JP2000136524A - 土質強度計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 土質強度の計測を従来のような計測装置によ
るのではなく、土木作業等に使用されている作業車によ
って計測できるようにする。 【解決手段】 土木作業等に使用される作業車におい
て、作業機等の接地可能部材によって地面に載荷した際
の、少なくとも接地圧と、沈下量をもとにコントローラ
（プロセッサー）によって土質強度の判断を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基礎地盤の物理的
性質を現場で測定する装置に関し、より詳しくは、走行
部分以外にアウトリガーや作業機等の接地部を備えた既
存の建設機械や産業車両（以下建設機械および産業車両
をまとめて作業車と表現することとする）を利用して基
礎地盤の物理的性質を現場に測定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】地盤の物理的性質、即ち地盤の強度や土
質に関わるデータは、基礎の作業段階にあっては、例え
ばアウトリガー装備の作業車の安定度を判断したり、当
該地点から採土運搬される土の量を判断する稼働管理用
の重要なデータであり、又、建設段階にあっては、建設
に必要な基礎構造の規模を定める上で重要なデータであ
る。

【０００３】このような地盤の強度を求める手段として
は従来、例えば次のような装置が知られている： Ｎ値測定装置（標準貫入試験） 小さなやぐらを組み、６３．５ｋｇのハンマーを落下高
さ７５ｃｍで自由落下させ、サンプラーを３０ｃｍ打込
むのに要する打撃数Ｎを数え、このＮ値の大小で当該位
置の土の硬軟や締まり具合を知る。 コーン貫入機 ロッドの先端に装着されたコーンを、ハンドルによって
人力で連続的に地中に圧入し、ハンドルの下に取付けた
プルービングリングで、各深さごとに貫入抵抗値を知
る。 平板載荷試験装置 地盤に、直径が例えば３０ｃｍの載荷板を載置し、この
載荷板を介してレール等の既知の荷重を地盤に与え、こ
の荷重と地盤の沈下量との関係から地盤の支持力を知
る。

【０００４】これらの装置は、例えば平板載荷試験装置
のように、装置が大がかりなもの程地盤の性質を良く反
映する傾向がある一面、その装置が大がかりになるだけ
ではなく、装置としてのまとまりにかけ、そのため現地
への運搬、設置組立に労力を費やすことからこれらを緩
和するための改良が種々試みられている。例えば、特開
平２−２３２４１１号公報では、平板載荷試験装置の構
造を一体的な構造とすることによって据付運搬が容易に
なるような装置が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のような従来の試
験装置あるいはそれを改良した装置は、いずれにしろ、
普段は事務所や倉庫に保管されているものが、現地まで
車両等で運搬された後、設置されるものであり、保管搬
送の労力が必要なことには変わりはなかった。本発明は
このような問題を根本的に解決しようとするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は地盤の物理的性
質を求める場合、従来のように地盤の強度の測定の目的
でのみ使用される計測装置をもはや使用せず、現在工事
現場等で地面の整地作業用に使用されている作業車、例
えば油圧ショベルや走行クレーンそのものを利用して地
盤の強度を測定できるようにする。より具体的には、作
業車の走行部以外であって、地盤に対して接地圧を付与
しうる作業機等の構造部を備えた作業車において、この
構造部の接地圧と沈下量とを直接または間接に測定しう
るセンサーと、これらのセンサー出力から地面の強度等
に関する数値的指標を求めるコントローラとを作業車に
配するようにするものである。

【０００７】

【本発明が基づく原理】上記のような本発明は、基本的
には地面（本明細書においては、地面とは地盤と同意義
である）の次のような性質を利用している。図１に示す
ように、均一な地面においては、接地圧ｐを徐々に増し
ていくと、それに伴なう地面の沈下量ｙは図示のような
沈下特性曲線を画くことが知られている。すなわち、接
地圧が小さい間は両者はほぼ比例的に増加し、地面は弾
性的挙動を示すが、図１のＡに相当する接地圧に達する
と降伏が始まり、沈下の進行が著しくなる。そしてこの
降伏状態が続くと接地圧を増やさなくても沈下のみが進
行するようになる（Ｂ→Ｃ）。これは地面が塑性変形の
結果、破壊したことを示し、この時の接地圧を許容支持
力、極限支持力等と表現される。このような地面の特性
は、現場の地面毎に当然異なるが、図１に示すような、
弾性領域ＯＡ、降伏開始領域ＡＢ、破壊領域ＢＣからな
ることについては共通している。従って、公知の地面の
強度測定専用の装置を使用しなくても、現場において接
地圧ｐと沈下量ｙの関係を求める構造が作業車に用意さ
れている場合は、その構造を利用して地面の強度に関す
る数値的指標を求めることができると考えられる。ここ
で接地圧ｐは、圧力／接地面積によって求まるから、作
業車が地面に対して加圧可能な構造部、例えば、アウト
リガーや作業機、を備えていて、この加圧可能な構造部
の接地面積が直接的にあるいは間接的に知ることができ
るものであれば、その構造部の押圧力と沈下量との関係
を知る手段を用意することによって、作業現場において
作業車によって地面の強度に関する数値的指標が得られ
地面の強度が判断できるわけである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は代表的に
は、作業車のアウトリガーが測定部位をなすケースと、
作業車のバケット等の揺動運動または上下運動をなす作
業機が測定部位をなす場合の二つのケースがあり、更
に、これらのケースにおいて供試プレートを使用する場
合と、供試プレートを使用しない場合とがそれぞれあ
り、以下にこれらの各ケースについて詳述する。

【０００９】実施例Ｉ 作業車のアウトリガーが測定部位をなす場合であって、
供試プレートを使用する場合 アウトリガーを備えた作業車、例えば、ブームの先端部
に荷重を吊り、ブームを揺動、旋回させることで作業を
行う移動式クレーン、あるいは、ブーム先端のバケット
に土砂を積載し、ブームを揺動、旋回させることで作業
を行うパワーショベル等は作業車の転倒等の危険を有し
ている。そのためこれらの作業車では、まず作業時に安
定した下部構造を得るべくアウトリガーを使用する。本
発明の第１の実施例では、このアウトリガーを利用し、
かつ、地面との間に供試プレートを介在して地盤の強度
に関する数値的指標を得る。これは図２に示すように、
アウトリガーの下部に供試プレートを配し、作業機の揺
動等による特定位置に生ずる偏荷重を利用して、この供
試プレートに連続的に増大する方向の荷重が付加される
間の供試プレートの接地圧力と沈下の関係を計測するも
のである。従って、本実施例に特有な構成要素は、供試
プレート、少なくとも供試プレートの接地圧を求める手
段、供試プレートの沈下量を求める手段、これらのデー
タを処理して地面の許容支持力等の限界能力を示す数値
的指標を求めるコントローラであり、以下、これらの構
成要素について更に詳述する。

【００１０】１．供試プレートについて 本発明において、実作業前の土質試験時、アウトリガー
の下部に配置される供試プレートは、実際の土木の載荷
試験に使用される直径３０ｃｍの板が使用されるのが好
ましいが、それより小さな径の板も使用することができ
る。但し、その場合は後述のように、試験中の供試プレ
ートの接地圧を求める際は、基準となる径３０ｃｍのプ
レートに対する面積比βに基づく補正係数αによる補正
処理が必要となる。

【００１１】２．供試プレートの接地圧を求めるための
手段 イ．Ｈ型アウトリガーの場合 アウトリガーフロートの下方に配置した供試プレートの
接地圧を求めるためには、まず図３に示すようにアウト
リガーシリンダのボトム側またはロッド側の圧力を一定
時間間隔で検出し、これを増巾等の処理をしコントロー
ラに入力するか、あるいは図４に示すようにアウトリガ
ー部に荷重センサを配して圧力を一定時間間隔で検出
し、これを増巾等の処理をしコントローラに入力する。
図３の上部のボトム側の圧力を計測する例を、当該部を
拡大した図である図５を利用して説明すると、シリンダ
ボトムの圧力をｐ、シリンダボトムの面積をＡ_Ｂ供試プ
レートの面積をＡｐとすると、供試プレートの荷重ｑ
は、ｑ＝Ｐ×Ａ_Ｂ÷Ａｐで求めることができる。但し、
供試プレートの径が３０ｃｍ以下のものを使用した際
は、面積比βに基づく補正係数αが乗算され修正される
必要がある。 ロ．Ｘ型アウトリガーの場合 Ｘ型アウトリガーの場合、供試プレートの接地圧を求め
るには、図６に示すように、例えば、アウトリガーの中
腹部を吊り下げているシリンダのボトム室ｐ_１とボトム
面積Ａ_Ｂ１の積ｐ_１×Ａ_Ｂ１と、アウトリガーシリンダ
内のシリンダ室のボトム圧ｐ_２とボトム面積Ａ_２の積ｐ
_２×Ａ_Ｂ２のベクトル和を供試プレートの面積Ａｐで割
ることによって求められる。供試プレートの面積が小さ
いものを使った場合には求められた接地圧を補正する必
要があることは、Ｈ型アウトリガーの場合と同様であ
る。

【００１２】３．沈下量ｙを求める手段 沈下量の検出は、非沈下部に配置され沈下部の沈下量を
直接計測する手段、または、この逆に、図２または図４
に示されるように沈下部に配置され非沈下部からの沈下
量を直接計測する手段、あるいは、図７に示すように、
傾斜角度センサーをアウトリガーに用意しておき、この
センサーとフロート位置の情報ＬからＬ×ｄθにより沈
下量ｙを算出する手段等、特にその方法は限定されな
い。いずれの検出手段にしろ、沈下量ｙは、一定の時間
間隔でｙ_１として検出され、必要により増巾等の処理を
受けた後コントローラに入力される。

【００１３】４．コントローラ 本実施例においては、コントローラは次のような役割を
果たす。図２に示すように、コントローラには供試プレ
ートで試験中のアウトリガーの反力に関わる情報として
のシリンダ圧力および沈下量が一定時間間隔で入力され
る一方、供試プレートの面積に関わる情報が寸法ダイヤ
ルから入力される。先述のように、コントローラは供試
プレートの面積に関わる情報とアウトリガーの反力に関
わる情報から、供試プレートの接地圧を換算によってた
だちに求めることができるから、コントローラには、供
試プレートの接地圧と沈下量の逐次データが、記憶され
ることとなり、これらのデータによって例えば、当該地
面の特性曲線に相当する図８が得られることになる。な
お、このような供試プレートに基づく地面の土質強度の
計測は図８の許容支持力そのものが求められる接地圧力
まで行う必要は必ずしもない。これは、地面が例えば、
堅い地盤である程に、初期の接地圧と沈下量の関係を求
めるのみで、許容支持力について予測ができる性質を持
っているからである。

【００１４】これについて図８によって説明すると、軟
らかい地盤においては、許容支持力ｑｍａｘが得られる
まで、接地圧力と沈下量の関係を求めることが望ましい
ものの、中間的な地盤では図８の地盤反力係数Ｋを求め
ることで、最終段階まで試験をしなくても、メモリーに
記憶されておいたテーブルとの対比から許容支持力は推
測しうるのであり、この傾向は更に堅い地盤において
は、もっと顕著であり、初期の段階である沈下量１．２
５ｍｍを生ずる時の接地圧との関係を地盤定数Ｅと称
し、この段階のデータを得ることで、地面の許容支持力
が推測されることは経験的に知られていることである。
従って、予め堅い地面、中間的な地面、軟かい地面の別
が判断でき、このような地面の別を例えばダイヤルでコ
ントローラに入力できるならば、供試プレートによる予
めの土質強度計測は例えば、地盤定数Ｅを求めるだけ
で、その地面の土質強度の判断に使用できることとな
る。

【００１５】以上の実施例Ｉを、幾つかの流れ図（フロ
ーシート）に基づいて更に説明する。

【００１６】実施例Ｉの１ 接地圧力のみによる場合 図９は、沈下量に関する情報を利用しなくても、つまり
沈下量センターがなくても本発明が成立する例を示して
いる。図２に示したように、使用されている供試プレー
トの面積比βが寸法ダイヤルから、モードスイッチから
は土質強度計測という指令がマニュアルによってコント
ローラに入力される一方、アウトリガーフロートシリン
ダボトム圧Ｐがコントローラに一定時間間隔で入力され
る。その後作業車は初期姿勢とされるが、スイッチは土
質強度計測になっているので、フラグＦｌｇが確認さ
れ、フラグＦｌｇが立っていない場合は、初期圧Ｐ_ｏ、
Ａｐ＝Ａｐ×βでフラグＦｌｇが１とされる。供試プレ
ートに作用する接地圧は、直径３０ｃｍのプレートの場
合、 ｑｉ′＝（ｐ−ｐｏ）Ａ_Ｂ÷Ａｐ として求められるが、供試プレートが小さい場合は寸法
効果による係数αでの修正が必要となり、その場合供試
プレートの接地圧ｑｉは、 ｑｉ＝α×ｑｉ′ で求められる。一定時間間隔で求められる、このような
接地圧ｑｉは、次々に後の数値と比較され、後の数値が
大きい場合はそれがｑｍａｘとして入れかえられ、アッ
プデートされていき、最大のｑｍａｘ、つまりは、許容
支持力がメモリーへ記憶されていた代表的な地面の特性
と比較され、地面の強度および／または土質が求められ
る。

【００１７】実施例Ｉの２ 接地圧と沈下量の両方が考
慮される例を含む場合 図１０は、接地圧のみならず沈下量も計測される場合を
含む実施例を示している。より詳しくは、この図１０は
地面の許容支持力についての３つの算出手法を含み、第
１番目として、図９で示したところの、接地圧力のみが
考慮されて許容支持力が算出される実施例Ｉの１のケー
スと（図１０の下部の中央のフロー参照）、第２番目と
して、沈下量が０．１２５ｃｍの時の接地圧との関係か
ら許容支持力が求められる実施例と（図１０下部の左側
のフロー参照）と、第３番目として、例えば連続した５
点以上の接地圧と沈下量の組のデータから求めたｄｐ／
ｄｙから許容支持力が求められる実施例（図１０下部の
右側フロー参照）を含んだ形で示されている。

【００１８】まず、３つのフローの内、一番左側のフロ
ーでは、沈下量ｙｉが０．１２５ｃｍ以上か否かが判断
される。そして、この条件が満足されていると、その時
のｑｉ／ｙｉより地盤定数Ｅが求まるから、これがメモ
リーに記憶されていた地面のサンプルデータと比較され
る。次に中央のフローでは、実施例Ｉの１で述べたよう
に供試プレートの接地圧力のみを利用してｑｍａｘが求
められメモリーに記憶されていた地面のサンプルデータ
と比較される。一番右側のフローでは、接地圧力ｄｑｉ
については連続するデータ間の差、沈下量ｄｙｉについ
ても連続するデータ間の差とからなる組が、例えば５個
以上（ｉ≧５）集められ、Ｋ＝ｄｑΣ／ｄｙΣによって
Ｋが求められた後、これがメモリーに記憶されていた地
面のサンプルデータと比較される。

【００１９】実施例Ｉの３ 図１１に示す実施例では、地盤定数Ｅ、ｑｍａｘ、地盤
反力係数Ｋ＝ｄｑΣ／ｄｙΣを求めるフロー毎に、供試
プレートの面積比βに基づく寸法効果αによる修正がき
め細かくなされれば、図１０の実施例Ｉの２より、より
精密な地盤定数Ｅ、ｑｍａｘ、地盤反力係数Ｋ＝ｄｑΣ
／ｄｙΣが求められることを示している。

【００２０】実施例II 作業車のアウトリガーが測定部位をなす場合であって、
供試プレートを使用しない場合 前記の実施例Ｉにおいては、アウトリガーフロートと地
面との間に面積が既知の供試プレートが介在されたが、
アウトリガーそのものあるいはその敷板の接地面積が既
知で適切な大きさである限り、アウトリガーそのものあ
るいはその敷板は供試プレートと同様の役割をなすもの
であるから、このような条件が満足される限り、供試プ
レートを除いたとしても実施例Ｉの装置で当該地面の圧
力と沈下量の関係等を求める試験が実施できる。

【００２１】これを更に詳述すると、アウトリガーは通
常の作業時のように、そのフロートまたはその下部に配
される敷板によって接地され、アウトリガーのシリンダ
室の圧力とアウトリガーの沈下量の計測値については実
施例Ｉと同様に一定間隔でコントローラに入力される。
ここで、アウトリガーフロートまたは敷板面積Ａは既知
のものであるから（コントローラに標準的なケースを記
憶させておき、違う面積のものを使用する場合には、マ
ニュアルでそれらを入力するか、あるいは、センサ入力
で自動的に切り換えるような手当をしておく）、接地圧
ｑは、 ｑ＝ｐ×Ａ_Ｂ÷Ａ×α で求めることができる。ここで、ｐはシリンダ圧、Ａ_Ｂ
はシリンダボトムの面積、αはフロートや敷板の形状に
係わる係数で１以下の数値である。通常は、標準形状の
アウトリガーフロートでの作業が全んどであるから、接
地面積Ａおよび係数αは定数となる。このようにして、
求められたアウトリガーの接地圧と沈下量の関係は、予
めメモリーに記憶されていた各種の地面における接地圧
と沈下量の関係と対比され当該地面の強度およびまたは
土質が判定されることとなる。

【００２２】実施例IIについての流れ図（フローシー
ト）は、実施例Ｉに関する流れ図である、図９、図１
０、図１１において接地圧ｑｉを、求める計算式が前記
００２０に記載のように変わるだけで基本的フローは同
じであるので省略する。

【００２３】実施例III 作業車の作業機が測定部位をなす場合であって、供試プ
レートを使用する場合 この実施例においては、図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）
に例として示すように、地面に対して揺動または上下動
可能な作業機の接地部側に供試プレートが配される。供
試プレートは作業機の接地部側に対して、例えばボルト
や嵌合構造によって固着されることが望ましいが、地面
の試験時に供試プレートが作業部の接地部に対して安定
した相対関係を維持しうるならば、固着する必要はな
い。

【００２４】図１２は油圧ショベルの場合の例である
が、これについて説明すると、バケットの下部に供試プ
レートを配し、作業機を下方に揺動させる間の供試プレ
ートの接地圧と沈下量の関係を計測する。本実施例の特
徴の一つとして、接地圧および沈下量共にこれらを測定
するためのセンサーを配さなくても油圧ショベルの制御
や安全のため通常装備されている所の作業機用のポテン
ショメータや荷重計を利用して算出できる点にある。

【００２５】即ち、図１２（ａ）に示すようなブーム
（別称 第１アーム）、アーム（別称第２アーム）、バ
ケットからなる作業機を含む通常の油圧ショベルにおい
て、ブームの基部の枢着点と、バケットのアームに対す
る枢着点間の距離ｌ_１を一定の既知の長さになるように
した作業機（例えばアームシリンダーを一番縮めた時
の）をブーム、アーム、バケットそれぞれの相対角度を
固定した関係のままブームを揺動させ、バケットによっ
て供試プレートを地面に対して作用させるものとして、
バケットを供試プレートを介して地面に接地した時のブ
ームの初期角度をθ_ｏ；ブームを揺動させた時の角度を
θ；バケットを供試プレートを介した地面に接地した時
のブームシリンダのロッド側の初期圧力をｐ_０；ブーム
を揺動させた時のブームシリンダのロッド側の圧力を
ｐ；ブーム基部の車両への枢着点の地面からの高さをｙ
_ｃ；ブーム基部の車両への枢着点から、ブームシリンダ
の軸線への垂線の長さをｌ_２（ｌ_１は常に一定値である
が、ｌ_１の基部角度θが増すと、つまり、その作動のブ
ームシリンダが収縮されるとこのｌ_２は増加する。従っ
て、ｌ_２はθの関数として予め求めておくことができる
性質のものである。）；とすると、供試プレートの沈下
量ｙおよび荷重ｑはそれぞれ次の式を解くことによって
求められる。 ｙ＝ｙ_ｃ＋ｌ_１ｓｉｎ（θ−９０°）−ｙ_ｏ ｌ_１×（ｑ×Ａｐ）＝ｌ_２｛ｐ−ｐ_ｏ）Ａ_Ｈ｝ 但しここで、Ａｐはプレート面積（例えばφ３０ｃｍの
ものの）およびＡ_Ｈはシリンダヘッド面積である。

【００２６】なお、前記の例では、ブーム基部の車両に
対する枢着点と、バケットのアームに対する枢着点間の
距離ｌ_１を特定の長さになるようにアームシリンダを操
作することを前提としていたが、図１２（ｃ）に示すよ
うに、ブーム角度計測用のポテンショメータ等のセンサ
のみならず、ブームとアーム間にポテンショメータ等の
センサがある場合には、ブームとアーム間の角度が任意
であっても、ｌ_１は、Ｘ＝Ｌ_１ｓｉｎθ_１＋Ｌ_２ｓｉｎ
θ_２ Ｙ＝Ｌ_１ｃｏｓθ_１＋Ｌ_２ｃｏｓθ_２ ｌ_１＝（Ｘ^２＋Ｙ^２）^１／２ によって求められるから、この場合は、ブーム、アーム
間の角度を任意の角度関係に固定して、土質強度の計測
をすることができる。

【００２７】以上の実施例III を、幾つかの流れ図（フ
ローシート）に基づいて更に説明する。

【００２８】実施例III の１ 接地圧力のみによる場合 図１３は、沈下量に関する情報を利用しなくても、つま
り沈下量センターがなくても本発明が成立する例、つま
り実施例Ｉの１に対応する例を示している。図１２に示
したように、使用されている供試プレートの面積比βが
寸法ダイヤルから、モードスイッチからは土質強度計測
という指令がマニュアルによってコントローラに入力さ
れる一方、ブームシリンダのロッド側の圧力Ｐがコント
ローラに一定時間間隔で入力される。その後作業機は初
期姿勢、即ち、バケットが供試プレートを介して接地し
た状態とされ、スイッチは土質強度計測になっているの
で、フラグＦｌｇが確認され、フラグＦｌｇが立ってい
ない場合は、初期圧Ｐｏ、Ａｐ＝Ａｐ×βでフラグＦｌ
ｇが１とされる。供試プレートに作用する接地圧は、直
径３０ｃｍのプレートの場合、 ｑｉ′＝（ｐ−ｐｏ）Ａ_Ｂ÷Ａｐ として求められるが、供試プレートが小さい場合は寸法
効果による係数αでの修正が必要となり、その場合供試
プレートの接地圧ｑｉは、 ｑｉ＝α×ｑｉ′ で求められる。一定時間間隔で求められる、このような
接地圧ｑｉは、次々に後の数値と比較され、後の数値が
大きい場合はそれがｑｍａｘとして入れかえられ、アッ
プデートされていき、最大のｑｍａｘ、つまりは、許容
支持力がメモリーへ記憶されていた代表的な地面のサン
プルデータと比較され、地面の土質等が判断される。

【００２９】実施例III の２ 接地圧と沈下量の両方が考慮される例を含む場合 図１４は、学習時に接地圧のみならず沈下量も計測され
る場合を含む実施例を示している。より詳しくは、この
図１４は地面の強度を示す指標の計測についての３つの
算出手法を含み、第１番目として、図１３で示したとこ
ろの、接地圧力のみが考慮されて許容支持力が算出され
る実施例III の１のケースと（図１４の下部中央のフロ
ー参照）、第２番目として、沈下量が０．１２５ｃｍの
時の接地圧との関係から地盤定数Ｅが求められる実施例
と（図１４下部の左側のフロー参照）と、第３番目とし
て、例えば連続した５点以上の接地圧と沈下量の組のデ
ータから求めたｄｐ／ｄｙから地盤反力係数Ｋが求めら
れる実施例（図１４下部の右側のフロー参照）を含んだ
形で示されている。基本的には、この図１４のフロー
は、供試プレートの沈下量ｙが接地圧と共に計測され、
沈下量ｙが許容支持力を求める際に考慮される例が２つ
含まれる以外は実施例III の１と考え方は同じである。

【００３０】まず、３つのフローの内、一番左側のフロ
ーでは、沈下量ｙｉが０．１２５ｃｍ以上か否かが判断
される。そして、この条件が満足されていると、その時
のｑｉ／ｙｉより地盤定数Ｅが求まるから、これがメモ
リーに記憶されていたサンプルデータと比較され、土質
等が判断される。次に中央のフローでは、実施例III の
１で述べたように供試プレートの接地圧力のみを利用し
てｑｍａｘが求められメモリーに記憶されていたサンプ
ルデータと比較され、土質等が判断される。一番右側の
フローでは、接地圧力ｄｑｉについては連続するデータ
間の差、沈下量ｄｙｉについても連続するデータ間の差
とからなる組が、例えば５個以上（ｉ≧５）集められ、
Ｋ＝ｄｑΣ／ｄｙΣによってＫが求められた後、これが
メモリーに記憶されていたサンプルデータと比較され土
質等が判断される。

【００３１】実施例III の３ 図１５に示す実施例では、許容支持力、地盤定数Ｅ、地
盤反力係数Ｋを求めるフロー毎に、供試プレートの面積
比βに基づく寸法効果αによる修正がきめ細かくなされ
れば、図の実施例III の２の場合より、より精密な許容
支持力、地盤定数Ｅ、地盤反力係数Ｋが求められること
を示している。

【００３２】実施例IV 作業車の作業機が測定部位をなす場合であって、供試プ
レートを使用しない場合 前記の実施例III においては、作業機と地面との間に面
積が既知の供試プレートが介在されたが、供試プレート
を使用しなくても本発明は成立する。つまり、本発明に
特に関係するファクターは地面に対する荷重ｑと沈下量
（変位）ｙであるが、この内、沈下量ｙそのものはもと
もと供試プレートの存在にかかわらず求まるものであ
り、一方荷重ｑは供試プレートが存在しなくても作業機
の接地部の接地面積さえ既知ならば求めることができる
からである（既述の実施例II参照）。ただし、作業車の
作業機の接地部、例えば油圧ショベルならバケットの爪
先部、ブルドーザならブレード下端またはリッパー部、
は変則的な形状の接地部を有するから、これらを使用す
る場合、作業機の揺動角度θに対する換算的接地面積を
予め求めておき、これに基づいて、荷重ｑを算出するこ
とになる。このような実施例の幾つかを以下に説明す
る。

【００３３】実施例IVの１ 油圧ショベルの爪先のみを利用する場合 図１６（ａ）に示すように、ブームおよびアーム間、並
びにアームおよびバケット間の相対角度を不変としたま
ま、ブーム角θをθ_１，θ_２，θ_３と連続的に変化させ
た場合のバケットの爪先の換算的接地面積Ａｐは、図１
６（ｂ）のように予め求めておくことができる性質のも
のであるから、供試プレートを使用しない場合でも、実
施例III で示したところの、荷重ｑを求めるための平衡
式 ｌ_１×（ｑ×Ａｐ）＝ｌ_２｛（Ｐ−Ｐ_ｏ）Ａ_Ｈ｝ が使用可能となることが理解されよう。このようにして
求めた荷重ｑと、沈下量ｙとに基づく地面の強度判断の
実際的プロセスは実施例III と同様であるので省略す
る。

【００３４】実施例IVの２ ブルドーザのブレードを利用する場合 図１７（ａ）に示すように、ブルドーザのブレードを利
用して、地面の試験を行う場合、ブレードの接地面積
は、ブレードシリンダの揺動角θの関数と考えられ、図
１７（ｂ）のように予め求めておくことができる。ま
た、この実施例の場合の、荷重ｑを求めるためのモーメ
ントの平衡式は ｌ_１×ｑ×Ａｐ＝ｌ_２×｛（Ｐ−Ｐ_ｏ）×Ａ_Ｂ｝ 但し、各記号は、図１７の（ａ），（ｃ）で示すよう
に、ｌ_１は、ブレードアームの枢着点とブレード下端間
の距離、ｑは接地圧（荷重）、Ａｐはブレード下端の換
算的接地面積、ｌ_２はブレードアーム枢着点からブレー
ドシリンダ軸線への垂線の長さ（この長さｌ_１はブレー
ドシリンダの角度θの関数として求めることができる。
なお、ブレードシリンダの角度θは、このシリンダのピ
ストンストロークの関数であるから、ｌ_２は、ブレード
シリンダの揺動角θを検出するポテンショメータの出力
によるのではなく、ピストンストロークセンサーの出力
を利用して予め求めても良い）、Ｐはブレードシリンダ
圧、Ｐ_ｏは初期ブレードシリンダ圧、Ａ_Ｂはブレードシ
リンダ面積である。

【００３５】実施例IVの３ ブルドーザのリッパーを利用する場合 図１９に示すように、ブルドーザのリッパーを使用する
場合も、仮にリッパーシリンダのピストンストロークセ
ンサが配置されている場合には、接地面積Ａｐは図に示
すようにピストンストロークセンサーの関数であるか
ら、予め求めることができる。また、この実施例の場合
の荷重ｑを求めるためのモーメントの平衡式は次の通り
である。 ｌ_１×ｑ×Ａｐ＝ｌ_２｛（Ｐ−Ｐ_ｏ）Ａ_Ｂ｝ 但し、ここでｌ_１はリッパー支点と接地部との間隔、ｑ
は接地圧（荷重）、Ａｐはリッパー下部の換算的接地面
積、ｌ_２はリッパー支点からリッパーシリンダ軸線への
垂線の長さ、Ｐはリッパーシリンダのロッド側圧力、Ｐ
_ｏはＰの初期圧、Ａ_Ｂはリッパーシリンダのボトム面積
である。

【００３６】

【作用および効果】本発明によれば次のような作用効果
が期待される。従来のような土質強度計測のみを目的と
した計測装置を使用しなくても、作業車により地面に対
する荷重のみを利用して土質強度を計測できるので効率
が良い。荷重のみならず沈下量をも測定できるから地面
の特性曲線を得ることができる。供試プレートを使用す
る場合には、地面に対して荷重を付与する手段の接地部
の換算的接地面積を予め求める必要がない。荷重を付与
する手段は、アウトリガーであるので油圧ショベル、走
行クレーン等の現在使用されている作業車がそのまま利
用可能である。荷重を付与する手段は、作業車の作業機
であるので、油圧ショベル、ブルドーザ等の現在使用さ
れている作業車がそのまま利用可能である。荷重の測定
は、作業車の作動アクチュエータの油圧の測定値を利用
できるので、作業車の本来的な制御のための計器の出力
値を転用できる可能性がある。沈下量の測定は、作業車
の地面に対して荷重を付与する手段の揺動度に関連する
測定値を利用できるので、作業車の本来的な制御のため
の計器の出力値を転用できる可能性がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】均一な地面の接地圧ｐと沈下量ｙの関係を示す
図である。

【図２】Ｈ型アウトリガーの場合の本発明の概要を示す
図である。

【図３】シリンダ圧力を計測する例を示した図である。

【図４】アウトリガーに荷重センサを配した例を示した
図である。

【図５】シリンダボトムの圧力を計測する場合の供試プ
レートの面積との関係を示す図である。

【図６】Ｘ型アウトリガーの場合の本発明の概要図であ
る。

【図７】沈下量を間接的に求める場合の１例である。

【図８】プロットされた接地圧と沈下量の群から地面の
各特性が求められることを示す図である。

【図９】計測データとして接地圧のみを見る場合の実施
例のフローシートである。

【図１０】３種類の地面の強度に関する数値的指標を求
める実施例のフローシートである。

【図１１】３種類の地面の強度に関する数値的指標を求
める場合において、各接地圧を求めるフロー毎に、供試
プレートの面積比βに基づく寸法効果αによる修正をき
め細かくなした実施例のフローシートである。

【図１２】（ａ）油圧ショベルのバケット部に供試プレ
ートを配した場合の実施例である。 （ｂ）モーメントの平衡を見る模式図である。 （ｃ）ブーム基部およびアーム基部にそれぞれポテンシ
ョメータが配されている場合のｌ_１の求め方を示すフロ
ーシートである。

【図１３】油圧ショベルを利用した場合であって、計測
データとして接地圧のみを見る場合の実施例のフローシ
ートである。

【図１４】油圧ショベルを利用した場合であって、３種
類の地面の強度に関する数値的指標が求めうることを示
すフローシートである。

【図１５】油圧ショベルを利用した場合であって、３種
類の地面の強度に関する数値的指標を求める場合におい
て、各接地圧を求めるフロー毎に供試プレートの面積比
βに基づく寸法効果αによる修正をきめ細かくなした実
施例のフローシートである。

【図１６】供試プレートを使用せず、バケットの爪先を
利用する場合の実施例である。

【図１７】供試プレートを使用せず、ブルドーザのブレ
ードを使用する場合の実施例である。

【図１８】供試プレートを使用せず、ブルドーザのリッ
パーを使用する場合の実施例である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2D015 HA02 HA03 HB01 2D043 AA03 AB03 AC01 AC05 BA10 BB00 BC05 2F051 AA06 AB01 AB06 AC01 2G061 AA02 AB01 BA01 CA06 EA01 EA02 EA04 EA05 EB02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地面に対して異なる荷重を付与する手段
   を備えた作業車において、荷重を測定する手段と、荷重
   により土質強度を判定する装置を備えたことを特徴とす
   る土質強度計測装置。
2. 【請求項２】 地面に対して異なる荷重を付与する手段
   を備えた作業車において、荷重を測定する手段と、荷重
   を付与する手段の荷重を付与する部分または地面の沈下
   量を測定する手段と、荷重と沈下量により土質強度を判
   定する装置を備えたことを特徴とする土質強度計測装
   置。
3. 【請求項３】 地面に対しての荷重の付与は供試プレー
   トを介在してなされることを特徴とする請求項１〜２の
   いずれかに記載の土質強度計測装置。
4. 【請求項４】 地面に対して荷重を付与する手段は作業
   車のアウトリガーであることを特徴とする請求項１〜３
   のいずれかに記載の土質強度計測装置。
5. 【請求項５】 地面に対して荷重を付与する手段は作業
   車の作業機であることを特徴とする請求項１〜３のいず
   れかに記載の土質強度計測装置。
6. 【請求項６】 荷重を測定する手段は、作業車の地面に
   対して荷重を付与する手段の作動アクチュエータの油圧
   の測定値を利用することを特徴とする請求項１〜５のい
   ずれかに記載の土質強度計測装置。
7. 【請求項７】 沈下量を測定する手段は、作業車の地面
   に対して荷重を付与する手段の揺動度に関連する計測値
   から換算されることを特徴とする請求項２記載の土質強
   度計測装置。