制御系の応答性に影響が余り出ない範囲において、
検出器の出力値に移動平均フィルタをかけ、検出器の出
力値をある程度平滑化するとよい。Further, in order to reduce the influence of noise in the detector, in the range where the response of the control system described above is not significantly affected,
A moving average filter may be applied to the output value of the detector to smooth the output value of the detector to some extent.
このように、この実施例の装置によれば、上述のような
バネ定数を考慮した制御を行うため、土サンプルSのバ
ネ定数kに大きな変化が生じた場合においても、印加荷
重についての指令値CSに応じた土サンプルSへの荷重印
加を行うことができる。As described above, according to the apparatus of this embodiment, since the control is performed in consideration of the spring constant as described above, even when the spring constant k of the soil sample S is greatly changed, the command value for the applied load is set. It is possible to apply a load to the soil sample S according to CS.
さらに、このような土サンプルSの変化の大きな試験に
おける制御の場合には、このようなバネ定数kを考慮し
た制御だけでは十分な制御が行えない場合もある。そこ
で、オブザーバ制御を行えば、これについてさらに改善
することができる。Further, in the case of control in such a test in which the soil sample S has a large change, there are cases where sufficient control cannot be performed only by control in which the spring constant k is considered. Therefore, if observer control is performed, this can be further improved.
すなわち、土サンプルSにおける状態の変化はある程度
の予測がつくため、これに応じたモデルを作っておき、
ここにおいてバネ定数kの変化も考慮して常時シミュレ
ーションを行う。そして、このシミュレーションによっ
て得られた結果に応じて制御系におけるゲイン等を変更
すれば、非常に大きな変化に対しても追従することが可
能となる。That is, since the change in the state of the soil sample S can be predicted to some extent, a model corresponding to this is made,
Here, the simulation is always performed in consideration of the change of the spring constant k. Then, if the gain or the like in the control system is changed according to the result obtained by this simulation, it becomes possible to follow even a very large change.
次に、第4図に基づいて実際の土質試験の一例手順につ
いて説明する。Next, an example procedure of an actual soil test will be described based on FIG.
まず、土サンプルSを容器12にセットする(S1)。そし
て、この土サンプルSに対し予備圧密行う(S2)。必要
な場合においては、土サンプルSに対し融解処理を行う
(S3)。これは、通常の土サンプルSは凍結してその物
理的性状を保持しながら、保存されているからである。First, the soil sample S is set in the container 12 (S1). Then, the soil sample S is subjected to preliminary consolidation (S2). If necessary, the soil sample S is melted (S3). This is because the ordinary soil sample S is preserved while being frozen and retaining its physical properties.
次に、配管20を介し、炭酸ガス(CO2)を土サンプルS
に供給し、土サンプル内の酸素、窒素等の空気を排除す
る(S4)。このような脱気が終わった場合には、土サン
プルSに配管20を介し、脱気水を供給し、土サンプルS
の通水洗浄を行い、土サンプル内の間隙に水を充満する
(S5)。Next, through a pipe 20, carbon dioxide (CO 2 ) was added to the soil sample S.
To remove air such as oxygen and nitrogen in the soil sample (S4). When such deaeration is finished, deaerated water is supplied to the soil sample S through the pipe 20 to remove the soil sample S.
After washing with water, the pores in the soil sample are filled with water (S5).
そして、背圧システム28よりの背圧を印加し(S6)、こ
の時のB値(B値は間隙水圧の変化量を拘束圧の変化量
で除したもの)が所定値以上かどうかを確認する(S7,S
8)。ここでこの例においては、B値が0.95以上かを確
認している。Then, the back pressure from the back pressure system 28 is applied (S6), and it is confirmed whether the B value (B value is the amount of change in pore water pressure divided by the amount of change in restraint pressure) at this time is more than a predetermined value. Yes (S7, S
8). In this example, it is confirmed that the B value is 0.95 or more.
次に、拘束圧印加システム36より土サンプルSに拘束圧
を印加する(S9)。そして、土サンプルSに対する所定
の圧密を行った後(S10,S11)、そのときのB値が所定
値以上であるかを確認し、試験に進む(S12,S13)。Next, a constraint pressure is applied to the soil sample S from the constraint pressure application system 36 (S9). Then, after the soil sample S is subjected to a predetermined compaction (S10, S11), it is confirmed whether the B value at that time is equal to or more than a predetermined value, and the test proceeds (S12, S13).
このようにして、土サンプルSの準備が整った場合に
は、剛性試験を行うが、これは歪み(変位)y及び応力
(荷重)fを制御しながら(S21,S22)、所定の荷重f
を土サンプルSに対し印加する(S23)。そして、この
ときの荷重fと歪みyの関係から、バネ定数kを求める
ことができ、剛性試験が達成される。また、必要な場合
は、条件を変更して、更に剛性試験を行う(S24)。In this way, when the soil sample S is ready, a rigidity test is conducted, which controls the strain (displacement) y and the stress (load) f (S21, S22) while maintaining a predetermined load f.
Is applied to the soil sample S (S23). Then, the spring constant k can be obtained from the relationship between the load f and the strain y at this time, and the rigidity test is achieved. If necessary, the conditions are changed and the rigidity test is further conducted (S24).
そして、剛性試験が終了した場合には次の試験に進む。When the rigidity test is completed, the next test is performed.
剛性試験が終了した場合には、続いて液状化試験を行
う。この場合には、所定のサインカーブの荷重を印加し
ながら(S31)、液状化するまでに何回の荷重印加が行
われたかを検出する。この液状化したかどうかの判定
は、応力歪みyが十分大きくなったことで行う(S3
1)。例えば、応力歪みが1%、5%、10%等にに至っ
たことで液状化したことの判断を行う。この値は試験条
件によって異なり、12%MAXである。このように液状化
の時点を計測した場合には、液状化試験を終了する(S3
3)。また、荷重印加が1000回に達した場合には、液状
化しないものとして、強制終了(S34)する。When the rigidity test is completed, a liquefaction test is subsequently performed. In this case, while applying a predetermined sine curve load (S31), it is detected how many times the load has been applied before liquefaction. Whether or not the liquid has liquefied is determined by the stress strain y becoming sufficiently large (S3
1). For example, liquefaction is judged when the stress strain reaches 1%, 5%, 10%, etc. This value depends on the test conditions and is 12% MAX. When the time of liquefaction is measured in this way, the liquefaction test is completed (S3
3). Further, when the load application reaches 1000 times, it is determined that the liquid is not liquefied and the process is forcibly ended (S34).
このようにして、土質試験を行うことができる。In this way, a soil test can be performed.
[発明の効果] 以上説明したように、この発明に係る土質試験装置によ
れば、荷重印加部への圧縮空気の導入排出を土サンプル
のバネ定数に応じて変更して制御するため、土サンプル
の物理的性状が急激に変化した時にもこれに対応した制
御が行え、正確な土質試験を達成することができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the soil test apparatus of the present invention, the introduction and discharge of the compressed air to the load application unit is changed and controlled according to the spring constant of the soil sample. Even when the physical properties of the soil change suddenly, the control corresponding to this can be performed and an accurate soil test can be achieved.
第1図はこの発明の一実施例に係る土質試験装置の全体
構成を示す構成図、 第2図は同実施例における荷重印加部50を制御するため
のコントローラ100の構成を示すブロック図、 第3図は同実施例におけるコントローラ100の機能を説
明するためのブロック図、 第4図は同実施例における試験の手順を説明するための
フローチャート図である。 12…容器(土サンプル保持部) 42…変位センサ(変位検出部) 50…荷重印加部 52…シリンダ 54…ピストン 56…サーボバルブ 44…ロードセル(荷重検出部) 100…コントローラ S…土サンプルFIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a soil test apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a controller 100 for controlling the load application unit 50 in the same embodiment, FIG. 3 is a block diagram for explaining the function of the controller 100 in the same embodiment, and FIG. 4 is a flow chart diagram for explaining the test procedure in the same embodiment. 12 ... Container (soil sample holding part) 42 ... Displacement sensor (displacement detecting part) 50 ... Load applying part 52 ... Cylinder 54 ... Piston 56 ... Servo valve 44 ... Load cell (load detecting part) 100 ... Controller S ... Sat sample
Claims (1)
印加し、土サンプルの物理的性状を検査する土質試験装
置において、 土サンプルを保持する土サンプル保持部と、 シリンダとシリンダ内に収容されたピストンを有し、シ
リンダへの圧縮空気の導入排出を繰返すことによってピ
ストンを往復動させて、往復移動力を出力し、土サンプ
ルに所定の周期で変動する荷重を印加する荷重印加部
と、 土サンプルに対し印加されている荷重を検出する荷重検
出部と、 荷重の印加によって生じる土サンプルの歪みを検出する
歪み検出部と、 歪みと荷重との関係から土サンプルのバネ定数を演算算
出するバネ定数算出部と、 土サンプルに対する印加荷重の目標値と上記荷重検出部
で検出された印加荷重を比較するとともに、バネ定数算
出部で算出されたバネ定数を考慮して荷重印加部に対す
る圧縮空気の導入排出を制御する印加荷重制御部と、 を有することを特徴とする土質試験装置。1. In a soil test apparatus for inspecting the physical properties of a soil sample by applying a load that fluctuates in a predetermined cycle to the soil sample, a soil sample holding section for holding the soil sample, and a cylinder and a cylinder are housed in the cylinder. And a load applying section that reciprocates the piston by repeating the introduction and discharge of compressed air to and from the cylinder to output a reciprocating movement force and apply a load that fluctuates in a predetermined cycle to the soil sample. , Load detection unit that detects the load applied to the soil sample, strain detection unit that detects the strain of the soil sample caused by the load application, and calculate the spring constant of the soil sample from the relationship between strain and load The spring constant calculation unit compares the target value of the applied load on the soil sample with the applied load detected by the load detection unit, and the calculated value is calculated by the spring constant calculation unit. Soil test apparatus characterized by having a applied load controller for controlling the introduction discharge of compressed air to the load application part in consideration of the spring constant was.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP768990A JPH06103247B2 (en) | 1990-01-17 | 1990-01-17 | Soil test equipment |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03211442A JPH03211442A (en) | 1991-09-17 |
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1990
- 1990-01-17 JP JP768990A patent/JPH06103247B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP5310876B2 (en) | 2010-01-19 | 2013-10-09 | パナソニック株式会社 | Plasma display panel driving method and plasma display device |
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| JPH03211442A (en) | 1991-09-17 |
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