JP2899699B1 - 岩盤の損傷度診断方法 - Google Patents

岩盤の損傷度診断方法

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JP2899699B1
JP2899699B1 JP10163256A JP16325698A JP2899699B1 JP 2899699 B1 JP2899699 B1 JP 2899699B1 JP 10163256 A JP10163256 A JP 10163256A JP 16325698 A JP16325698 A JP 16325698A JP 2899699 B1 JP2899699 B1 JP 2899699B1
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政宏 瀬戸
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工業技術院長
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Abstract

【要約】 【課題】 多数の装置や複雑な設備、それらを設置する
ための多大の労力や経費を必要とせず簡単な装置及び操
作で、しかも迅速に岩盤損傷度を測定することができ、
連続的な損傷度の監視を行うことができる方法を提供す
る。 【解決手段】 岩盤中において発生するアコースティッ
ク・エミッション(Acoustic Emissio
n)について、低周波域フィルターを通過したリングダ
ウンカウントレートAE(L)と、高周波域フィルター
を通過したリングダウンカウントレートAE(H)を計
測し、これらの数値から、式 【数1】 によりAE特性パラメータFを算出し、このFの変化を
連続的に追跡して岩盤の損傷度を診断する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アコースティック
・エミッション(以下AEと略す)を利用して、岩盤の
損傷度を診断する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】AEは、物理的な荷重を印加された材料
が変形したり、内部で亀裂が発生する際、それまで蓄え
られていた歪みエネルギーが解放されて音として伝播し
ていく現象である。ところで、岩盤を機械掘削したり発
破で破壊すると、その掘削や発破により破壊された領域
の周囲も損傷を受けるが、この損傷を定量的に知ること
は、その後の作業計画において重要である。そのためA
Eセンサーを利用して地山の崩壊を予知したり、崩壊位
置を標定することが行われている。
【0003】例えば、地山内又は地山貫入部材に配設し
たAEセンサーとこのセンサーに接続されたAE電気信
号の計数回路と、この計数回路のカウントデータを入
力、解析して地山崩壊を予測するコンピューターで構成
された地山崩壊予知装置を用いる方法(特開平2−24
521号公報)、両端部にAEセンサーを取り付けたウ
エーブガイドを崩壊が予想される地中に埋設し、前記の
両センサーによってAE現象を検出し、両者の時間差と
前記ウエーブガイドを伝わる音速とを計測することによ
って崩壊位置を検知する地盤の崩壊位置標定方法(特開
平2−190520号公報)、地山の内部崩壊挙動に伴
って発生するAE音を捕捉し、電気信号に変換して計
測、解析する際に、発生要因の異なるAE信号のグルー
プ化を行い、各グループの代表的なAE信号の発生数の
変化から、地山内部の破壊現象を推定する方法(特開平
5−112923号公報)、両端にAEセンサーを取り
付けたウエーブガイドを、予測される滑り面をまたいで
地山に設置して地盤内に発生するAE波の計測を行い、
前記両端AEセンサーに到達したデータより位置標定が
できているデータを選び、位置標定がなされた個々のA
E波形特性について調べ、同一AE発生源からのAE波
と判定された位置標定結果だけを評価データとして用い
て斜面崩壊位置の標定を行う方法(特開平6−8874
4号公報)などがこれまでに提案されている。
【0004】しかしながら、これらの方法はいずれも、
崩壊が予想される岩盤又はその周囲に多数のAEセンサ
ーを配置し、それらによって得られる情報を解析して、
損傷度の測定や崩壊位置の検知を行うものであるため、
多数の装置や複雑な設備、それらを設置するための多大
の労力や経費を必要とする上に、解析に長時間を要し、
時々刻々変化する岩盤の損傷度を追跡することがむずか
しいという欠点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、多数の装置
や複雑な設備、それらを設置するための多大の労力や経
費を必要とせず簡単な装置及び操作で、しかも迅速に岩
盤損傷度を測定することができ、連続的な損傷度の監視
を行うことができる方法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、AE現象
を利用して、簡単かつ迅速に岩盤損傷度を測定する方法
を開発するために鋭意研究を重ねた結果、岩盤からコア
サンプルを採取し、それについて刻々と変化するAE信
号の周波数成分を連続的に解析し、それに基づいてAE
特性パラメータ(F)を算出し、この変化を連続的に追
跡することにより岩盤の損傷度を診断しうることを見出
し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【0007】すなわち、本発明は、岩盤中において発生
するアコースティック・エミッション(Acousti
c Emission)について、低周波域フィルター
を通過したリングダウンカウントレートAE(L)と、
高周波域フィルターを通過したリングダウンカウントレ
ートAE(H)を計測し、これらの数値から、式
【数2】 によりAE特性パラメータFを算出し、このFの変化を
連続的に追跡することを特徴とする、岩盤の損傷度診断
方法を提供するものである。
【0008】ここで、リングダウンカウントレートと
は、検出されたAE波形の瞬時値が、あるしきい値を越
える回数をすべて計数したときのパラメータであり、A
E信号波形の振幅が大きく、波動の減衰が遅く、高周波
部分が多いほど、1つのAE現象を何回も計数すること
になる。図1は、それの説明図であり、波形Wが所定の
しきい値Cを越えた場合のa1,a2,a3,a4が計数さ
れ、単位時間当りの発生率又は発生総数として表わされ
る。
【0009】
【発明の実施の形態】次に、添付図面に従って、本発明
方法をさらに詳細に説明する。図2は、AEのリングダ
ウンカウントレートの計測、解析を行うシステムの例の
構成図であって、この例においては、2個のAEセンサ
ー1,1とプリアンプ2,2とフィルター3,3及びそ
れに接続した1個の信号解析装置(Signal Co
nditioner)4、最大振幅検出器(Peak
Detecter)6、振幅分布解析装置(Distr
ibution Analyzer)7とから構成され
る。そして、このセンサー1,1で検出されたAE信号
はプリアンプ2,2で例えば40dB増幅され、次いで
信号解析装置4でさらに40dB増幅される。このよう
に合計80dB増幅されたAE信号の計数をカウンター
5でリングダウンカウントして振幅分布を求め、コンピ
ュータ8で処理してフロッピーディスク9に記録する。
前記の振幅分布解析装置7は、個々のAE現象をその最
大振幅によって100段階まで分類し、各々の段階の振
動を有する現象の頻度を計数する性能を有している。
【0010】本発明方法においては、このようにして計
測されるAEの相対的変化を連続的に追跡するために、
低周波域フィルターと高周波域フィルターを通過させて
リングダウンカウントする必要があるが、例えば低周波
域として1〜5kHzの範囲と高周波域として10〜3
0kHzの範囲との組合せや、低周波域として10〜5
0kHzの範囲と高周波域として100〜300kHz
の範囲の組合せが選ばれる。このような周波数範囲は測
定対象物に応じて任意に設定することができる。
【0011】ところで、岩盤の破壊過程でのAE発生率
(リングダウンカウントレート)の変化パターンには、
応力の上昇に伴ってAE発生率が増加し、約80〜85
%破壊応力で急激に増大したのち、破壊に至るパターン
と応力レベルの上昇と必ずしも対応せず、断層や破砕帯
の影響によって低レベルにおいても激しくAEが発生
し、AEの発生率が増減を繰り返したのち、破壊に至る
パターンの2通りのパターンが存在する。しかしなが
ら、本発明方法に従い、AE特性パラメータFを用い、
このものを連続的に計算して追跡すれば、計測されたA
Eの周波数成分の相対的変化は応力レベルの上昇に非常
によく対応し、AE発生率(リングダウンカウントレー
ト)の変化が増減を繰り返すパターンにおいても非常に
よく対応して変化するので、いずれの破壊過程のパター
ンにも有効に利用することができる。
【0012】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。
【0013】実施例 砂岩層から採取した2種のコアサンプルを角柱状(30
×30×60mm)に成形し、端面の平行度を±0.0
2mm以内になるように仕上げたものを試料として用い
た。この試料について、サーボ制御式材料試験機(島津
製作所製、サーボパルサーEHS−75型、最大容量7
5トン)を用いて荷重速度を一定にして圧縮荷重を印加
し、発生するAEを、図2に示す計測システムで測定し
た。載荷過程における岩石のひずみ量は、90°クロス
型ひずみゲージ(有効グリッド10.0×3.0mm)
を試料の各側面の中心に1枚ずつ、計4枚貼り付け、載
荷方向とそれに垂直な方向のひずみを計測した。この際
の、軸ひずみ量(εA)と横ひずみ量(εL)は測定さ
れた4点のひずみ値の平均値として求めた。また、体積
ひずみ(εV)は、軸ひずみと横ひずみの値から式 εV=εA+2・εL を用いて計算して求めた。このようにして載荷した試料
を、共振周波数90kHzと300kHzの圧電型セン
サーにより測定し、AEセンサーの出力をプリアンプで
40dB増幅後、フィルターを経て信号解析装置に送ら
れ、ここで35〜40dB増幅し、しきい値を越えるA
Eのイベント数をカウンターで計測した。2種の砂岩試
料についての、最終破壊に至るまでの応力−ひずみ−A
E発生率−AEの周波数成分の相対的変化の関係を図3
及び図4に示す。これらの図に示したAE発生率は30
秒当りのリングダウンカウントレートであり、AEの周
波数範囲は100〜300kHzで、低周波域フィルタ
ーは10〜50kHz、高周波域フィルターは100〜
300kHz、AEの増幅度は80dB、しきい値は1
ボルトであった。各図の左側には、AE特性パラメータ
Fと荷重レベルとの関係が示されている。これから分る
ように、荷重レベルが上昇するに従ってFの値が増加し
ており、破壊荷重の約80%付近から急激に上昇して破
壊に至っている。すなわち、荷重レベルの増加に伴って
検出されるAEの低周波成分が相対的に増加し、破壊荷
重の80%付近から特にその増加傾向が顕著になる。こ
れは、2種の岩石に共通の傾向である。このことから、
本発明方法が岩盤中で発生する破壊過程の変化を追跡す
る簡便な手段であることが分る。
【0014】
【発明の効果】本発明方法によれば、高価な装置を必要
とせずに、単純なAE計測システムを用いることによ
り、安価かつ連続的に、正確に周波数成分の変化を追跡
することができ、これによって岩盤の安定性を監視する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 リングダウンカウントレートの説明図。
【図2】 本発明方法におけるAE計測システムの構成
図。
【図3】 実施例で得た岩石の1例の応力−ひずみ−A
E発生率−AE周波数成分の関係を示すグラフ。
【図4】 実施例で得た岩石の図3とは異なる例の応力
−ひずみ−AE発生率−AE周波数成分の関係を示すグ
ラフ。
【符号の説明】
1 AEセンサー 2 プリアンプ 3 フィルター 4 信号解析装置 5 カウンター 6 最大振幅検出器 7 振幅分布解析装置 8 コンピュータ 9 フロッピーディスク

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 岩盤中において発生するアコースティッ
    ク・エミッション(Acoustic Emissio
    n)について、低周波域フィルターを通過したリングダ
    ウンカウントレートAE(L)と、高周波域フィルター
    を通過したリングダウンカウントレートAE(H)を計
    測し、これらの数値から、式 【数1】 によりAE特性パラメータFを算出し、このFの変化を
    連続的に追跡することを特徴とする、岩盤の損傷度診断
    方法。
JP10163256A 1998-06-11 1998-06-11 岩盤の損傷度診断方法 Expired - Lifetime JP2899699B1 (ja)

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