JP2004347490A

JP2004347490A - 貫入プローブ

Info

Publication number: JP2004347490A
Application number: JP2003145647A
Authority: JP
Inventors: Motoharu Jinguji; 元治神宮司
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: JP3876318B2

Abstract

【課題】得られる情報で地盤の液状化を精度良く的確に表現することができ、また低コストで簡単に測定できるようにする。
【解決手段】この発明は、地中に貫入し地中の地盤の液状化特性を調査する貫入プローブにおいて、筒状で先端が円錐形状のプローブ本体１０に、各種計測を行う計測手段２２，２６と、プローブ本体１０を振動させる振動付与手段２４，２３と、プローブ本体１０の振動の加速度を検出する加速度センサ２５と、を内蔵させ、加速度センサ２５の検出結果に基づいて振動付与手段２４の制御を行い、プローブ本体１０の振動を一定加速度に制御し、計測手段２２，２６で地盤の液状化特性を検出する、ことを特徴としている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地中に貫入し地中の地盤の液状化特性を調査する貫入プローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液状化地盤の評価には、Ｎ値や貫入抵抗に代表される地盤の固さ情報が使用され、そのために標準貫入試験やコーン貫入試験が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の標準貫入試験やコーン貫入試験で得られる地盤の固さ情報は、地盤の物性を代表とする静的な状態での値であり、その測定値では、液状化現象に影響を与える透水性やシルト成分の含有率の違いに伴う液状化現象に与える影響を十分に表現できるものではなかった。
【０００４】
一方、大型実験土槽を用いて振動台加振を行い、加振に伴う液状化の評価を行ったり、爆薬で原位置の地盤に衝撃を与え、その前後のＮ値の変化や貫入抵抗の変化を計測して地盤液状化のポテンシャル評価を行うこともなされているが、その場合は地中にボールリング孔を作孔し、爆薬を発破孔に設置する必要があるため、非常に大きな振動や衝撃が生じ、騒音・振動のため適用地域が限定される。また、大がかりな作業機械や人員が必要であり、測定コストが高くなり、実験準備や測定が煩雑になるという問題点も有していた。
【０００５】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、得られる情報で地盤の液状化を精度良く的確に表現することができ、また低コストで簡単に測定可能となる貫入プローブを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、地中に貫入し地中の地盤の液状化特性を調査する貫入プローブにおいて、筒状で先端が円錐形状のプローブ本体に、各種計測を行う計測手段と、プローブ本体を振動させる振動付与手段と、プローブ本体の振動の加速度を検出する加速度センサと、を内蔵させ、上記加速度センサの検出結果に基づいて振動付与手段の制御を行い、プローブ本体の振動を一定加速度に制御し、上記計測手段で地中の地盤の液状化特性を評価する、ことを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、上記した請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記振動付与手段は、モータとそのモータの偏心軸に取り付けられた偏心ロッドとからなり、上記振動付与手段の制御はモータの回転制御である、ことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、上記した請求項１または２に記載の発明の構成に加えて、上記計測手段は比抵抗測定用電極である、ことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、上記した請求項３に記載の発明の構成に加えて、上記比抵抗測定用電極はプローブ本体の外周部に間隔を置いて設けられる、ことを特徴としている。
【００１０】
さらに、請求項５に記載の発明は、上記した請求項１から４の何れかに記載の発明の構成に加えて、上記計測手段は間隙水圧計である、ことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明は、上記した請求項５に記載の発明の構成に加えて、上記間隙水圧計はプローブ本体に設けられる、ことを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１はこの発明の貫入プローブの構成例を示す図である。この発明の貫入プローブは、地中に貫入し地中の地盤の液状化特性を調査するプローブであり、図に示すように、貫入プローブのプローブ本体１０は、筒状部２と、円錐形状の先端部３とからなっている。
【００１４】
筒状部２の外周部２１には、円環状の比抵抗測定用電極２２が、間隔を置いて複数設けられている。また、筒状部２の内側空部には細長い偏心ロッド２３が配置され、その偏心ロッド２３の軸２３ａの上端と下端はそれぞれ回転自在に支持されている。また、偏心ロッド２３の上方にはモータ２４が配置され、そのモータ２４に偏心ロッド２３の軸２３ａが直結し、モータ２４の回転とともに偏心ロッド２３が偏心しつつ回転するようになっている。また、モータ２４の近傍には加速度センサ２５が設けられている。さらに、筒状部２の上下には、間隙水圧計２６が配置されている。そして、筒状部２の上端開口は、防水されたコネクタ２７で封止されている。なお、偏心ロッド２３については、必要に応じてベアリングによる支持が行われる。
【００１５】
図２は貫入プローブによる測定状況を示す図である。プローブ本体１０には、その上端に貫入ロッド４が接続され、その貫入ロッド４の上端を貫入試験機５で押し込むことで、プローブ本体１０は地中の所定の深度まで挿入される。
【００１６】
プローブ本体１０に内蔵されたモータ２４、加速度センサ２５、比抵抗測定用電極２２、および間隙水圧計２６にはケーブルが接続され、このケーブルは、コネクタ２７および貫入ロッド４を介して地上に延出し、ケーブル中のモータ２４につながる電気コード、および加速度センサ２５の信号線は加速度制御装置６に、また比抵抗測定用電極２２および間隙水圧計２６の信号線は記録装置７に、それぞれ接続される。このように、この発明の貫入プローブは、プローブ本体１０の他に、加速度制御装置６および記録装置７を備えている。
【００１７】
そして、上記構成の貫入プローブにおいて、測定の際には、先ず加速度制御装置６での電源オンによりモータ２４を回転駆動させる。それによって偏心ロッド２３が偏心しつつ回転し、プローブ本体１０が振動を開始する。加速度制御装置６はそのプローブ本体１０の加振加速度を加速度センサ２５で検知し、加振加速度が一定となるように、モータ２４の回転制御を行う。プローブ本体１０の加振加速度が一定に制御されている状態で、比抵抗測定用電極２２および間隙水圧計２６の検出信号が記録装置７に送出され、記録されていく。
【００１８】
図３はこの発明の貫入プローブを用いて測定した実験容器内の砂の間隙水圧、比抵抗の変化およびプローブの加振加速度を示した図である。図中、Ａは間隙水圧を、Ｂは比抵抗を、Ｃは加速度を示している。振動は、計測開始後５秒後に開始し、５秒間継続している。加振開始後、間隙水圧が上載圧に達し、液状化状態に達していることを示している。プローブ本体１０の周囲の砂層の表面では、ボイリング現象が発生し、プローブ周囲の表層の沈下が確認された。比抵抗は、液状化が発生している間に増加していることを示している。また、計測時間中に２Ｖの一定の電圧をモータに印加しているにもかかわらず、加速度は実験の間中で大きく変化しているのが分かる。この加速度の変化の理由は、液状化にともない砂層の剛性が変化していることを示している。この結果は、加速度のコントロールが必要であることを示している。
【００１９】
以上述べたように、この発明では、貫入プローブを用いて、液状化地盤の評価を行った。プローブ本体１０の内部に設置したバイブレータ（モータ２４と偏心ロッド２３）によって、プローブ本体１０の周囲の砂層を液状化させ、その間隙水圧および比抵抗の変化を計測し、プローブ本体１０に与えた振動加速度に対する地盤液状化の程度を評価するようにした。プローブ本体１０には、加速度センサ２５が備え付けてあり、加速度センサ２５によるフィードバックコントロールを行い、プローブ本体１０の加速度を計測すると同時に、プローブ本体１０の加速度を一定にする。このフィードバックコントロールは、液状化に伴う地盤剛性の喪失に伴う加速度変化を抑えるために、必要不可欠なコントロールである。
【００２０】
このように、この発明では、プローブ本体１０の周囲を部分的に振動させ、その振動による地盤の液状化特性変化を検出するようにしたので、従来静的に行われていた地盤の剛性のみから液状化度を判定する場合に較べ、液状化を的確に把握することができ、したがって、精度の良い地盤評価をおこなうことができる。
【００２１】
また、大がかりな装置で地中を振動させたりする必要もないので、測定を低コストで簡単に行うことができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では、プローブ本体の周囲を部分的に振動させ、その振動による地盤の液状化特性変化を検出するようにしたので、従来静的に行われていた場合に較べ、液状化を的確に把握することができ、したがって、精度の良い地盤液状化評価をおこなうことができる。
【００２３】
また、大がかりな装置で地中を振動させたりする必要もないので、測定を低コストで簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の貫入プローブの構成例を示す図である。
【図２】貫入プローブによる測定状況を示す図である。
【図３】この発明の貫入プローブを用いて測定した実験容器内の砂の間隙水圧、比抵抗の変化およびプローブの加振加速度を示した図である。
【符号の説明】
２筒状部
３先端部
４貫入ロッド
５貫入試験機
６加速度制御装置
７記録装置
１０プローブ本体
２１外周部
２２比抵抗測定用電極
２３偏心ロッド
２３ａ軸
２４モータ
２５加速度センサ
２６間隙水圧計
２７コネクタ

Claims

地中に貫入し地中の地盤の液状化特性を調査する貫入プローブにおいて、
筒状で先端が円錐形状のプローブ本体に、各種計測を行う計測手段と、プローブ本体を振動させる振動付与手段と、プローブ本体の振動の加速度を検出する加速度センサと、を内蔵させ、
上記加速度センサの検出結果に基づいて振動付与手段の制御を行い、プローブ本体の振動を一定加速度に制御し、上記計測手段で地盤の液状化特性を評価する、
ことを特徴とする貫入プローブ。
上記振動付与手段は、モータとそのモータの偏心軸に取り付けられた偏心ロッドとからなり、上記振動付与手段の制御はモータの回転制御である、請求項１に記載の貫入プローブ。
上記計測手段は比抵抗測定用電極である、請求項１または２に記載の貫入プローブ。
上記比抵抗測定用電極はプローブ本体の外周部に間隔を置いて設けられる、請求項３に記載の貫入プローブ。
上記計測手段は間隙水圧計である、請求項１から４の何れかに記載の貫入プローブ。
上記間隙水圧計はプローブ本体に設けられる、請求項５に記載の貫入プローブ。