JP2004286464A - ベンダーエレメント設置フレーム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】地盤1中に埋設される、プレート上面の中央位置に発振用ベンダーエレメント5が固定された発振部ベースプレート11と、発振部ベースプレート11に取着され、地盤中に埋設された発振部ベースプレート11のベンダーエレメント5の取り付け位置および離隔を、埋戻し地盤面で位置確認可能なガイドロッド13と、ガイドロッド13により設置位置が規定され地盤面に載置される、プレート下面の中央位置に受振用ベンダーエレメント6が固定された受振部ベースプレート15とから、設置フレーム10を構成するようにした。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はベンダーエレメント設置フレームに係り、地盤内の所定深度におけるせん断波強度測定のためのベンダーエレメントを、精度良く設置することができるベンダーエレメント設置フレームに関する。
【0002】
【従来の技術】
地盤やコンクリート等の固体材料のせん断波速度Vsあるいは粗密波速度Vpを測定する方法として、図8各図に示したような、圧電振動素子をアクリル台座で支持した構造のベンダーエレメントを用いる測定手法が知られている。図8(a)は、基本タイプである直方体状のアクリル製ベースブロック51の上面に圧電セラミックス製の振動素子52が固着されたものを示している。この振動素子52は一端52aがベースブロック51に固定支持された梁長さ(X)のバイモルフタイプの片持ち梁構造からなる。図8(b)は、中間点に測定設置されるベンダーエレメント50を示している。同図に示したように、ベースブロック51の上面51aに発振部としての振動素子52Sが、下面51bに受振部としての振動素子52Rが固着されている(以下、発振部S及び受振部Rの振動素子52を区別して示す場合、符号52R、52Sとして区別して記す。)。
【0003】
図9は、図8各図に示したベンダーエレメントを利用した地盤のせん断波速度の測定方法を示している。ベンダーエレメント50S,50Rは、所定距離Lだけ離れた地盤内に埋設され、一方のベンダーエレメント50Sからせん断波を発振し、他方のベンダーエレメント50Rでせん断波を受振し、そのせん断波の伝搬時間(遅延時間)でベンダーエレメント間の距離Lを除すことにより、対象地盤のせん断波速度を算定することができる。このとき、せん断波速度Vsあるいは粗密波速度Vpを正確に測定するためには、振動素子の振動を測定対象の地盤等の測定材料において確実に伝達させ、ベンダーエレメント間距離を正確に設定することが重要である。さらに測定材料に確実に振動を伝達させるためには、振動素子を測定材料としての地盤表面に密着させるとともに、振動素子を固定するアクリル台座が振動素子と共振しないようにすることが重要である。
【0004】
上述のせん断波測定は、地盤面等に据え付けたベンダーエレメントを用いて行っているが、出願人は、上述のベンダーエレメントを用いた地盤深度方向(鉛直方向)せん断波速度の測定方法についての提案も行っている(特許文献1参照)。図10は基礎地盤60上に広がる速度検層対象地盤61、62を示している。この地盤は本実施の形態では所定サイクルの盛立、締固め工程を経て図示した盛土高まで盛り立てられている。この形成地盤中の所定位置には図示したように鉛直方向に沿って所定間隔をあけてせん断波速度の計測点ブロック50A〜50Dが埋設されている。
【0005】
図10に図示した中間計測点ブロック50B、50Cは、層内任意深さ、層境界等の地盤中間位置に埋設され、ブロック上面51a(図8(b))の振動素子52Sが上方へ進行する波動の発振部として動作するとき、下面51b(図8(b))の振動素子52Rが下方から進行してくる波動の受振部として動作するように回路設計されている。したがって、地盤の鉛直方向に数個の中間計測点ブロック50A〜50Dを埋設することにより、地盤の深度方向にほぼ一直線に配設された2個の中間計測点ブロック50B、50Cにおいて、中間計測点ブロック50Bと、その上方に所定距離だけ離れた中間計測点ブロック50Cとの地盤間において対向した一対の振動素子52S、52Rが発振部と受振部とを構成し、中間計測点ブロック50B、50C間において、地盤の深度方向(延長方向)のせん断波速度を連続的に求めるようになっている。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−266857公報[0009]〜[0015]参照。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、せん断波速度の測定を予定している地盤において、計測点ブロックとしての発振部ベンダーエレメントと、この発振部ベンダーエレメントと対をなし、正対する受振部ベンダーエレメントを設置する場合、両者間の距離を正確に設定するとともに、精度良く対向して設置される必要がある。これに関し、出願人はすでに、計測点ブロックとしてのベンダーエレメント(発振部、受振部)を地表面に精度良く設置するための治具を提案している(特願2002−159369参照)。この出願に記載された発明によれば原地盤、改良地盤の表層位置でのせん断波速度を精度良く得ることができるが、改良地盤の着目深度における水平せん断波速度や鉛直せん断波速度(図10参照)を計測する場合のように計測点ブロックを地中に埋設して設置することを想定していない。したがって、改良地盤においては、埋設時に精度良く設置でき、また計測時には各計測点ブロックを管理しやすい設置手段を講じる必要がある。また、改良地盤等の埋戻し地盤でない自然地盤においても計測点ブロックが所定深度に精度良く設置できるようにできる設置フレームが求められている。
【0008】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、ベンダーエレメントが取り付けられた計測点ブロックを計測対象の地盤内に精度良く設置できるようにしたベンダーエレメント設置フレーム及びその設置方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は地盤中に埋設される、プレート上面の所定位置に第1のベンダーエレメントが固定された第1のベースプレートと、該第1のベースプレートに取着され、地盤中に埋設された第1のベースプレートのベンダーエレメント取り付け位置および離隔を、埋戻し地盤面で位置確認可能なガイド部材と、該ガイド部材により設置位置が規定され地盤面に載置される、プレート下面の所定位置に第2のベンダーエレメントが固定された第2のベースプレートとから構成されたことを特徴とする。
【0010】
他の発明として、プレート面の所定位置に第1のベンダーエレメントが固定された第1のベースプレートと、該第1のベースプレートの第1のベンダーエレメントとプレート面の所定位置に固定された第2のベンダーエレメントとが、所定離隔で正対する第2のベースプレートと、前記第1のベースプレートと第2のベースプレートとの離隔を確保する継材とから構成され、全体が地盤中に埋設されるようにしたことを特徴とする。
【0011】
このとき、前記ガイド部材に深度目盛を付すことにより、設置深度を直読して知ることができる。
【0012】
さらに他の発明として、地盤に削孔されたボーリング孔内に吊持され、外周面にベンダーエレメントが孔壁を向くように取り付けられた第1の押圧部材と、該第1の押圧部材と他の押圧部材とを伸縮自在に連結する継材と、前記第1の押圧部材の背面に配置され、第1の押圧部材の外周面の一部を孔壁に押圧させる拡径機構とを備えたことを特徴とする。
【0013】
このとき、前記拡径機構は、内部に導入された加圧流体によって膨張し胴部が拡径する弾性チューブとすることが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のベンダーエレメント設置フレームの一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図1には、本実施の形態によるベンダーエレメント設置フレーム10が、対象改良地盤1の鉛直せん断波強度測定のために設置された状態が、地盤1の一部を切欠いて模式的に示されている。同図に示したように、このベンダーエレメント設置フレーム10は、ほぼ正方形状の板中央上面位置に発振用ベンダーエレメント5が取り付けられた第1のベースプレートとしての発振部ベースプレート11と、ベースプレート11の対角隅部の2カ所に形成された貫通孔に嵌着されたガイドロッド13と、発振部ベースプレート11と同形をなし、取り付けられた第2のベースプレートとしての受振用ベンダーエレメント6が下面を向き、発振用ベンダーエレメント5と対向するように設置される受振部ベースプレート15とから構成されている。
【0015】
発振部ベースプレート11は、図示したように、地中所定深度に掘削され露出した地盤面2上に水平に載置されている。発振部ベースプレート11は、本実施の形態では正方形状の木製板が使用されており、板の対角隅部にガイド部材としての2本のガイドロッド13が立設されている。発振部ベースプレート11の板中央位置には軟質樹脂製のホルダ7内に収容された発振用ベンダーエレメントが固着されている。本実施の形態では、ベンダーエレメントには図8(a)に示したタイプが使用されている。発振部ベースプレート11から立設されたガイドロッド13は丸鋼棒からなり、一方のガイドロッド13には深度目盛14が付され、他方のガイドロッド13には発振用ベンダーエレメントから導出された信号線16が沿わされ、地上まで引き出され、図示しない信号処理部(制御部)に導かれている。
【0016】
発振部ベースプレートと同形の受振部ベースプレート15は図1中、実線で示した状態から仮想線で示したように、発振部ベースプレート11とガイドロッド13が地盤の所定深さまで埋設された状態でその地表面から突出するガイドロッド13を、プレートの対角隅部に形成された貫通孔15aに挿通して地表面に下ろし、プレート下面に取り付けられた受振用ベンダーエレメント6を押圧して設置することで、すでに地中に埋設された発振部ベースプレート11の発振用ベンダーエレメント5と、所定の距離をあけて正確に正向して設置される。このとき一方のガイドロッド13には深度目盛14が付されているため、発振用ベンダーエレメント5と受振用ベンダーエレメント6との実際の距離を正確に確認することができる。したがって、発振部ベースプレート11は、おおよその予定深度に埋設する程度の設置精度でよい。なお、ガイドロッド13に金属パイプを利用してパイプ内に信号線16を配管して地上まで導くようにしても良い。
【0017】
図2は、他の発明として、ベンダーエレメント設置フレーム10全体を、地中の所定深度に埋設してせん断波強度測定を行う場合を示している。地中の所定深度におけるせん断波強度測定を行うには受振部ベースプレート15も地中に埋設する必要がある。この場合には第1のベースプレートとしての発振部ベースプレート11と第2のベースプレートとしての受振部ベースプレート15とを連結する継材としてのロッド17によって両者間の距離(L)をあらかじめ決定して、ベンダーエレメント設置フレーム10全体を所定深度に埋設することが好ましい。そのため、図2に示したベンダーエレメント設置フレーム10では、深度D1の地盤面に発振部ベースプレート11を設置して深度2まで改良土で埋め戻した後にロッド17の所定位置に取り付けられたストッパ18に受振部ベースプレート15を固定してベンダーエレメント設置フレーム10全体を埋設する。これにより地中の所定深度に発振部ベースプレート11と受振部ベースプレート15を深度方向に距離Lだけ離して精度良く設置することができる。なお、以下の図では簡単化のために各ベンダーエレメント5,6から導出した信号線の配線状態の図示は省略している。なお、図2に示したベンダーエレメント設置フレーム10を水平に寝かせて所定深度の地盤面に設置して埋設することにより、その深度における水平せん断波強度を測定するように利用することもできる。なお、継材は、埋設時に変形等が生じない程度の剛性を有していれば、断面形状、中空、中実形状、材質を問わない。また、継材取り付け位置は、発振されるせん断波の伝播を阻害しない位置で、埋設された発振部ベースプレートを正しく位置確認できる位置であればよい。
【0018】
図3は、所定深度の地盤における水平せん断波強度を測定することを主目的とした変形例を示している。このベンダーエレメント設置フレーム10は、発振部ベースプレート11と受振部ベースプレート15とが側板状の継材19で連結され、両者の距離を保持するとともに、フレーム全体の剛性を保持できるようになっている。ベースプレート11,15および継材19の材質としては、設置面での不等沈下等を防止するために、軽量の樹脂板あるいは木製板材を使用することが好ましい。継材19は、図示したように発生せん断波の伝播を妨げない位置で、かつ設置時のフレームの安定を図る位置に取り付けることが好ましい。なお、この設置フレーム10を起立させ、鉛直せん断波強度測定を行うために用いることもできる。
【0019】
図4は、図1,図3に示したベンダーエレメント設置フレーム10を地盤1中に設置した例を示した説明図である。同図に示した設置例では鉛直せん断波強度を測定を、図1に示した設置フレーム10を用いて、所定深度における水平せん断波強度の測定を、図3に示した設置フレーム10を用いて行っている。改良地盤におけるせん断波強度の測定では、所定深度における水平せん断波強度及び鉛直せん断波強度を測定することで、改良後地盤の特定の位置での一軸圧縮強さを推定することができる。その際、改良土の造成工程の違い等により、改良地盤に異方性(たとえば図中X,Y方向)が認められ、それが地盤改良強度に影響を及ぼすことが予想される場合には、図示したように水平面において直交をなして2台の設置フレーム10を据え付けることも好ましい。また、水平方向せん断波強度の測定深度を正確に知るために、深さ目盛14付きのガイドロッド13を設置フレーム10の一部に取り付けてもよい。
【0020】
図5は、図10に示したような複数層にわたっての各層における鉛直せん断波強度の測定を可能にしたベンダーエレメント設置フレーム10の埋設例を示した模式図である。この設置フレーム10では地盤の最深部に設置された発振部ベースプレート11から地上部まで延びるガイドロッド13の中間位置(たとえば層境界)に、図10の中間計測点ブロックに相当する中間設置フレーム12が設置されている。この中間設置フレーム12のベースプレートの表裏面にそれぞれ下方に向いた受振用ベンダーエレメント6と、上方に向いた発振用ベンダーエレメント5とが固着されている。そして各ベンダーエレメントからの信号線16が地上制御部30まで導かれている。
【0021】
図6,図7は、地上から削孔したボーリング観測孔8を利用して観測孔8の孔壁9にベンダーエレメントの振動素子22を押圧接地させて孔壁近傍の地盤せん断波強度を測定することができるベンダーエレメント設置フレーム20の構成を示している。このベンダーエレメント設置フレーム20は、図6(a)に示したように、ボーリング孔8(φ150〜200mmを想定)の曲率にほぼ等しい外周曲面21を有し、一方の押圧部材としての押圧プレート23Aの外周面21にベンダーエレメントの振動素子22が孔壁9を向くように取り付けられた押圧プレート23Aと、この押圧プレートと同形で振動素子22がない押圧プレート23Bと、両押圧プレート23A,23Bを伸縮自在に連結する継材24と、押圧プレート23Aの背面、すなわち両押圧プレート23A,23B間に配置され、内部に導入された加圧流体内によって両押圧プレート23A,23Bを孔壁9に押圧可能な拡径機構25とから構成され、押圧プレート23Aが支持ロッド26の下端に取り付けられ、支持ロッド26を所定深度まで孔内8を吊持して降下させるようになっている。このベンダーエレメント設置フレーム20は、図6(a)に示したように、所定深度まで孔内を降下させる際は、押圧プレート23A,23Bは、継材24内に収容されたバネ機構(図示せず)により、ベンダーエレメント22が孔壁9に接しない程度に引き寄せられている。所定深度まで降下させた状態で、拡径機構25に供給管27を介して供給される加圧流体を導入することで押圧プレート23A,23Bの外周面21の一部を孔壁9に押圧させることができる。これにより押圧プレート23Aの外周面21に取り付けられたベンダーエレメントの振動素子22を孔壁9の地盤内に埋め込むことができる。拡径機構25は、本実施の形態では、加圧流体の導入により膨張して略円筒状の胴部の直径が拡径される弾性膨張体としてのゴムチューブから構成されており、内部に供給される加圧流体としてはエア、水、作動油等を用いることができ、液体を使用した場合、液体は地上のタンク等から供給管27を介して拡径機構25まで供給される。本実施の形態では、拡径機構25としてゴムチューブの膨張拡径動作を利用したが、他に油圧機構を組み込んだリンクアーム変形動作、シリンダジャッキのシリンダ伸長動作により拡径動作を実現できる。なお、押圧プレート23Bは押圧プレート23Aと同形である必要はなく、拡径機構が動作した際に押圧プレート23Aの外周面の振動素子22を確実に孔壁9に埋め込むことができるだけの反力を孔壁から得られるような形状であればよい。
【0022】
図7は、図6に示したベンダーエレメント設置フレーム20を用いて地盤せん断波強度を測定する適用例を示した説明図である。図7(a)は2本の鉛直ボーリング孔8を対象地盤1に所定距離(L)だけ離して削孔し、両方のボーリング孔8に図6に示した発振部となる設置フレーム20Sと、受振部となる設置フレーム20Rを、それぞれに取り付けられたベンダーエレメントの振動素子22がボーリング孔8間の地盤1を挟んで正対するようにして所定深度まで吊り下げる。その深度で内蔵された拡径機構25を動作させて各ベンダーエレメントの振動素子22を孔壁9に埋め込み、この状態でボーリング孔8間の地盤1の水平せん断波強度を直接測定することができる。図7(b)は1本のボーリング孔8内に2台のベンダーエレメント設置フレーム20S,20Rを上下方向に所定距離(L)だけ離し、それぞれ取り付けられたベンダーエレメントの振動素子22が同一方向を向くようにして所定深度まで吊り下げる。そしてそれぞれの深度で設置フレームの拡径機構25を動作させることにより、各ベンダーエレメントの振動素子22を孔壁9に埋め込み、この状態で設置フレーム20S,20Rが吊持された間の孔壁9近傍の地盤の鉛直せん断波強度を直接測定することができる。
【0023】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば改良地盤において、埋設時にベンダーエレメントを、地中の所定位置に高精度で設置でき、対象地盤の水平方向、鉛直方向のせん断波強度を精度良く測定できるとともに、ボーリング観測孔を利用して原地盤においてもボーリング孔孔壁近傍の地盤の水平方向、鉛直方向のせん断波強度を精度良く測定できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】ベンダーエレメント設置フレームの一実施の形態(埋設設置状態)を示した斜視図。
【図2】他の発明としてのベンダーエレメント設置フレームの一実施の形態を示した斜視図。
【図3】ベンダーエレメント設置フレームの他の実施の態様を示した斜視図。
【図4】ベンダーエレメント設置フレームの埋設設置状態例を示した説明図。
【図5】ベンダーエレメント設置フレームの他の埋設設置状態例を示した説明図。
【図6】他の発明としてのベンダーエレメント設置フレームの一実施の形態を示した斜視図。
【図7】図6に示したベンダーエレメント設置フレームによるせん断波強度測定状態を模式的に示した説明図。
【図8】従来のベンダーエレメントの構成の一例を示した斜視図。
【図9】図8に示したベンダーエレメントによる測定例(水平せん断波強度)を示した説明図。
【図10】図8に示したベンダーエレメントによる測定例(鉛直せん断波強度)を示した説明図。
【符号の説明】
1 地盤
3 地表面
5,6 ベンダーエレメント
8 ボーリング孔
9 孔壁
10,20 ベンダーエレメント設置フレーム
11 発振部ベースプレート
12 中間部ベースプレート
13 ガイドロッド
14 深度目盛
15 受振部ベースプレート
17,19 継材(ロッド)
22 振動素子
23(23A,23B) 押圧プレート
25 拡径機構
Claims (5)
- 地盤中に埋設される、プレート上面の所定位置に第1のベンダーエレメントが固定された第1のベースプレートと、該第1のベースプレートに取着され、地盤中に埋設された第1のベースプレートのベンダーエレメント取り付け位置および離隔を、埋戻し地盤面で位置確認可能なガイド部材と、該ガイド部材により設置位置が規定され地盤面に載置される、プレート下面の所定位置に第2のベンダーエレメントが固定された第2のベースプレートとから構成されたことを特徴とするベンダーエレメント設置フレーム。
- プレート面の所定位置に第1のベンダーエレメントが固定された第1のベースプレートと、該第1のベースプレートの第1のベンダーエレメントとプレート面の所定位置に固定された第2のベンダーエレメントとが、所定離隔で正対する第2のベースプレートと、前記第1のベースプレートと第2のベースプレートとの離隔を確保する継材とから構成され、全体が地盤中に埋設されることを特徴とするベンダーエレメント設置フレーム。
- 前記ガイド部材に深度目盛りが付されたことを特徴とする請求項1記載のベンダーエレメント設置フレーム。
- 地盤に削孔されたボーリング孔内に吊持され、外周面にベンダーエレメントが孔壁を向くように取り付けられた第1の押圧部材と、該第1の押圧部材と他の押圧部材とを伸縮自在に連結する継材と、前記第1の押圧部材の背面に配置され、第1の押圧部材の外周面の一部を孔壁に押圧させる拡径機構とを備えたことを特徴とするベンダーエレメント設置フレーム。
- 前記拡径機構は、内部に導入された加圧流体によって膨張し胴部が拡径する弾性チューブからなることを特徴とする請求項4記載のベンダーエレメント設置フレーム。
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