JP3054709B2 - 地山損傷度測定方法 - Google Patents

地山損傷度測定方法

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JP3054709B2
JP3054709B2 JP11136070A JP13607099A JP3054709B2 JP 3054709 B2 JP3054709 B2 JP 3054709B2 JP 11136070 A JP11136070 A JP 11136070A JP 13607099 A JP13607099 A JP 13607099A JP 3054709 B2 JP3054709 B2 JP 3054709B2
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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、地山の
損傷度を簡単に測定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、地山岩石や土質材料を機
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AE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、
崩壊が予想される地山岩石や土質材料又はその周囲に多
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
長時間を要する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、しかも迅速に地
山岩石や土質材料の損傷度を測定す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、簡単かつ迅速に地山岩石や土質材料の損傷
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、全く損傷を受けない地山岩石や土質材料及び掘削や
発破により破壊された領域の周囲の地山岩石や土質材料
からコアサンプルを採取し、それを一軸圧縮すれば、損
傷度に関するデータが簡単に得られることを見出し、そ
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、地山岩石又は土質材
料からコアサンプルを採取し、これを一軸圧縮して発生
するアコースティック・エミッション(Acousti
cEmission)を計測し、式 Χ=SAE×Sc/P (ただし、Pはこの計測時の最大載荷応力、SAEはこ
の計測時において荷重を増大させながら印加していく過
程でアコースティック・エミッション発生数がその前記
P時における最大数に対する比率として急増し始める点
における載荷応力、Scは地山岩石又は土質材料の健全
時の一軸圧縮強度である)に従って損傷度係数Χを求め
ることを特徴とする地山損傷度の測定方法を提供するも
のである。
【0008】
【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1は、コアサンプル1
を支持具2,3に挟み、一方又は両方から荷重を印加し
て一軸圧縮し、発生するAEをセンサー4により計測す
る。岩石や土質材料に荷重を加えると、その材料が以前
に受けた応力までAEを発生しないという性質がある。
この性質のことをカイザー効果というが、岩石や土質材
料の場合、コアサンプルを採取してから、それを測定に
供するまでの時間が長期になると、このカイザー効果が
不明瞭になり、地圧推定が困難になる。
【0009】しかしながら、本発明方法においては、コ
アサンプルに一軸圧縮応力下で繰り返し圧力を加えて得
られるAE発生パターンをみると、カイザー効果が不明
瞭な場合においても、その後の繰り返し荷重印加の過程
で先行応力に相当する応力でのAE発生の増加が認めら
れる。したがって、この現象を利用することにより、従
来困難とされていた採取後長時間経過したコアサンプル
によっても地山岩石又は土質材料の損傷度の評価を行う
ことが可能になった。
【0010】本発明方法においては、前記計算式によっ
て損傷度係数Χを求めることが必要である。この式中の
Scは、なんら損傷を与えていない健全時の地山岩石又
は土質材料の強度であり、これは、掘削や発破による破
壊を行うに先立って、所定の地山岩石又は土質材料から
サンプルを採取し、その一軸圧縮強度を測定することに
より得られる。また、SAEは、試験片に一軸圧縮試験
により荷重を増大させながら印加し、それに対応して発
生するAEを測定していく過程で、AE発生数がその最
大載荷応力(最大荷重を試験片の断面積で除した値)時
における最大数に対する比率として急激に増加し始める
点における載荷応力である。すなわち、SAEというパ
ラメータは、試験片を一軸圧縮試験に付し、最大載荷応
力(最大荷重を試験片の断面積で除した値)Pまで、荷
重を増大させながら印加することにより、載荷応力を増
大させながらAE発生数を計測すると、前記P時におい
て累積AE発生数は最大となるが、この計測過程で、こ
の最大累積AE発生数に対するAE発生数の比率が急激
に増加し始める点における載荷応力(荷重を試験片の断
面積で除した値)に相当しており、試験時に最大載荷応
力Pまで載荷したときの載荷応力と累積AE発生数の関
係について、それをP時の最大累積AE発生数を基準に
して正規化した載荷応力と累積AE発生数との関係をグ
ラフで表わしたとき、上記過程でその曲線の傾きが急峻
になり始める点の載荷応力を読み取って求められる。こ
のSAEは、好ましくは載荷応力と累積AE発生数との
関係をプロットしたグラフを基にして次の手順に従って
求められる。 先ず、載荷応力−累積AE発生数関係図を作成す
る。 この図より、累積AE発生数をその最大値に対する
比率に変換した載荷応力−累積AE発生数変化曲線を作
成する。 この載荷応力−累積AE発生数変化曲線において、
載荷応力の座標軸側について通常1000個以上に等分
し、等分された箇所における累積AE発生数値として載
荷応力の低い側から先ず1番目の値と40番目の値を用
いて傾斜を求め、次に2番目の値と41番目の値を用い
て傾斜を求め、両者の変化率を算出する。この操作を、
40個を単位として最大載荷応力点まで順次繰り返す。 この変化率が一定値例えば0.2を越える箇所にお
ける載荷応力の最小値をSAEとして読み取る。
【0011】そして、このようにして求められた損傷度
係数Χは、地山岩石又は土質材料が弾性的な挙動を示す
限界値の50%応力レベルでほぼ1.0になるので、こ
の値によって地山岩石又は土質材料がまだ健全な弾性的
挙動を示す範囲にあるのか、あるいは弾性限界を越えて
亀裂が多くなった塑性的挙動を示す状態にあるのかを簡
単に判断することができる。
【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】参考例 砂岩試験片(直径4.4cm、長さ11cm、圧縮強度
400kgf/cm)に対し、その圧縮強度の15〜
100%に相当する荷重を印加して、あらかじめ損傷を
加えたサンプルを調製した。次に、この各サンプルにつ
いて一軸圧縮試験を行い、そのときのAEを計測し、そ
の結果をグラフとして図2に示す。このAE計測結果か
ら損傷度係数を計算して、事前に加えた荷重レベルとの
関係を求めたところ、荷重レベルすなわち負荷が大きい
ほど損傷度係数は低下し、岩石が弾性的な挙動を示す限
界の50%応力レベルでほぼ1.0になった。
【0014】実施例 健全時の圧縮強度1600kgf/cmの地山岩石に
発破をかけて破壊させた領域の周辺をボーリングしてコ
アサンプル(直径4.5cm、長さ10cm)を採取し
た。このコアサンプルについて採取後24時間放置し、
圧縮試験機にかけて、各荷重ごとのAEを計測し、この
関係をグラフとして図3に示す。このグラフに基づいて
前記した好ましい手順により累積AE発生数をその最大
値に対する比率に変換した正規化グラフを作成し、S
AE及びPを求め、損傷度係数を算出したところ1.2
8であった。このことより、このコアサンプルを採取し
た地山岩石は弾性限界以内であることが分った。
【0015】比較例 実施例とは別の領域から同じ寸法のコアサンプルを採取
し、実施例と同様にして荷重とAEとの関係を調べた。
この結果をグラフとして図4に示す。最大載荷応力P時
における累積AE発生数は最大であり、5980であっ
た。このグラフに基づいて実施例と同様にしてSAE
Pを求め、損傷度係数を算出したところ0.816であ
った。このことより、このコアサンプルを採取した地山
岩石は亀裂により、塑性的挙動を示す状態にあることが
分った。
【0016】
【発明の効果】本発明方法によると、地山岩石又は土質
材料をボーリングして得たコアサンプルを圧縮試験機に
取り付け、荷重を印加しながら、荷重が増加していく過
程でのAE発生数を計測するだけで、地山の損傷度を簡
単に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明方法で用いる試験方法を示す説明図。
【図2】 参考例で得た載荷応力と累積AE発生数との
関係を示すグラフ。
【図3】 実施例で得た載荷応力と累積AE発生数との
関係を示すグラフ。
【図4】 比較例で得た載荷応力と累積AE発生数との
関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1 コアサンプル 2,3 支持具 4 センサー

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地山岩石又は土質材料からコアサン
    プルを採取し、これを一軸圧縮して発生するアコーステ
    ィック・エミッション(AcousticEmissi
    on)を計測し、式 X=SAE×S/P (ただし、Pはこの計測時の最大載荷応力、SAEはこ
    の計測時において荷重を増大させながら印加していく過
    程でアコースティック・エミッション発生数が前記最大
    載荷応力時における最大数に対する比率として急増し始
    める点における載荷応力、Sは地山岩石又は土質材料
    の健全時の一軸圧縮強度である)に従って損傷度係数X
    を求めることを特徴とする地山損傷度の測定方法。
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