JP2784361B2 - ボアホールによる地山応力の測定方法 - Google Patents
ボアホールによる地山応力の測定方法Info
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- JP2784361B2 JP2784361B2 JP19978689A JP19978689A JP2784361B2 JP 2784361 B2 JP2784361 B2 JP 2784361B2 JP 19978689 A JP19978689 A JP 19978689A JP 19978689 A JP19978689 A JP 19978689A JP 2784361 B2 JP2784361 B2 JP 2784361B2
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水圧破砕の機構を利用して、唯１本のボア
ホールにおける水圧破砕試験から地山の応力を三次元的
に測定するようにした測定方法に関する。
ホールにおける水圧破砕試験から地山の応力を三次元的
に測定するようにした測定方法に関する。
一般に、岩盤の応力を測定する方法としては、岩盤に
作用している応力場を解放して、それに対応した岩盤の
挙動を測定して応力を決定する方法と、ボアホールの孔
壁を強制的に破壊させる方法などが知られている。
作用している応力場を解放して、それに対応した岩盤の
挙動を測定して応力を決定する方法と、ボアホールの孔
壁を強制的に破壊させる方法などが知られている。
上記の内、前者の方法としては、孔壁ひずみ法あるい
は孔底ひずみ法などがあり、唯１本のボアホールにおけ
る１回の測定によって完全なる三次元応力を決定できる
ものもあるが、この測定方法は、一般に鉛直ボアホール
の場合は、測定深度が制限される他、水没したボアホー
ルには適用が困難である等の問題があった。
は孔底ひずみ法などがあり、唯１本のボアホールにおけ
る１回の測定によって完全なる三次元応力を決定できる
ものもあるが、この測定方法は、一般に鉛直ボアホール
の場合は、測定深度が制限される他、水没したボアホー
ルには適用が困難である等の問題があった。
また後者の方法としては、水圧破砕法とスリーブフラ
クチャリング法などがある。これらの方法は、いずれも
前者と比べると近接点から相当深い所での測定が可能
で、また破壊条件を観測方程式として用いるので応力評
価に岩盤の弾性定数を必要とせず、直接に応力を測定で
きるという長所を有している反面、直接得られるデータ
は、通常ボアホール軸と直交する平面内の所謂二次元応
力に関するものであるために、唯１本のボアホールにお
ける破砕試験から三次元応力を決定することは困難であ
った。これは、破砕によって誘起される亀裂の方向が、
殆どの場合、ボアホール軸方向の縦亀裂となるために、
測定されるデータの感度がボアホール軸の方向によって
規制されてしまうからである。また破砕によってボアホ
ール軸と交差する横亀裂が生ずる場合、この亀裂は殆ど
が天然の既存亀裂が開口したものであるから、この場合
には既存の天然亀裂に作用する応力成分が測定されるに
過ぎない。
クチャリング法などがある。これらの方法は、いずれも
前者と比べると近接点から相当深い所での測定が可能
で、また破壊条件を観測方程式として用いるので応力評
価に岩盤の弾性定数を必要とせず、直接に応力を測定で
きるという長所を有している反面、直接得られるデータ
は、通常ボアホール軸と直交する平面内の所謂二次元応
力に関するものであるために、唯１本のボアホールにお
ける破砕試験から三次元応力を決定することは困難であ
った。これは、破砕によって誘起される亀裂の方向が、
殆どの場合、ボアホール軸方向の縦亀裂となるために、
測定されるデータの感度がボアホール軸の方向によって
規制されてしまうからである。また破砕によってボアホ
ール軸と交差する横亀裂が生ずる場合、この亀裂は殆ど
が天然の既存亀裂が開口したものであるから、この場合
には既存の天然亀裂に作用する応力成分が測定されるに
過ぎない。
以上のような問題点を克服するために、現在は方向余
弦の大きく異なる複数のボアホール内で破砕試験を行
い、完全な三次元岩盤応力を測定している。しかし、複
数の大深度のボアホールを掘削することは、経済上許さ
れないことが多い。また破砕区間のボアホール孔壁にノ
ッチを形成し、縦亀裂ではなくノッチ先端から岩盤内部
に人工亀裂を造成し、最小主応力の値と方向を求めよう
とする方法も考案された。しかし岩盤内部に進展した亀
裂の方位は容易に決定できないという欠点があった。
弦の大きく異なる複数のボアホール内で破砕試験を行
い、完全な三次元岩盤応力を測定している。しかし、複
数の大深度のボアホールを掘削することは、経済上許さ
れないことが多い。また破砕区間のボアホール孔壁にノ
ッチを形成し、縦亀裂ではなくノッチ先端から岩盤内部
に人工亀裂を造成し、最小主応力の値と方向を求めよう
とする方法も考案された。しかし岩盤内部に進展した亀
裂の方位は容易に決定できないという欠点があった。
本発明者らは、無限弾性体内の球孔が内圧を受ければ
必ず最小主応力と直交する平面内で破砕される点に着目
し、この原理を水圧破砕法による応力測定法に適用して
唯１本のボアホールにおける数回の水圧破砕試験から完
全な三次元応力を正確に測定するようにしたものであ
る。即ち、ボアホール孔底を球状に研磨し、該ボアホー
ルの中間部における孔壁セクションを選定して、該部孔
壁の水圧破砕前後の亀裂の走向、傾斜を型採りする採型
工程と、上記球状孔底に近接してシングルパッカーをセ
ットし、該孔底を水圧破砕して新たな亀裂を発生させる
破砕工程と、その水圧を経時的に測定する水圧測定工程
と、更に上記破砕により生じた亀裂を型採りして、亀裂
の走向、傾斜を計測する採型工程とから得られた数値を
連立方程式に代入して、地山応力を三次元的に測定する
という手段を用いた。
必ず最小主応力と直交する平面内で破砕される点に着目
し、この原理を水圧破砕法による応力測定法に適用して
唯１本のボアホールにおける数回の水圧破砕試験から完
全な三次元応力を正確に測定するようにしたものであ
る。即ち、ボアホール孔底を球状に研磨し、該ボアホー
ルの中間部における孔壁セクションを選定して、該部孔
壁の水圧破砕前後の亀裂の走向、傾斜を型採りする採型
工程と、上記球状孔底に近接してシングルパッカーをセ
ットし、該孔底を水圧破砕して新たな亀裂を発生させる
破砕工程と、その水圧を経時的に測定する水圧測定工程
と、更に上記破砕により生じた亀裂を型採りして、亀裂
の走向、傾斜を計測する採型工程とから得られた数値を
連立方程式に代入して、地山応力を三次元的に測定する
という手段を用いた。
本発明は、球状に研磨した孔底で水圧破砕試験を行う
ことで、最小主応力の方位と大きさを直接測定し、更に
ボアホール中間部の孔壁における水圧破砕試験の結果か
ら、唯１本のボアホール内で２種類のタイプの人工亀裂
を簡便に造成し、完全なる三次元応力状態の測定を可能
にするという作用を有する。
ことで、最小主応力の方位と大きさを直接測定し、更に
ボアホール中間部の孔壁における水圧破砕試験の結果か
ら、唯１本のボアホール内で２種類のタイプの人工亀裂
を簡便に造成し、完全なる三次元応力状態の測定を可能
にするという作用を有する。
以下、本発明の構成を一つ実施例に従って具体的に述
べる。第１図は水圧による孔壁破砕器であって、この装
置は、例えば１本の高圧ホース１を介して孔外のポンプ
に接続し、吐出口６の上下両側に、硬質ゴム等からなる
膨縮可能なパッカー５・５を備えている。尚、吐出口６
における圧力変化は、該破砕器真上の圧力変換器３で測
定され、電気ケーブル２を通して地表のコンピュータ、
記録計などの地上計器類（図示せず）に記録される。ま
た４は上記高圧ホース１から送られる流体の流路を、吐
出口６とパッカー５に切換えるバルブである。
べる。第１図は水圧による孔壁破砕器であって、この装
置は、例えば１本の高圧ホース１を介して孔外のポンプ
に接続し、吐出口６の上下両側に、硬質ゴム等からなる
膨縮可能なパッカー５・５を備えている。尚、吐出口６
における圧力変化は、該破砕器真上の圧力変換器３で測
定され、電気ケーブル２を通して地表のコンピュータ、
記録計などの地上計器類（図示せず）に記録される。ま
た４は上記高圧ホース１から送られる流体の流路を、吐
出口６とパッカー５に切換えるバルブである。
第２図は孔底に水圧をかけて破砕するための孔底破砕
器である。吐出口６′はパッカー５′下端に開口されて
いる。
器である。吐出口６′はパッカー５′下端に開口されて
いる。
又、第３図（ａ）（ｂ）は、水圧によって膨縮可能な
筒状の硬質ゴム部７を備えた型採り器であって、その
（ａ）は孔壁用、又（ｂ）は孔底用の型採り器を示す。
この装置は、何れも上記硬質ゴム部７の外周面に熱収縮
性と熱可塑性を有するプラスチックチューブ８を被着
し、使用時に該チューブ８を加熱収縮させると同時に可
塑性を付与せしめて、所定の壁面に強く押し当てること
により、破砕前後におけるボアホール壁面の亀裂状態を
可塑性チューブ８の表面に写しとり、孔井方位傾斜儀計
の読みから、それらの方位等を決定するために使用す
る。
筒状の硬質ゴム部７を備えた型採り器であって、その
（ａ）は孔壁用、又（ｂ）は孔底用の型採り器を示す。
この装置は、何れも上記硬質ゴム部７の外周面に熱収縮
性と熱可塑性を有するプラスチックチューブ８を被着
し、使用時に該チューブ８を加熱収縮させると同時に可
塑性を付与せしめて、所定の壁面に強く押し当てること
により、破砕前後におけるボアホール壁面の亀裂状態を
可塑性チューブ８の表面に写しとり、孔井方位傾斜儀計
の読みから、それらの方位等を決定するために使用す
る。
更に第４図はボアホール孔底を球状に研磨、整形する
ためのコンベックスビットである。
ためのコンベックスビットである。
さて、上記装置を使用した本発明方法を工程別に具体
的に説明する。
的に説明する。
孔底の研磨工程 通常のダイヤモンドビットを用いてボーリングを行っ
た後、第４図に示したコンベックスビットによってボア
ホールの孔底面を球状に研磨する。
た後、第４図に示したコンベックスビットによってボア
ホールの孔底面を球状に研磨する。
孔壁の水圧破砕工程と採型工程 ボーリングコアによる柱状図などのロギングデータか
ら天然亀裂の少ないセクションを選定し、まず第１図に
示した孔壁破砕器を用いてリークテストを行い、次に第
３図（ａ）に示した孔壁用の型採り器によって、水圧破
砕前の孔壁の型採りを行う（破砕前の採型工程）。尚こ
のリークテストと破砕前の型採りは、岩盤良好で天然亀
裂を殆ど含まない場合は省略することができる。選定さ
れた孔壁セクションに再び第１図に示した孔壁用の水圧
破砕器をセットし、まずパッカー５を膨張させて密閉区
間を形成する。次に、吐出口６から高圧の流体を圧入し
て新しい人工亀裂を発生させ、その亀裂の走行、傾斜を
前出の孔壁用型採り器によって計測する（破砕後の採型
工程）。このときの孔壁セクションにおける圧力変化等
は、地上計器類のコンピュータに入力され、記憶され
る。
ら天然亀裂の少ないセクションを選定し、まず第１図に
示した孔壁破砕器を用いてリークテストを行い、次に第
３図（ａ）に示した孔壁用の型採り器によって、水圧破
砕前の孔壁の型採りを行う（破砕前の採型工程）。尚こ
のリークテストと破砕前の型採りは、岩盤良好で天然亀
裂を殆ど含まない場合は省略することができる。選定さ
れた孔壁セクションに再び第１図に示した孔壁用の水圧
破砕器をセットし、まずパッカー５を膨張させて密閉区
間を形成する。次に、吐出口６から高圧の流体を圧入し
て新しい人工亀裂を発生させ、その亀裂の走行、傾斜を
前出の孔壁用型採り器によって計測する（破砕後の採型
工程）。このときの孔壁セクションにおける圧力変化等
は、地上計器類のコンピュータに入力され、記憶され
る。
上述の水圧破砕によって得られた人工亀裂は、その殆
どがボアホール軸方向を含む縦亀裂となり、この時、測
定される圧力Psi、Psbiと岩盤応力の間には次式が成り
立つ。
どがボアホール軸方向を含む縦亀裂となり、この時、測
定される圧力Psi、Psbiと岩盤応力の間には次式が成り
立つ。
Pxi（σ1,σ2,σ3,αo,φo,β）＝3Psi−Psbi Pyi（σ1,σ2,σ3,αo,φo,β）＝Psi …（１） Pxyi（σ1,σ2,σ3,αo,φo,β）＝０ ここで、 Pxi:ボアホールセクションｉにおいて、縦亀裂が生じた
方向の応力成分。
方向の応力成分。
Pyi:亀裂と直交する法線方向の応力。
Pxyi:亀裂面のせん断応力成分。
σ1,σ2,σ3:岩盤内の最大、中間、最小主応力。
αo,φo:最小主応力の方位。
β：最大主応力の方位。
Psi:ボアホールセクションｉにおいて生じた縦亀裂と直
交する応力成分と釣合う水圧。
交する応力成分と釣合う水圧。
Psbi:生じた亀裂を孔壁において再開するときの圧力。
孔底の破砕工程と採型工程 次に、球状孔底に近接して第２図の孔底用の水圧破砕
器をセットし、孔底の破砕を行う。球状孔底で生じた亀
裂は、ボアホールが存在するという影響を殆ど受けずに
球状の壁面から岩盤内部に向かって、最小主応力と直交
する方向に進展する。
器をセットし、孔底の破砕を行う。球状孔底で生じた亀
裂は、ボアホールが存在するという影響を殆ど受けずに
球状の壁面から岩盤内部に向かって、最小主応力と直交
する方向に進展する。
孔底に亀裂が発生した後、流体の圧送を停止して地表
のバルブを閉じると、亀裂内部の流体圧は、亀裂面と直
交する応力成分、即ち最小主応力成分σ３とバランス
し、その方位αo,φｏは第３図（ｂ）に示す孔底用の型
採り器によって測定することができる（孔底の採型工
程）。
のバルブを閉じると、亀裂内部の流体圧は、亀裂面と直
交する応力成分、即ち最小主応力成分σ３とバランス
し、その方位αo,φｏは第３図（ｂ）に示す孔底用の型
採り器によって測定することができる（孔底の採型工
程）。
計算処理 以上の工程によって必要な測定値・計測値が得られる
ので、上記（１）式中の未知数は３個だけとなり、その
観測方程式は次のように書き表される。
ので、上記（１）式中の未知数は３個だけとなり、その
観測方程式は次のように書き表される。
Pxi（σ1,σ2,β）＝3Psi−Psbi Pyi（σ1,σ2,β）＝Psi ……（２） Pxyi（σ1,σ2,β）＝０ （２）式は未知数がσ1,σ2,βの３つであり、方程式の
数が３つであるので解くことができる。
数が３つであるので解くことができる。
従ってσ1,σ2,β，σ3,αo,φｏが決定され、完全な
三次元応力状態が算定される。より多くの試験を行え
ば、３つ以上の観測方程式が得られるので、最小２乗法
によって三次元応力成分の最確値を求めることができ
る。なお、球状孔底に生じた亀裂の方位は、一連の試験
が終了してから更に孔底より掘り進み、試験をより深部
で実施するとき、ボアホール壁面上の亀裂として第３図
（ａ）に示した孔壁用の型採り器によっても測定するこ
とができる。
三次元応力状態が算定される。より多くの試験を行え
ば、３つ以上の観測方程式が得られるので、最小２乗法
によって三次元応力成分の最確値を求めることができ
る。なお、球状孔底に生じた亀裂の方位は、一連の試験
が終了してから更に孔底より掘り進み、試験をより深部
で実施するとき、ボアホール壁面上の亀裂として第３図
（ａ）に示した孔壁用の型採り器によっても測定するこ
とができる。
以上詳述した通り、本発明は球状に成形、研磨した孔
底で水圧破砕試験を行うことで、最小主応力の方位と大
きさを直接測定し、更にボアホール中間部の孔壁におけ
る水圧破砕試験の結果から、唯一１本のボアホール内で
２種類のタイプの人工亀裂を簡便に造成し、完全なる三
次元応力状態を測定し得るという顕著な効果を有する。
底で水圧破砕試験を行うことで、最小主応力の方位と大
きさを直接測定し、更にボアホール中間部の孔壁におけ
る水圧破砕試験の結果から、唯一１本のボアホール内で
２種類のタイプの人工亀裂を簡便に造成し、完全なる三
次元応力状態を測定し得るという顕著な効果を有する。
図は本発明方法に使用される機器の一例をそれぞれ正面
図で示すもので、第１図は孔壁用の水圧破砕器、第２図
は孔底用の水圧破砕器、第３図は型採り器であって、そ
の（ａ）は孔壁用、（ｂ）は孔底用のもの、又第４図は
孔底研磨用のコンベックスビットの斜視図である。 尚、図中１……高圧ホース、２……電気ケーブル、３…
…圧力変換器、４……水路切換えバルブ、５・５′……
パッカー、６・６′……吐出口、７……型採り器におけ
る膨縮可能な硬質ゴム部、８……可塑性プラスチックチ
ューブ。
図で示すもので、第１図は孔壁用の水圧破砕器、第２図
は孔底用の水圧破砕器、第３図は型採り器であって、そ
の（ａ）は孔壁用、（ｂ）は孔底用のもの、又第４図は
孔底研磨用のコンベックスビットの斜視図である。 尚、図中１……高圧ホース、２……電気ケーブル、３…
…圧力変換器、４……水路切換えバルブ、５・５′……
パッカー、６・６′……吐出口、７……型採り器におけ
る膨縮可能な硬質ゴム部、８……可塑性プラスチックチ
ューブ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−185218（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−195105（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−237334（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−156817（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】ボアホールの孔底をコンベックスビット等
で球状に研磨、整形する研磨工程と、該ボアホールの中
間部孔壁セクションを選定して、該部孔壁を孔壁破砕器
により水圧破壊する破砕工程と、少なくとも水圧破砕後
の亀裂の走向、傾斜を孔壁用型採り器で計測する採型工
程と、上記球状孔底に近接してを孔底用型採り器をセッ
トし、該孔底を水圧破砕して新たな亀裂を発生させる破
砕工程と、その水圧を経時的に測定する水圧測定工程
と、更に上記破砕によって生じた亀裂の走向、傾斜を孔
底用型採り器によって計測する採型工程とからなり、上
記各工程で得られた測定・計測値を、予め準備された観
測方程式に代入して、三次元応力を計算上求めるように
したボアホールによる地山応力の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19978689A JP2784361B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | ボアホールによる地山応力の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19978689A JP2784361B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | ボアホールによる地山応力の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0363388A JPH0363388A (ja) | 1991-03-19 |
| JP2784361B2 true JP2784361B2 (ja) | 1998-08-06 |
Family
ID=16413588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19978689A Expired - Fee Related JP2784361B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | ボアホールによる地山応力の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2784361B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107830960B (zh) * | 2017-12-06 | 2018-10-30 | 中国地质科学院地质力学研究所 | 一种水压致裂封隔器装置 |
| CN110925020A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-03-27 | 华北科技学院 | 一种煤矿大巷区域冲击地压多参量监测装置及方法 |
| CN112459837B (zh) * | 2020-12-14 | 2022-11-04 | 中铁第一勘察设计院集团有限公司 | 铁路隧道深孔水压致裂法地应力测点布置方法 |
| CN115355782B (zh) * | 2022-09-21 | 2023-05-12 | 中国矿业大学 | 一种超深孔爆破裂纹扩展轨迹确定方法 |
-
1989
- 1989-07-31 JP JP19978689A patent/JP2784361B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0363388A (ja) | 1991-03-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |