JP2013015412A - Physical property evaluation apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a physical property evaluation apparatus which is capable of easily evaluating the physical property of a target on the basis of the Hertzian theory of elastic contact even if the worker's hand is unlikely to reach an impact point.SOLUTION: A physical property evaluation apparatus 1 comprises a rod body 3 for a worker to hold the rear end side thereof, a metallic hammer 13 which is connected to a front end part of the rod body 3 and includes an acceleration sensor 15 and a spherical impact surface 13a, and a computer which arithmetically operates the deformation property of a target on the basis of acceleration data obtained by the acceleration sensor 15 when an impact surface 13a of the hammer 13 collides with the target (rock-bed 53). The hammer 13 is supported to be movable in a direction of the collision between the impact surface 13a and the target, with respect to the rod body 13.

Description

本発明は、対象物の物性を評価する物性評価装置に関するものである。   The present invention relates to a physical property evaluation apparatus for evaluating physical properties of an object.

従来、このような分野の技術として、下記特許文献1に記載の非破壊測定装置が知られている。この装置は、コンクリート構造物の表面に打撃を加えるボール型のハンマーと、このハンマーで打撃を加えたときの衝撃信号を採取するためのセンサーと、センサーで採取した衝撃信号から、Hertzの弾性接触論に基づいて、コンクリート構造物の剛性を導き出す制御装置と、を備えている。また、この分野の他の技術として、専用の機器を用いてコンクリートに打撃を与えて、コンクリートの強度を推定するシュミット式ハンマー試験法が知られている。   Conventionally, as a technology in such a field, a nondestructive measuring apparatus described in Patent Document 1 below is known. This device consists of a ball-shaped hammer that strikes the surface of a concrete structure, a sensor for collecting the impact signal when the hammer strikes, and the Hertz elastic contact from the impact signal collected by the sensor. And a control device for deriving the rigidity of the concrete structure based on the theory. As another technique in this field, a Schmitt hammer test method is known in which concrete is hit using a dedicated device to estimate the strength of the concrete.

特開2004−150946号公報JP 2004-150946 A

特許文献1の装置では、作業者がハンマーの把手を把持し対象物表面の打撃すべき点(以下、「打撃ポイント」)を打撃する作業が必要である。例えば、施工中のトンネルの切羽における岩盤の特性を評価したい場合は、当該岩盤を打撃する必要がある。しかしながら、切羽付近には落石、肌落ち等の危険があるので、労働災害防止の観点から、作業者が切羽に近づくことは避けるべきである。従って、打撃ポイントは作業者の手が届かない位置にあり、特許文献1の方法を用いることは困難である。また、例えば、トンネルの側壁の特性を評価したい場合などは、トンネル側壁の高い位置を打撃する必要がある場合もある。この場合に、打撃ポイントに作業者の手が届かない場合には、トンネル内に足場を組み作業しなければならず、手間と時間がかかってしまう。また、打撃ポイントに作業者の手が届かない場合には、シュミット式ハンマー試験法を応用することもできない。   In the apparatus of Patent Document 1, it is necessary for an operator to grip a hammer handle and hit a point to be hit on the surface of the object (hereinafter, “hit point”). For example, when it is desired to evaluate the characteristics of a rock in the face of a tunnel under construction, it is necessary to hit the rock. However, since there is a risk of falling rocks and skin falling near the face, workers should avoid approaching the face from the viewpoint of preventing occupational accidents. Therefore, the striking point is at a position that cannot be reached by the operator, and it is difficult to use the method of Patent Document 1. Further, for example, when it is desired to evaluate the characteristics of the side wall of the tunnel, it may be necessary to hit a high position on the side wall of the tunnel. In this case, if the worker's hand does not reach the hitting point, it is necessary to assemble a scaffold in the tunnel, which takes time and effort. In addition, the Schmitt hammer test method cannot be applied if the worker's hand does not reach the strike point.

そこで、本発明は、打撃ポイントに作業者の手が届きにくい場合にも、Hertzの弾性接触論に基づいた対象物の物性評価を簡易に可能とする物性評価装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has an object to provide a physical property evaluation apparatus that can easily perform physical property evaluation of an object based on Hertz's elastic contact theory even when it is difficult for an operator to reach a hitting point. .

本発明の物性評価装置は、対象物の物性を評価する物性評価装置であって、作業者が後端側を保持するための棒体と、棒体の前端部に連結され、加速度センサーと球面形状の打撃面とを有するハンマーと、ハンマーの打撃面が対象物に衝突したときに、加速度センサーから、対象物の変形特性を演算するための加速度データを取得する加速度データ取得手段と、を備え、ハンマーは、棒体に対し、打撃面と対象物との衝突方向に移動可能であるように支持されていることを特徴とする。   A physical property evaluation apparatus according to the present invention is a physical property evaluation device for evaluating physical properties of an object, and is connected to a rod body for an operator to hold the rear end side, a front end portion of the rod body, an acceleration sensor, and a spherical surface. A hammer having a striking surface having a shape, and acceleration data acquisition means for acquiring acceleration data for calculating deformation characteristics of the object from the acceleration sensor when the striking surface of the hammer collides with the object. The hammer is supported so as to be movable in the collision direction between the striking surface and the object with respect to the rod.

本発明の物性評価装置によれば、打撃ポイントに作業者の手が届きにくい場合においても、作業者は棒体の後端側を保持した状態で棒体の前端部を打撃ポイントに近づけ、棒体の前端部に連結されたハンマーを打撃ポイントに衝突させることができる。そして、加速度センサーで衝突時の加速度データが得られる。その後の工程においては、得られた上記加速度データに基づき、Hertzの弾性接触論に基づいて対象物の変形特性が演算される。ここで、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得るためには、衝突の瞬間に反発によるハンマーの動きが許容される状態で、ハンマーと対象物とを衝突させる必要がある。本発明の物性評価装置によれば、ハンマーは、棒体に対し、打撃面と対象物との衝突方向に移動可能であるように支持されているので、衝突の瞬間には、対象物からの反発によるハンマーの動きが許容された状態であり、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることができる。   According to the physical property evaluation apparatus of the present invention, even when the operator's hand is difficult to reach the hit point, the operator brings the front end of the bar close to the hit point while holding the rear end side of the bar, A hammer connected to the front end of the body can collide with the strike point. Then, acceleration data at the time of collision is obtained by the acceleration sensor. In the subsequent steps, the deformation characteristics of the object are calculated based on Hertz's elastic contact theory based on the obtained acceleration data. Here, in order to obtain appropriate acceleration data applicable to Hertz's elastic contact theory, it is necessary to cause the hammer and the object to collide in a state where the movement of the hammer due to repulsion is allowed at the moment of collision. According to the physical property evaluation apparatus of the present invention, the hammer is supported so as to be movable in the collision direction between the striking surface and the target object with respect to the rod body. It is in a state in which the movement of the hammer due to repulsion is allowed, and appropriate acceleration data applicable to Hertz's elastic contact theory can be obtained.

また、加速度データ取得手段は、取得した加速度データに基づいて対象物の変形特性を演算する演算手段を有することとしてもよい。また、加速度データ取得手段は、取得した加速度データを電子データとして保存する電子記憶媒体であってもよい。   Further, the acceleration data acquisition means may include a calculation means for calculating the deformation characteristics of the object based on the acquired acceleration data. The acceleration data acquisition means may be an electronic storage medium that stores the acquired acceleration data as electronic data.

具体的には、棒体とハンマーとの連結部は、ハンマーを、棒体に対し当該棒体の延在方向に平行移動可能とする移動許容部と、ハンマーを、前方に向けて付勢する付勢部と、を有する構成としてもよい。   Specifically, the connecting portion between the rod body and the hammer urges the hammer forward with a movement allowing portion that enables the hammer to move parallel to the rod body in the extending direction of the rod body. It is good also as a structure which has a biasing part.

この構成の場合、作業者は、棒体の後端側を保持して棒体の前端側で対象物の打撃ポイントを突く動作によって、棒体の前端部に連結されたハンマーを打撃ポイントに衝突させることができる。ハンマーは、移動許容部により、棒体に対して当該棒体の延在方向に平行移動可能とするように連結されているので、反発によるハンマーの動きが許容された状態で対象物に衝突する。よって、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることができる。   In this configuration, the worker collides the hammer connected to the front end of the rod with the hit point by holding the rear end of the rod and pushing the hit point of the object on the front end of the rod. Can be made. Since the hammer is connected to the rod body by the movement allowing portion so as to be movable in the extending direction of the rod body, the hammer collides with the object in a state in which the movement of the hammer due to repulsion is allowed. . Accordingly, appropriate acceleration data applicable to Hertz's elastic contact theory can be obtained.

また、上記の突く動作の際に、棒体は前方に素早く加速されるので、ハンマーは慣性により棒体に対して後方に移動しようとする。このとき、ハンマーが移動許容部の移動許容範囲の後端限界に到達してしまうと、衝突の瞬間におけるハンマーの動きが制限されてしまい、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることができなくなる。そこで、付勢部を設けることにより、棒体の加速の際にハンマーを前方に付勢し、ハンマーが移動許容範囲の後端限界に到達することを避けることができる。よって、棒体が素早く加速された場合にも、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることができる。   Further, since the rod body is quickly accelerated forward during the piercing operation, the hammer tends to move backward with respect to the rod body due to inertia. At this time, if the hammer reaches the rear end limit of the movement allowable range of the movement allowable portion, the movement of the hammer at the moment of collision is limited, and appropriate acceleration data applicable to Hertz's elastic contact theory can be obtained. You can't get it. Therefore, by providing the urging portion, it is possible to urge the hammer forward when the rod body is accelerated, and to prevent the hammer from reaching the rear end limit of the allowable movement range. Therefore, even when the rod is rapidly accelerated, appropriate acceleration data applicable to Hertz's elastic contact theory can be obtained.

また、具体的には、棒体とハンマーとの連結部は、一端にハンマーが設けられ、他端が棒体に対し当該棒体の延在方向に平行な面内で回転可能であるように支持されている棒状部材を有する構成としてもよい。   Further, specifically, the connecting portion between the rod body and the hammer is provided with a hammer at one end, and the other end is rotatable with respect to the rod body in a plane parallel to the extending direction of the rod body. It is good also as a structure which has the rod-shaped member currently supported.

この構成の場合、作業者は、棒体の後端側を保持し、棒状部材を回転させてハンマーを揺動させ、ハンマーを打撃ポイントに衝突させることができる。棒状部材が回転可能であることから、ハンマーは、回転の接線方向への動きが許容された状態で対象物に衝突する。よって、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることができる。   In this configuration, the operator can hold the rear end side of the rod body, rotate the rod-shaped member to swing the hammer, and cause the hammer to collide with the striking point. Since the rod-shaped member is rotatable, the hammer collides with the object in a state where the movement in the tangential direction of the rotation is allowed. Accordingly, appropriate acceleration data applicable to Hertz's elastic contact theory can be obtained.

また、本発明の物性評価装置においては、棒体の長さが2m以上であることが好ましい。施工中のトンネルの切羽の評価に物性評価装置を適用する場合を考えると、一般的に、切羽から2m以内のエリアは肌落ち、落石等による災害のおそれがあり、作業者は、切羽から2m以内に近づくことは特に避けるべきと考えられる。上記構成によれば、施工中のトンネルの切羽の変形特性の評価を行う場合にも、作業者は、切羽から2m以上離れて作業を行うことができる。   Moreover, in the physical-property evaluation apparatus of this invention, it is preferable that the length of a rod is 2 m or more. Considering the case where the physical property evaluation device is applied to the evaluation of the face of the tunnel under construction, in general, the area within 2m from the face is likely to cause a skin fall, falling rocks, etc., and the worker is 2m from the face. Approaching within is considered to be especially avoided. According to the above configuration, even when the deformation characteristics of the working face of the tunnel under construction are evaluated, the operator can work 2 m or more away from the working face.

本発明の物性評価装置によれば、打撃ポイントに作業者の手が届きにくい場合にも、Hertzの弾性接触論に基づいた対象物の物性評価を簡易に行うことができる。   According to the physical property evaluation apparatus of the present invention, physical property evaluation of an object based on Hertz's elastic contact theory can be easily performed even when an operator's hand is difficult to reach the hitting point.

本発明に係る物性評価装置の第1実施形態及びその使用態様を示す図である。It is a figure which shows 1st Embodiment of the physical property evaluation apparatus which concerns on this invention, and its usage. 図1に示す物性評価装置の打撃部を拡大して示す一部破断側面図である。It is a partially broken side view which expands and shows the hit | damage part of the physical property evaluation apparatus shown in FIG. 本発明に係る物性評価装置の第2実施形態の打撃部を拡大して示す側面図である。It is a side view which expands and shows the hit | damage part of 2nd Embodiment of the physical property evaluation apparatus which concerns on this invention. (a)〜(d)は、本発明者らの試験1で得られた各加速度データの波形を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the waveform of each acceleration data obtained by the test 1 of the present inventors. 本発明者らによる他の試験2の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of other tests 2 by the present inventors. 本発明者らによる更に他の試験3の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of other tests 3 by the present inventors.

以下、図面を参照しつつ本発明に係る物性評価装置の好適な実施形態について詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a physical property evaluation apparatus according to the invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1に示す物性評価装置1は、評価対象物を打撃し、打撃時の衝撃波形を解析して評価対象物の変形特性を評価する装置である。物性評価装置1は、例えば、施工中のトンネル90の切羽51の岩盤53を評価対象物とし、当該岩盤53の変形係数(応力と歪みの関係)を得ることができる。そして、得られた岩盤53の変形係数に基づいて、切羽51付近に施すべき支保工の仕様を適切に設定することができる。
(First embodiment)
A physical property evaluation apparatus 1 shown in FIG. 1 is an apparatus that strikes an evaluation object and analyzes an impact waveform at the time of impact to evaluate deformation characteristics of the evaluation object. For example, the physical property evaluation apparatus 1 can obtain the deformation coefficient (relationship between stress and strain) of the rock mass 53 using the rock mass 53 of the face 51 of the tunnel 90 under construction as an evaluation object. And based on the obtained deformation coefficient of the rock 53, the specification of the support work to be performed near the face 51 can be appropriately set.

図1に示すように、物性評価装置1は、直線状に延在する棒体3を備えている。棒体3の長さは2m以上であり、棒体3としては、例えば、金属パイプ等が用いられる。棒体3の一端部には、岩盤53の打撃ポイント53aを打撃する打撃部5が設けられている。図に示されるように、作業者Aは、棒体3の他端部を保持して、物性評価装置1を使用する。以下、棒体3の延在方向を前後方向として、打撃部5が設けられた側の端部を「前端部」、作業者Aに保持される側の端部を「後端部」として、「前」、「後」の概念を含む語を位置関係の説明に用いるものとする。   As shown in FIG. 1, the physical property evaluation apparatus 1 includes a rod 3 that extends linearly. The length of the rod 3 is 2 m or more, and for example, a metal pipe or the like is used as the rod 3. At one end of the rod 3, a striking portion 5 that strikes a striking point 53 a of the bedrock 53 is provided. As shown in the figure, the worker A uses the physical property evaluation apparatus 1 while holding the other end of the rod 3. Hereinafter, the extending direction of the rod 3 is the front-rear direction, the end on the side where the striking portion 5 is provided is the “front end”, and the end on the side held by the worker A is the “rear end” Words including the concepts of “before” and “after” are used for explaining the positional relationship.

物性評価装置1は、更に、打撃部5で得られる衝撃波形(加速度データ)を取得するとともに、当該衝撃波形を解析し岩盤53の変形係数を算出するコンピュータ(加速度データ取得手段、演算手段)7を備えている。コンピュータ7としては、所定の評価プログラムを格納した市販のパーソナルコンピュータを用いることができる。   The physical property evaluation apparatus 1 further acquires a shock waveform (acceleration data) obtained by the striking unit 5, and analyzes the shock waveform to calculate a deformation coefficient of the rock 53 (acceleration data acquisition means, calculation means) 7 It has. As the computer 7, a commercially available personal computer storing a predetermined evaluation program can be used.

次に、図2を参照し、打撃部5の構成について説明する。図に示すように、打撃部5は、棒体3の前方に位置するハンマー13を備えると共に、棒体3とハンマー13とを連結する連結部として、スライド機構(移動許容部)13と付勢部17とを備えている。   Next, with reference to FIG. 2, the structure of the hit | damage part 5 is demonstrated. As shown in the drawing, the striking portion 5 includes a hammer 13 positioned in front of the rod body 3, and as a connecting portion for connecting the rod body 3 and the hammer 13, a slide mechanism (movement allowing portion) 13 and an urging force are provided. Part 17.

ハンマー13は例えば直径5cm程度の金属製の球体であり、球面形状をなすハンマー13の前面が、打撃ポイント53aに衝突する打撃面13aを構成する。なお、後述するHertzの弾性接触論を適用する上では、ハンマー13全体を球形とすることは必須ではなく、少なくとも打撃面13aが球面形状をなすようにすればよい。また、ハンマー13が金属製であることも必須ではなく、ハンマー13の材料は、ゴム、木、プラスチック、セラミック等であってもよい。ハンマー13の後面には、加速度センサー15が取り付けられている。加速度センサー15は、打撃面13aと打撃ポイント53aとの衝突時に、衝突方向における加速度を計測する。すなわち、ハンマー13で打撃ポイント53aが打撃されたとき、加速度センサー15は、打撃面13aと岩盤53との衝突により発生する衝撃波形を加速度波形として検知する。そして、検知された加速度波形は、加速度信号として、データケーブル15a等を介してコンピュータ7に送信される。   The hammer 13 is a metal sphere having a diameter of about 5 cm, for example, and the front surface of the spherical hammer 13 forms a striking surface 13a that collides with the striking point 53a. In applying Hertz's elastic contact theory, which will be described later, it is not essential that the entire hammer 13 is spherical, and at least the striking surface 13a may be spherical. The hammer 13 is not necessarily made of metal, and the material of the hammer 13 may be rubber, wood, plastic, ceramic, or the like. An acceleration sensor 15 is attached to the rear surface of the hammer 13. The acceleration sensor 15 measures acceleration in the collision direction at the time of collision between the striking surface 13a and the striking point 53a. That is, when the hit point 53 a is hit with the hammer 13, the acceleration sensor 15 detects an impact waveform generated by a collision between the hit surface 13 a and the rock 53 as an acceleration waveform. The detected acceleration waveform is transmitted as an acceleration signal to the computer 7 via the data cable 15a or the like.

スライド機構11は、棒体3の前端の中空部に設けられており、固定側レール11bと、固定側レール11bに対して前後移動可能に係合された移動側レール11aとを備えている。固定側レール11bは棒体3の中空部内壁面に固定されており、移動側レール11aの前端は棒体3の前端開口から前方に突出している。ハンマー13は、移動側レール11aの前端に取り付けられている。このような構造により、ハンマー13は、棒体3に対して、前後方向(棒体3の延在方向)に平行移動可能である。また、スライド機構11では、所定のストッパ機構(図示省略)により移動側レール11aの前後移動範囲が制限されているので、ハンマー13の移動範囲には、前端限界と後端限界とが存在する。   The slide mechanism 11 is provided in a hollow portion at the front end of the rod 3 and includes a fixed rail 11b and a movable rail 11a engaged with the fixed rail 11b so as to be movable back and forth. The fixed side rail 11 b is fixed to the inner wall surface of the hollow portion of the bar 3, and the front end of the moving side rail 11 a protrudes forward from the front end opening of the bar 3. The hammer 13 is attached to the front end of the moving side rail 11a. With such a structure, the hammer 13 can move in parallel with the rod 3 in the front-rear direction (the extending direction of the rod 3). Further, in the slide mechanism 11, the front-rear limit and the rear-end limit exist in the movement range of the hammer 13 because the movement range of the moving rail 11 a is limited by a predetermined stopper mechanism (not shown).

スライド機構11としては、例えば、固定側レール11bと移動側レール11aとの間にボールを挟んだ構造をもつ公知のスライドレール部品を用いればよい。また、スライド機構11は、ハンマー13を前後移動可能に支持するものであれば、他の構造でもよい。   As the slide mechanism 11, for example, a known slide rail part having a structure in which a ball is sandwiched between the fixed side rail 11b and the moving side rail 11a may be used. The slide mechanism 11 may have another structure as long as it supports the hammer 13 so as to be movable back and forth.

更に、打撃部5は、ハンマー13を前方に向けて付勢する付勢部17を備えている。付勢部17は、ヒンジ結合で開閉可能な2本のアーム19と、アーム19を開く方向に付勢するねじりバネ21と、を備えている。2本のアーム19の先端は、それぞれ、移動側レール11a及び棒体3の外壁面にヒンジ結合されているので、ねじりバネ21の付勢力は、ハンマー13を前方に付勢する力として作用する。なお、ハンマー13が前端限界の位置にあるときに、ねじりバネ21が発生する力がゼロになるように調整されており、ハンマー13が前端限界の位置から後退したときに、ねじりバネ21がハンマー13を前方に押し出す力を発揮する。   Further, the striking part 5 includes a biasing part 17 that biases the hammer 13 forward. The urging portion 17 includes two arms 19 that can be opened and closed by hinge coupling, and a torsion spring 21 that urges the arms 19 in the opening direction. Since the tips of the two arms 19 are hinged to the moving side rail 11a and the outer wall surface of the rod body 3, respectively, the urging force of the torsion spring 21 acts as a force for urging the hammer 13 forward. . The force generated by the torsion spring 21 is adjusted to zero when the hammer 13 is at the front end limit position. When the hammer 13 is retracted from the front end limit position, the torsion spring 21 is moved to the hammer position. Demonstrates the force to push 13 forward.

以上の構成に基づき、作業者Aは、図1に示されるように、棒体3の後端側を保持し、打撃ポイント53aを突く動作によって、ハンマー13で打撃ポイント53aを打撃することができる。そして、前述のとおり、打撃時の衝撃波形が反映された加速度信号が、データケーブル15a等を介して加速度センサー15からコンピュータ7に送信される。   Based on the above configuration, as shown in FIG. 1, the worker A can hit the hit point 53a with the hammer 13 by holding the rear end side of the rod 3 and pushing the hit point 53a. . As described above, the acceleration signal reflecting the impact waveform at the time of impact is transmitted from the acceleration sensor 15 to the computer 7 via the data cable 15a and the like.

続いて、コンピュータ7は、予め格納された所定の評価プログラムを実行することにより、上記加速度信号(衝撃波形)に基づき、Hertzの弾性接触論を用いて、岩盤53の弾性係数を算出する。Hertzの弾性接触論によれば、球体を弾性体表面に衝突させたときの球体と弾性体平面との接触時間は、次式(1)で表される。

Figure 2013015412
Subsequently, the computer 7 executes a predetermined evaluation program stored in advance to calculate an elastic coefficient of the rock mass 53 using Hertz's elastic contact theory based on the acceleration signal (impact waveform). According to Hertz's elastic contact theory, the contact time between the sphere and the elastic plane when the sphere collides with the elastic surface is expressed by the following equation (1).
Figure 2013015412

但し、
:球体の弾性係数
μ:球体のポアソン比
R :球体の半径
M :球体の質量
:弾性体の弾性係数
μ:弾性体のポアソン比
:衝突速度
である。
However,
E 1 : Elastic coefficient of the sphere μ 1 : Poisson's ratio of the sphere R: Radius of the sphere M: Mass of the sphere E 2 : Elastic coefficient of the elastic body μ 2 : Poisson's ratio of the elastic body V 0 : Collision speed.

特許文献1では、以上のようなHertzの弾性接触論を、コンクリート構造物の剛性の測定に利用することが開示されている。本実施形態では、岩盤53の変形係数を測定する場合にHertzの弾性接触論を適用する。すなわち、本実施形態では、上記のHertzの弾性接触論において、上記球体にハンマー13を当てはめ、上記弾性体に岩盤53を当てはめる。この場合、式(1)において、E,μ,R,Mは既知である。また、岩石53のポアソン比μとしては、一般的な岩盤のポアソン比として0.2の値を用いればよい。更に、T及びVは、加速度信号で表される衝撃波形から算出することができる。従って、加速度信号が得られれば、式(1)に基づいて、未知量である岩盤53の弾性係数(変形係数)Eを算出することができる。 Patent Document 1 discloses that Hertz's elastic contact theory as described above is used for measuring the rigidity of a concrete structure. In this embodiment, Hertz's elastic contact theory is applied when measuring the deformation coefficient of the rock mass 53. That is, in the present embodiment, in the Hertz elastic contact theory, the hammer 13 is applied to the sphere, and the rock mass 53 is applied to the elastic body. In this case, E 1 , μ 1 , R, and M are known in the equation (1). Moreover, as the Poisson's ratio μ 2 of the rock 53, a value of 0.2 may be used as the Poisson's ratio of a general rock mass. Furthermore, T c and V 0 can be calculated from the impact waveform represented by the acceleration signal. Therefore, as long obtained acceleration signal, may be based on the equation (1) to calculate the elastic modulus (deformation coefficient) E 2 of the rock 53 is unknown amount.

続いて、物性評価装置1による作用効果について説明する。   Then, the effect by the physical-property evaluation apparatus 1 is demonstrated.

一般に、切羽付近には落石、肌落ち等の危険があるので、労働災害防止の観点から、作業者Aが施工中のトンネル90の切羽51に近づくことは避けるべきである。例えば、下記のプレスリリース中には「トンネル切羽近傍での労働災害の80%以上が切羽から2m以内で起こるといわれています。」との記載があり、作業者Aが切羽から2m以内のエリアに立ち入ることは特に避けるべきと考えられる。従って、作業者Aは、打撃ポイント53aから2m以内には近寄ることはできない。
〔プレスリリース〕鹿島建設株式会社 プレスリリース,「切羽より2m離れた位置から火薬を装填」,2008年10月7日,
(URL:http://www.kajima.co.jp/news/press/200810/7c1-j.htm)
Generally, there is a risk of falling rocks, skin falling, etc. near the face, so from the viewpoint of preventing work accidents, the worker A should avoid approaching the face 51 of the tunnel 90 under construction. For example, in the following press release, there is a statement that "80% or more of work accidents near the tunnel face occur within 2m from the face", and worker A is an area within 2m from the face. Going into is considered to be especially avoided. Therefore, the worker A cannot approach within 2 m from the hitting point 53a.
[Press Release] Kashima Construction Co., Ltd. Press Release, “Loading Gunpowder from a Position 2m from the Face”, October 7, 2008,
(URL: http://www.kajima.co.jp/news/press/200810/7c1-j.htm)

これに対し、物性評価装置1によれば、棒体3の前端部に打撃部5を設けた構成により、作業者Aは棒体3の後端側を保持した状態で棒体3の前端部を打撃ポイント53aに近づけ、作業者A自身は打撃ポイント53aに近寄ることなく、ハンマー13で打撃ポイント53aを打撃することができる。特に、棒体3の長さを2m以上としているので、作業者Aは、特に立ち入りを避けるべきエリア(切羽から2m以内)に立ち入る必要がない。また、棒体3のうち作業者Aが保持する分の長さを考慮し、棒体3全体の長さを2.5m以上にしてもよい。   On the other hand, according to the physical property evaluation apparatus 1, the front end portion of the rod body 3 in a state where the worker A holds the rear end side of the rod body 3 by the configuration in which the hitting portion 5 is provided at the front end portion of the rod body 3. The worker A himself / herself can hit the hit point 53a with the hammer 13 without approaching the hit point 53a. In particular, since the length of the rod 3 is 2 m or more, the worker A does not have to enter an area (within 2 m from the face) where entry should be avoided. Further, considering the length of the rod 3 held by the operator A, the entire length of the rod 3 may be 2.5 m or more.

但し、棒体3が長すぎる場合には、作業者Aによる取り扱いが困難になったり、棒体3の撓みによって適切な打撃方向で打撃できなくなったりする問題がある。よって、棒体3の長さは3.5m以下とすることが好ましい。すなわち、棒体3の長さは2.0〜3.5mにすることが好ましく、その中でも例えば、2.8〜3.2mにすることが更に好ましい。   However, when the rod 3 is too long, the handling by the operator A becomes difficult, and there is a problem that the rod 3 cannot be hit in an appropriate hitting direction due to the deflection of the rod 3. Therefore, the length of the rod 3 is preferably 3.5 m or less. That is, the length of the rod 3 is preferably 2.0 to 3.5 m, and more preferably 2.8 to 3.2 m among them.

また、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得るためには、打撃の瞬間の反発によるハンマー13の動きが許容される状態で、岩盤53を打撃する必要がある。すなわち、打撃の瞬間においては、ハンマー13が岩盤53から弾性的に跳ね返る動きが妨げられてはならない。ここで、棒体3の前端部に単純にハンマー13を固定した構造を考える。この構造の装置によれば、作業者Aが打撃ポイント53aを突く動作を行った際に、ハンマー13と岩盤53との衝突直後から更に一定時間だけ前方に押さえ込む動作になり易く、すなわち、ハンマー13が跳ね返る動きが妨げられる状態になり易い。更に、ハンマー13が作業者Aから離れた位置にあり目視し難いので、ハンマー13の打撃の状態を作業者Aが微調整することも難しい。従って、棒体3の前端部に単純にハンマー13を固定した構造では、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることが困難である。   Further, in order to obtain appropriate acceleration data applicable to Hertz's elastic contact theory, it is necessary to hit the rock 53 in a state where the movement of the hammer 13 due to repulsion at the moment of impact is allowed. That is, at the moment of hitting, the movement of the hammer 13 elastically rebounding from the rock 53 should not be hindered. Here, a structure in which the hammer 13 is simply fixed to the front end of the rod 3 is considered. According to the apparatus of this structure, when the worker A performs an operation of piercing the hit point 53a, it is easy to perform an operation of pushing forward further for a certain time immediately after the collision between the hammer 13 and the rock mass 53, that is, the hammer 13 It tends to be in a state where the movement of bouncing back is hindered. Furthermore, since the hammer 13 is located away from the worker A and is difficult to see, it is difficult for the worker A to finely adjust the hammering state of the hammer 13. Therefore, with the structure in which the hammer 13 is simply fixed to the front end portion of the rod body 3, it is difficult to obtain appropriate acceleration data applicable to Hertz's elastic contact theory.

これに対し、物性評価装置1によれば、ハンマー13は、棒体3に対し、衝突方向(前後方向)に移動可能であるように支持された構成を採用している。具体的には、ハンマー13は、棒体3に対しスライド機構11を介して連結されているので、打撃の瞬間には、岩盤53からの反発によるハンマー13の後方への動きが許容された状態である。よって、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることができる。   On the other hand, according to the physical property evaluation apparatus 1, the hammer 13 employs a configuration in which the hammer 13 is supported so as to be movable in the collision direction (front-rear direction) with respect to the rod body 3. Specifically, since the hammer 13 is connected to the rod body 3 via the slide mechanism 11, the hammer 13 is allowed to move backward due to repulsion from the rock 53 at the moment of hitting. It is. Accordingly, appropriate acceleration data applicable to Hertz's elastic contact theory can be obtained.

また、上記の突く動作の際に、棒体3は前方に素早く加速されるので、ハンマー13は、慣性により棒体3に対して後方に移動しようとする。このとき、ハンマー13が後端限界に到達してしまうと、打撃の瞬間におけるハンマー13の後方への動きが制限されてしまい、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることができなくなる。   Further, since the rod body 3 is quickly accelerated forward during the piercing operation, the hammer 13 tends to move backward with respect to the rod body 3 due to inertia. At this time, if the hammer 13 reaches the rear end limit, the backward movement of the hammer 13 at the moment of impact is limited, and appropriate acceleration data applicable to Hertz's elastic contact theory can be obtained. become unable.

これに対し、物性評価装置1においては、付勢部17を設けることにより、棒体3の加速の際に、付勢部17によってハンマー13が前方に付勢されるので、ハンマー13が後端限界に到達することを避けることができる。よって、棒体3が素早く加速された場合にも、反発によるハンマーの後方への動きを確保し、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることができる。   On the other hand, in the physical property evaluation apparatus 1, by providing the urging portion 17, the hammer 13 is urged forward by the urging portion 17 when the rod body 3 is accelerated. You can avoid reaching the limit. Therefore, even when the rod 3 is accelerated quickly, it is possible to ensure the backward movement of the hammer due to repulsion and obtain appropriate acceleration data applicable to Hertz's elastic contact theory.

なお、打撃の瞬間においては、付勢部7による前方への付勢力が作用しており、ハンマー13の後方への移動を僅かに妨げることになるが、当該付勢力は、打撃の衝撃力に比較して極めて小さく、上記付勢力の影響は無視することができる。   It should be noted that, at the moment of hitting, the forward biasing force by the biasing portion 7 is acting, and the movement of the hammer 13 to the rear is slightly hindered. Compared with this, the influence of the urging force can be ignored.

(第2実施形態)
続いて、本発明の物性評価装置の第2実施形態について説明する。本実施形態の物性評価装置101は、打撃部5に代えて、図3に示す打撃部105を、棒体3の先端部に備えたものである。物性評価装置101のそれ以外の構成については、第1実施形態の物性評価装置1と同一であるので、重複する説明を省略する。また、図3においても、図1又は図2と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
(Second Embodiment)
Then, 2nd Embodiment of the physical-property evaluation apparatus of this invention is described. The physical property evaluation apparatus 101 according to the present embodiment is provided with a hitting unit 105 shown in FIG. 3 at the tip of the rod 3 instead of the hitting unit 5. About the other structure of the physical property evaluation apparatus 101, since it is the same as that of the physical property evaluation apparatus 1 of 1st Embodiment, the overlapping description is abbreviate | omitted. 3, the same or equivalent components as those in FIG. 1 or FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図3に示すように、打撃部105は、棒体3とハンマー13とを連結する連結棒材(棒状部材)111を備えている。連結棒材111の上端は、ヒンジ部111aにおいて棒体3に回転可能に支持されている。連結棒材111は、ヒンジ部111aを中心として、鉛直面内(棒体3の延在方向に平行な面内)で回転可能である。連結棒材111の下端には、ハンマー13が取り付けられている。加速度センサー15は、ハンマー13の回転軌道の接線方向における加速度を検出する。連結棒材111には、棒体3と同程度の長さの紐113が取り付けられている。以上の構成により、ハンマー13は、ヒンジ部111aを中心として前後方向に揺動可能である。   As shown in FIG. 3, the hitting portion 105 includes a connecting bar (bar-shaped member) 111 that connects the bar 3 and the hammer 13. The upper end of the connecting bar 111 is rotatably supported by the bar 3 at the hinge 111a. The connecting bar 111 is rotatable in a vertical plane (in a plane parallel to the extending direction of the bar 3) around the hinge portion 111a. A hammer 13 is attached to the lower end of the connecting bar 111. The acceleration sensor 15 detects the acceleration in the tangential direction of the rotation trajectory of the hammer 13. A string 113 having the same length as that of the bar 3 is attached to the connecting bar 111. With the above configuration, the hammer 13 can swing in the front-rear direction around the hinge portion 111a.

物性評価装置101を使用するにあたり、作業者Aは、図1と同様に、物性評価装置101の棒体3をほぼ水平にして後端部を保持した状態とする。作業者Aは、紐113の後端部を引くことにより、連結棒材111を傾斜させハンマー13を後方に引くことができる。この状態で、棒体3の先端を岩盤53に近づけ(又は、岩盤53に接触させ)、紐113を解放すれば、ハンマー13は自重により前方に揺動し、打撃面13aと打撃ポイント53aとが衝突する。作業者Aは以上のような操作により、ハンマー13で打撃ポイント53aを打撃することができる。   In using the physical property evaluation apparatus 101, the worker A is in a state where the bar 3 of the physical property evaluation apparatus 101 is substantially horizontal and the rear end portion is held, as in FIG. The worker A can pull the hammer 13 backward by inclining the connecting bar 111 by pulling the rear end portion of the string 113. In this state, if the tip of the rod 3 is brought close to the rock mass 53 (or brought into contact with the rock mass 53) and the string 113 is released, the hammer 13 swings forward by its own weight, and the striking surface 13a and the striking point 53a Collide. The operator A can hit the hit point 53a with the hammer 13 by the operation as described above.

この物性評価装置101によれば、棒体3の前端部に打撃部105を設けた構成により、作業者A自身は打撃ポイント53aに近寄ることなく、ハンマー13で打撃ポイント53aを打撃することができる。また、ハンマー13は前後に揺動可能であるので、打撃の瞬間において、岩盤53からの反発による衝突方向(ハンマー13の回転軌道の接線方向)へのハンマー13の動きも許容されている。よって、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることができる。   According to this physical property evaluation apparatus 101, the hammer A can hit the hit point 53 a with the hammer 13 without approaching the hit point 53 a due to the configuration in which the hit portion 105 is provided at the front end of the bar 3. . Further, since the hammer 13 can swing back and forth, the hammer 13 is allowed to move in the collision direction (the tangential direction of the rotation track of the hammer 13) due to the repulsion from the rock 53 at the moment of hitting. Accordingly, appropriate acceleration data applicable to Hertz's elastic contact theory can be obtained.

また、紐113を引く量を調整することにより、打撃時のハンマー13の振り幅を容易に調整することができ、打撃エネルギーを容易に調整することができる。   Further, by adjusting the amount of pulling the string 113, the swing width of the hammer 13 at the time of striking can be easily adjusted, and the striking energy can be easily adjusted.

本発明は、上述の第1及び第2実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態では、物性評価装置をトンネルの切羽の評価に適用する例を説明しているが、本発明の物性評価装置は、トンネルの側壁コンクリートの評価にも用いることができる。また、トンネル施工においては、発破や機械による掘削の後、切羽だけでなく切羽近傍の側壁部でも岩盤が剥き出しになる。この側壁部に露出した岩盤の評価にも、本発明の物性評価装置を適用することができる。ここで切羽近傍の側壁部とは、切羽よりも手前の側壁の部分であり、切羽から見てトンネル軸方向に所定距離以内である範囲を指す。上記所定距離は、例えば、0.5m〜2.0mである。上記のような、トンネル側壁コンクリートや側壁部の岩盤の評価においても、高い位置の打撃を必要とする場合があり、従来であれば、打撃ポイントに作業者の手が届かない場合には、トンネル内に足場を組んで作業しなければならず、手間と時間がかかっていた。ところが、本発明の物性評価装置によれば、作業者の手が届きにくい打撃ポイントを打撃し適切な加速度データが得られるので、作業効率の向上を図ることができる。   The present invention is not limited to the first and second embodiments described above. For example, in the embodiment, an example in which the physical property evaluation apparatus is applied to evaluation of a face of a tunnel has been described. However, the physical property evaluation apparatus of the present invention can also be used for evaluation of side wall concrete of a tunnel. In tunnel construction, after blasting or excavating with a machine, the rock mass is exposed not only on the face but also on the side wall near the face. The physical property evaluation apparatus of the present invention can also be applied to the evaluation of the rock exposed on the side wall. Here, the side wall portion in the vicinity of the face is a portion of the side wall in front of the face and indicates a range within a predetermined distance in the tunnel axis direction when viewed from the face. The predetermined distance is, for example, 0.5 m to 2.0 m. Even in the evaluation of tunnel side wall concrete and rocks on the side wall as described above, it is sometimes necessary to hit a high position. Conventionally, if the worker's hand does not reach the hit point, the tunnel We had to work with the scaffolding inside, and it took time and effort. However, according to the physical property evaluation apparatus of the present invention, hitting points that are hard to reach by the operator are hit and appropriate acceleration data is obtained, so that work efficiency can be improved.

また、第1及び第2実施形態では、加速度信号がデータケーブル15aを介して加速度センサー15からコンピュータ7に送信されるが、加速度センサー15からコンピュータ7に、無線通信によって加速度信号を送信してもよい。この場合、データケーブル15aが省略され、作業者Aの行動範囲の制限が軽減される。   In the first and second embodiments, the acceleration signal is transmitted from the acceleration sensor 15 to the computer 7 via the data cable 15a. However, the acceleration signal may be transmitted from the acceleration sensor 15 to the computer 7 by wireless communication. Good. In this case, the data cable 15a is omitted, and the limitation on the action range of the worker A is reduced.

また、演算手段を備えたコンピュータ7に代えて、加速度データ(衝撃波形)を保存・蓄積可能な電子記憶媒体を採用し、得られた加速度データを電子データとして電子記憶媒体に保存・蓄積していくこととしてもよい。なおこの場合、電子記憶媒体に蓄積された加速度データを、後でまとめてコンピュータでバッチ処理する運用が考えられる。一般的に電子記憶媒体は、演算機能を備えたコンピュータ7に比べて小型・軽量のものが多いので、電子記憶媒体を棒体3に取り付けることも可能である。小型・軽量の電子記憶媒体を採用することにより、作業者Aによる物性評価装置1,101の取り扱い負担が軽減される。電子記憶媒体としては、半導体メモリやハードディスク装置等を用いることができる。   Further, an electronic storage medium capable of storing and storing acceleration data (impact waveform) is employed in place of the computer 7 provided with the calculation means, and the obtained acceleration data is stored and stored as electronic data in the electronic storage medium. It is good to go. In this case, an operation in which acceleration data stored in the electronic storage medium is batch processed by a computer afterwards can be considered. Since electronic storage media are generally smaller and lighter than the computer 7 having an arithmetic function, the electronic storage media can be attached to the rod 3. By adopting a small and lightweight electronic storage medium, the handling burden of the physical property evaluation apparatuses 1 and 101 by the worker A is reduced. As the electronic storage medium, a semiconductor memory, a hard disk device, or the like can be used.

続いて、物性評価装置1,101による上記の効果を確認するために本発明者らが行った試験について説明する。   Subsequently, a test conducted by the present inventors in order to confirm the above-described effects by the physical property evaluation apparatuses 1 and 101 will be described.

〔試験1〕
本発明者らは、物性評価装置1と、物性評価装置101と、棒体3の前端部に単純にハンマー13を固定した構造の装置(以下「比較装置」)と、前述の特許文献1の装置(以下「参考装置」)と、を用いて、それぞれ対象物を打撃する試験を行った。物性評価装置1及び参考装置の打撃対象物は泥岩であり、比較装置の打撃対象物はモルタルである。物性評価装置1、物性評価装置101、比較装置、及び参考装置を用いて、打撃により得られた加速度データ(衝撃波形:横軸が時間で縦軸が加速度)を、それぞれ、図4(a),(b),(c),(d)に示した。
[Test 1]
The inventors of the present invention have a physical property evaluation device 1, a physical property evaluation device 101, a device having a structure in which a hammer 13 is simply fixed to the front end portion of the rod 3 (hereinafter referred to as “comparison device”), and the above-mentioned Patent Document 1. Using the apparatus (hereinafter referred to as “reference apparatus”), a test for hitting an object was performed. The hit object of the physical property evaluation apparatus 1 and the reference apparatus is mudstone, and the hit object of the comparison apparatus is mortar. FIG. 4A shows acceleration data (impact waveform: time is on the horizontal axis and acceleration is on the vertical axis) obtained by striking using the physical property evaluation apparatus 1, the physical property evaluation apparatus 101, the comparison apparatus, and the reference apparatus, respectively. , (B), (c), (d).

図4(d)に示すように、参考装置では、球体のハンマーの側方に延びる把手を把持し、ハンマーを振る動作により対象物を打撃するので、打撃の瞬間にハンマーの跳ね返る動きが妨げられる状態にはなり難く、理想的な加速度データが得られている。   As shown in FIG. 4 (d), in the reference device, the gripping object extending to the side of the spherical hammer is gripped and the target is hit by the swinging motion of the hammer, so that the hammer rebounds at the moment of hitting. It is difficult to be in a state, and ideal acceleration data is obtained.

これに対し、図4(c)に示すように、比較装置で得られる加速度データは、振動を示す波形でHertzの弾性接触論には適用不可能なものであり、対象物の変形係数の解析は不可能であった。これは、打撃直後に更に前方にハンマー13を押さえ込むような動作に起因するものと考えられる。   On the other hand, as shown in FIG. 4 (c), the acceleration data obtained by the comparison device is a waveform indicating vibration and cannot be applied to Hertz's elastic contact theory, and the deformation coefficient of the object is analyzed. Was impossible. This is considered to be caused by the operation of pressing the hammer 13 further forward immediately after the impact.

対して、図4(a)に示すように、物性評価装置1によれば、参考装置と同様の理想的な加速度データが得られた。これは、打撃の反発によるハンマー13の動きが許容された状態で打撃が行われたことによるものであり、スライド機構11及び付勢部17の作用に起因するものと考えられる。   On the other hand, as shown in FIG. 4A, according to the physical property evaluation apparatus 1, ideal acceleration data similar to that of the reference apparatus was obtained. This is due to the fact that the hammer 13 was allowed to move due to the repulsion of the hit and was caused by the action of the slide mechanism 11 and the urging portion 17.

同様に、図4(b)に示すように、物性評価装置101によっても、参考装置と同様の理想的な加速度データが得られた。これは、打撃の反発によるハンマー13の動きが許容された状態で打撃が行われたことによるものであり、ハンマー13を容易に回転可能とした構成に起因するものと考えられる。以上より、物性評価装置1,101による上記の効果が確認された。   Similarly, as shown in FIG. 4B, ideal acceleration data similar to that of the reference apparatus was obtained by the physical property evaluation apparatus 101. This is due to the fact that the hammer 13 was struck in a state where the movement of the hammer 13 due to the repulsion of the hammer was allowed, and is considered to result from the configuration in which the hammer 13 can be easily rotated. From the above, the above effects by the physical property evaluation apparatus 1,101 were confirmed.

〔試験2〕
本発明者らは、約2000mが既掘削のトンネルの側壁面において、強度が3通りに異なると考えられる測定地点を、合計10地点選定した。各測定地点は、互いに異なる3種類の岩級区分の地点から選定したものであり、岩級区分がB級以上に相当する地点で3点、岩級区分がB〜CI級に相当する地点で5点、及び岩級区分がCII〜D級に相当する地点で2点が選定された。各地点の岩級区分は、地質技術者の観察により事前に判定したものである。また、トンネル側壁面の岩種は玄武岩である。
[Test 2]
The present inventors selected a total of 10 measurement points that are considered to have three different strengths on the side wall of an already excavated tunnel of about 2000 m. Each measurement point is selected from three different rock classification points. Three rock classification points are equivalent to class B or higher, and rock classifications are points corresponding to B to CI classes. Five points were selected, and two points were selected where the rock classification was equivalent to CII-D class. The rock classification at each point is determined in advance by observation of a geological engineer. The type of rock on the side wall of the tunnel is basalt.

一方、下記の文献1には、地山の岩級区分と変形係数との関係が下表1のように示されている。
文献1:「土木研究所資料 トンネル掘削時地盤変状の予測・対策マニュアル(案)」,建設省土木研究所 トンネル研究室,平成6年2月、p.20.

Figure 2013015412
On the other hand, the following document 1 shows the relationship between the rock classification of natural ground and the deformation coefficient as shown in Table 1 below.
Reference 1: “Public Works Research Institute Data: Prediction and countermeasure manual for ground deformation during tunnel excavation (draft)”, Ministry of Construction, Civil Engineering Research Institute, Tunnel Laboratory, February 1994, p. 20.
Figure 2013015412

また、表1に示すような岩級区分と変形係数との関係は、下記の文献2(特に、第112頁の表−7)の記載に照らしても、妥当なものと考えられる。
文献2:菊地宏吉ら、「ダム基礎岩盤の耐荷性に関する地質工学的総合評価」、応用地質、日本応用地質学会、1984年、特別号、p.103−118.
Moreover, the relationship between the rock classification and the deformation coefficient as shown in Table 1 is considered to be appropriate in light of the description in the following document 2 (particularly, Table-7 on page 112).
Reference 2: Hirokichi Kikuchi et al. “Comprehensive geotechnical evaluation of load resistance of dam foundation rock”, Applied Geology, Japan Society of Applied Geology, 1984, Special Issue, p. 103-118.

本発明者らは、前述の参考装置と、物性評価装置1と、物性評価装置101と、を用いて、それぞれの測定地点における側壁面の変形係数を求めた。各装置における各測定地点の変形係数の測定値は、測定地点の岩級区分毎に分けてそれぞれ平均し、図5にグラフとして示している。   The present inventors obtained the deformation coefficient of the side wall surface at each measurement point using the above-described reference device, the physical property evaluation device 1, and the physical property evaluation device 101. The measured value of the deformation coefficient at each measurement point in each device is averaged separately for each rock classification at the measurement point, and is shown as a graph in FIG.

この試験の結果、図5に示されるように、各装置を用いた測定によれば、上記表1に鑑みて、各地点の岩級区分に対応する妥当な変形係数が測定値として得られた。すなわち、上記の各装置によって、変形係数測定の妥当な結果が得られることが判明し、物性評価装置1,101によれば、参考装置と同様に、対象物の正しい変形係数が測定可能であることが確認された。   As a result of this test, as shown in FIG. 5, according to the measurement using each device, an appropriate deformation coefficient corresponding to the rock classification at each point was obtained as a measured value in view of Table 1 above. . In other words, it has been found that the above-described devices can provide reasonable results of deformation coefficient measurement, and the physical property evaluation apparatuses 1 and 101 can measure the correct deformation coefficient of an object as in the reference apparatus. It was confirmed.

〔試験3〕
本発明者らは、トンネルの側壁面において2箇所(トンネルの右側面と左側面)の測定地点を選定した。選定した測定地点の側壁面は何れも泥岩である。そして、物性評価装置1を用いて各測定地点の変形係数を求めた。更に別途、地盤工学会基準(JGS1421-2003)として定められた「孔内水平載荷試験方法」を用いて各測定地点の変形係数を求めた。各方法で求められた変形係数を図6に示している。
[Test 3]
The inventors selected two measurement points (the right side surface and the left side surface of the tunnel) on the side wall surface of the tunnel. The side walls of the selected measurement points are all mudstone. And the deformation coefficient of each measurement point was calculated | required using the physical-property evaluation apparatus 1. FIG. Separately, the deformation coefficient at each measurement point was determined using the “in-hole horizontal loading test method” established as a standard of the Geotechnical Society (JGS1421-2003). The deformation coefficient obtained by each method is shown in FIG.

図6に示されるように、物性評価装置1を用いた場合、測定地点(1)、(2)ともに、孔内水平載荷試験とほぼ同じ変形係数が得られた。従って、物性評価装置1による変形係数の測定値は、孔内水平載荷試験と同等の信頼性を有すると考えられる。よって、物性評価装置1による変形係数の測定は、孔内水平載荷試験と同様の目的に使用することができる。また、前述の参考装置や物性評価装置101についても同様に、孔内水平載荷試験と同等の信頼性を有し、孔内水平載荷試験と同様の目的に使用することができると考えられる。以下、物性評価装置1,101及び前述の参考装置をまとめて「物性評価装置1等」と称する。   As shown in FIG. 6, when the physical property evaluation apparatus 1 was used, almost the same deformation coefficient as in the in-hole horizontal loading test was obtained at both the measurement points (1) and (2). Therefore, it is considered that the measured value of the deformation coefficient by the physical property evaluation apparatus 1 has the same reliability as the in-hole horizontal loading test. Therefore, the measurement of the deformation coefficient by the physical property evaluation apparatus 1 can be used for the same purpose as the in-hole horizontal loading test. Similarly, the above-described reference device and physical property evaluation device 101 have the same reliability as the in-hole horizontal loading test and can be used for the same purpose as the in-hole horizontal loading test. Hereinafter, the physical property evaluation apparatuses 1, 101 and the above-described reference device are collectively referred to as “physical property evaluation apparatus 1”.

また、測定値の信頼性が孔内水平載荷試験と同等であれば、物性評価装置1等による変形係数測定の目的・用途を、孔内水平載荷試験と同等に広げることができる。例えば、物性評価装置1等による変形係数測定の用途の例として、以下、トンネルの建設に適用する例を考える。トンネルの建設において、地質コンサルタントが担当する計画および調査段階では、通常、掘削の対象になる地山全体の弾性波速度分布を弾性波探査で調査し、その速度値を基に地山評価を行う。その他、ボーリングや必要に応じて電気探査などが行われる。   Further, if the reliability of the measured value is equivalent to that in the in-hole horizontal loading test, the purpose and application of the deformation coefficient measurement by the physical property evaluation apparatus 1 or the like can be expanded to the same extent as in the in-hole horizontal loading test. For example, as an example of application of deformation coefficient measurement by the physical property evaluation apparatus 1 or the like, an example applied to tunnel construction will be considered below. In tunnel construction, the geological consultant is in charge of the planning and survey stage. Usually, the elastic wave velocity distribution of the whole natural ground to be excavated is investigated by elastic wave exploration, and the natural ground is evaluated based on the velocity value. . In addition, drilling and electrical exploration are performed as necessary.

その後、トンネルの支保構造を設計する段階にあたっては、標準設計を適用してもよい。すなわち、企業者ごとに、地山等級に対応する典型的な支保構造が,過去の施工実績に基づいて定められており、その定め(標準設計)を支保構造の設計に適用してもよい。また、支保構造を設計する他の手法としては、解析的手法を適用してもよい。すなわち、理論解析や数値解析(FEM等)等により支保構造の設計を行ってもよい。このとき、当該理論解析や当該数値解析に使用される地山の変形係数として、前述の孔内水平載荷試験の結果が用いられてもよいが、これに代えて、物性評価装置1等による変形係数の測定値を使用することもできると考えられる。つまり、地山評価における理論解析や数値解析(FEM等)にも物性評価装置1等による変形係数の測定値を使用することができると考えられる。   Thereafter, a standard design may be applied in designing the tunnel support structure. That is, a typical support structure corresponding to the ground grade is determined for each company, based on the past construction results, and the determination (standard design) may be applied to the design of the support structure. As another method for designing the support structure, an analytical method may be applied. That is, the support structure may be designed by theoretical analysis or numerical analysis (FEM or the like). At this time, as a deformation coefficient of the natural ground used in the theoretical analysis and the numerical analysis, the result of the above-mentioned horizontal loading test in the hole may be used. Instead, the deformation by the physical property evaluation apparatus 1 or the like may be used. It is conceivable that a measure of the coefficient can also be used. That is, it is considered that the measured value of the deformation coefficient by the physical property evaluation apparatus 1 or the like can be used for theoretical analysis or numerical analysis (FEM or the like) in natural ground evaluation.

さらに、トンネルの施工段階では、実際の地山が、当初予測評価された地山の通りであったか否かを再評価しながら、合理性・経済性の観点に立ち、必要に応じて支保構造を変更する場合もある。このとき、物性評価装置1等による変形係数の測定は、孔内水平載荷試験に代えて、地山の再評価の一手法として採用することができる。   Furthermore, at the tunnel construction stage, while reassessing whether the actual natural ground was the same as the originally predicted natural ground, from the viewpoint of rationality and economic efficiency, a support structure was established as necessary. May change. At this time, the measurement of the deformation coefficient by the physical property evaluation apparatus 1 or the like can be employed as a technique for re-evaluating the natural ground in place of the in-hole horizontal loading test.

なお、孔内水平載荷試験は、ボーリングの必要があるなど比較的手間が大きく、1地点当たりの測定時間も比較的長くなる。これに比較して、物性評価装置1等による変形係数の測定は、測定作業がより簡易であり、測定の手間も比較的小さく、必要な測定時間も短い点において、孔内水平載荷試験よりも優れている。よって、物性評価装置1等による変形係数の測定は、孔内水平載荷試験に比べて、測定地点を多くすることが比較的容易であり、より詳細な地山の評価及び再評価が可能になる。   In addition, the in-hole horizontal loading test is relatively troublesome, such as the need for boring, and the measurement time per point is also relatively long. Compared to this, the measurement of the deformation coefficient by the physical property evaluation apparatus 1 or the like is easier than the measurement work, is relatively less troublesome, and requires a shorter measurement time than the in-hole horizontal loading test. Are better. Therefore, the measurement of the deformation coefficient by the physical property evaluation apparatus 1 or the like is relatively easy to increase the number of measurement points as compared with the in-hole horizontal loading test, and more detailed evaluation and re-evaluation of the ground can be performed. .

1…物性評価装置、3…棒体、5…打撃部、7…コンピュータ(加速度データ取得手段、演算手段)、11…スライド機構(連結部、移動許容部)、13…ハンマー、13a…打撃面、15…加速度センサー、17…付勢部(連結部、付勢部)、A…作業者。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Physical property evaluation apparatus, 3 ... Rod, 5 ... Blowing part, 7 ... Computer (acceleration data acquisition means, calculation means), 11 ... Slide mechanism (connection part, movement allowance part), 13 ... Hammer, 13a ... Battering surface , 15 ... acceleration sensor, 17 ... urging unit (connecting unit, urging unit), A ... worker.

Claims (6)

対象物の物性を評価する物性評価装置であって、
作業者が後端側を保持するための棒体と、
前記棒体の前端部に連結され、加速度センサーと球面形状の打撃面とを有するハンマーと、
前記ハンマーの打撃面が前記対象物に衝突したときに、前記加速度センサーから、前記対象物の変形特性を演算するための加速度データを取得する加速度データ取得手段と、
を備え、
前記ハンマーは、
前記棒体に対し、前記打撃面と前記対象物との衝突方向に移動可能であるように支持されていることを特徴とする物性評価装置。
A physical property evaluation apparatus for evaluating physical properties of an object,
A rod for the operator to hold the rear end,
A hammer connected to the front end of the rod and having an acceleration sensor and a spherical striking surface;
Acceleration data acquisition means for acquiring acceleration data for calculating deformation characteristics of the object from the acceleration sensor when the hitting surface of the hammer collides with the object;
With
The hammer is
An apparatus for evaluating physical properties, characterized in that the rod is supported so as to be movable in a collision direction between the striking surface and the object.
前記加速度データ取得手段は、
取得した前記加速度データに基づいて前記対象物の変形特性を演算する演算手段を有することを特徴とする請求項1に記載の物性評価装置。
The acceleration data acquisition means includes
The physical property evaluation apparatus according to claim 1, further comprising a calculation unit that calculates a deformation characteristic of the object based on the acquired acceleration data.
前記加速度データ取得手段は、
取得した前記加速度データを電子データとして保存する電子記憶媒体であることを特徴とする請求項1に記載の物性評価装置。
The acceleration data acquisition means includes
The physical property evaluation apparatus according to claim 1, wherein the physical property evaluation apparatus is an electronic storage medium that stores the acquired acceleration data as electronic data.
前記棒体と前記ハンマーとの連結部は、
前記ハンマーを、前記棒体に対し当該棒体の延在方向に平行移動可能とする移動許容部と、
前記ハンマーを、前方に向けて付勢する付勢部と、を有することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の物性評価装置。
The connecting portion between the rod and the hammer is
A movement allowing portion that enables the hammer to move parallel to the rod body in the extending direction of the rod body;
The physical property evaluation apparatus according to claim 1, further comprising: an urging portion that urges the hammer forward.
前記棒体と前記ハンマーとの連結部は、
一端に前記ハンマーが設けられ、他端が前記棒体に対し当該棒体の延在方向に平行な面内で回転可能であるように支持されている棒状部材を有することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の物性評価装置。
The connecting portion between the rod and the hammer is
The hammer is provided at one end, and the other end has a rod-like member supported so as to be rotatable with respect to the rod in a plane parallel to the extending direction of the rod. The physical property evaluation apparatus according to any one of 1 to 3.
前記棒体の長さが2m以上であることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の物性評価装置。
The physical property evaluation apparatus according to claim 1, wherein the length of the rod is 2 m or more.
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