JP2001004606A - せん断波速度の測定方法 - Google Patents

せん断波速度の測定方法

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JP2001004606A
JP2001004606A JP11180311A JP18031199A JP2001004606A JP 2001004606 A JP2001004606 A JP 2001004606A JP 11180311 A JP11180311 A JP 11180311A JP 18031199 A JP18031199 A JP 18031199A JP 2001004606 A JP2001004606 A JP 2001004606A
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shear wave
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wave velocity
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JP11180311A
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Keiko Morii
森井慶行
Katsuyuki Sakashita
坂下克之
Susumu Okamoto
岡本晋
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Taisei Corp
Original Assignee
Taisei Corp
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】地盤のせん断波速度を正確に求めること。 【構成】土中に振動波を送信できるように送信側ベンダ
ーエレメントを配置すると共に、土中から伝播してきた
振動波を受信できるように複数の受信側ベンダーエレメ
ントを間隔をあけて配置し、送信側ベンダーエレメント
から振動波を送信し、複数の受信側ベンダーエレメント
でせん断波を受信し、複数の受信側ベンダーエレメント
で受信したせん断波の時間差を求め、該間隔と時間差か
らせん断波速度を算出する、せん断波速度の測定方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、地盤のせん断波速
度の測定に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、土の要素試験における供試体のせ
ん断波速度を発振側のベンダーエレメントと受信側のベ
ンダーエレメントの波形を用いて測定し、土の剛性など
を求めている。土の要素試験とは、JGS T 520
のような方法により作成された土の供試体又は乱さない
試料を用いた土の供試体にベンダーエレメントを装備
し、図4のような三軸圧縮試験機にセットし、土の物性
を求めるものである。土のせん断波速度をベンダーエレ
メントを用いて測定する場合、受信機における発信波の
到達時間とベンダーエレメント間の距離から土のせん断
波速度を求めている。しかし、測定結果に含まれるノイ
ズ、発信波と受信波の解析誤差などが含まれるため、受
信機における到達波を精度良く測定することは困難であ
る。また、ベンダーエレメントを模型地盤に設置する場
合、ベンダーエレメント間の距離の測定が難かしく、精
度の良い測定が困難である。なお、本出願人は、既に土
中を伝播するせん断波速度を測定し、せん断剛性を求め
る方法を開示している(特開平10−160715号公
報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明では、1個の発
信機に対して受信機を複数個配置することにより、同一
の発信波を位置の異なる複数の受信機で観測し、それぞ
れの受信機の立上り時間の差とともに、観測波形に、よ
り明瞭に表れるピークの発生時間の差を計測することに
より、不明確になりがちな発信機と受信機の立上り時間
差の読取誤差を低減し、受信機間の距離からせん断波速
度を正確に求めることができるようにする。また、土の
間隙が間隙流体によって飽和された模型地盤にベンダー
エレメントを設置する場合、ベンダーエレメントと水圧
計を同時に設置することにより、水圧計の測定結果から
飽和地盤の水位差が計算されるため、ベンダーエレメン
ト間の距離を間隙流体の圧力差から精度良く計算でき
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下の構成を有する。<イ>第1の発明
は、土中に振動波を送信できるように送信側ベンダーエ
レメントを配置すると共に、土中を伝播してきた振動波
を受信できるように複数の受信側ベンダーエレメントを
間隔をあけて配置し、送信側ベンダーエレメントから振
動波を送信し、複数の受信側ベンダーエレメントでせん
断波を受信し、複数の受信側ベンダーエレメントで受信
したせん断波の時間差を求め、該間隔と時間差からせん
断波速度を算出する、せん断波速度の測定方法にある。
<ロ>第2の発明は、第1の発明のせん断波速度の測定
方法において、送信側ベンダーエレメントと各受信側ベ
ンダーエレメントの所定位置の水圧を測定する水圧計を
各ベンダーエレメント毎に配置し、各受信側ベンダーエ
レメント間の間隔を算出することを特徴とする、せん断
波速度の測定方法にある。
【0005】
【発明の実施の態様】以下、図面を用いて本発明の実施
の態様を説明する。
【0006】<イ>せん断波速度の測定の概要 せん断波速度の測定は、模型地盤に受信側ベンダーエレ
メントと2個以上の受信側ベンダーエレメントを配置し
た模型地盤内にせん断波を伝播させて行なう。例えば図
1のように、せん断波速度の測定は、模型地盤31内に
1個の発信側ベンダーエレメント11と3個の受信側ベ
ンダーエレメント12〜14を配置し、各ベンダーエレ
メント11〜14及び3個の水圧計21〜23をフレー
ム状の治具32に取り付け、相対的な位置を確定する。
なお、治具32を通して波動が伝播する恐れがある場合
は、治具32を抜き取ることにより、波動の伝播を防止
する。また、模型地盤31が乾燥地盤である場合、水圧
計21〜23を取り付けなくても良い。
【0007】<ロ>ベンダーエレメント 各ベンダーエレメント11〜14は、せん断波の送信と
受信を行うもので、例えば、材質は圧電セラミックであ
り、形状は高さ20mm、幅10mm、厚さ1mmとす
る。
【0008】図2にせん断波の発生と受信を行ない、せ
ん断剛性を求める測定システムを示している。試験の目
的に合わせて、発信側ベンダーエレメント11に関数発
生器41からパルス波や正弦波などの電圧信号を印加す
る。模型地盤31を伝播したせん断波は、第1〜第3受
信側ベンダーエレメント12〜14に到達し、電気信号
に変換され、オシロスコープ44で表示され、デジタル
レコーダ45に記録される。電気信号に変換されたせん
断波は、演算処理装置で処理され、せん断波速度が算出
される。なお、極性逆転スイッチ42は、発振側ベンダ
ーエレメントのせん断波の波形を逆転させるスイッチで
す。
【0009】<ハ>せん断波速度の測定 模型地盤31をせん断波速度の測定用試験機内に設置
し、例えば側方流動化用試験機内に設置し、トルク及び
荷重を付与し、模型地盤にねじれを与える。この状態
で、図1のように、発信側ベンダーエレメント11に図
3のようなパルス電圧の発信波を印加すると、せん断波
が模型地盤31中を伝搬し、第1受信側ベンダーエレメ
ント12、第2受信側ベンダーエレメント13、第3受
信側ベンダーエレメント14に順に到達し、電気信号に
変換され、オシロスコープ4に第1受信波、第2受信
波、第3受信波として表示される。
【0010】せん断波速度VSは、第1受信側ベンダー
エレメント12と第2受信側ベンダーエレメント13間
の距離(Δhi)と、第1受信波と第2受信波の測定時
間差(Δti)から算出する。即ち、せん断波速度VS
(Δhi)/(Δti)となる。
【0011】このように、発信側ベンダーエレメント1
1と第1及び第2受信側ベンダーエレメント12〜13
間の測定距離ではなく、測定距離の差を利用し、更に、
受信波の伝播時間でなく、伝播時間の差を利用するの
で、距離や時間の測定誤差をキャンセルできる。その結
果、測定誤差がキャンセルされた正確なせん断波速度を
求めることができる。更に、第3ベンダーエレメント1
4を加えた3個以上の受信側ベンダーエレメントを配置
し、測定値を統計処理することにより、より正確な測定
を可能にできる。
【0012】せん断剛性GSは、測定されたせん断波速
度VSと密度ρから、せん断剛性GS=密度ρ×せん断波
速度VS 2により算出される。
【0013】なお、第1と第2受信側ベンダーエレメン
ト12、13間の距離(Δhi)は、発信側ベンダーエ
レメント11と第1受信側ベンダーエレメント12及び
第2受信側ベンダーエレメント13との距離の差(h2
−h1)である。同様に、第1と第3受信側ベンダーエ
レメント12、14間の距離(Δhi+1)は、発信側ベ
ンダーエレメント11と第1及び第3受信側ベンダーエ
レメント12、14との距離の差(h3−h1)である。
また、第1受信波と第2受信波の測定時間差(Δti
は、第1と第2受信側ベンダーエレメント12、13の
受信波の立ち上がり時間の差(t2−t1)、又は受信側
ベンダーエレメントのピーク時間の差などから求められ
る。同様に、、第1受信波と第3受信波の測定時間差
(Δti+1)は、第1と第3の受信側ベンダーエレメン
トの受信波の立ち上がり時間の差(t 3−t1)である。
【0014】<ニ>水圧による発信側と受信側ベンダー
エレメント間の距離の測定 模型地盤31内、又は、各ベンダーエレメント11〜1
4の所定位置に水が連通して存在する場合、水圧計でそ
の所定位置の水圧を測定することにより、発信側ベンダ
ーエレメント11と各受信側ベンダーエレメント12〜
14間の距離を求めることができる。例えば、第1と第
2受信側ベンダーエレメント12、13間の距離(Δh
i)は、第1水圧計から第2水圧計の水圧差から、第1
と第2受信側ベンダーエレメント間の距離(Δhi)=
(第1水圧計の水圧−第2水圧計の水圧)/(水の密
度)によって求められる。同様に、第1と第3受信側ベ
ンダーエレメント間の距離(Δhi+1)は、第1水圧計
から第3水圧計の水圧差によって求められる。
【0015】
【発明の効果】本発明は、次のような効果を得ることが
できる。 <イ>地盤のせん断波速度を正確に測定することができ
る。 <ロ>受信側ベンダーエレメント間の位置を正確に求め
ることができる。 <ハ>側方流動化状態や液状化状態の地盤のせん断波速
度を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】せん断波速度を測定する説明図
【図2】せん断波速度を測定するシステムの説明図
【図3】せん断波速度を測定する波形図
【図4】三軸圧縮試験によるせん断波速度を測定する説
明図
【符号の説明】
11・・発信側ベンダーエレメント 12・・第1受信側ベンダーエレメント 13・・第2受信側ベンダーエレメント 14・・第3受信側ベンダーエレメント 21・・第1水圧計 22・・第2水圧計 23・・第3水圧計 31・・模型地盤 32・・治具 41・・関数発生器 42・・極性逆転スイッチ 43・・演算処理装置 44・・オシロスコープ 45・・デジタルレコーダ 46・・プレアンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本晋 東京都新宿区西新宿一丁目25番1号 大成 建設株式会社内 Fターム(参考) 2G047 AA10 BC02 CA01 CB00 EA10 GA13 GA18 GG30 2G061 CA06 EA10 EB08 2G064 AA00 AB05 AB09 AB26 AB29 BD18

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】土中に振動波を送信できるように送信側ベ
    ンダーエレメントを配置すると共に、土中を伝播してき
    た振動波を受信できるように複数の受信側ベンダーエレ
    メントを間隔をあけて配置し、送信側ベンダーエレメン
    トから振動波を送信し、複数の受信側ベンダーエレメン
    トでせん断波を受信し、複数の受信側ベンダーエレメン
    トで受信したせん断波の時間差を求め、該間隔と時間差
    からせん断波速度を算出する、 せん断波速度の測定方法。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のせん断波速度の測定方法
    において、 送信側ベンダーエレメントと各受信側ベンダーエレメン
    トの所定位置の水圧を測定する水圧計を各ベンダーエレ
    メント毎に配置し、各受信側ベンダーエレメント間の間
    隔を算出することを特徴とする、 せん断波速度の測定方法。
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