CN1898444A - 利用钻孔在原位置上的地基的液状化及动态特性试验方法和试验装置 - Google Patents

Abstract

提供利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验方法和试验装置，可以以简单的方法得到地基内任意位置的土层相对动态反复载荷的动态强度和变形特性。使用将三室构成作为基本构成的测定用单元，隔着中间土层(J2)对上下的土层(J1、J3)交替施加动态反复载荷，根据压力和位移的关系分析对中间土层(J2)产生怎样的影响。

Description

利用钻孔在原位置上的地基的液状化及动态特性试验方法和试验装置

技术领域

本发明涉及一种利用钻孔的地基液状化及动态特性(强度、变形特性)试验方法和试验装置，用于在作用有地震载荷、交通载荷、机械载荷等动态反复载荷时，检测地基在原位置上的特性。

背景技术

在以往的地基检查中，钻孔至规定的深度，将作为测定用单元的检测探测器下降至钻孔内，使检测探测器膨胀，对孔壁施加水平载荷，根据相对载荷的孔壁位移检测地基的静态强度和变形特性。

然而，在以往的地基检查中，只检测出静态特性，不能评价相对地震载荷、交通载荷、机械载荷等的动态反复载荷的地基强度、变形特性等动态特性。在发生地震时，即使施加于地基的力为不发生静态破坏的大小，但是逐渐或者急剧应变变大，以至破坏，调查相对动态反复载荷的地基特性极为重要。在地震时，地基内产生水平、上下以及扭转方向的复杂的力的作用，得知这样的复杂的力作用时在原位置上的地基的动态特性是极为重要的，但是在以往没有确立在原位置的地基内测定并评价的方法。

作为以往的液状化的判定方法，例如，判定地基整体的特性倾向(参照专利文献1)，在地震发生时检测液状化(参照专利文献2)等，但是都是直接试验测定地基中的土层本身的动态特性。

作为得知相对土层本身的动态反复载荷的动态特性的方法，现在钻孔并采取不散乱状态下的土样，将其带入试验室进行土质试验来求得。然而在不散乱状态(自然堆积原样的状态)下采取样品本身就非常困难，而且还有采取的样品不是受到地下压力的状态的情况，不能求出实际上自然状态下的特性。

此外，对于非常松散的砂层或者混入石块等的土层，砂石等粒径较大的土层或者风化岩、软岩等情况，在不散乱状态下取样无法实现，因此不能在室内进行土质试验。

由于上述现状，实际上只能在非常受限的条件下直接求出特性。

专利文献1：特开平7-3760号公报

专利文献2：特开平7-109725号公报

发明内容

本发明是鉴于得知地基的相对动态反复载荷的动态变形特性的重要性而做出的，其目的在于，提供一种利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验方法和试验装置，不需要非散乱状态下的土壤取样，而可以以简单的方法得到原位置上地基的动态强度和变形特性。

为了达到上述目的，本发明利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验方法，其特征在于，对设置在地基上的钻孔的孔壁的试验对象土层施加动态反复载荷，测定孔壁的位移，求出地基的动态特性。特别还可以得知地基的液状化。

这里，所谓动态反复载荷，是指包括周期性变动的载荷整体，从比较振动数较高的变动载荷(振动)，还包括手动也可以操作的缓慢的变动载荷。

所谓动态特性，是指施加动态反复载荷时的载荷和位移的关系本身。例如可以根据动态反复载荷的大小、反复次数和位移的关系把握比变形特性，求出屈服载荷和破坏载荷这样的强度和变形系数，或者可以通过对它们的结果建立系统进行解析，而评价土层的动态特性。

特别是对钻孔的孔壁在孔轴方向上的多个区域交替施加动态反复载荷是有效的。这样一来，可以使摇动和与孔轴交叉方向上的剪切力交替地反复作用在载荷的施加区域的中间土层上，可以对土层施加与地震时相同的力。

进行动态反复试验的中间土层是最受损害的部分，如果对该部分施加静态压缩载荷测定静态强度，则可以得知受到怎样程度的损害，可知其程度。

此外，可以对钻孔的孔壁的一个区域交替施加振动或者动态反复载荷，根据反复载荷的大小、振动或者反复次数和位移的关系，得知地基的动态特性。

动态反复载荷，是在与孔轴垂直的方向上施加的压缩载荷、沿以孔轴为中心的旋转方向施加的扭转剪切载荷、和在与孔轴平行的方向上施加的剪切载荷这三个载荷中的一个、或者至少两种载荷组合的组合载荷。

本发明的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置，其特征在于，具有：测定用单元，插入设置在地基上的钻孔内，并通过压力介质的压力挤压孔壁；压力调整机构，使该测定用单元内的压力介质的压力周期性变动；和位移检测机构，用于检测上述孔壁的位移。

测定用单元沿钻孔的孔轴方向划分成挤压孔壁的多个加压部，压力调整机构对多个加压部交替地施加动态反复压力。

测定用单元划分为多个室而构成加压部，压力调整机构对多个室内的压力介质交替地施加动态反复压力。

压力调整机构隔着中间室对上下室交替地施加动态反复压力，对中间室施加没有变动的恒定的静态压力。

其特征在于，具有：扭矩产生机构，在使测定用单元密接于孔壁的状态下，围绕孔轴对测定用单元施加动态反复载荷；和位移检测机构，检测该扭矩产生机构施加的动态反复载荷所引起的孔壁的旋转位移。

其特征在于，具有：剪切载荷产生机构，在使测定用单元密接于孔壁的状态下，沿与孔轴平行的方向对测定用单元施加动态反复载荷；和位移检测机构，检测剪切载荷所引起的孔壁的轴方向位移。

此外，作为本发明试验装置的其他方式，利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置的构成为，插入钻孔内的测定用单元划分为具有相互独立的加压室的多个单元部，控制各单元部的加压室内填充的液体的液压，独立地向对应的土层施加载荷，单元部具有施加静态载荷的中间单元部、和位于该中间单元部的上下方并相对土层施加动态反复载荷的上部动态单元部及下部动态单元部，其特征在于，在上述上部动态单元部的上方和下部动态单元部的下方，设置向土层施加静态载荷的上部防护单元部和下部防护单元部。

其特征在于，测定用单元具有间隙水压检测机构，该间隙水压检测机构用于检测对应于中间单元部的土层的间隙水压。

其特征在于，间隙水压检测单元在构成中间单元部表面的橡胶状膜部件上具有压力导入部。

此外，作为本发明的其他方式，利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置，插入钻孔内的测定用单元划分为具有相互独立的加压室的多个单元部，控制各单元部的加压室内填充的液体的液压，独立地向对应的土层施加载荷，其特征在于，各单元部彼此独立并可更换地连接。

适合的是，各单元部的构成为，具有单元主体和粘附在该单元主体外周的筒状的橡胶状膜部件，在单元主体和橡胶状膜部件之间形成填充有液体的加压室。

优选的是，在各单元主体之间夹设有与橡胶状膜部件的端部密接的密封板。

对加压室内的液压加压的机构的构成为，具有对液体加压的缸、用于检测活塞杆的行程的行程检测机构，根据缸行程来测定施加了载荷的土层的孔壁位移。

如上所述，根据本发明，可以不取出地下的样品，在原位置进行试验，可以求出自然状态下的土层相对动态反复载荷的强度和变形特性。

特别是，由于非常松散的砂层或者混入石块等而不能取样的土层、砂石层等粒径较大的土层或者风化岩、软岩等也可以测定，利用范围很广。

此外，相对以往的样品试验可以以短时间进行试验，因而很经济。

特别是，通过对钻孔的孔壁在孔轴方向上的多个区域交替施加动态反复压缩载荷，可以在载荷区域的边界部施加与实际地震的横摇相似的反复剪切力，可以对相对动态反复压缩载荷的特性进行试验的同时，对相对剪切力的特性进行试验。由于液状化通过剪切力很容易产生，因而对液状化的判定有效。如果边界部崩塌，则液状化也扩展至压缩载荷施加区域，位移较大变化，因而可以判定液状化。

此外，在对钻孔的孔壁的一个区域施加动态反复载荷的情况下，通过数据的解析方法也可以研究各种地基特性。

此时，通过施加与孔轴垂直的方向上施加的压缩载荷、沿以孔轴为中心的旋转方向施加的扭转剪切载荷、和在与孔轴平行的方向上施加的剪切载荷这三个载荷中的一个、或者至少两种载荷组合的组合载荷进行试验，可以对在扭转的同时作用压缩、剪切载荷，这种与实际相符的反复载荷进行试验。

此外，上述本发明更具体的形式的试验装置，由于在上述上部动态单元部的上方和下部动态单元部的下方，设置上部防护单元部和下部防护单元部，因而对动态反复载荷所作用的上下土层邻接的上方以及下方的邻接土层，也可以测定施加动态反复载荷时的位移和压力的关系，通过与中间土层进行对比来分析地基的特性。此外，在上部单元部和下部单元部施加动态反复载荷时，通过上部防护部和下部防护部可以防止土层的崩塌，并可以稳定地对上下土层作用动态反复载荷。

在这种形式的试验装置中，通过设置用于检测与中间单元部对应的土层的间隙水压的间隙水压检测机构，可以直接检测出受到在上部动态单元部和下部动态单元部施加的动态反复载荷影响的中间土层的间隙水压的变化。

此外，通过在构成中间单元部表面的橡胶状膜部件上设置间隙水压检测机构的压力导入部，可以直接检测中间土层的间隙水压。

进而，在本发明的另一形式的试验装置中，由于构成测定用单元的单元部相互独立并可更换地连接，因而可以以单元部为单位进行部件的更换等维护作业。

此外，由于单元部具有单元主体和粘附在该单元主体外周的筒状的橡胶状膜部件，在单元主体和橡胶状膜部件之间形成填充有液体的加压室。因而橡胶状膜部件的更换作业变得极为容易。

进而，通过在各单元主体之间夹设有与橡胶状膜部件的端部密接的密封板，可以提高橡胶状膜部件的密封性。

此外，对上述加压室内的液压加压的机构的构成为，具有对液体加压的缸，设有用于检测活塞杆的行程的行程检测机构，根据缸行程来测定施加了载荷的土层的孔壁位移。可以同时使用用于检测位移的水位计。

附图说明

图1(A)是表示本发明实施例1的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置的概略构成的图，图1(B)是表示压力控制阀的控制构成的图。

图2(A)是表示图1的压力控制阀的输入例的图，同图(B)是表示图1的试验结果的模型的图表。

图3是图1的试验结果模型的另一图表。

图4(A)～(E)是表示本发明实施例2的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验方法的说明图。

图5是图4的橡胶探测器的功能说明图。

图6是图5的橡胶探测器的概略构成图。

图7表示本发明实施例2的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置的构成例的说明图。

图8(A)～(F)是表示中间土层的静态强度试验的试验结果模型的图表。

图9是本发明实施例3的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置的测定用单元的功能说明图。

图10表示图9的测定用单元的构成，同图(A)是纵剖视图，同图(B)是俯视图，同图(C)是连接部的部分放大剖视图。

图11(A)是图10的测定用单元的主视图，同图(B)是剖开表示上部防护单元部的通水路径的剖视图，同图(C)是剖开表示上部动压单元部的通水路径的剖视图，同图(D)是表示间隙水压检测装置的构成例的剖视图。

图12是本发明的试验装置的示意图。

图13是图12的试验装置的泵单元的回路构成图。

图14是示意地表示试验中向孔壁施加载荷状态的图。

图15是表示试验结果的图表。

图16是表示图13的回路构成的变形例。

图17是本发明实施例3的变形例的地基液状化及动态特性试验装置的示意图。

标号说明

201橡胶探测器(测定用单元)、202水箱(液体箱)、203水(液体)

204压力供给部、205压力控制阀、206连接管

207计算机

209扭矩产生装置、210位移检测部

211剪切载荷产生装置、212位移检测部

100钻孔

110橡胶探测器

111、112、113第1、第2、第3室

121、122、123第1、第2、第3压力调整部

114主体部、115橡胶部件、116束紧部件

120A气体瓶、120B气体罐

121C、123C水压缸

121D、123D阀

121E、123E阀

122C水箱、122D压力控制阀

J1上段土层、J2中间土层、J3下段土层

150间隙水压计

100钻孔

1测定用单元

11中间单元部

12上部动态单元部

13下部动态单元部

14上部防护单元部

15下部防护单元部

11a加压室、11a加压室、12a加压室、13a加压室、14a加压室、15a加压室

J1、J2、J3、J4、J5土层

31单元主体

32橡胶状膜部件

33密封板

32a内向突出部

具体实施方式

以下根据图示的实施例对本发明的最佳实施方式进行详细说明。

实施例1

图1(A)是表示本发明实施例1的地基液状化及动态特性试验装置的示意图。

该地基液状化及动态特性试验装置，具有：作为测定用单元的橡胶探测器201，插入设置在地基上的钻孔100内，并装满作为压力介质的水203等的液体；和作为压力调整机构的压力控制阀205，使橡胶探测器201内的水203的压力周期性地变动；和作为位移检测机构的位移传感器208，用于检测出来自橡胶探测器201的压力所引起的孔壁的位移。

在图示例中，水203存留在地上的水箱2内，从压力供给部204向水箱202内的顶空供给高压气体以对水箱202内的水203加压，压力控制阀205控制该高压气体的压力。根据情况不同，也可以构成为直接调整水压，而不控制高压气体。

此外，水箱202和橡胶探测器201通过连接管206连接，位移传感器208检测水箱202的液面，由液面高度求出孔壁的位移。位移变化不限于通过位移传感器208检测，可以通过设置在水箱202内的未图示的刻度进行目视检测，或者通过配置在水箱202底部的压力传感器265测量。

橡胶探测器201在纵方向固定，在横方向膨胀收缩，具有紧贴在钻孔100的孔壁上的橡胶管等中空的可挠性部件。

压力供给部204例如由高压氮气等的压力源、将从压力源供给的气压保持为一定的调节阀等构成。压力源还可以使用压缩机等而不使用高压气体。

压力控制阀205使用伺服阀，如图1(B)所示，可以根据指令信号控制压力，如图2(A)所示，根据已编程的来自计算机207的控制信号控制压力控制阀205的阀驱动部51，以使压力以规定的周期变动，例如通过改变阀的开度来使输出压力周期性地变化。输出压力通过压力传感器252检测，反馈至伺服放大器253，控制成正确地追随指令信号。

接着，对上述试验装置的试验顺序进行说明。

在原理上，将预想的屈服载荷或者非液状化极限载荷(P1)分成若干阶段而施加，分别反复施加各载荷+α的动态反复载荷，测定地基的位移量。以下，同样地提高施加载荷继续进行试验直到地基破坏，根据动态反复载荷的大小和位移量的关系求出动态特性。在图示例中，虽然动态反复载荷是正弦波，但是波形不是限定的，也可以施加冲击载荷。

作为动态反复载荷的振动或者反复次数，考虑地震的振动或者反复次数等设定，但是优选设定在0.1～1Hz左右。

在该实施例1中，作为动态特性的指标，求出屈服载荷Py和破坏载荷P1以及变形系数。

以下说明具体的试验顺序。

1)试验的设定

将橡胶探测器201降至钻孔100的试验对象土层，对橡胶探测器201施加静态压力(没有干扰因素的压力)使其膨胀，直到橡胶探测器201紧贴孔壁，位移稳定，将位移稳定时点的压力作为初始压力P0。

设定预想的破坏载荷或者非液状化极限载荷P1，将与初始压力P0的压力差分成N阶段，决定载荷增加量(ΔP)＝(P1-P0)/N，在各载荷阶段施加n次动态反复载荷，或者施加一定时间Tn动态反复载荷而进行试验。

根据试验目的，预想的破坏载荷或者非液状化极限载荷可以设定得较高或者较低，可以根据需要任意设定。例如进行重要地基的试验时，较高估算进行试验。非液状化极限载荷是指，预想为施加其以上的载荷也不液状化的载荷，根据地基判断。

施加动态反复载荷的次数、时间可以进行各种设定，例如考虑地震时的摇动时间等决定。在该例中，将载荷阶段设为10阶段，将20次或者120秒作为限度对动态反复载荷进行试验。地震时的摇动即使较长也就是120秒左右，因而施加这种程度可以把握地震时的地基特性，如果长至其以上则试验时间过长。

2)第1载荷阶段

首先，施加20次或者120秒动态反复载荷(P0～P0+α)阶段，分别读取位移量。优选动态反复载荷的α为不超过ΔP的范围，α优选与ΔP大致相等。

3)第k载荷阶段

以下阶段性地加大载荷，反复进行试验。

增大至(P0+(k-1)×ΔP)，施加20次或者120秒动态反复载荷(Pk+α)并测定位移。

这样测定的数据如图2(B)模型化所示进行图表化。该图表中记入各载荷阶段的最终位移r1、r2、r3…。

在本实施例中，通过压力传感器读取的数据读入计算机中，自动进行数据处理，求出屈服载荷Py和破坏载荷P1以及变形系数。变形系数是指，在图表中观察，直到屈服载荷Py的直线部分的倾斜度。

随着反复次数n增大，位移量增大，通过建立系统对这些结果进行解析可以得知地基强度、动态变形特性。

也就是可以在比较各种土质的试验能结果的同时，判断是否容易发生液状化等。

如果为砂质地基，则料想出现急剧地破坏，载荷和位移的关系急剧地陷入极限状态的倾向。通过观察这种急剧变化的程度，可以判断液状化的程度。

此外，如果是粘土质地基，则料想陷入极限状态的过程也稍微较慢出现。通过观察这种倾向，可以判断动态特性的程度。

4)测定中的着重点

总是注意位移的变化，记录变化从比例性的变化开始变得急剧的时点。将位移急剧变化的时点作为屈服状态而结束测定，或者确认破坏载荷而结束。

橡胶探测器201的压力返回P0以下后，拉起橡胶探测器201。注意拉起时的阻力。拉拔较困难时，存在发生液状化，钻孔崩塌的可能性。

在上述实施例中，对载荷和位移的关系进行图表化，但是如图3(A)～(D)所示，也可以将各载荷阶段的反复次数n和位移r的关系图表化，评价相对振动或者反复次数的特性。在该图表中，描绘相对各载荷阶段的动态反复载荷的位移峰值(与动态反复载荷的各峰值相对应)。每次施加动态反复载荷时，土层逐渐蓄积应变，位移变大。图3(A)～(C)的第1段、第2段、第3段的位移增大的程度(图表的倾斜度)相等，在屈服阶段位移的倾斜度变大(图3(D))，在土层到达破坏的阶段，如图3(E)所示，位移急剧变化。通过采取这种数据，可以得知各土层的相对动态反复载荷的强度、动态变形特性。

此外，可以将施加载荷的时间和位移的关系图表化来评价其特性，也可以根据需要求出各种特性。

在上述实施例1中，动态反复载荷是相对孔壁沿与孔轴垂直方向(水平方向)施加的压缩载荷，但是作为动态反复载荷，还可以是相对孔壁沿将孔轴作为中心的旋转方向施加的扭转剪切载荷，还可以是相对孔壁沿与孔轴平行的方向施加的剪切载荷。

例如在进行扭转剪切振动试验时，如图1所示，基本上设置如下部件即可：扭矩产生装置209，在使上述实施例的测定用单元201密接于孔壁的状态下围绕孔轴对测定用单元201施加动态反复载荷；和作为位移检测机构的位移检测部210，检测该扭矩产生装置209施加的动态反复载荷所引起的孔壁的旋转位移。

此外，在进行剪切振动试验时，具有以下部件即可：剪切载荷产生装置211，在使测定用单元201密接于孔壁的状态下沿与孔轴平行方向对测定用单元201施加动态反复载荷；和作为位移检测机构的位移检测部212，检测剪切载荷所引起的孔壁的轴方向位移。

上述扭矩产生装置209和剪切载荷产生装置211可以有各种构成，优选为使用油压或者空气压等流体压力的装置，可以由利用油压、空气压的驱动器、和伺服阀等油压或者空气压控制阀构成。

实施例2

接着对本发明的实施例2进行说明。

图7表示适用本发明的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验方法的试验装置的概略构成。

在上述实施例1中，通过橡胶探测器对一个土层进行动态反复试验，但是在实施例2中，对上下段的土层J1、J3交替施加动态反复载荷，对不动的中间土层J2的上下作用剪切力。

也就是其具有：作为测定用单元的橡胶探测器110，插入钻孔100内，在孔轴方向上划分为第1、第2、第3室111、112、113三室，具有装满作为压力介质的水等液体的多个加压部；第1、第3压力调整部121、123，对构成该橡胶探测器110的加压部的第1室111和第3室113的水交替施加压力，使其交替膨胀收缩；和压力调整部122，调整第2室112内的水压。

橡胶探测器110，如图5和图6所示，由圆筒形状的主体部114、和粘附在主体部114外周的作为可挠性部件的筒状橡胶部件115构成。橡胶部件115覆盖第1、第2、第3室111、112、113的全长，由束紧部件116在第1室111和第2室112的边界部、第2室112和第3室113的边界部束紧而划分为3室，也可以按照第1、第2、第3室111、112、113分别安装，可以选择各种构造。以下，与第1室111对应的橡胶部件标以115A，与第2室112对应的橡胶部件标以115B，与第3室113对应的橡胶部件标以115C。这些橡胶部件115A、115B、115C和第1室、第2室112、第3室111、113构成加压部。

中间的第2室112(橡胶部件115B)的长度L2，优选大致设定为橡胶探测器110的直径D程度，这是因为，如果第2室112(橡胶部件115B)的长度L2太窄，则在较早阶段就开始破坏，如果太宽，则影响难以出现。

此外，第1、第3室111、113(橡胶部件115A、115C)的长度L1、L3较好为D的1.5倍至2.5倍程度，最好为2倍程度。并且D优选设定为5cm至20cm程度。当然尺寸并不限定于该尺寸。如果设为这种程度的大小，与橡胶部件115的第1、第3室的111、113对应的橡胶部件115A、115C球状膨胀，对中间土层J2作用从上下压缩方向的力。

第1、第3压力调整部121、123，如图7所示，具有：作为压力源的高压气体瓶120A、使从气体瓶120A供给的气体为定压而存留一定量的气体罐120B、和通过来自气体罐120B的压力动作的水压缸121C、123C。在气体罐120B和水压缸121C、123C之间设置用于放出压力的阀121E、123E、和用于供给压力的阀121D、123D，通过调整这些阀121D、121E、123D、123E，对橡胶探测器110的第1、第3室111、113施加动态反复载荷。

例如，使阀121D、123D为压力控制阀，在关闭阀12E、123E的状态下，通过阀121D、123D控制向水压缸121C、123C供给的气压，通过水压缸121C、123C交替向第1、第3室111、113施加载荷即可。在图6中以手动阀的符号记载阀121D、123D，但是可以适用电控制的压力控制阀等各种阀。在试验结束后，打开阀121E、123E，从水压缸121C、123C放出气压。该例中压力介质为水，橡胶部件115A、115C通过水压膨胀收缩。

第2压力调整部122不设置水压缸，将水3存留在地上的水箱122C内，从气体瓶122A中向水箱122C内的顶空供给高压气体，对水箱122C内的水加压，通过压力控制阀122D控制该高压气体的压力。但是也可以与第1、第3压力调整部121、123同样适用水压缸。

水压缸121C和橡胶探测器110的第1室111通过第1通路131连通，水压缸120C和第2室112通过第2通路132连通，水压缸123C和第3室113通过第3通路133连通，这些第1、第2、第3通路131、132、133设置在安装有橡胶探测器110的钻杆140上。

此外，作为用于检测通过橡胶探测器110的第1室111、第3室113压缩的上段土层J1、下段土层J3的位移的位移检测机构，在水压缸121C、123D上设置用于检测活塞位移的位移传感器151、152。由该活塞的位移测定橡胶探测器110的橡胶部件115A、115C的位移量、也就是孔壁的位移。

此外，作为检测通过橡胶探测器110的第2室112压缩的中间土层J2的位移的位移检测机构，设置用于检测水箱122C内的水位变化的位移传感器153。由该水位的位移量测定第2室112的橡胶部件115B的位移量，也就是孔壁的位移。该孔壁的位移变化不限于利用位移传感器153检测，可以通过设置在水箱122C上的未图示的刻度进行目视测量，或者通过设置在水箱122C底部的压力传感器165测量。进而，在橡胶探测器110的下端部设置用于检测液状化产生的间隙水压计150。该间隙水压计150，如图6(A)所示，可以设置在单元的侧面，例如第2室112的橡胶部件115B的中央、下端部侧面。此外，由于可能在孔壁存在粘土膜而不能测定水压，因而如图6(B)所示，可以设置在下端面110C面上。将橡胶探测器110降至钻孔100内的途中被探测器切削的泥土可能附着在该下端面110C上，因而希望安装在下端面的凹部110D的深处。

接着，参照图4对实施例的试验方法进行说明。

在试验中，对上下段的土层J1、J3交替施加动态反复载荷，实时测定其位移，其后进行中间土层J2的静态载荷试验测定静态强度。

对上下段各土层J1、J3施加动态反复载荷的载荷试验本身与实施例1完全相同，将预想的屈服载荷或者非液状化极限载荷(P1)分成N阶段而施加，分别反复施加n次或者规定时间Tn的各载荷+α的动态反复载荷，测定地基的位移量r，对应施加各阶段的动态反复载荷，测定中间土层J2的静态强度。

以下说明具体的试验顺序。

挖掘钻孔100至要检查的地层的深度，通过钻杆140将橡胶探测器110插入钻孔100内的规定深度位置，按以下的顺序进行试验。

1)试验的设定

向橡胶探测器110的第2室112供给压力，对中间土层J2施加静态压缩载荷，测定中间土层J2的初始强度。具体地求出静态状态下的“载荷P-位移r曲线”。

此时，求出橡胶探测器110紧贴在孔壁上，位移稳定的初始压力P0。将预想的破坏载荷或者非液状化极限载荷设为P1，将与初始压力P0的压力差分成N阶段，决定载荷增加量(ΔP)＝(P1-P0)/N，在各载荷阶段对橡胶探测器110的第1室111、第3室113交替施加n次或者一定时间Tn动态反复载荷而进行试验。在动态反复试验之前，对橡胶探测器110的第1室111、第3室113施加初始压力P0。

2)第1载荷阶段

在第1载荷阶段，对第1室111和第3室113交替施加n次P0～P0+α大小的动态反复载荷，测定对应于第1室111和第3室113的上段土层J1和下段土层J3的位移，与实施例1同样实时监视载荷和位移的关系，将数据存储在计算机中，进行图表化。此时，载荷阶段为10阶段左右，动态反复载荷以20次或者120秒为限度。此时的施加载荷，是如图4(E)所示的上升急剧的冲击载荷。冲击载荷急剧上升后，在一定时间t0内维持载荷而确实压缩土层，其后载荷降低。对第1室111和第3室113的一方施加载荷时，另一方不施加载荷，如此交替施加载荷。载荷的降低开始时点虽然在另一室的载荷上升前，但是如点划线所示，也可以与对另一室的载荷上升时点同时。

在上段土层J1的上下两端部和下段土层J3的上下两端部同时作用压缩力和剪切力，特别是由于上下土层J1、J3交替压缩，因而中间土层J2一边摇动一边受到剪切力作用(图4(A)～(C)中的×标记)，对土层施加与地震时同样的损害。橡胶探测器110的形状，由于第2室112的长度L2为橡胶探测器110的直径D程度，因而可以适宜地把握达到破坏的现象，由于第1、第3室111、113的长度L1、L3为D的2倍程度，因而橡胶部件115A、115C膨胀成球状，因而位移较大，并且压缩力的分力直接对中间土层J2进行作用，可以提高载荷相对土层的影响。

3)动态反复载荷试验后

再次对第2室J2供给压力，对中间土层J2施加静态压缩载荷，测定中间土层J2的强度，得到从初始强度开始降低的程度的数据。

将该循环作为一个循环，按ΔP顺次增大施加载荷进行动态反复试验，基本上进行至土层产生破坏。

在图8中表示中间土层J2的静态强度试验的试验结果模型。

图8(A)是纵轴为施加于中间土层J2的静态载荷P、横轴为时间的图表，图8(B)是纵轴为施加了载荷的中间土层J2的位移r、横轴为时间的图表。此外，图8(C)～(F)是图8(A)、(B)所示的各阶段内中间土层J2的载荷与位移的关系的图表。

如图8(A)、(B)所示，首先测定进行动态反复试验前中间土层的初始强度。

在橡胶探测器110的第2室112的橡胶部件115B紧贴于钻孔100的孔壁上之前，仅位移变大，压力不增加，紧贴于孔壁之后，压力急剧增大，相反位移的变化变小，达到初始压力P0，位移相对载荷的变化稳定。在该稳定的区域，使载荷增大至P0+δ并检测位移，如图8(C)所示，制作初始阶段的中间土层的载荷-位移曲线(横轴为载荷，纵轴为位移)。该载荷-位移曲线的倾斜度为变形系数。测定后，使载荷返回P0(0)。即使使载荷返回P0，由于在中间土层J2中残留永久应变，因而位移不能返回原值。压力增加量δ的大小，为施加在上下段土层J1、J3上的动态反复载荷的振幅的几分之一的程度，明白载荷和位移关系程度即可。

接着，对上下段土层J1、J3进行第1次动态反复试验后，进行中间土层J1的静态强度试验。

即使施加压力，关于载荷P0，橡胶探测器的橡胶部件115B在仅膨胀初始压力测定时的永久应变的量之前，载荷不上升，仅位移变大，在吸收永久应变的时点，压力急剧增大，相反位移的变化变小，达到载荷P0(1)，在该稳定的区域，使载荷增大到P0(1)+δ并检测位移，制作第1次动态反复试验后的中间土层的载荷-位移曲线(参照图8(D))，图表的倾斜度为变形系数。测定后使载荷返回试验开始载荷P0(1)。即使使载荷返回P0(1)，由于在中间土层J2残留永久应变，因而位移不返回试验开始时点的位移。

以下，同样对上下段土层J1、J3进行动态反复试验后，进行中间土层J2的静态强度试验。在弹性区域，由载荷-位移曲线得到的变形系数大致相等。

进行第若干次的动态反复试验后(第k次)，中间土层J2成为屈服状态时，首先，到达试验开始载荷(P0(k))后，使载荷增大到(P0(k)+δ)花费时间，载荷不太上升，位移变大。此时的载荷-位移曲线的倾斜度变得陡急(参照图8(E))。

进而，中间土层J2发生破坏时(第m次，在图中作为屈服阶段的下一段而记载)，载荷以破坏载荷P1为峰值降低，在降低到地下水压等某一压力的时点变为一定。位移从破坏载荷附近急剧增大(图8(B))，载荷-位移曲线如图8(F)所示，是即使压力降低位移也进一步增大的图表形状。

将上段以及下段土层J1、J3的相对于动态反复载荷的位移数据、和相对于中间土层J2的静态载荷的位移数据汇总，判断相对动态反复载荷的动态变形特性，求出屈服点、破坏点等的强度。

此外，料想土层的液状化在从上下作用有剪切力的中间土层J2产生，如果发生液状化，则如图8所示的测定数据的位移急剧增大，因而可知产生了液状化。此外，根据间隙水压计150的间隙水压变为一定可以验证液状化，可以对是否产生了液状化进行双重验证。

这样，根据本实施例2，可以不进行实施例1那样的扭转剪切试验、轴方向剪切试验，通过对上下段的土层交替施加单纯的压缩载荷来对中间土层施加剪切力，可以以简单的构成可靠地在短时间内以低成本进行高精度的土层动态特性试验。

在上述实施例2中，在橡胶探测器上设置施加静态载荷的不动部，但是也可以不设置不动部而仅以上下的动态反复载荷施加部构成，仅注意上下段土层的变形。这是因为，在上下段土层的边界部作用有剪切力，发生液状化时，会波及到上下段土层。

此外，动态反复载荷分为上下两段，但是也可以为上下3段以上，此时，在各动态反复载荷施加部的中间设置不动部即可。

作为动态反复载荷，可以在与孔轴垂直的方向上施加的压缩载荷、沿以孔轴为中心的旋转方向施加的扭转剪切载荷、和在与孔轴平行的方向上施加的剪切载荷这三个载荷中，分别单独施加，也可以组合至少两种载荷而施加。

在上述实施例1、2中，以垂直挖掘钻孔100为例进行说明，但是例如水平挖掘、或者斜向挖掘时也可以适用。

此外，作为测定用单元，还可以使用通过油压对金属制的载荷板加压

的活塞千斤顶等，来代替橡胶探测器110、1，可以根据土层选择适当的测定用单元。

实施例3

接着，对本发明利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置的实施例3进行说明。

在上述实施例2的试验装置中，插入钻孔内的测定用单元划分为具有相互独立的加压室的多个单元部，控制填充在各单元部的加压室内的液体的液压以独立地向对应的土层施加载荷，测定施加的载荷和孔壁的位移。单元部为施加静态载荷的中间单元部、和位于中间单元部的上下的上部动态单元部和下部动态单元部的三室构造，隔着中间土层对上下的土层交替地施加动态反复载荷，根据压力和位移的关系分析对中间土层产生怎样的影响。

然而，施加动态反复载荷的影响不仅波及到中间土层，也波及到与上部动态单元部和下部动态单元部的上方和下方邻接的土层。此外，由于地基不同，与上下的动态单元部邻接的部分也可能崩塌而不能采取正确的数据。

此外，构成各单元部的橡胶状弹性膜是消耗品，需要更换，现场的维护性也是重要的课题。

该实施例3的目的在于，提供一种构造的试验装置，对上下的动态单元部的上方和下方的邻接部也可以测定动态反复载荷的影响，并且可以防止土层的崩塌。

此外，在于提供一种维护性好的试验装置。

图9是本发明实施例3的利用钻孔的地基液状化以及动态特性试验装置的示意图。

即，插入钻孔100内的测定用单元1，具有施加静态载荷的中间单元部11、和位于该中间单元部11的上下方并相对土层施加动态反复载荷的上部动态单元部12及下部动态单元部13。在该上部动态单元部12的上方和下部动态单元部13的下方，设置向土层施加静态载荷而抑制土层的崩塌的上部防护单元部14和下部防护单元部15。

上述各单元部11、12、13、14、15具有相互独立的加压室11a、12a、13a、14a、15a，控制加压室11a、12a、13a、14a、15a内填充的水的水压，独立向对应的土层J1、J2、J3、J4、J5施加载荷，测定施加的载荷和孔壁的位移。

各单元部11、12、13、14、15如图10(A)所示，仅长度不同，基本为相同构造，具有圆柱形状的单元主体31、和粘附在该单元主体31外周的筒状橡胶状膜部件32，在单元主体31和橡胶状膜部件32之间形成填充有液体的加压室11a、12a、13a、14a、15a。橡胶状膜部件32为圆筒形装，在上下两端设有与单元主体的端面扣合的环状的内向突出部32a。各单元部的长度例如整体为90cm的话，则中间单元部11、上部和下部防护单元部15分别为10cm程度，上部、下部动态单元部14、15分别为30cm程度，可以以上述比例进行划分。中间单元部11和上部和下部动态单元部12、13分别均等地为15cm程度，上部、下部防护单元部14、15分别为22.5cm程度，也可以以上述大小比例划分，可以根据载荷、土质等选择最适合的尺寸。

各单元部11、12、13、14、15相互独立并可更换地连接。在该实施例中，在单元主体31的中心设置贯通孔31a，芯棒16穿刺状地插通该贯通孔31a，上端从下方抵接设置在芯棒16上的止动部17，下端通过螺母18拧紧固定。在芯棒16的上端形成用于固定到钻杆上的接头部16a。

在邻接的各单元主体31、31之间夹设薄壁的固定环33，如图10(C)所示，沿轴方向将位于橡胶状膜部件32的端部的内向突出部32a夹紧固定在密封板33和单元主体31的端面之间。密封板33为圆板形状，在其中心形成插通芯棒16的贯通孔33a。

此外，在橡胶状部件32的内向突出部32a的上下两侧面设置有：与设置在单元主体31的端面上的环状槽31b扣合的扣合突起32b；和与设置在密封板33上的环状突起33c扣合的扣合槽32c。

此外，上部防护单元部14通过固定板34与止动部16a抵接，下部防护单元部15通过下部固定板25与螺母17扣合。固定板34、35上也设置与扣合突起32c扣合的环状槽，所述扣合突起32c设置在未图示的橡胶状膜部件32的内向突出部32a上。

在单元主体31中，如图10(A)、(B)、图11(B)、(C)所示，设有用于向各单元部11、12、13、14、15的加压室内填充液体的通水路径11b、12b、13b、14b、15b，和用于向检测各加压室11a、12a、13a、14a、15a内的压力的压力检测器41、42、43、44、45中导入压力的压力导入路径41a、42a、43a、44a、45a。在上部固定板34上，设置5个压力检测器41、42、43、44、45和5个通水路径11b、12b、13b、14b、15b的端口。图10(A)剖开表示包括与各单元部对应的通水路径、压力导入路径的面，在各单元部，截面的相位不同。在各端口上连接用于连接到泵单元的管，在各压力检测器41、42、43、44、45上连接用于输送电信号的电线。该压力检测器41、42、43、44、45统一作为一个单元部件设置。

通向下方位置的单元部的通水路径和压力导入通路通过上方位置的单元部的单元主体，由此结构，在最上方位置的上部防护单元部14的单元主体32中，设置5个通水路径11b、12b、13b、14b、15b和5个压力导入路径41a、42a、43a、44a、45a。以后，处于下方位置的单元部依次减少一个通水路径和压力导入路径，在最下方位置的下部防护单元部15的单元主体32中设置一个通水路径15b和一个压力导入路径45a。

此外，对于跨上下的单元部延伸的通水路径和压力导入路径，如图10(C)所示，上方位置的单元主体32和下方位置的单元主体32的通水路径13b以及压力导入路径(未图示)通过设置在密封板33上的连接口33d而连接。密封板33和上下的单元主体32、32端面之间的间隙通过包围连接口33d的上下开口部配置的O型环等密封部件33e密封。此外，为了进行各通水路径和压力导入路径之间的定位，在一方的单元主体32的端面突出设置定位销33f，在另一方的单元主体32的端面设置用于插入定位销33f的销孔33g。

此外，为了检测通过中间单元部11施加载荷的中间土层J1的液状化的产生，如图11(A)、(D)所示，可以设置用于检测与中间单元部11对应的土层的间隙水压的间隙水压检测器20。在图示例中，间隙水压检测器20设置在上部固定板34上，构成中间单元部11表面的橡胶状膜部件31上设置压力导入口21，压力导入口21和间隙水压检测器20之间通过压力导入路径22连接。在压力导入口21上，为了防止异物进入而安装透水石等。该间隙水压检测器20也可以与压力检测器41～45统一作为一个单元部件。

间隙水压检测器20的构造，可以将检测器的受压部本身配置在中间单元部11上，使电线通过测定用单元内，也可以以无线方式，根据需要可以采用各种构成。

图12表示控制上述测定用单元1的控制构成的一例。

也就是具有：向各单元部11、12、13、14、15的加压室11a、12a、13a、14a、15a中供水的5个泵单元51、52、53、54、55、驱动泵单元51、52、53、54、55的高压瓶、压缩机等空气压力源60、调节来自空气压力源60的空气压力的调压器57、控制各泵单元51和调压器57的控制盒58、与各泵单元51、52、53、54、55对应的水箱59、与控制盒58电连接的进行测量数据处理、显示等的装有专用软件的计算机50。各泵单元51、52、53、54、55组装到各自的框架上，堆成上下5段使用。水箱可以为一个。

图13中例示泵单元的构成例。各泵单元51、52、53、54、55都是相同的构成，因而在此仅对一个泵单元51进行说明，省略其他泵单元的说明。

即，如图13(A)所示，在泵单元51中，一对第1缸71和第2缸72的活塞杆73连接，相对各缸71、72的活塞杆73，在相反侧的缸室内容纳水，形成水室71a、72a。第1缸71的水室71a通过第1水路81与测定用单元所对应的通水路径连接，在第1水路81上设置用于开闭水路的第1开闭阀91。此外，水室71a也通过从第1水路81分支的第2水路82与水箱59连接，在第2水路82上设置用于开闭水路的第2开闭阀92。

此外，另一方的第2缸72的水室72a通过第3水路83与测定用单元1所对应的通水路径连接，在第3水路83上设置用于开闭水路的第3开闭阀93。此外，水室72a也通过从第3水路83分支的第4水路84与水箱59连接，在第4水路84上设置用于开闭水路的第4开闭阀94。

第1水路81和第3水路分别在第1开闭阀91和第3开闭阀93的下游侧合流，通过第1-第3合流水路85连接到测定用单元1侧。第2水路82和第4水路分别在第2开闭阀92和第4开闭阀94的下游侧合流，通过第2-第4合流水路86与水箱59连接。

第1开闭阀91和第3开闭阀93通过从空气压力源60供给的空气压力而驱动，如图13(B)所示，驱动用的空气压力通过第1阀控制用电磁阀96开闭驱动。第2开闭阀92和第4开闭阀94也通过空气压力而驱动，如图13(C)所示，通过第2阀控制用电磁阀97开闭驱动。

此外，第1缸71和第2缸的活塞杆侧的缸室形成空气室71b、72b，该空气室71b、72b中通过缸驱动用电磁阀74和第1通气路径76、第2通气路径77选择性地导入空气压力。缸驱动用电磁阀是5端口3位置控制的控制阀，具有第1缸加压位置、中立位置和第2缸加压位置的3个控制位置。

第1缸加压位置，将空气压力导入第1缸71的空气室71b中，并将第2缸72的空气室72b内的空气排出，第2缸加压位置，将空气压力导入第2缸的空气室72b内，并排出第1缸71的空气室71b内的空气。

例如，对测定用单元1的加压室进行加压时，将缸驱动用电磁阀74切换到第1缸加压位置，并将第1阀控制用电磁阀96置为ON，将第2阀控制用电磁阀96置为OFF，打开第1开闭阀91和第4开闭阀94，关闭第2开闭阀92和第3开闭阀93。从压缩机等的空气压力源通过第1通气路径76向第1缸71的空气室71b供给空气压力，压缩第1缸71的水室71a。由于第2、第3开闭阀92、93关闭，因而第1缸71的水室71a内的水通过第1通水路径81和第1-第3合流水路85流入测定用单元1的加压室对加压室加压。此时，由于另一方的第2缸72的水室72a的容积扩张，因而通过第2-第4合流水路86和第4合流水路84从水箱59吸引水而流入。

接着，将缸驱动用电磁阀74切换到第2缸加压位置，并将第1阀控制用电磁阀96置为OFF，第2阀控制用电磁阀96置为ON，关闭第1开闭阀91和第4开闭阀94，打开第2开闭阀92和第3开闭阀93。从压缩机等空气压力源60通过第2通气路径77向第2缸72的空气室72b中供给空气压力，压缩第2缸72的水室72a。由于第1、第4开闭阀91、94关闭，因而第2缸72的水室72a内的水通过第3水路83和第1-第3合流水路85流入测定用单元1的加压室对加压室加压。此时，由于另一方的第1缸71的水室71a的容积扩张，因而通过第2-第4合流水路86和第2合流水路82从水箱59吸引水而流入。

通过反复进行该操作，逐渐增大测定用单元内的加压室的压力。

减少测定用单元1的加压室内的压力时，切换缸驱动用电磁阀74向第2缸72的空气室供给空气压力。这样一来，活塞杆73向图中右侧移动，吸引测定用单元1的加压室内的水，返回第1缸71的水室内，使第2缸72的水室内的水返回水箱59内。

对测定用单元1的加压室进行减压时，将缸驱动用电磁阀74切换到第2缸加压位置，并将第1阀控制用电磁阀96置为ON，将第2阀控制用电磁阀96置为OFF，打开第1开闭阀91和第4开闭阀94，关闭第2开闭阀92和第3开闭阀93。从压缩机等的空气压力源60通过第2通气路径77向第2缸72的空气室72b供给空气压力，压缩第2缸72的水室72a。由于第2、第3开闭阀92、93关闭，因而第2缸72的水室72a内的水通过第4通水路径84和第2-第4合流水路86返回水箱59。

此时，由于另一方的第1缸71的水室71a的容积扩张，因而通过第1-第3合流水路85和第1合流水路81吸引测定用单元1的加压室内的水而流入水室71a内。

接着，将缸驱动用电磁阀74切换到第1缸加压位置，并将第1阀控制用电磁阀96置为OFF，将第2阀控制用电磁阀96置为ON，关闭第1开闭阀91和第4开闭阀94，打开第2开闭阀92和第3开闭阀93。从压缩机等的空气压力源60通过第1通气路径76向第1缸71的空气室71b供给空气压力，压缩第1缸71的水室71a。由于第1、第4开闭阀91、94关闭，因而第1缸71的水室71a内的水通过第2通水路径82和第2-第4合流水路86返回水箱59。此时，由于另一方的第2缸72的水室72a的容积扩张，因而通过第1-第3合流水路85和第3水路83吸引测定用单元1的加压室内的水而流入。

通过反复进行该操作，逐渐减少测定用单元1内的加压室的压力。

此外，在各泵单元中，设置用于检测活塞杆73的行程的行程传感器75，通过该行程传感器75，由活塞杆73的行程计算流入/流出测定用单元1的水量，在加压时，加上第1、第2缸71、72的行程量，在减压时减去第1、第2缸71、72，计算流入/流出测定用单元的水量的变化，根据水量的变化计算孔壁的位移。

基于泵单元的加压、减压的控制，以时间序列设定目标压力的变动曲线，反馈来自压力检测器的检测数据，控制电磁阀74、96、97的开闭时序，以使对应每段规定时间成为目标压力。

压力如下设定：阶段性地增大基准压力，在每阶段以基准压力为中心上下周期性地变动。波形可以设定以正弦波形变动，也可以设定为以矩形波形变动，可以根据需要设定各种波形。计算机反馈来自压力检测器的检测数据，计算电磁阀74、96、97的开闭时序，发出开闭的指令信号，在加压时进行上述加压动作，在减压时进行减压动作，仿照变动曲线进行压力控制。

作为控制方式，还可以以行程为基准进行控制，而不反馈压力。

如果减压时压力急剧降低。在水中产生气泡，响应性变差，因而为了控制速度(流量)，如图16所示，在第1-第3合流水路85和第2-第4合流水路86上配置带止回阀61的节流阀62。止回阀61和节流阀62并列配置。

配置在通过测定用单元1的第1-第3合流水路85上的止回阀61，在流入测定用单元1的方向上允许流通，在从测定用单元1流出的方向上阻止流通。因此，在流出时通过节流阀62节流，在流入时，止回阀61成为节流阀62的旁路通路，从而顺畅地流入。

另一方面，配置在通过水箱59的第2-第4合流水路86上的止回阀61，阻止返回水箱59方向的流通，允许吸引方向的流通。因此，在返回水箱59时时通过节流阀62节流，在从水箱59吸引时，止回阀61成为旁路通路，从而顺畅地吸引。

此外，可以在缸驱动用电磁阀74和各第1、第2缸71、72间的第1、第2通气路径76、77上设置带止回阀61的节流阀62。止回阀61配置成允许流入各空气室71b、72b方向的流通，阻止流出方向的流通即可。

此外，在该实施例中，为了达到规定的动态反复载荷的压力变化，驱动控制第1、第2缸71、72，但是如图16所示，也可以在第1-第3合流水路85上连接反复载荷用缸63，在通过第1、第2缸71、72加压至固定压力的阶段停止，使反复载荷用缸63周期性地往复移动，由此作用动态反复载荷。该缸63的往复移动也可以构成为机械方式进行加压。

以下，说明具体的试验顺序。

挖掘钻孔100至要检查的地层的深度，通过钻杆101将测定用单元1插至钻孔100内的规定深度位置。

首先，对全部中间单元部11、上下动态单元部12、13以及上下防护单元部14、15的加压室11a、12a、13a、14a、15a进行加压，直到橡胶状膜部件32紧贴。

其次，以相同的压力对中间单元部11和上部防护单元部14以及下部防护单元部15进行加压。

接着，交替对上部动态单元部12和下部动态单元部13的加压室12a、13a内的水进行反复加压，将来自各压力检测器41、42、43、44、45以及各泵单元41的流量传感器75的检测信号读入计算机50，将加压室内的压力和孔壁的位移量显示在监视器中。同时也将来自设置在中间单元部11上的间隙水压检测器20的信号读入计算机50。

在上部、下部动态单元部12、13，以0.1～1Hz左右的频率交替地作用反复动态压力，由此可以根据动态压力P和位移r的关系把握动态强度和变形特性。

通过在上部、下部动态单元部12、13反复施加动态压力，如图14所示，在中间单元部11的侧壁部产生P12、P13＞P11的压力，P12、P13的压力变大，土层J1产生屈服、破坏现象时，则出现挤压中间单元部11的现象。根据地基不同，可能出现P12、P13＜P11，如图中点划线所示，中间单元部11的位移扩大的现象。因此，通过记录、监视中间单元部11的负位移或者正位移的变化，可以把握侧壁部的土层J1的动态强度特性或者变形特性。此外，其如果是砂土层，则在间隙水压上升的同时，急剧地产生土层的破坏，也可以将其视作液状化现象。本发明通过间隙水压检测器20直接监视土层J1的间隙水压，因而通过该间隙水压的数据、动态压力、位移的数据的相关关系，例如通过观察认为位移急剧增大发生破坏的时点的间隙水压的变化，可以灵活运用与土层的液状化有关的有益数据。

图15表示实际的试验结果，根据该试验结果，240秒后转为负位移，认为在该时点开始破坏。

通过测定后对中间单元部11施加静态压力以求出破坏后的强度，如果是粘性土，则可以把握疲劳导致的强度降低，如果是砂土层，则认为可以测定液状化后的残留强度。

在上部以及下部防护单元部14、15也记录、监视其位移变化，通过与中间单元部11的数据进行比较，可以研究测定结果的相关性、支持性、土质的一致性等，应用范围变宽。

图17表示本发明的实施例3的变形例。

由于基本构成与实施例3相同，因而以下的说明主要对与实施例3不同的方面进行说明，对同一构成部分标以相同的标号省略说明。

在该例中，水箱359是带有刻度的管状的水箱，对于流出/流入测定用单元1的加压室的水量的变化，除了通过行程传感器75测定，还可以通过目视测定。这样一来，操作员通过监视水面的动向，可以直观地把握孔壁的土层的位移(测定用单元1的橡胶状膜部件的位移)。此外，设置监视水位变化的传感器365，将水位信息送往计算机50，通过与行程传感器75检测的流量进行对比，可以提高检测数据的可靠性。在图示例中，用于监视水位的传感器356是压力传感器，配置在水箱359的底部，检测与水面高度对应的水压。但是，只要能检测出水位即可，可以利用浮在水面的浮标检测水面的位置，此外，还可以使用公知的各种传感器。

进而，在从泵单元向测定用单元1供给的供给路径上设置可以目视观察压力值的压力计360，如果将压力计配置在水箱359的上部，则可以直接目视确认供给压力变化和水箱59的水位变化，可以直观把握供给压力和孔壁的土层的位移(测定用单元1的橡胶状膜部件的位移)。压力计360可以是根据压力使针移动的模拟式，也可以是数字式。

由压力计360检测出的供给压力数据送往计算机50，通过与加压室内的压力对比，可以研究通过测定用单元1的管的影响等，可以提高压力的检测数据的可靠性。

此外，对于测定用单元1的各加压室的压力，为了可以直接目视确认，在测定用单元1上安装压力检测用的管361，引出到地上，在该管361上设置可以目视压力值的压力计362，将压力计362与供给压力检测用的压力计360并列配置在水箱359的上部。这样一来，可以在目视监视水箱359的水位变化的同时，目视监视向测定用单元1的供给压力和加压室内的压力。

由该压力计362检测的加压室内的压力数据也被送往计算机50，通过与供给压力对比，可以提高检测数据的可靠性。

该实施例3的试验装置，通过利用上部、下部动态单元部12、13施加静态载荷，可以进行通常的“孔内水平载荷试验”。此时，在中间单元部11的孔壁周围的土层上施加来自上部、下部动态单元12、13的静态压缩力，可以还合并一种单轴压缩试验的要素进行研究，可以从静态载荷试验到动态载荷试验通用利用。此外，在该实施例3中，使用泵单元控制动态反复载荷，但是也可以使用控制压力的伺服阀控制动态反复载荷。

此外，可以在以往的“水平载荷试验”的测定用单元上安装一个加压室，来代替本发明试验装置的具有多个加压室的测定用单元。

通过将本发明的泵单元、控制盒和计算机设为整套的控制装置，直接安装在现有的水平载荷试验装置上，具有使以往手动进行的水平载荷试验实现自动化的优点。虽然也有作为产品的全自动试验装置，但是价格高，没有达到对手动的试验装置进行处理，转换成全自动的试验装置的程度。如果在本发明的试验装置的控制装置上连接已有的水平载荷试验装置的测定用单元和水箱，则可以实现水平载荷试验装置的全自动化，还可以灵活运用已有的装置。

工业实用性

根据本发明，可以不取出地下的样品而在原位置进行试验，因而可以求出自然状态下的土层的相对动态反复载荷的强度和变形特性。特别是对于非常松散的砂层或者混入石块等的不能取样的土层、砂石层等粒径较大的土层或者风化岩、软岩等，也可以进行测定，利用范围广。此外，相对以往的样品试验可以以短时间进行试验，因而很经济。

特别是，通过对钻孔的孔壁在孔轴方向上的多个区域交替施加动态反复压缩载荷，可以在载荷区域的边界部施加与实际地震的横摇相似的反复剪切力，可以对相对动态反复压缩载荷的特性进行试验的同时，对相对剪切力的特性也进行试验。由于液状化通过剪切力很容易产生，因而对液状化的判定有效。如果边界部崩塌，则液状化也扩展至压缩载荷施加区域，位移较大变化，因而可以判定液状化。

Claims (17)

1.一种利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验方法，其特征在于，对设置在地基上的钻孔的孔壁的试验对象土层施加动态反复载荷，测定孔壁的位移，求出地基的动态特性。

2.如权利要求1所述的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验方法，其特征在于，通过对钻孔的孔壁在孔轴方向上的多个区域交替施加动态反复载荷，使与孔轴交叉方向上的剪切力交替地反复作用于载荷的施加区域的中间土层。

3.如权利要求2所述的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验方法，其特征在于，对进行动态反复试验的中间土层施加静态载荷以测定强度。

4.如权利要求1所述的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验方法，其特征在于，对钻孔的孔壁的一个区域交替施加振动或者动态反复载荷，根据反复载荷的大小、振动或者反复次数和位移的关系，得知地基的动态特性。

5.如权利要求1或4所述的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验方法，其特征在于，动态反复载荷，是在与孔轴垂直的方向上施加的压缩载荷、沿以孔轴为中心的旋转方向施加的扭转剪切载荷、和在与孔轴平行的方向上施加的剪切载荷这三个载荷中的一个、或者至少两种载荷组合的组合载荷。

6.一种利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置，其特征在于，具有：测定用单元，插入设置在地基上的钻孔内，并通过压力介质的压力挤压孔壁；压力调整机构，使该测定用单元内的压力介质的压力周期性变动；和位移检测机构，用于检测上述孔壁的位移。

7.如权利要求6所述的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置，其特征在于，测定用单元沿钻孔的孔轴方向划分成挤压孔壁的多个室，压力调整机构对多个室内的压力介质交替地施加动态反复压力。

8.如权利要求7所述的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置，其特征在于，压力调整机构，隔着中间室对上下室交替地施加动态反复压力，对中间室施加静态压力。

9.如权利要求6所述的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置，其特征在于，具有：扭矩产生机构，在使测定用单元密接于孔壁的状态下，围绕孔轴对测定用单元施加动态反复载荷；和位移检测机构，检测该扭矩产生机构施加的动态反复载荷所引起的孔壁的旋转位移。

10.如权利要求6或9所述的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置，其特征在于，具有：剪切载荷产生机构，在使测定用单元密接于孔壁的状态下，沿与孔轴平行的方向对测定用单元施加动态反复载荷；和位移检测机构，检测剪切载荷所引起的孔壁的轴方向位移。

11.一种利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置，其构成为，插入钻孔内的测定用单元划分为具有相互独立的加压室的多个单元部，控制各单元部的加压室内填充的液体的液压，独立地向对应的土层施加载荷，

单元部具有施加静态载荷的中间单元部、和位于该中间单元部的上下方并相对土层施加动态反复载荷的上部动态单元部及下部动态单元部，其特征在于，

在上述上部动态单元部的上方和下部动态单元部的下方，设置向土层施加静态载荷的上部防护单元部和下部防护单元部。

12.如权利要求11所述的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置，其特征在于，测定用单元具有间隙水压检测机构，该间隙水压检测机构用于检测与中间单元部对应的土层的间隙水压。

13.如权利要求12所述的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置，其特征在于，间隙水压检测机构，在构成中间单元部表面的橡胶状膜部件上具有压力导入部。

14.一种利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置，插入钻孔内的测定用单元划分为具有相互独立的加压室的多个单元部，控制各单元部的加压室内填充的液体的液压，独立地向对应的土层施加载荷，其特征在于，各单元部彼此独立并可更换地连接。

15.如权利要求14所述的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置，其特征在于，各单元部的构成为，具有单元主体和粘附在该单元主体外周的筒状的橡胶状膜部件，在单元主体和橡胶状膜部件之间形成填充有液体的加压室。

16.如权利要求15所述的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置，其特征在于，在各单元主体之间夹设有与橡胶状膜部件的端部密接的密封板。

17.如权利要求11或14所述的利用钻孔在原位置上的地基液状化及动态特性试验装置，其特征在于，对加压室内的液压加压的机构的构成为，具有对液体加压的缸，设有用于检测活塞杆的行程的行程检测机构，根据缸行程来测定施加了载荷的土层的孔壁位移。

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