JP2018066613A - 土質判定方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】土塊（団粒）になりうる粘性土が含まれる土壌の土質を判定できる方法及びシステムを提供する。【解決手段】土壌Ｓに振動を加えると共に，その振動の前後における土壌Ｓの画像Ｇａ，Ｇｂを撮影し，振動前後の画像Ｇａ，Ｇｂからそれぞれ粒子及び土塊の径の分布Ｐａ，Ｐｂを測定し，振動前後における粒子及び土塊の径の分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖから土壌Ｓの土質を判定する。好ましくは，振動後の粒子及び土塊の径の分布Ｐｂと振動前後の粒子及び土塊の径の分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖとから土壌Ｓの土質を判定する。更に好ましくは，振動前後の少なくとも一方において土壌Ｓの含水比Ｗａ，Ｗｂを計測し，振動後の粒子及び土塊の径の分布Ｐｂと振動前後の粒子及び土塊の径の分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖと含水比Ｗａ，Ｗｂとから土壌Ｓの土質を判定する。【選択図】図１

Description

本発明は土質判定方法及びシステムに関し，とくに粘性土が含まれる土壌の土質を判定する方法及びシステムに関する。

従来から，予め選別されていない礫，砂，粘土等の土質材料（以下，土壌という）を用いて盛土，堤体等の土木構造物を構築する場合に，現場に搬入される土壌の品質（以下，土質という）を適宜判定し，搬入土壌を要求される土質に合わせて改質・管理することが行われている。例えば図５に示すように，現場付近の採取場（例えば地山）１で採取した土壌Ｓに土壌改質材（例えば水やセメント）を混合して土木構造物の材料とするＣＳＧ工法等では，大きな岩等を破砕装置１ａで砕くことはあるが，基本的に採取土壌Ｓを選別せずにそのまま施工する。そのため，土木構造物の品質を確保する観点から，採取場１で採取されストックヤード２経由で現場に搬入される土壌Ｓを適宜抜き取って土壌Ｓの土質を判定し，必要な改質を施すことが求められる。

土壌Ｓの土質は，その中に含まれる土粒子の径の分布（粒度分布）及び含水比（含水率）により判定する方法が一般的である。図５では，適宜抜き取った土壌Ｓの画像Ｇを撮像装置５で撮影して粒度分布を求めると共に，水分計７によって土壌Ｓの含水比を求めることにより土質を判定している。また，その判定結果に基づき添加装置８において土壌Ｓと混合する土壌改質材（例えば水やセメント）の添加量を調整し，混合装置９で土壌Ｓと改質材とを混合することにより，現場に供給される土壌Ｓを要求される土質となるように改質・管理している。図中の符号３はトラック等の運搬機械を示し，符号４は現場の受入れホッパーを示す。

土壌Ｓの粒度分布（粒径加積曲線）を求める基本的な方法は篩い分けであるが（非特許文献１参照），手間がかかるため，図５のように土壌Ｓを撒き出して撮像装置５により画像Ｇを撮影し，その画像Ｇからコンピュータ（画像解析プログラム）により粒径加積曲線を作成する技術が開発されている（特許文献１〜３参照）。このような画像解析技術を用いることで，現場に搬入される土壌Ｓの粒度分布を１５〜３０分に１回程度の頻度で判定することができる。また，土壌Ｓを搬送するベルトコンベア上で振動させて撒き出す（分散させる）技術が開発されており（特許文献４参照），このような振動ベルトコンベアを用いて撒き出す時間を短縮ないし省略することにより，搬入される土壌Ｓの粒度分布の変動をほぼ連続的に判定することも可能である。

また，土壌Ｓの含水比（含水率）を求める基本的な方法は電子レンジ法又はフライパン法であるが（非特許文献２，３参照），やはり計測に３０分以上の時間を要するため，近赤外光を用いて土壌Ｓの含水比を連続的に計測する技術が開発されている（特許文献５，６参照）。従って，このような近赤外光による含水比の計測技術と上述した画像解析による粒度分布の測定技術とを適用し，現場に搬入される土壌Ｓを振動ベルトコンベアで搬送しながら土質（粒度分布及び含水比）を連続的に判定し，その判定結果に基づいて土壌Ｓに対して必要な改質を施すことにより，要求される土質が常に満足されるような土壌Ｓを現場に供給することが期待できる。

特開２０１０−２４９５５３号公報 特開２０１１−１６３８３６号公報 特開２０１３−２５７１８８号公報 特開２０１６−１２４６６５号公報 特開２０１５−０２８４４６号公報 特開２０１５−１０５８９８号公報

日本工業規格「土の粒度試験方法」ＪＩＳ−Ａ１２０４ 社団法人地盤工学会「地盤材料試験の方法と解説」，丸善出版，２００９年１１月，ｐｐ．１０４〜１０５ 社団法人地盤工学会「地盤材料試験の方法と解説」，丸善出版，２００９年１１月，ｐｐ．１０６〜１０７ 鹿島建設株式会社プレスリリース「粘性土壌を素早くサラサラにする選別補助材「泥ＤＲＹ（デイドライ）」を開発」２０１５年７月１４日発行，インターネット（ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋａｊｉｍａ．ｃｏ．ｊｐ／ｎｅｗｓ／ｐｒｅｓｓ／２０１５０７／１４ｃ１−ｊ．ｈｔｍ）

しかし，上述した従来の土質判定方法は，粘性土が含まれる土壌の土質を適切に判定できない問題点がある。すなわち，上述したＣＳＧ工法における搬入土壌の土質判定は，例えば現場付近の単一の採取場で採取される土壌が対象であり，通常は礫質土，砂質土が対象であって粘性土を多く含むものではなく，土質（粘性，含水状態等）の範囲も予め想定できる範囲内のものであった。それに対し，例えば原子力発電所の事故により発生した放射能汚染土壌の中間貯蔵施設の建設（埋め立て）工事では，広い地域の除染処理で発生した除去土壌を受入れて埋め立てる必要があり，農耕地や森林からの除去土壌も対象となるので，多くの粘性土が含まれている場合があり，しかも土質（粘性，含水状態等）が大きく異なる土壌が対象となる。

中間貯蔵施設の建設工事では，土壌が有機物（草，木，根等）と混ざった状態で搬入され，そのまま埋め立てると有機物の腐敗によって埋め立て土壌の表面が沈下したり，嫌気状態となった埋め立て土壌内に硫化水素ガスが発生したりするおそれがあるため，埋め立て前に土壌から有機物を選別する必要がある。他方で，中間貯蔵施設に搬入される粘性土を多く含む土壌は，選別装置に投入しても効率よく有機物と選別できないため，効率的な選別ができる程度に土壌を改質したうえで有機物を選別する必要がある（非特許文献４参照）。中間貯蔵施設に搬入される土壌全てを対象として一律に改質を施すことは不合理・不経済であり，受入れ許容量にも限りがあるので，中間貯蔵施設を適切に建設するためには，搬入土壌の土質に基づいて改質が必要であるか否か，必要な場合にどのような改質が必要であるかを判定することが重要となる。

本発明者は，従来の画像解析による粒度分布測定と近赤外光による含水比計測とを用いて，粘性土が含まれる土壌の土質（粒度分布及び含水比）の判定したところ，粘性土は含水比が高くなると土塊（団粒）になりやすく，土粒子（以下，単に粒子という）の径を精度よく測定することが難しくなり，土塊になった粘性土（改質の必要がある土壌）を粒径の大きい礫質土（改質の必要ない土壌）と誤って判定してしまうことも経験された。また，同じく土塊になった粘性土であっても，硬さ（固化の程度）が相違しており，比較的緩やかに固まった粘性土（通常の改質が必要な土壌）と硬く固化した粘性土（高度な改質が必要な土壌）とを粒度分布と含水比とから適切に判別できないことも経験された。粘性土が含まれる土壌の土質を適切に判定するためには，従来のように粒度分布及び含水比に基づく土質の判定では足りず，土塊の有無や土塊の硬さを考慮した土質の判定が必要である。

そこで本発明の目的は，土塊（団粒）になりうる粘性土が含まれる土壌の土質を判定できる方法及びシステムを提供することにある。

図１の実施例及び図２の流れ図を参照するに，本発明による土質判定方法は，土壌Ｓに振動を加えると共に（図２のステップＳ０５参照），その振動の前後における土壌Ｓの画像Ｇａ，Ｇｂを撮影し，振動前後の画像Ｇａ，Ｇｂからそれぞれ粒子及び土塊の径の分布Ｐａ，Ｐｂを測定し（図２のステップＳ０４，Ｓ０６参照），振動前後における粒子及び土塊の径の分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖから土壌Ｓの土質を判定してなるものである。

また図１の実施例を参照するに，本発明による土質判定システムは，土壌Ｓを搬送すると共に中間部２０に振動エリアを設けたベルトコンベア１０，ベルトコンベア１０の上流部１９ａ及び下流部１９ｂにおいてそれぞれ搬送中の土壌Ｓの画像Ｇａ，Ｇｂを撮影して粒子及び土塊の径の分布Ｐａ，Ｐｂを測定する測定手段４３，４４，及び上流部１９ａ及び下流部１９ｂにおける粒子及び土塊の径の分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖから土壌Ｓの土質を判定する判定手段４７を備えてなるものである。

好ましい実施例では，図４に示すように，ベルトコンベア１０に，中間部２０のキャリアローラ１５を支持する第１支持体２１，その第１支持体２１から縁切りされて中間部２０の上流部１９ａ及び下流部１９ｂのキャリアローラ１６を支持する第２支持体２５，及び第１支持体２１を振動させる振動装置２２を含める。

望ましい実施例では，図１の判定手段４７に示すように，下流部１９ｂの粒子及び土塊の径の分布Ｐｂと上流部１９ａ及び下流部１９ｂにおける粒子及び土塊の径の分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖとから土壌Ｓの土質を判定する。更に望ましい実施例では，図１に示すように，振動エリア２０の前後の少なくとも一方において土壌Ｓの含水比Ｗａ，Ｗｂを計測する水分計７ａ，７ｂを設け，判定手段４７により，下流部１９ｂの粒子及び土塊の径の分布Ｐｂと上流部１９ａ及び下流部１９ｂにおける粒子及び土塊の径の分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖと含水比Ｗａ，Ｗｂとから土壌Ｓの土質を判定する。

更に好ましい実施例では，図１に示すように，ベルトコンベア１０の下流側に，土質判定結果に応じた量の土壌改質材を土壌Ｓに添加する改質材添加装置８ｃ〜８ｆを設ける。

本発明による土質判定方法及びシステムは，土壌Ｓに振動を加えると共に，その振動の前後における土壌Ｓの画像Ｇａ，Ｇｂを撮影し，振動前後の画像Ｇａ，Ｇｂからそれぞれ粒子及び土塊の径の分布Ｐａ，Ｐｂを測定し，振動前後における粒子及び土塊の径の分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖから土壌Ｓの土質を判定，次の効果を奏する。なお，以下の説明では，粒子及び土塊の径の分布Ｐａ，Ｐｂを，単に粒度分布Ｐａ，Ｐｂということがある。

（イ）土壌Ｓの振動前後における粒度分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖがある場合は土塊（団粒）となった粘性土が多く含まれており，変化Ｖがない場合は土塊となりにくい砂質土，礫質土，低含水の粘性土，泥状の粘性土，又は土塊となっている粘性土が多く含まれていると判定することができる。
（ロ）土壌Ｓの振動前後の少なくとも一方における土壌Ｓの含水比Ｗａ，Ｗｂを考慮することにより，砂質土が多い土壌と礫質土が多い土壌と低含水の粘性土とを判別することができる。
（ハ）また，土壌Ｓの振動前後における粒度分布Ｐａ，Ｐｂが変化していない場合は，振動前後の少なくとも一方における土壌Ｓの含水比Ｗａ，Ｗｂを考慮することにより，砂質土・礫質土と低含水の粘性土と泥状の粘性土と土塊となっている粘性土とを判別することができる。

（ニ）更に，振動前後における粒度分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖと共に，振動後の粒度分布Ｐｂと含水比Ｗａ，Ｗｂとを考慮することにより，同様に粘性土であっても，比較的緩やかに固まった粘性土と泥状の粘性土と硬く固化した粘性土とを判別することもできる。
（ホ）振動ベルトコンベアで搬送しながら振動前後における粒度分布Ｐａ，Ｐｂ及び含水比Ｗａ，Ｗｂを計測することにより，現場に搬入される土壌Ｓに粘性土が多く含まれている場合でも，粘性土の固化の程度を含めて，土壌Ｓの土質を連続的に判定することができる。
（へ）また，ベルトコンベア１０の下流側に土質判定結果に応じた量の土壌改質材を土壌Ｓに添加する改質材添加装置８ｃ〜８ｆを設け，現場に搬入される土壌Ｓに対して必要な改質を施すことにより，土壌Ｓに粘性土が多く含まれている場合でも，要求される土質を満足するような土壌Ｓを現場に供給することができる。

以下，添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
は，本発明の土質判定システムの一実施例のブロック図である。 は，本発明の土質判定方法を示す流れ図の一例である。 は，本発明において土壌の振動前後における粒度分布（粒子及び土塊の径の分布）の変化の一例を示す説明図である。 は，本発明で用いる振動ベルトコンベアの一実施例の説明図である。 は，従来の土壌の土質判定及び改質方法の説明図である。

図１は，原子力発電所事故後の除染処理で発生した除去土壌を広い地域から受入れて埋め立てる中間貯蔵施設の建設現場に本発明の土質判定システムを適用した実施例を示す。図５を参照して説明したＣＳＧ工法の工事現場と同様に，現場に搬入された土壌Ｓは先ず原土ホッパー４に投入され，ホッパー４から改質のための混合装置９（ミキサー等）に搬送して土壌改質材と混合し，更に有機物との選別装置（図示せず）に通したうえで埋め立てに供される。図示例の土質判定システムは，ホッパー４から混合装置９まで土壌Ｓを搬送しながら土質を連続的に判定するものである。

図示例の土質判定システムは，土壌Ｓを搬送すると共に中間部２０に振動エリアを設けたベルトコンベア（振動ベルトコンベア）１０と，そのベルトコンベア１０の上流部１９ａ及び下流部１９ｂにおいてそれぞれ搬送中の土壌Ｓの画像Ｇａ，Ｇｂを撮影するデジタルカメラ等の撮像装置５ａ，５ｂとを有する。また，その画像Ｇａ，Ｇｂを入力して上流部１９ａ及び下流部１９ｂの振動前後における粒度分布Ｐａ，Ｐｂを測定すると共に，その振動前後における粒度分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖから土壌Ｓの土質を判定するコンピュータ４０を有している。

図４（Ａ）は，本発明に適したベルトコンベア１０の一例の拡大図を示す。図示例のベルトコンベア１０は，通常のベルトコンベアと同様に駆動プーリ１１とテールプーリ１３との間に環状ベルト１４を架け渡したものである。駆動装置１２により駆動プーリ１１を駆動し，駆動プーリ１１とテールプーリ１３との間でベルト１４を回転させることにより，ベルト１４の載置面に載置した土壌Ｓを搬送する。図４の符号１７は，駆動プーリ１１に巻き付けるベルト１４の角度を変更して張力を調整するスナッププーリを示す。

図４（Ａ）のベルトコンベア１０の載置面の下方には，搬送方向に沿って複数のキャリアローラ１５，１６が並べられており，載置面の中間部２０のキャリアローラ１５は第１支持体２１によって連結支持され，載置面の上流部１９ａ及び下流部１９ｂのキャリアローラ１６は第１支持体２１から縁切りされた第２支持体２５によって連結支持されている。第１支持体２１及び第２支持体２５は，それぞれ支持脚によって工事現場の基盤上に支持されている。

図４（Ａ）のベルトコンベア１０において，載置面の荷重はキャリアローラ１５，１６を介して第１支持体２１及び第２支持体２５により支持されるが，両支持体２１，２５は相互に縁切りされているので，第１支持台２１にはキャリアローラ１５の荷重のみが伝達され，他のキャリアローラ１６の荷重は伝達されない。また，ベルトコンベア１０は第１支持体２１を振動させる振動装置２２を有しているが，第１支持体２１と第２支持体２５とは相互に縁切りされているので，振動装置２２の振動は第２支持体２５に伝達されることはなく，第１支持体２１とそれに連結されたキャリアローラ１５のみを振動させる。

図示例の振動装置２２は振動制御装置３１を介してコンピュータ４０に接続されており，必要に応じてコンピュータ４０により振動装置２２の振動条件（例えば振動数，振幅，起振出力等）を適宜切り替えることができる。すなわち，図４（Ａ）のベルトコンベア１０は，振動装置２２を振動させることにより，第２支持体２５で支持された載置面の上流部１９ａ及び下流部１９ｂを振動させることなく，第１支持体２１により支持された載置面の中間部２０のみを振動させ，載置面上を搬送方向に沿って無振動エリア，振動エリア，３つの部分に区分けすることができる。

図示例の撮像装置５ａ，５ｂは，ベルトコンベア１０の上流部１９ａ及び下流部１９ｂの無振動エリアにそれぞれ配置されている。土壌Ｓを振動させながら画像Ｇを撮影すると，撮影のたびに土壌Ｓ中の粒子や土塊が異なる形として写り込み，画像Ｇから測定する粒度分布の精度が低下するおそれがある。図４（Ａ）のように，土壌Ｓを振動エリアにおいて振動させて分散させると共に，その前後の無振動エリアにおいて振動させずに画像Ｇａ，Ｇｂを撮影することにより，画像Ｇａ，Ｇｂから粒度分布を精度よく測定することができる。なお，無振動エリアでベルトコンベア１０の搬送を一時停止することも可能である。また，振動エリアである中間部２０の長さ（搬送方向長さ）は，土壌Ｓを十分に分散できるように適宜選択することができる。

ベルトコンベア１０上に搭載された土壌Ｓは搬送されながら撮像装置５ａ，５ｂの下方へ進み，撮像装置５ａ，５ｂにより振動前画像Ｇａ及び振動後画像Ｇｂが連続的に撮影される。なお，図示例では，ベルトコンベア１０の上流部１９ａ及び下流部１９ｂにそれぞれ遮光板及び遮光カーテンで覆われた撮影建屋６ａ，６ｂを設け，その撮影建屋６ａ，６ｂ内に照明装置（図示せず）と共に撮像装置５ａ，５ｂを配置し，撮影建屋６ａ，６ｂの内部に進入した土壌Ｓを所定照度に維持した状態で撮像装置５ａ，５ｂにより撮影する。ただし，撮影建屋６及び照明装置は本発明に必須のものではなく，省略可能である。

図示例のコンピュータ４０は，内蔵プログラムとして，画像Ｇａ，Ｇｂを入力する入力手段４１と，画像Ｇａ，Ｇｂから土壌Ｓの振動前後における粒度分布Ｐａ，Ｐｂを測定する測定手段４３，４４を有する。粒度分布測定手段４３，４４の一例は，土壌Ｓの画像Ｇからその中に含まれる粒子の径の分布（粒度分布）を測定して粒径加積曲線画像Ｇを作成する従来の画像解析プログラムであるが，粒子の径だけでなく，粒子が団子状になった土塊（団粒）の径を合わせて測定し，その粒度分布（粒子及び土塊の径の分布）を測定するものである。

また図示例のコンピュータ４０は，振動前後の粒度分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖを検出する粒度分布変化検出手段４５と，粒度分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖに基づいて土壌Ｓの土質を判定する判定手段４７とを有する。判定手段４７は，振動前後の粒度分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖだけでなく，その変化Ｖと共に上流部１９ａ又は下流部１９ｂの粒度分布Ｐｂに基づいて土壌Ｓの土質を判定することができる。なお，中間貯蔵施設において所定径未満の粒子及び土塊は改質せずにそのまま埋め立てることが認められている場合は，測定手段４３，４４において，所定径以上の粒度分布Ｐａ，Ｐｂを測定すれば足りる。

また，図示例の土質判定システムは，ベルトコンベア１０の振動エリア２０の前後において土壌Ｓの含水比Ｗａ，Ｗｂを計測する水分計７ａ，７ｂを有し，その水分計７ａ，７ｂの計測値をコンピュータ４０に入力している。水分計７の一例は，所定波長範囲（例えば０．７μｍ〜２．５μｍ）の近赤外光を土壌Ｓに照射し，その反射光又は透過光の特定波長λｉ（例えば１．２μｍ，１．４５μｍ，１．９４μｍ等）における減衰から土壌Ｓの水分量（含水比）を算出するものである。

図示例のコンピュータ４０は，内蔵プログラムとして，水分計７ａ，７ｂの計測値から土壌Ｓの水分量（含水比）を算出する含水比計測手段４６を有し，判定手段４７において，土壌Ｓの振動前後の粒度分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖと土壌Ｓの含水比ｂとから土壌Ｓの土質を判定している。例えば，水分計７ａ，７ｂにより土壌Ｓに照射した近赤外光の反射光又は透過光を計測し，その計測値をコンピュータ４０の含水比計測手段４６に入力して特定波長λｉの減衰から土壌Ｓの水分量（含水比）を算出する。なお，振動前後において土壌Ｓの含水比Ｗが変化しないような場合は，振動エリア２０の前後の少なくとも一方に水分計７ａ又は７ｂを設ければ足りる。

なお，図示例では，ホッパー４の土壌Ｓをベルトコンベア１０へ直接投入するのではなく，ベルトコンベア１０の上流側に搬入ベルトコンベア２６を設け，その搬入ベルトコンベア２６に振動前の土壌Ｓの含水比Ｗａを計測する水分計７ａを設けている。そして，搬入ベルトコンベア２６とベルトコンベア１０との間に分別装置３６を設け，水分計７ａで計測した土壌Ｓの含水比Ｗａに基づき，改質を必要とする土壌Ｓと必要としない土壌Ｓとを識別し，改質を必要とする土壌Ｓのみを分別装置３６によりベルトコンベア１０へ導き，改質を必要としない土壌Ｓは搬出ベルトコンベア２７へ導いている。ただし，水分計７ａの設置位置は図示例に限定されるわけではなく，ベルトコンベア１０の上流側での分別を必要としない場合は，搬入ベルトコンベア２６及び分別装置３６を省略し，ベルトコンベア１０の上流部１９ａに水分計７ａを設置することもできる。

また，図示例では，ベルトコンベア１０から吐出された土壌Ｓを現場へ直接搬入するのではなく，ベルトコンベア１０の下流側に分別装置３７及び改質材添加装置８ｃ〜８ｆを設け，コンピュータ４０による土質判定結果に基づき土壌Ｓの改質の必要度合いを識別し，分別装置３７によってベルトコンベア１０から吐出された土壌Ｓを改質材添加装置８ｃ〜８ｆの何れかへと導いている。分別装置３６，３７は，コンピュータ４０の判定手段４７に接続された出力手段４８からの信号により制御することができ，コンピュータ４０により土壌Ｓの土質を連続的に判定すると共に，その土質判定結果に応じた改質処理を土壌Ｓに対して連続的に施すことができる。例えば，改質材添加装置８ｃ〜８ｆにおいて土質判定結果に応じた量の土壌改質材を土壌Ｓに投入し，混合装置９ｃ〜９ｆにおいて土壌Ｓと改質材と混合することにより，土壌Ｓを常に要求される土質に調整したうえで現場へ搬入することができる。

図２は，図１のシステムを用いた土壌Ｓの土質判定方法の流れ図の一例を示す。以下，図２の流れ図を参照して，本発明の土質判定方法を説明する。先ずステップＳ０１において，ホッパー４から搬入ベルトコンベア２６へ土壌Ｓを搬入する。次いでステップＳ０２において，搬入ベルトコンベア２６上の水分計７ａにより含水比（振動前含水比）Ｗａを計測してコンピュータ４０に計測値を入力し，含水比計測手段４６による土壌Ｓの含水比Ｗａに基づいて判定手段４７により土質を判定する。具体的には，含水比Ｗａが低い（例えば４０％未満）場合には，土壌Ｓが土塊となりにくい土壌Ｓａ（砂質土，礫質土，又は低含水の粘性土）であると判定する。

図２のステップＳ０３において，判定手段４７の土質判定結果を出力手段４８経由で分別装置３６へ出力し，分別装置３６により土塊となりにくい土壌Ｓａを搬出ベルトコンベア２７へ分別し，土塊となりやすい土壌Ｓｂ〜Ｓｆをベルトコンベア１０へ導く。次いで，ステップＳ０４においてベルトコンベア１０の上流部１９ａの撮像装置５ａにより振動前画像Ｇａを撮影し，ステップＳ０５においてベルトコンベア１０の中間部２０により土壌Ｓを所要振動条件で振動させたのち，ステップＳ０６においてベルトコンベア１０の下流部１９ｂの撮像装置５ｂにより振動後画像Ｇａを撮影する。必要に応じて，ステップＳ０７において，ベルトコンベア１０の下流部１９ｂに設置した水分計７ｂにより，振動後の土壌Ｓの含水比（振動前含水比）Ｗｂを計測してもよい。

撮像装置５ａ，５ｂで撮影した画像Ｇａ，Ｇｂはコンピュータ４０に入力し，測定手段４３，４４により振動前画像Ｇａ及び振動後画像Ｇｂからそれぞれ土壌Ｓの振動前粒度分布Ｐａ及び振動後粒度分布Ｐｂを測定し，粒度分布変化検出手段４５により振動前後の粒度分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖを検出する。その粒度分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖを判定手段４７に入力し，判定手段４７において，振動前後の粒度分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖと振動後の粒度分布ＰｂとステップＳ０２（又はステップＳ０６）で計測した含水比Ｗａ（又はＷｂ）に基づいて土壌Ｓの土質を判定する。

図２のステップＳ０８は，コンピュータ４０の判定手段４７において，図３（Ａ）に示すように振動前後の粒度分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖが検出された場合に，土壌Ｓ中に土塊となった粘性土が含まれているが，振動により大きな土塊が小さく崩れたことから，改質を必要としない土壌Ｓｂであると判定することを示す。判定手段４７の土質判定結果を出力手段４８経由で分別装置３７へ出力し，分別装置３７により粘性土を含むが改質を必要としない粘性土Ｓｂを搬出ベルトコンベア２７へ分別する。

図２のステップＳ０９〜Ｓ１２は，コンピュータ４０の判定手段４７により，振動前後の粒度分布Ｐａ，Ｐｂの変化Ｖが検出されない場合に，土壌Ｓ中に高粘性の土塊となった粘性土と低粘性の粘性土とが含まれており，振動によっても土塊が崩れない又は元々土塊となっていないことから，改質を必要とする粘性土が含まれる土壌Ｓｃ〜Ｓｆであると判定することを示す。このような粘性土Ｓｃ〜Ｓｆは，振動後の粒度分布Ｐｂと含水比Ｗａとに基づき，更に土質を細かく判定して必要とする改質処理を切り分けることができる。

すなわち，図２のステップＳ０９は，図３（Ｂ）に示すように土塊となっている粘性土の粒径が比較的小さく（例えば粒径の平均値が２０ｍｍ未満），含水比が中程度（例えば４０〜５５％未満）である場合に，コンピュータ４０の判定手段４７において，土塊となっているが粘性が比較的低い土壌Ｓｃであると判定することを示す。このような土壌Ｓｃは改質を必要としないことも多いが，判定手段４７の土質判定結果を出力手段４８経由で分別装置３７へ出力し，分別装置３７により粘性土Ｓｃを改質材添加装置８ｃへと導き，改質材添加装置８ｃにおいて土質判定結果に応じた量の土壌改質材を土壌Ｓに投入し，混合装置９ｃにおいて土壌Ｓと改質材と混合することにより改質することができる。

図２のステップＳ１０は，図３（Ｃ）に示すように土塊となっている粘性土の粒径が比較的大きく（例えば粒径の平均値が２０ｍｍ以上），含水比が高い（例えば５５％未満）場合に，コンピュータ４０の判定手段４７において，土塊となっているが湿潤しており，比較的軟らかい土壌Ｓｄであると判定することを示す。このような土壌Ｓｄは，判定手段４７の土質判定結果を出力手段４８経由で分別装置３７へ出力し，分別装置３７により粘性土Ｓｄを改質材添加装置８ｄへと導き，改質材添加装置８ｄにおいて通常量の土壌改質材を土壌Ｓに投入し，混合装置９ｄにおいて土壌Ｓと改質材と混合することにより改質する。

図３のステップＳ１１は，図３（Ｄ）に示すように粘性土の粒径が比較的小さく（例えば粒径の平均値が２０ｍｍ未満），含水比が高い（例えば５５％未満）場合に，コンピュータ４０の判定手段４７において，泥土状の土壌Ｓｅであると判定することを示す。このような土壌Ｓｅは，粘性が非常に低いので，判定手段４７の土質判定結果を出力手段４８経由で分別装置３７へ出力し，分別装置３７により粘性土Ｓｅを改質材添加装置８ｅへと導き，改質材添加装置８ｅにおいて通常より多い土壌改質材を土壌Ｓに投入し，混合装置９ｅにおいて土壌Ｓと改質材と混合することにより改質する。

図３のステップＳ１２は，図３（Ｅ）に示すように固化した粘性土の粒径が比較的多く（例えば粒径の平均値が２０ｍｍ以上），含水比が中程度（例えば４０〜５５％未満）である場合に，コンピュータ４０の判定手段４７において，硬く固化した土壌Ｓｆであると判定することを示す。このような土壌Ｓｆは，非常に強固に固まっていることが多いので，判定手段４７の土質判定結果を出力手段４８経由で分別装置３７へ出力し，分別装置３７により粘性土Ｓｆを改質材添加装置８ｆへと導き，改質材添加装置８ｆにおいて通常より多い土壌改質材を土壌Ｓに投入し，又は土塊となっている粘性土を崩すことに適した改質材添加装置８ｆに土壌Ｓを土質改良材と共に投入し，混合装置９ｆにおいて土壌Ｓと改質材と混合することにより改質することが望ましい。

図２のステップＳ０９〜Ｓ１２において，改質を必要とする固化した粘性土が含まれる土壌Ｓｃ〜Ｓｆを判定したのち，ステップＳ０１へ戻り，上述したステップＳ０１〜Ｓ１２を繰り返す。中間貯蔵施設において現場に搬入される土壌Ｓについて，図２の流れ図に沿って土壌Ｓａ〜Ｓｆの土質を連続的に判定し，その土質判定結果に基づいて土壌Ｓａ〜Ｓｆに対して必要な改質を施すことにより，搬入される土壌Ｓに粘性土が多く含まれている場合でも，要求される土質を常に満足するような土壌Ｓを現場に連続的に供給することができる。

こうして本発明の目的である「土塊（団粒）になりうる粘性土が含まれる土壌の土質を判定できる方法及びシステム」を提供することができる。

図４（Ｂ）は，本発明に適した振動ベルトコンベア１０の他の実施例を示す。図示例の振動ベルトコンベア１０は，上述した中間部２０の第１支持体２１と下流部１９ｂの第２支持体２５との間に，両支持体２１，２５から縁切りされてキャリアローラ１５の荷重を支持する第３支持体２３を設けると共に，その第３支持体２３を振動させる振動装置２４を設けたものである。第３支持体２３は工事現場の基盤上に支持されている。振動装置２２によって第１支持体２１を振動させると同時に，振動装置２４によって第３支持体２３を振動させる。

図４（Ｂ）の振動ベルトコンベア１０においても，各支持体２１，２３，２５は相互に縁切りされているので，第３支持台２３の直上のキャリアローラ１５の荷重が他の支持台２１，２５に伝達されることはなく，第３支持体２３の振動が他の支持体２１，２５に伝達されることもない。第３支持体２３は，第１支持体２１と同じ振動条件（例えば振動周波数，振幅，起振出力が何れも同じ条件）で振動させてもよいが，第１支持体２１と異なる振動条件（例えば振動周波数，振幅，起振出力の何れかが異なる条件）で振動させることができる。図示例の振動装置２４は振動制御装置３２を介してコンピュータ４０に接続されており，必要に応じてコンピュータ４０により振動装置２４の振動条件（例えば振動周波数，振幅，起振出力等）を適宜切り替えることができる。

すなわち，図４（Ｂ）の振動ベルトコンベア１０においても，振動装置２２，２４を振動させることにより，第１支持体２１及び第３支持体２３で支持された中間部２０のみを振動させ，載置面上を搬送方向に沿って無振動エリア，振動エリア，無振動エリアの３つの部分に区分けすることができる。また，振動装置２２，２４を異なる振動条件で振動させることにより，土壌Ｓの性状に応じて振動条件を変化させることができる。

１…採取場（地山） １ａ…破砕装置
２…ストックヤード ３…運搬装置（トラック等）
４…ホッパー ５，５ａ，５ｂ…撮像装置
６…撮影建屋 ７，７ａ，７ｂ…水分計
８…改質剤添加装置 ９…混合装置
１０…振動ベルトコンベア １１…駆動プーリ（ドライブプーリ）
１２…駆動装置 １３…テールプーリ
１４…コンベアベルト １５，１６…キャリアローラ
１７…スナッププーリ
１９ａ…上流部（無振動エリア） １９ｂ…下流部（無振動エリア）
２０…中間部（振動エリア）
２１…第１支持体 ２２…振動装置
２３…第３支持体 ２４…振動装置
２５…第２支持体
２６…搬入ベルトコンベア ２７…搬出ベルトコンベア
３１，３２…振動制御装置 ３３…駆動制御装置
３６，３７…分別装置
４０…コンピュータ ４１…入力手段
４２…測定手段 ４３…振動前粒度分布の測定手段
４４…振動後粒度分布の測定手段 ４５…粒度分布変化検出手段
４６…含水比計測手段 ４７…判定手段
４８…出力手段
Ｇ，Ｇａ，Ｇｂ…画像
Ｓ…土壌（原土）
Ｐ，Ｐａ，Ｐｂ…粒度分布（粒子及び土塊の径の分布）
Ｖ…粒度分布（粒子及び土塊の径の分布）の変化
Ｗ…含水比

Claims (9)

1. 土壌に振動を加えると共に振動の前後における当該土壌の画像を撮影し，前記振動前後の画像からそれぞれ粒子及び土塊の径の分布を測定し，前記振動前後における粒子及び土塊の径の分布の変化から土壌の土質を判定してなる土質判定方法。
2. 請求項１の方法において，前記振動後の粒子及び土塊の径の分布と前記振動前後における粒子及び土塊の径の分布の変化とから前記土壌の土質を判定してなる土質判定方法。
3. 請求項２の方法において，前記振動前後の少なくとも一方において前記土壌の含水比を計測し，前記振動後の粒子及び土塊の径の分布と前記振動前後における粒子及び土塊の径の分布の変化と含水比とから前記土壌の土質を判定してなる土質判定方法。
4. 請求項１から３の何れかの方法において，前記振動後の土壌に前記土質判定結果に応じた量の土壌改質材を添加してなる土質判定方法。
5. 土壌を搬送すると共に中間部に振動エリアを設けたベルトコンベア，前記ベルトコンベアの上流部及び下流部においてそれぞれ搬送中の前記土壌の画像を撮影して粒子及び土塊の径の分布を測定する測定手段，及び前記上流部及び下流部における粒子及び土塊の径の分布の変化から前記土壌の土質を判定する判定手段を備えてなる土質判定システム。
6. 請求項５のシステムにおいて，前記ベルトコンベアに，前記中間部のキャリアローラを支持する第１支持体，前記第１支持体から縁切りされて前記中間部の上流部及び下流部のキャリアローラを支持する第２支持体，及び前記第１支持体を振動させる振動装置を含めてなる土質判定システム。
7. 請求項５又は６のシステムにおいて，前記判定手段により，前記下流部の粒子及び土塊の径の分布と前記上流部及び下流部における粒子及び土塊の径の分布の変化とから前記土壌の土質を判定してなる土質判定システム。
8. 請求項７のシステムにおいて，前記振動エリアの前後の少なくとも一方において前記土壌の含水比を計測する水分計を設け，前記判定手段により，前記下流部の粒子及び土塊の径の分布と前記上流部及び下流部における粒子及び土塊の径の分布の変化と含水比とから前記土壌の土質を判定してなる土質判定システム。
9. 請求項５から８の何れかのシステムにおいて，前記ベルトコンベアの下流側に，前記土質判定結果に応じた量の土壌改質材を前記土壌に添加する改質材添加装置を設けてなる土質判定システム。