JP3491263B2 - 接触時間による地盤材料の変形特性の測定方法 - Google Patents
接触時間による地盤材料の変形特性の測定方法Info
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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，地盤材料の変形特
性の原位置測定に関するものである。さらに詳しくは，
表層地盤材料のヤング率及び地盤係数に対する原位置測
定又は推測方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】盛土の施工では，材料の締固め管理が非
常に重要である。時間が経過したソイルセメント等混合
材料は，化学作用と物理作用などによって材料の劣化が
進んでいく。力学特性の面でいえば，混合材料の変形係
数と強度が低下してくる。サンプリングコアによるコン
クリート強度試験では，劣化により強度が数分の一に低
下するケースも少なくない。なお，劣化に伴って浸透性
が増加することもある。 【０００３】締固め管理に関しては，従来から砂置換法
による現場密度の測定と炉乾燥法による含水比の測定が
行われている。しかし，これらの方法はかなりの労力と
時間を要し，盛土全体の締固め状況を把握しているとは
言えず，的確に施工に反映させることが困難であった。 【０００４】なお，近年来の土構造物には，ソイルセメ
ント、ＣＳＧなど改良（混合）材料等が幅広く使われて
いる状況にある。このような材料に対して，密度や含水
比で管理することには，おのずと限界が見えてくる。す
なわち，このような混合材料では，密度や含水比ではな
く，その力学特性（変形特性と強度特性）が最も重要な
ファクターとなるからである。したがって，フィールド
でいかにこれらの力学特性を効率的かつ適切に把握する
ことができるかが，大きな課題となっている。 【０００５】このような力学特性（特に変形特性）を求
めるために，種々の手法が開発されている。ＣＢＲ試験
や横方向ロッド載荷試験等の静的方法がある。ただし，
静的方法は，作業時間や反力設備がかかり，かつコスト
も高い。 【０００６】一方，動的試験方法も数多く提案されてい
る。大別すると，落下試験方法と振動応答特性の測定に
よる方法がある。 【０００７】落下試験方法には，球体落下試験及びコー
ン落下試験があげられる。 （イ）球体落下試験：この試験方法は路床土の現場ＣＢ
Ｒ値を簡便に推定することを目的に開発されたものであ
る。球体（鋼製，直径約９ｃｍ，質量約４ｋｇ程度）を
一定の高さから地面に落下させ，そのとき生じる地面の
窪みの大きさ（直径をＤ値とする）を測定する。このＤ
値と現場ＣＢＲとの相関が極めて高いことが実験的に確
認されており，この関係を利用したものである。 （ロ）コーン落下試験：この試験方法は，一定重量の重
錘を一定の高さより自由落下させるもので，最大衝撃加
速度や平均加速度の値と，材料の物性値との相関性が確
認されている。 【０００８】振動応答特性の測定による方法は，地盤と
計測部分を振動系（質量、バネとダッシュポット）と仮
定し，その卓越周波数や振幅などレスポンス特性を測定
することによって地盤のバネ常数を求める方法である。 （イ）応答加速度法：落下するランマーの地表面での衝
撃加速度を測定する。ランマーに内蔵された加速度計の
衝撃時の加速度ピーク値を，密度あるいは地盤反力係数
などの指標と実験的に相関させるものである。 （ロ）インピーダンスヘッド法：インピーダンスヘッド
は，測定対象の振動周波数応答関数等の測定を行うため
の測定器である。この手法では，インピーダンスヘッド
に重錘を取付け，これを土の表面に落下させ，重錘〜地
盤が構成している振動系にインパルス入力を与え振動を
起こさせる。この振動の固有周波数を測ることによっ
て，地盤のバネ常数を推定する手法である。 （ハ）共振法：加振体を地盤上に直接設置して振動を起
こし，加振体と地盤との振動系のレスポンス（主に共振
周波数）を測ることによって地盤のバネ常数や減衰比を
求める手法である。 （ニ）輪加速度法：施工時における振動ローラーの輪加
速度の応答特性が，締固めの進行に伴って変化すること
を利用して，土の締固め程度をリアルタイムに測定する
方法である。具体的には，振動輪軸に取付けた加速度計
の加速度信号のスペクトル特性を分析し，地盤の締固め
程度との相関を求める手法である。この際，地盤が固く
なり，ローラーが地盤面からの反発を受けることにより
発生する高調波の混入率が地盤の固さを示す重要な指標
となっている。 【０００９】これらの手法は，一部（輪加速度法）を除
いて，密度計測よりも締固めの程度を敏感に測定できる
との長所と，次に示す短所があると考えられる。 （イ）測定した指標の物理的意義は，密度のように明確
ではない。 （ロ）多くの手法は，単なる相関を取るに過ぎない。材
料が変わったり，測器が変わったりした場合には，相関
特性も変わる。したがって，改良材に対して適用できな
い場合が多く，汎用性に欠いている。 （ハ）振動応答特性による手法は，地盤の質量Ｍをいか
に決めるかについても大きな問題がある。 （ニ）礫含有など物理的な影響が大きい。 （ホ）探査の深度範囲が不明であり，深度範囲を変える
ことがほとんど不可能である。 【００１０】個別的には，次のような欠点があり，現状
では，満足できる手法が見当たらないことが実情であ
る。 （イ）球体落下法は，球体落下により均等な窪みの生じ
る地盤にしか適しない。 （ロ）コーン落下法と応答加速度法については，礫にぶ
つかると応答が大きく変わることから，均質な細粒材の
み適用できる。 （ハ）インピーダンスヘッド法は，ヘッドの接地面が地
盤の固さや粒径によって異なる場合があるために，大き
な誤差要因となる。 （ニ）共振法は，加振器が必要であり，設備が複雑とな
る。 （ホ）輪加速度法については，転圧１往復以後は，次第
に鈍感となる。なお，劣化調査などでは使えない。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】本発明は，土質材料及
びソイルセメントやＣＳＧなど改良混合材の締固め管理
や，それらの劣化程度を非破壊で探査するシステムであ
る。 【００１２】本発明（システム）の開発の目標は，次の
ようなものである。 （イ）このシステムは，主に材料の力学特性（特に変形
特性）を探査値とする （ロ）このシステムは，探査精度と作業効率の両立を目
指す。 （ハ）このシステムは，表層からある程度の深さまでを
カバーする。 （ニ）このシステムは，単なる相関関係ではなく，明確
な理論背景をもつ。 （ホ）このシステムは，幅広い材料（細粒材、粗粒材、
砂礫、ソイルセメント、ＣＳＧなど複合材）に対応す
る。 【００１３】 【課題を解決するための手段】本発明は，Ｈｅｒｔｚ衝
撃理論を基づいており，球体（均質弾性質）を落下させ
る際に地盤材料との接触時間を測ることによって，地盤
材料の弾性係数が求められる。地盤が固いほど，接触時
間が短くなるわけである。 【００１４】Ｈｅｒｔｚ衝撃理論によれば，落下球体と
弾性体平面（たとえば地盤）との接触時間は，次のファ
クタによって決められる（数式１に参照）。 （イ）地盤の変形特性（ヤング率とポアソン比） （ロ）球体の変形特性（ヤング率とポアソン比） （ハ）球体の密度、直径及び落下高 【００１５】質量Ｍ１半径Ｒ１のボールを地盤に落下さ
せたとき（落下高ｈ）、ボールが地盤との接触時間Ｔｃ
は 【数１】 となる。ここで 【数２】 δ＝（１−μ２）／（Ｅπ）材料の特性であ
る。 Ｅとμはそれぞれ材料の変形係数とポアソン比である。
なお，下付１はボールを指し，２は地盤材料を示してい
る。ｇは重力加速度であり，ｋｇ／ｍ／ｓ国際単位制で
９．８０ｍ／ｓ２になる。 【００１６】数式１により，ボールと対象物（地盤材
料）との接触時間は，鋼球の半径、材質（Ｅ１とμ１）
落下高及び対象物の材質（Ｅ２とμ２）によって決めら
れる。この中に，対象物の接触時間、ボールの半径、材
質（Ｅ１とμ１）および落下高が既知であることから，
未知量は対象物の材質Ｅ２とμ２のみとなる。したがっ
て，同じ場所で，落下条件を変えて２回落下させれば，
理論的には，この２つの未知量すなわち対象物の材質を
推定することが可能となる。 【００１７】数式２を分析してみれば， ポアソン比の
影響が少ないことが分かってくる。地盤材料の圧縮時の
ポアソン比は，大抵，０．２（砂質）〜０．４５（粘土
質）である。この範囲内では、δの変化は約１５％に達
してはいるが、同一材料内では，ポアソン比の変化が少
ないので，材料によって事前に代表的なポアソン比の値
を入力しておけば，ポアソン比の変化による影響が無視
できるものと考えられる。 【００１８】さらに，上記変形係数Ｅ２を用いて，地盤
係数Ｋ３０に換算することができる。 【数３】 式中，Ｄは載荷板の直径，０．３０ｍである。 【００１９】なお，影響範囲については，Ｈｅｒｔｚ衝
撃理論及び弾性論によって推算することが可能である。
当然ながら，表層部の影響がメインである。球体が大き
くなるにつれ，影響範囲も深くなり，適用する粒径も相
応に大きなものにすることが可能である。 【００２０】ここで，注意すべき点は，接触時間は，地
盤材料と特性とボールの特性両方に決められる。ただ
し，ボールのδは地盤材料よりはるかに小さい場合に，
すなわち地盤に比べボールの剛性がはるかに大きい時，
接触時間はほとんど地盤材料のみ依存することになっ
た。逆に，落下体の剛性が柔らかい場合，もしくは球状
ではなく，プレートのようにフレキシブルなものであれ
ば，落下体自身の影響が大きくなってくる。そのため
に，計測精度が低下することが予想される。 【００２１】ただし，Ｈｅｒｔｚ衝撃理論では，衝撃す
るの２つ物体はともに弾性体であることが要求されてい
る。地盤材料の中で，特に軟弱地盤材料の場合には塑性
変形が生じる。塑性変形の発生は，接触時間に影響を及
ぼす一方で，材料の強度に相関性を持つことも考えられ
る。そのほか，地盤材料の非線型性や圧縮特性とリバウ
ンド特性の差などの影響も考えられる。これらの影響度
合等について，検証試験等によって検討する。 【発明の実施の形態】本発明の方法を用いて地盤の変形
係数を測定するために，落球探査システムを開発した。 【００２２】落球探査システムは，図１に示されるのよ
うに，落下用軽量硬質ボール、取手、加速度センサー、
センサー用電源、Ａ／Ｄボードとノート型パソコンに構
成されている。加速度センサーは，ボールの中に内蔵さ
れている（図２）。 【００２３】地盤材料を測定する際には，ボールを一定
の高さ（例えば５０ｃｍ）に引き上げる。それを自由落
下させ，地盤との衝撃過程を加速度センサーで記録す
る。ボールと地盤材料が接触した瞬間から，上方向に向
かう抵抗力を受けはじめ，ボールと地盤とが離れるま
で，この上方向の抵抗力が続く。外力の方向と測定した
加速度の方向とは一致しているので，加速度の符号が変
わるまでの時間は，接触している時間である（図３）。 【００２４】さらに，載荷レベルやひずみレベル（沈下
量）も予測できる。最大衝撃力Ｆｍは次のように求めら
れる。 【数４】 ここで，Ｍとａｍはそれぞれボールの質量と計測した最
大加速度である。 【００２５】なお，最大圧縮量Ｓｍは次のように算定す
ることができる。 【数５】 ただし，Ｔｓはボールと地盤が接触した瞬間から速度が
ゼロとなる（すなわち最大圧縮時）までの時間である。
ボールの速度ν（ｔ）は 【数６】 で求められる。ν（ｔ）はゼロとなる時刻が，停止時間
Ｔｓとなる。 【００２６】本システムは，上記の解析をすべて自動的
に行う。すなわち，ボールを落下させるだけで，地盤変
形係数などパラメータがリアルタイムで得られる。さら
に，反力設備や，計測地点の整形などが不要となり，作
業効率が飛躍的に向上され，リアルタイムでの現場管理
が可能となった。さらに，ボールの落下方式を変えれば
（例えば軸を付けて回転させ），斜面への対応も可能と
なり，法面の劣化調査に応用できるものと考えられる。 【００２７】 【実施例】硬い地盤に対しては，材料の弾性領域が広い
ので，比較的に測定しやすいと考えられる。そこで，こ
こでは，あえて塑性影響の大きい軟弱材料（砂、砂と粘
土の混合材）に対して試験を行った。 【００２８】試験は，種々の条件の締固め供試体を大型
土槽内に作製し，次に示す各種の試験を実施して，本発
明の適用性について検討したものである。 （イ）球体落下試験： 落下高 ０．２、０．３、０．
４、０．５ｍ （ロ）平板載荷試験： 載荷板径 φ１４．５ｃｍ （ハ）ＣＢＲ試験 ： 貫入棒 φ５ｃｍ 【００２９】検証試験で実施した試験数量（供試体数）
を図４に示す。ボールのパラメータを図５に，地盤材料
のポアソン比を，図６に示す。 【００３０】パソコン画面での出力例は，図７に示され
る。 【００３１】 【発明の効果】本発明した方法により得られた変形係数
と，平板載荷試験によるもの（ＪＩＳ−Ａ−１２１５に
準じる）との対比は図８に示される。なお，換算した地
盤係数の対比を図９に示し，ＣＢＲ（ＪＩＳ−Ａ−１２
２２）との相関関係も図１０に示した。 【００３２】相関係数（ｒ）からすると，変形係数と地
盤係数はｒ＝０．８７８，ＣＢＲとの相関係数は，ｒ＝
０．９３７となる。いずれの値も，高い相関性を示して
おり，本発明の有効性が裏付けられた。
性の原位置測定に関するものである。さらに詳しくは，
表層地盤材料のヤング率及び地盤係数に対する原位置測
定又は推測方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】盛土の施工では，材料の締固め管理が非
常に重要である。時間が経過したソイルセメント等混合
材料は，化学作用と物理作用などによって材料の劣化が
進んでいく。力学特性の面でいえば，混合材料の変形係
数と強度が低下してくる。サンプリングコアによるコン
クリート強度試験では，劣化により強度が数分の一に低
下するケースも少なくない。なお，劣化に伴って浸透性
が増加することもある。 【０００３】締固め管理に関しては，従来から砂置換法
による現場密度の測定と炉乾燥法による含水比の測定が
行われている。しかし，これらの方法はかなりの労力と
時間を要し，盛土全体の締固め状況を把握しているとは
言えず，的確に施工に反映させることが困難であった。 【０００４】なお，近年来の土構造物には，ソイルセメ
ント、ＣＳＧなど改良（混合）材料等が幅広く使われて
いる状況にある。このような材料に対して，密度や含水
比で管理することには，おのずと限界が見えてくる。す
なわち，このような混合材料では，密度や含水比ではな
く，その力学特性（変形特性と強度特性）が最も重要な
ファクターとなるからである。したがって，フィールド
でいかにこれらの力学特性を効率的かつ適切に把握する
ことができるかが，大きな課題となっている。 【０００５】このような力学特性（特に変形特性）を求
めるために，種々の手法が開発されている。ＣＢＲ試験
や横方向ロッド載荷試験等の静的方法がある。ただし，
静的方法は，作業時間や反力設備がかかり，かつコスト
も高い。 【０００６】一方，動的試験方法も数多く提案されてい
る。大別すると，落下試験方法と振動応答特性の測定に
よる方法がある。 【０００７】落下試験方法には，球体落下試験及びコー
ン落下試験があげられる。 （イ）球体落下試験：この試験方法は路床土の現場ＣＢ
Ｒ値を簡便に推定することを目的に開発されたものであ
る。球体（鋼製，直径約９ｃｍ，質量約４ｋｇ程度）を
一定の高さから地面に落下させ，そのとき生じる地面の
窪みの大きさ（直径をＤ値とする）を測定する。このＤ
値と現場ＣＢＲとの相関が極めて高いことが実験的に確
認されており，この関係を利用したものである。 （ロ）コーン落下試験：この試験方法は，一定重量の重
錘を一定の高さより自由落下させるもので，最大衝撃加
速度や平均加速度の値と，材料の物性値との相関性が確
認されている。 【０００８】振動応答特性の測定による方法は，地盤と
計測部分を振動系（質量、バネとダッシュポット）と仮
定し，その卓越周波数や振幅などレスポンス特性を測定
することによって地盤のバネ常数を求める方法である。 （イ）応答加速度法：落下するランマーの地表面での衝
撃加速度を測定する。ランマーに内蔵された加速度計の
衝撃時の加速度ピーク値を，密度あるいは地盤反力係数
などの指標と実験的に相関させるものである。 （ロ）インピーダンスヘッド法：インピーダンスヘッド
は，測定対象の振動周波数応答関数等の測定を行うため
の測定器である。この手法では，インピーダンスヘッド
に重錘を取付け，これを土の表面に落下させ，重錘〜地
盤が構成している振動系にインパルス入力を与え振動を
起こさせる。この振動の固有周波数を測ることによっ
て，地盤のバネ常数を推定する手法である。 （ハ）共振法：加振体を地盤上に直接設置して振動を起
こし，加振体と地盤との振動系のレスポンス（主に共振
周波数）を測ることによって地盤のバネ常数や減衰比を
求める手法である。 （ニ）輪加速度法：施工時における振動ローラーの輪加
速度の応答特性が，締固めの進行に伴って変化すること
を利用して，土の締固め程度をリアルタイムに測定する
方法である。具体的には，振動輪軸に取付けた加速度計
の加速度信号のスペクトル特性を分析し，地盤の締固め
程度との相関を求める手法である。この際，地盤が固く
なり，ローラーが地盤面からの反発を受けることにより
発生する高調波の混入率が地盤の固さを示す重要な指標
となっている。 【０００９】これらの手法は，一部（輪加速度法）を除
いて，密度計測よりも締固めの程度を敏感に測定できる
との長所と，次に示す短所があると考えられる。 （イ）測定した指標の物理的意義は，密度のように明確
ではない。 （ロ）多くの手法は，単なる相関を取るに過ぎない。材
料が変わったり，測器が変わったりした場合には，相関
特性も変わる。したがって，改良材に対して適用できな
い場合が多く，汎用性に欠いている。 （ハ）振動応答特性による手法は，地盤の質量Ｍをいか
に決めるかについても大きな問題がある。 （ニ）礫含有など物理的な影響が大きい。 （ホ）探査の深度範囲が不明であり，深度範囲を変える
ことがほとんど不可能である。 【００１０】個別的には，次のような欠点があり，現状
では，満足できる手法が見当たらないことが実情であ
る。 （イ）球体落下法は，球体落下により均等な窪みの生じ
る地盤にしか適しない。 （ロ）コーン落下法と応答加速度法については，礫にぶ
つかると応答が大きく変わることから，均質な細粒材の
み適用できる。 （ハ）インピーダンスヘッド法は，ヘッドの接地面が地
盤の固さや粒径によって異なる場合があるために，大き
な誤差要因となる。 （ニ）共振法は，加振器が必要であり，設備が複雑とな
る。 （ホ）輪加速度法については，転圧１往復以後は，次第
に鈍感となる。なお，劣化調査などでは使えない。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】本発明は，土質材料及
びソイルセメントやＣＳＧなど改良混合材の締固め管理
や，それらの劣化程度を非破壊で探査するシステムであ
る。 【００１２】本発明（システム）の開発の目標は，次の
ようなものである。 （イ）このシステムは，主に材料の力学特性（特に変形
特性）を探査値とする （ロ）このシステムは，探査精度と作業効率の両立を目
指す。 （ハ）このシステムは，表層からある程度の深さまでを
カバーする。 （ニ）このシステムは，単なる相関関係ではなく，明確
な理論背景をもつ。 （ホ）このシステムは，幅広い材料（細粒材、粗粒材、
砂礫、ソイルセメント、ＣＳＧなど複合材）に対応す
る。 【００１３】 【課題を解決するための手段】本発明は，Ｈｅｒｔｚ衝
撃理論を基づいており，球体（均質弾性質）を落下させ
る際に地盤材料との接触時間を測ることによって，地盤
材料の弾性係数が求められる。地盤が固いほど，接触時
間が短くなるわけである。 【００１４】Ｈｅｒｔｚ衝撃理論によれば，落下球体と
弾性体平面（たとえば地盤）との接触時間は，次のファ
クタによって決められる（数式１に参照）。 （イ）地盤の変形特性（ヤング率とポアソン比） （ロ）球体の変形特性（ヤング率とポアソン比） （ハ）球体の密度、直径及び落下高 【００１５】質量Ｍ１半径Ｒ１のボールを地盤に落下さ
せたとき（落下高ｈ）、ボールが地盤との接触時間Ｔｃ
は 【数１】 となる。ここで 【数２】 δ＝（１−μ２）／（Ｅπ）材料の特性であ
る。 Ｅとμはそれぞれ材料の変形係数とポアソン比である。
なお，下付１はボールを指し，２は地盤材料を示してい
る。ｇは重力加速度であり，ｋｇ／ｍ／ｓ国際単位制で
９．８０ｍ／ｓ２になる。 【００１６】数式１により，ボールと対象物（地盤材
料）との接触時間は，鋼球の半径、材質（Ｅ１とμ１）
落下高及び対象物の材質（Ｅ２とμ２）によって決めら
れる。この中に，対象物の接触時間、ボールの半径、材
質（Ｅ１とμ１）および落下高が既知であることから，
未知量は対象物の材質Ｅ２とμ２のみとなる。したがっ
て，同じ場所で，落下条件を変えて２回落下させれば，
理論的には，この２つの未知量すなわち対象物の材質を
推定することが可能となる。 【００１７】数式２を分析してみれば， ポアソン比の
影響が少ないことが分かってくる。地盤材料の圧縮時の
ポアソン比は，大抵，０．２（砂質）〜０．４５（粘土
質）である。この範囲内では、δの変化は約１５％に達
してはいるが、同一材料内では，ポアソン比の変化が少
ないので，材料によって事前に代表的なポアソン比の値
を入力しておけば，ポアソン比の変化による影響が無視
できるものと考えられる。 【００１８】さらに，上記変形係数Ｅ２を用いて，地盤
係数Ｋ３０に換算することができる。 【数３】 式中，Ｄは載荷板の直径，０．３０ｍである。 【００１９】なお，影響範囲については，Ｈｅｒｔｚ衝
撃理論及び弾性論によって推算することが可能である。
当然ながら，表層部の影響がメインである。球体が大き
くなるにつれ，影響範囲も深くなり，適用する粒径も相
応に大きなものにすることが可能である。 【００２０】ここで，注意すべき点は，接触時間は，地
盤材料と特性とボールの特性両方に決められる。ただ
し，ボールのδは地盤材料よりはるかに小さい場合に，
すなわち地盤に比べボールの剛性がはるかに大きい時，
接触時間はほとんど地盤材料のみ依存することになっ
た。逆に，落下体の剛性が柔らかい場合，もしくは球状
ではなく，プレートのようにフレキシブルなものであれ
ば，落下体自身の影響が大きくなってくる。そのため
に，計測精度が低下することが予想される。 【００２１】ただし，Ｈｅｒｔｚ衝撃理論では，衝撃す
るの２つ物体はともに弾性体であることが要求されてい
る。地盤材料の中で，特に軟弱地盤材料の場合には塑性
変形が生じる。塑性変形の発生は，接触時間に影響を及
ぼす一方で，材料の強度に相関性を持つことも考えられ
る。そのほか，地盤材料の非線型性や圧縮特性とリバウ
ンド特性の差などの影響も考えられる。これらの影響度
合等について，検証試験等によって検討する。 【発明の実施の形態】本発明の方法を用いて地盤の変形
係数を測定するために，落球探査システムを開発した。 【００２２】落球探査システムは，図１に示されるのよ
うに，落下用軽量硬質ボール、取手、加速度センサー、
センサー用電源、Ａ／Ｄボードとノート型パソコンに構
成されている。加速度センサーは，ボールの中に内蔵さ
れている（図２）。 【００２３】地盤材料を測定する際には，ボールを一定
の高さ（例えば５０ｃｍ）に引き上げる。それを自由落
下させ，地盤との衝撃過程を加速度センサーで記録す
る。ボールと地盤材料が接触した瞬間から，上方向に向
かう抵抗力を受けはじめ，ボールと地盤とが離れるま
で，この上方向の抵抗力が続く。外力の方向と測定した
加速度の方向とは一致しているので，加速度の符号が変
わるまでの時間は，接触している時間である（図３）。 【００２４】さらに，載荷レベルやひずみレベル（沈下
量）も予測できる。最大衝撃力Ｆｍは次のように求めら
れる。 【数４】 ここで，Ｍとａｍはそれぞれボールの質量と計測した最
大加速度である。 【００２５】なお，最大圧縮量Ｓｍは次のように算定す
ることができる。 【数５】 ただし，Ｔｓはボールと地盤が接触した瞬間から速度が
ゼロとなる（すなわち最大圧縮時）までの時間である。
ボールの速度ν（ｔ）は 【数６】 で求められる。ν（ｔ）はゼロとなる時刻が，停止時間
Ｔｓとなる。 【００２６】本システムは，上記の解析をすべて自動的
に行う。すなわち，ボールを落下させるだけで，地盤変
形係数などパラメータがリアルタイムで得られる。さら
に，反力設備や，計測地点の整形などが不要となり，作
業効率が飛躍的に向上され，リアルタイムでの現場管理
が可能となった。さらに，ボールの落下方式を変えれば
（例えば軸を付けて回転させ），斜面への対応も可能と
なり，法面の劣化調査に応用できるものと考えられる。 【００２７】 【実施例】硬い地盤に対しては，材料の弾性領域が広い
ので，比較的に測定しやすいと考えられる。そこで，こ
こでは，あえて塑性影響の大きい軟弱材料（砂、砂と粘
土の混合材）に対して試験を行った。 【００２８】試験は，種々の条件の締固め供試体を大型
土槽内に作製し，次に示す各種の試験を実施して，本発
明の適用性について検討したものである。 （イ）球体落下試験： 落下高 ０．２、０．３、０．
４、０．５ｍ （ロ）平板載荷試験： 載荷板径 φ１４．５ｃｍ （ハ）ＣＢＲ試験 ： 貫入棒 φ５ｃｍ 【００２９】検証試験で実施した試験数量（供試体数）
を図４に示す。ボールのパラメータを図５に，地盤材料
のポアソン比を，図６に示す。 【００３０】パソコン画面での出力例は，図７に示され
る。 【００３１】 【発明の効果】本発明した方法により得られた変形係数
と，平板載荷試験によるもの（ＪＩＳ−Ａ−１２１５に
準じる）との対比は図８に示される。なお，換算した地
盤係数の対比を図９に示し，ＣＢＲ（ＪＩＳ−Ａ−１２
２２）との相関関係も図１０に示した。 【００３２】相関係数（ｒ）からすると，変形係数と地
盤係数はｒ＝０．８７８，ＣＢＲとの相関係数は，ｒ＝
０．９３７となる。いずれの値も，高い相関性を示して
おり，本発明の有効性が裏付けられた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による開発された測定システムの概要。
【図２】加速度センサーの固定。
【図３】接触時間の確定。
【図４】検証試験の試験数量。
【図５】落下ボールのパラメータ。
【図６】地盤材料のポアソン比の選定。
【図７】測定システムの測定画面の出力例。
【図８】変形係数の対比。
【図９】地盤係数の対比。
【図１０】ＣＢＲ結果との対比
─────────────────────────────────────────────────────
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(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
E02D 1/00
G01N 3/00
G01N 3/303
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】硬質の球体を落下させ、それと地盤材料
（粘土、砂、レキ等天然土質材料、ソイルセメント等混
合材料）との接触時間を、測定した加速度から求め、既
知である球体の特性（落下高、半径、材質）を用いて地
盤材料の変形特性（ヤング率や地盤係数）を演算して測
定する、接触時間による地盤材料の変形特性の測定方
法。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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