JP2020063552A - Method for sampling core from bedrock - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、岩盤中の応力状態を算出する手法である二重応力解放コア変形法(通称DCDA、以降単に「コア変形法」と呼ぶ)において利用可能なコアを岩盤から採取するための技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for extracting a core that can be used in a double stress release core deformation method (commonly called DCDA, hereinafter simply referred to as “core deformation method”), which is a method of calculating a stress state in rock, from rock. It is a thing.
下記特許文献1、非特許文献1及び非特許文献2には、ボーリングで得られた円柱状のコアを用いて、地殻で作用している応力を測定するための手段として、コア変形法が記載されている。
In Patent Document 1, Non-Patent Document 1 and
一般に、岩盤中では、様々な要因により応力が作用している。岩盤からボーリングによりコアを採取すると、当該コアへの応力が解放され、コアの形状が変形する。応力解放前のコア径(いわゆる原直径)をd0、応力解放後のコア径の最大値をdmax、最小値をdminと呼ぶ。コア変形法によれば、dmaxとdminの値の差から、方向による応力の差情報を算出することができる。 In general, stress acts in rock due to various factors. When the core is taken from the bedrock by boring, the stress on the core is released and the shape of the core is deformed. The core diameter before stress release (so-called original diameter) is called d 0 , the maximum value of the core diameter after stress release is called d max , and the minimum value is called d min . According to the core deformation method, the stress difference information depending on the direction can be calculated from the difference between the values of d max and d min .
しかしながら、コアの変形は岩盤から切り離された直後に起こるため、応力解放前のコア径d0を正確に取得することは困難であった。ここで、用いるボーリング用のコアビットの径をd0と仮定することは一般にできない。コアビット径はボーリングの過程で摩耗により変化するからである。しかも、仮にコアビット径が変化しなくとも、岩盤の種類や温度などの種々の要因によって実際のコア径d0は変動しうる。 However, since the deformation of the core occurs immediately after the core is separated from the bedrock, it is difficult to accurately obtain the core diameter d 0 before releasing the stress. Here, it is generally impossible to assume that the diameter of the core bit used for boring is d 0 . This is because the core bit diameter changes due to wear during the boring process. Moreover, even if the core bit diameter does not change, the actual core diameter d 0 may change due to various factors such as the type of rock mass and temperature.
応力解放前のコア径d0を正確に取得することができないため、従来の技術においては、絶対的な応力情報を算出することができないという問題があった。 Since the core diameter d 0 before the stress release cannot be accurately acquired, the conventional technique has a problem that absolute stress information cannot be calculated.
本発明は、前記した状況に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、コア径(原直径)d0を精度よく取得することができる技術を提供することである。本願発明の他の目的の一つは、コア変形法により応力の絶対情報を算出できる技術を提供することである。 The present invention has been made in view of the above situation. A main object of the present invention is to provide a technique capable of accurately obtaining the core diameter (original diameter) d 0 . Another object of the present invention is to provide a technique capable of calculating absolute stress information by the core deformation method.
本発明は、以下の項目に記載の発明として表現することができる。 The present invention can be expressed as the inventions described in the following items.
(項目1)
岩盤の掘削によりボーリング孔を形成する工程と、
前記ボーリング孔の底部に、深さ方向に延長されかつ水平方向に周回された外溝を形成することにより、深さ方向に延長された応力解放部を前記岩盤中に生成する工程と、
前記外溝の内側に、深さ方向に延長されかつ水平方向に周回された内溝を、前記外溝よりも深い位置まで延長して形成することにより、非膨張領域と膨張領域とを含むコアを生成する工程と、
生成された前記コアを前記ボーリング孔から採取する工程と
を備えることを特徴とするコア採取方法。
(Item 1)
A step of forming a boring hole by excavating rock,
At the bottom of the boring hole, a step of forming a stress relief portion extended in the depth direction in the rock mass by forming an outer groove extended in the depth direction and orbited in the horizontal direction,
A core including a non-expansion region and an expansion region by forming an inner groove extending in the depth direction and circling in the horizontal direction inside the outer groove to extend to a position deeper than the outer groove. To generate
Collecting the produced core from the boring hole.
(項目2)
項目1に記載のコア採取方法により採取された前記コアにおける前記非膨張領域の外径を測定することにより、コア変形法において用いられる無応力状態のコア径を取得する工程と、
前記コアにおける前記膨張領域の外径を測定することにより、コア変形法において用いられる膨張後のコア径を取得する工程と
を備えるコア径取得方法。
(Item 2)
A step of acquiring an unstressed core diameter used in the core deformation method by measuring an outer diameter of the non-expansion region in the core collected by the core collecting method according to Item 1;
Measuring the outer diameter of the expanded region of the core to acquire the expanded core diameter used in the core deformation method.
(項目3)
項目2に記載のコア径取得方法により取得された前記コア径を用いてコア変形法により前記地盤内の応力を算出する
応力算出方法。
(Item 3)
A stress calculation method for calculating stress in the ground by a core deformation method using the core diameter acquired by the core diameter acquisition method described in
本発明によれば、非膨張領域と膨張領域とを含むコアを採取することができるので、応力解放前のコア径d0を精度よく取得することが可能となる。また、この発明によれば、得られたコア径d0を用いて、応力の絶対情報を算出することも可能になる。 According to the present invention, since the core including the non-expanded region and the expanded region can be collected, it is possible to accurately obtain the core diameter d 0 before releasing the stress. Further, according to the present invention, it is possible to calculate the absolute stress information by using the obtained core diameter d 0 .
本発明の一実施形態に係るコア採取方法を、添付の図面を参照しながら説明する。まず、説明の前提として、コア変形法の基本概念を、図1を参照しながら説明する。 A core collecting method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, as a premise of the description, the basic concept of the core modification method will be described with reference to FIG.
(コア変形法の基本概念)
一般的な鉛直ボーリング孔の場合、コアの直径(d0,dmax,dmin)と、岩盤中の主応力(SHmax,Shmin,Sv)の関係は以下のようになる。
(Basic concept of core deformation method)
For typical vertical borehole, the core diameter (d 0, d max, d min) and the main stress in the rock (S Hmax, S hmin, S v) relationship is as follows.
ここに、
E:岩石のヤング率、
ν:岩石のポアソン比、
d0:コア変形法に用いられる、応力解放前のコア直径(原直径)、
dmax:応力解放後のコア直径の最大値、
dmin:応力解放後のコア直径の最小値、
SHmax:水平面内の最大応力、
Shmin:水平面内の最小応力、
Sv:鉛直方向の応力
である。
here,
E: Young's modulus of rock,
ν: Poisson's ratio of rock,
d 0 : core diameter (original diameter) before stress release used in the core deformation method,
d max : maximum value of core diameter after stress release,
d min : minimum value of core diameter after stress release,
SHmax : maximum stress in the horizontal plane,
Sh min : minimum stress in the horizontal plane,
S v : vertical stress.
コア変形法では、前記した(1)式と(2)式との差をとることにより得た次式(3)を用いて、コアの直径の差Δd(=dmax−dmin)から差応力ΔS(=SHmax−Shmin)を求めている。 In the core deformation method, the following equation (3) obtained by taking the difference between the above equations (1) and (2) is used to calculate the difference from the core diameter difference Δd (= d max −d min ). seeking stress ΔS (= S Hmax -S hmin) .
しかし、この方法では差応力しか評価することができず、SHmaxやShminの絶対値を求める場合には、他の手法で得た応力情報を援用する必要があった。絶対値を求められない原因は、応力解放される前のコアの原直径d0が未知なことにある。もしd0を求めることが可能であり、被り圧などからSvを別途求めることができれば、例えば(1)式からSHmaxの絶対値を求めることができ、さらに、その値から、従来の要領で(3)式を用いて得られる差応力を差し引くことで、Shminの絶対値を求めることができる。ここで、Δdmax=dmax−d0とし、ポアソン比の効果は二次的なので無視して(1)式を変形すると、次式(4)を得る。 However, it is not possible to only differential stress evaluation in this way, when the absolute value of S Hmax and S hmin, it is necessary to incorporate the stress information obtained in other ways. The reason why the absolute value cannot be obtained is that the original diameter d 0 of the core before the stress is released is unknown. If d 0 can be calculated and S v can be calculated separately from the overpressure, for example, the absolute value of SH max can be calculated from equation (1), and from that value, the conventional method can be used. Then , the absolute value of Sh min can be obtained by subtracting the differential stress obtained by using the equation (3). Here, assuming that Δd max = d max −d 0 and the effect of the Poisson's ratio is quadratic, the equation (1) is modified and the following equation (4) is obtained.
この関係は、(1)式からSHmaxの絶対値を求めるためには、右辺の大きさよりも十分高い精度でd0を測定する必要があることを示している。例えばSHmax=10MPa,E=10GPa,d0=100mmのとき、上式の右辺は0.1mmとなるので、SHmaxの測定値に10%の誤差を許容するならば、±0.01mm(=10μm)の精度でd0を測定する必要があることになる。しかし、この程度の直径の違いは、岩石の削れやすさ・硬さ、ビットの摩耗、あるいは地下と地表の温度差などで容易に生じてしまうと考えられるので、地表において無応力状態にある適当な岩石を掘削して得られたコアの直径をd0とするようなことはできない。コア変形法自体は従来から知られている(例えば前記した非特許文献1参照)ので、これ以上詳しい説明は省略する。 This relationship indicates that in order to obtain the absolute value of S Hmax from the equation (1), it is necessary to measure d 0 with a precision sufficiently higher than the size of the right side. For example, when S Hmax = 10 MPa, E = 10 GPa, and d 0 = 100 mm, the right side of the above equation is 0.1 mm. Therefore, if a 10% error is allowed in the measured value of S Hmax , ± 0.01 mm ( = 10 μm), it is necessary to measure d 0 . However, it is considered that such a difference in diameter easily occurs due to the easiness / hardness of rocks, the wear of bits, the temperature difference between the underground and the surface, etc. The diameter of the core obtained by excavating a rock is not d 0 . The core deformation method itself has been conventionally known (for example, refer to Non-Patent Document 1 described above), and thus detailed description thereof will be omitted.
(本実施形態におけるコア採取方法)
ついで、本実施形態におけるコア採取方法を、主に図2及び図3を参照しながら説明する。
(Core collection method in this embodiment)
Next, the core collecting method according to this embodiment will be described mainly with reference to FIGS. 2 and 3.
(ボーリング孔の形成:図2(a))
まず、岩盤1を掘削することにより、ボーリング孔2を形成する。ボーリング孔2の形成は、通常のボーリング装置により行うことができる。また、ボーリング孔2の深さに特に制約はないが、例えば101m〜103mのオーダの深さとされる。これ以上の深さのボーリング孔2を形成することも可能である。これにより、ボーリング孔2の先端部(最深部)に、底部21が形成される。
(Formation of boring holes: Fig. 2 (a))
First, the
(外溝の形成:図2(b))
ついで、ボーリング孔2の底部21に、深さ方向に延長されかつ水平方向に周回された外溝3を形成する。外溝3の形状は、横断面において円形状となっている。これにより、深さ方向に延長された円柱形状の応力解放部4を岩盤1中に生成することができる。外溝3の形成も、従来のボーリング装置により行うことができる。外溝3を形成することにより、応力解放部4においては、岩盤1に作用していた応力が解放され、実質的にほぼ無応力状態となる。ただし、後述するように、応力解放部4の下端近傍(つまり外溝3の下端近傍)においては、応力が漸次変化する部分(後述の漸移領域62)となる。
(Formation of outer groove: Fig. 2 (b))
Then, the
(内溝の形成:図2(c))
ついで、外溝3の内側に、深さ方向に延長されかつ水平方向に周回された内溝5を、外溝3よりも深い位置まで延長して形成する。内溝5の形状は、外溝3と同心の横断面円形状となっている。これにより、非膨張領域61と膨張領域63とを含む円柱状のコア6を生成することができる。また、この例では、非膨張領域61と膨張領域63との間の領域が、応力状態(膨張状態)が漸次変化する漸移領域62となっている。
(Formation of inner groove: Fig. 2 (c))
Then, the
ここで、本実施形態では、一つの内溝5を連続的に形成することによってコア6を生成しているので、掘削時のコア6の外径(いわゆるコア径)はほぼ均一であるとみなすことができる。つまり、コア6を生成するコアビットの内径には変化がないものと考えることができる。コア6の長さや径に特に制約はないが、ハンドリングの容易性などから、例えば0.5〜1mくらいとされる。
Here, in the present embodiment, since the
ここで、コア6の生成時(掘削時)の応力解放部4においては、外溝3を形成したことにより、既に応力が解放されている。したがって、応力解放部4に対応する部分のコア6である非膨張領域61においては、コア6の生成によっては膨張しない。すると、取得したコア6の非膨張領域61の外径は、コアビットの内径(膨張前の原直径であるコア径d0)を正確に表していることになる。
Here, in the
一方、コア6における膨張領域63においては、コア6の生成(つまり掘削)直前までは、岩盤1における応力が作用している状態、つまり、いわゆる原位置応力状態にあるので、掘削により応力が解放されてコアが膨張することになる。
On the other hand, in the
(コアの採取:図2(d))
ついで、前記のようにして生成されたコア6をボーリング孔2から採取する。この採取は、従来のボーリング装置により行うことができる。例えば、内溝5の先端からコア6を適宜な手法で切り取ることにより、コア6の採取が可能である。ただし、コア6をボーリング孔2から取り出す手法は特に制約されない。
(Core collection: Fig. 2 (d))
Then, the
得られたコア6の膨張領域63の外径を測定することにより、膨張後のコア径dmax及びdminを得ることができる。また、得られたコア6の非膨張領域61の外径を測定することにより、正確なコア径d0を得ることができる。
By measuring the outer diameter of the
したがって本実施形態によれば、正確に測定したd0,dmax及びdminを用いることにより、従来はできなかった応力の絶対情報の算出を、コア変形法を用いて行うことができるという利点がある。例えば、本実施形態によれば、得られたコア径d0を用いて、SHmaxやShminの絶対的な値を算出することができる。 Therefore, according to the present embodiment, by using the accurately measured d 0 , d max and d min , it is possible to calculate the absolute information of the stress, which was not possible in the past, by using the core deformation method. There is. For example, according to this embodiment, by using a core diameter d 0 obtained, it is possible to calculate the absolute value of S Hmax and S hmin.
なお、漸移領域62においては、膨張状態が漸次的に変化しているので、そのような部分は測定の対象から除外する。コアにおける各領域61〜63の特定は、外溝3や内溝5の深さに基づいて、あるいはコア直径の変化状態などに基づいて、作業者が適宜に行うことができる。
Note that, in the
なお、一般に、コア6の長さは、岩盤1の分布長さ(深さ)に比較して十分に短いので、コア6の掘削範囲においては岩盤1の状態は一様であるとみなすことができる。仮にコア6の掘削範囲において岩盤1の状態が変化するような状況下では、コア変形法の適用は難しい。
In addition, in general, the length of the
また、応力解放部4における深さ(つまり外溝3の深さ)と応力解放部4の直径(つまり外溝3の直径)との比は、1:1〜2:1の範囲であることが好ましい。応力解放部4における深さが1:1よりも浅くなると、漸移領域62が占める割合が大きくなり、得られた測定値の信頼性が低下する可能性がある。一方、応力解放部4における深さが2:1よりも深くなると、応力解放部4が長くなるため、内溝5の掘削時に応力解放部4の形状が保持しにくくなる(つまり掘削途中で崩れる)可能性が増大する。そこで、応力解放部4における深さと応力解放部4の直径との比を1:1〜2:1の範囲とすることにより、これらの問題を避けながらコア6を採取できる。
Further, the ratio of the depth in the stress releasing portion 4 (that is, the depth of the outer groove 3) and the diameter of the stress releasing portion 4 (that is, the diameter of the outer groove 3) is in the range of 1: 1 to 2: 1. Is preferred. When the depth in the
(ボーリング装置の具体例)
次に、図3をさらに参照して、本実施形態のコア採取方法に用いられるボーリング装置の一例を説明する。この例では、内溝5をボーリング装置7により生成する。このボーリング装置7は、回転駆動されるボーリングロッド71と、このボーリングロッド71の先端に取り付けられたコアバーレル72と、このコアバーレル72の先端(下端)に取り付けられたコアビット73とを備えている。このボーリング装置7によれば、ボーリングロッド71を回転させることによりコアビット73を軸回りに回転させ、岩盤1を掘削することができる。また、岩盤1から適宜な手法で切り離されたコア6を、コアバーレル72内のインナーチューブ(図示せず)に収納して回収することができる。
(Specific examples of boring equipment)
Next, with further reference to FIG. 3, an example of the boring device used in the core collecting method of the present embodiment will be described. In this example, the
このようなボーリング装置7としては、従来と同様の装置を用いることができるので、これ以上詳しい説明は省略する。
As such a
外溝3の形成は、大きな径のコアビットを持つ同様のボーリング装置により実施できる。
The
なお、前記実施形態の記載は単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるものであれば、上記に限らない。 It should be noted that the above description of the embodiment is merely an example, and does not show an essential configuration of the present invention. The configuration of each part is not limited to the above as long as the object of the present invention can be achieved.
例えば、前記した実施形態では、岩盤1を鉛直方向に掘削することを前提にしたが、岩盤の掘削方向は、鉛直方向には制約されず、鉛直方向から傾いた方向であってもよい。水平方向への掘削も可能である。このような場合、前記した深さ方向とは、地表面に対する深さ方向ではなく、掘削方向に沿った深さ方向(つまり掘削方向前方の方向)として解釈される。 For example, in the above-described embodiment, it is assumed that the rock mass 1 is excavated in the vertical direction, but the excavation direction of the rock mass is not limited to the vertical direction and may be a direction inclined from the vertical direction. It is also possible to drill horizontally. In such a case, the aforementioned depth direction is not interpreted as a depth direction with respect to the ground surface, but as a depth direction along the excavation direction (that is, a direction forward of the excavation direction).
1 岩盤
2 ボーリング孔
21 底部
3 外溝
4 応力解放部
5 内溝
6 コア
61 非膨張領域
62 漸移領域
63 膨張領域
7 ボーリング装置
71 ボーリングロッド
72 コアバーレル
73 コアビット
1
Claims (3)
前記ボーリング孔の底部に、深さ方向に延長されかつ水平方向に周回された外溝を形成することにより、深さ方向に延長された応力解放部を前記岩盤中に生成する工程と、
前記外溝の内側に、深さ方向に延長されかつ水平方向に周回された内溝を、前記外溝よりも深い位置まで延長して形成することにより、非膨張領域と膨張領域とを含むコアを生成する工程と、
生成された前記コアを前記ボーリング孔から採取する工程と
を備えることを特徴とするコア採取方法。 A step of forming a boring hole by excavating rock,
At the bottom of the boring hole, a step of forming a stress relief portion extended in the depth direction in the rock mass by forming an outer groove extended in the depth direction and orbited in the horizontal direction,
A core including a non-expansion region and an expansion region by forming an inner groove extending in the depth direction and circling in the horizontal direction inside the outer groove to extend to a position deeper than the outer groove. To generate
Collecting the produced core from the boring hole.
前記コアにおける前記膨張領域の外径を測定することにより、コア変形法において用いられる膨張後のコア径を取得する工程と
を備えるコア径取得方法。 Obtaining a core diameter in a stress-free state used in the core deformation method by measuring an outer diameter of the non-expansion region in the core collected by the core collecting method according to claim 1.
Measuring the outer diameter of the expanded region of the core to acquire the expanded core diameter used in the core deformation method.
応力算出方法。 A stress calculation method for calculating a stress in the ground by a core deformation method using the core diameter acquired by the core diameter acquisition method according to claim 2.
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