JP2011038914A

JP2011038914A - 地盤における応力可視化方法

Info

Publication number: JP2011038914A
Application number: JP2009187037A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sakai; 宏行坂井
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2011-02-24

Abstract

【課題】地盤に作用する応力を、目視により簡単に知ることができるようにする。
【解決手段】染料或いは顔料を破壊強度が異なる複数種類の白色不透明のマイクロカプセル６に封入して感圧発色体３を形成し、該感圧発色体３を地盤の水平方向及び垂直方向に複数埋設して、地盤に作用する応力に応じて前記マイクロカプセル６が破壊されることで染料或いは顔料が放出されて発色する感圧発色体３の発色濃度によって、地盤に作用する応力を可視化するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、盛土等の地盤における応力可視化方法の技術分野に関するものである。

一般に、鉄道、道路のようなものを施工する場合、例えば盛土をしたうえに施工するようなことがあり、この盛土のような地盤に実際にどのような応力が作用するかを知ることは、地盤の崩壊等を予測するために必要である。そしてこのような地盤に作用する応力を知るために、地盤の変位等に起因して発生する（または破壊する）音（ＡＥ（アコースティックエミッション）波、即ち微小弾性波）を測定して地盤の変位を観測するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開昭６２−８３６８５号公報特開昭６４−３９５８０号公報特開平８−６８６７２号公報

ところが、前記アコースティックエミッション波を測定するには、専用のセンサーを土中に埋設し、これをモニタリングして測定することが要求されるため、装置全体が複雑で大型化するだけでなく、地盤に応力が作用した場合に、該応力の伝播状態については観測できないという問題がある。
そこで、地盤が礫や砂のように粒径が大きいものについては、これらに電子タグを取付け、応力が作用したときの変位を測定することが提唱されるが、地盤が泥土や粘土のように粒径が小さいものについては電子タグを取付けることはできないため測定することができず、ここに本発明の解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、地盤に作用する応力を可視化する方法であって、地盤に、染料或いは顔料を破壊強度が異なる複数種類の白色不透明のマイクロカプセルに封入して形成される感圧発色体を埋設し、地盤に作用する応力に応じて前記マイクロカプセルが破壊されることで染料或いは顔料が放出されて発色する感圧発色体の発色濃度により、地盤に作用する応力を可視化することを特徴とする地盤における応力可視化方法である。
請求項２の発明は、請求項１において、感圧発色体を、地盤の水平方向及び垂直方向に複数埋設することを特徴とする地盤における応力可視化方法である。

請求項１の発明とすることにより、地震等により地盤に応力が作用した場合には、該地盤に埋設された感圧発色体が応力に応じた発色濃度で発色し、これにより、地盤に作用した応力を可視化できることになり、而して、地盤に作用した応力を、極めて簡単且つ明瞭に知ることができる。しかも、この方法は、アコースティックエミッション波測定用センサーのような複雑で大型の装置を必要としないばかりか、地盤がどの様な大きさの粒子の地盤であっても採用することができて、汎用性に優れる。さらに、感圧発色体を形成するマイクロカプセルは、既に発色している染料或いは顔料が封入されているから、例えばロイコ染料等の染料前駆体をマイクロカプセルに封入した場合のように顕色剤を必要とせず、感圧発色体の材料数の削減、製造工程数の削減に貢献できる。
請求項２の発明とすることにより、地盤に作用した応力の分布や伝播状態も可視化できることになる。

感圧発色体の埋設状態を示す図である。感圧発色体の構造を示す図である。感圧発色体の発色の相対濃度と地盤に作用する応力との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１において、１は鉄道線路２の路盤となる盛土（本発明の地盤に相当する）であって、該盛土１には、盛土１に作用する応力を可視化するための手段として、感圧発色体３が埋設されている。

前記感圧発色体３は、図２に示すように、基材４と、該基材４上に塗布される発色層５から構成される。上記基材４は、シート状、フィルム状、或いは板状のものであって、例えば、紙、合成紙、プラスティックフィルム等から形成されている。

また、発色層５は、染料或いは顔料が封入された多数のマイクロカプセル６を含有する層であって、染料としては、例えば、キサンテン系、チアジン系、フェニルメタン系、インジゴイド系、アゾ系、クマリン系、アジン系、ポリメチン系、シアニン系、フタロシアニン系、アントラキノン系、ピラゾリン系、スチルベン系、キノリン系等の化合物やこれらの混合物を使用することができ、また、顔料としては、例えば、カーボンブラック、鉛丹、酸化鉄赤、黄鉛、亜鉛黄、ウルトラマリン青、フェロシアン化鉄カリ等の無機顔料、或いはアゾ系、フタロシニアン系、インジゴイド系、アントラキノン系等の有機顔料を使用することができるが、何れも、白色以外の染料或いは顔料が使用される。

前記マイクロカプセル６は、圧力を受けることにより破壊されてマイクロカプセル６内に封入された染料或いは顔料を放出するように構成されているが、該マイクロカプセル６の破壊強度は均一ではなく、種々の異なる破壊強度を有する複数種類のマイクロカプセル６が混在していて、圧力の大きさに応じてマイクロカプセル６の破壊量が増減するように構成されている。この様な破壊強度の異なるマイクロカプセル６の製造については、既に周知となっているため説明は省略するが、マイクロカプセル６の粒径や膜厚を異ならしめることによって破壊強度を調節することができる。

さらに、前記マイクロカプセル６の壁膜は白色不透明であって、マイクロカプセル６の破壊前に、封入された染料或いは顔料の色が透けないようになっていると共に、破壊前のマイクロカプセル６と破壊後のマイクロカプセル６とが混在している状態では、破壊されたマイクロカプセル６から放出された染料或いは顔料の色が明瞭に顕れるようになっている。この様な白色不透明のマイクロカプセル６は、例えば、ポリ尿素樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラニン−ホルムアルデヒド樹脂、飽和ポリエステル、ポリウレタン系、エポキシ系、シリコーン系等を用いて形成することができる。また、発色層５には、マイクロカプセル６の保護材料として、アラビアゴムやゼラチン、でんぷん粒子等が配合されている。

而して、感圧発色体３は、圧力を受けることによりマイクロカプセル６が破壊され、該マイクロカプセル６から放出された染料或いは顔料によって発色することになるが、この場合、前述したように、マイクロカプセル６は異なる破壊強度を有したものが混在しているため、圧力の大きさに応じてマイクロカプセル６の破壊量が増減する、つまり、圧力の大きさに応じてマイクロカプセル６から放出される染料または顔料の放出量が増減することになる。そして、該染料或いは顔料の放出量の増減に基づいて感圧発色体３の発色濃度が濃淡変化し、これにより、感圧発色体３が受けた圧力の大きさを可視化できるようになっている。尚、図示しないが、感圧発色体３は、例えば軟性樹脂材等からなる透明なフィルム状の保護被膜で被覆されており、これにより、土中に含有される水分や物質等によって感圧発色体３が変質したり劣化したりしないように保護されている。

ここで、感圧発色体３の発色の相対濃度と地盤に作用する応力との関係について、図３に示すごとく、予め実験によって検量線を作成しておく。これにより、感圧発色体３の発色濃度によって、地盤に作用する応力の大きさを測定できるようになっている。

そして、前記感圧発色体３を用いて盛土１に作用する応力を可視化するにあたり、前記図１に示す如く、盛土１の土中に、水平方向及び垂直方向に複数埋設しておき、そして、例えば地震が発生したような場合に、感圧発色体３の埋設箇所を掘り起こして、感圧発色体３の発色濃度を直接目視する、あるいは色濃度計で発色濃度を定量する。これにより、盛土１に作用した応力の大きさ、分布、伝播状態等を可視化できるようになっている。

叙述の如く構成された本形態において、盛土１に作用する応力を可視化する場合には、前述したように、盛土１の土中に、感圧発色体３を水平方向及び垂直方向に複数埋設しておくが、該感圧発色体３は、破壊強度の異なる複数種類の白色不透明のマイクロカプセル６に染料或いは顔料が封入されており、そして上記マイクロカプセル６が盛土１に作用する応力に応じて破壊されることで、該破壊されたマイクロカプセル６から染料或いは顔料が放出されることにより発色するものであり、而して、盛土１に応力が作用した場合には、該応力に応じて染料或いは顔料の放出量が増減し、該放出量に応じた発色濃度で感圧発色体３が発色することになり、これにより、盛土１に作用した応力の大きさ、分布、伝播状態等が可視化されることになる。

この結果、例えば地震が発生したような場合には、感圧発色体３の埋設箇所を掘り起こして、前述したように感圧発色体３の発色濃度を直接目視する、あるいは色濃度計で発色濃度を定量すること等によって可視化でき、盛土１に作用した応力の大きさ、分布、伝播状態等を、極めて簡単且つ明瞭に知ることができることになる。しかも、この方法は、アコースティックエミッション波測定用センサーのような複雑で大型の装置を必要としないばかりか、盛土１がどの様な大きさの粒子の地盤であっても採用することができて、汎用性に優れる。

さらに、前記感圧発色体３のマイクロカプセル６には、既に発色している染料或いは顔料が封入されているから、例えばロイコ染料等の染料前駆体をマイクロカプセル６に封入した場合のように顕色剤を必要とせず、感圧発色体３の材料数の削減、製造工程数の削減に貢献できる。

尚、本発明は、鉄道線路の路盤となる盛土だけでなく、種々の地盤に作用する応力の可視化方法として実施できることは、勿論である。

本発明は、盛土等の地盤に作用する応力の大きさ、分布、伝播状態等を可視化する場合に利用することができる。

１盛土
３感圧発色体
５発色層
６マイクロカプセル

Claims

地盤に作用する応力を可視化する方法であって、地盤に、染料或いは顔料を破壊強度が異なる複数種類の白色不透明のマイクロカプセルに封入して形成される感圧発色体を埋設し、地盤に作用する応力に応じて前記マイクロカプセルが破壊されることで染料或いは顔料が放出されて発色する感圧発色体の発色濃度により、地盤に作用する応力を可視化することを特徴とする地盤における応力可視化方法。
請求項１において、感圧発色体を、地盤の水平方向及び垂直方向に複数埋設することを特徴とする地盤における応力可視化方法。