JP3788234B2 - 地盤の調査方法 - Google Patents
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地盤の調査方法に関し、特に、比抵抗を求めて地盤の性状を把握する地盤の調査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダム，トンネルおよび地下発電所などの建設工事では、これらの構造物を適確に設計するために、構造物を構築する現場の岩盤や地盤性状を知る必要がある。このため、従来から、岩盤の強度，変形，透水などの工学的な物性値を定量的に把握することが行われていた。
【０００３】
このような物性値を把握する方法として、電気検層法が知られている。電気検層法は、地盤中に掘削された削孔内に、電流および電位電極を備えた測定部を吊下げ設置し、電流電極と地盤との間に所定の電流を流した時に、電位電極と地盤との間の電位差を測定して、電極設置個所の比抵抗を求め、得られた比抵抗値に基づいて、地盤の緩みや亀裂発生などの性状を把握する方法である。
【０００４】
このような電気検層法は、岩盤や地盤の地下情報を、ある深度においての性状として把握することができ、岩盤で実施した場合には、透水性亀裂の有無が判る。
【０００５】
しかしながら、このような従来の電気検層法には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、従来の電気検層法は、簡易調査しての側面が強いため、削孔内に挿入される測定部自体に、定位方向性がなく、測定中に方向が変化することがあって、仮に、ある深度において亀裂が存在していると判断されても、亀裂が削孔に対してどの方向にあるのかが握できず、また、削孔内の深度方向に沿って、比抵抗を求めたとしても、測定中に方向が変化すると、測定値に連続性がなくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、測定部の定位方向性を確保することにより、測定結果に方向性をもたせ、かつ、連続した情報が得られる地盤の調査方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、地盤中に掘削された削孔内に、電流および電位電極を備えた測定部を吊下げ設置し、前記電流電極と地盤との間に所定の電流を流した時に、前記電位電極と地盤との間の電位差を測定して、前記電極設置個所の比抵抗を求め、得られた比抵抗値に基づいて、地盤の緩みや亀裂発生などの性状を把握する地盤の調査方法において、前記削孔内における前記測定部の姿勢を制御して、その方位を一定に保つことにより、前記削孔の深度方向に沿って、前記方位に対応した断面上の比抵抗を求める測定を行う方法であって、前記電流および電位電極間の間隔を異ならせて、前記比抵抗の測定を複数回行い、同一断面における二次元方向に広がる前記比抵抗の情報から、比抵抗値の急激な減少部分を亀裂と判断し、当該減少部分を繋ぐ線分から前記亀裂の方向性を判断するようにした。
【０００９】
このように構成した地盤の調査方法によれば、削孔内における電流および電位電極を備えた測定部の姿勢を制御して、その方位を一定に保ちながら、削孔の深度方向に沿った比抵抗を求めるので、求めた比抵抗値は、方位に対応した断面上の値となり、比抵抗値から亀裂の存在が確認された場合に、その削孔に対する位置が判る。また、電流および電位電極間の間隔を異ならせて、比抵抗の測定を複数回行い、同一断面における二次元方向に広がる比抵抗の情報が得られると、比抵抗値の急激な減少部分を亀裂と診断して、その連続性を見ると、亀裂の方向もわかる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図４は、本発明にかかる地盤の調査方法の一実施例を示している。
【００１６】
同図に示した地盤の調査方法は、電気検層法により調査を行うことを基本構成としており、地盤１０の性状を把握する際には、地盤１０中に所定の孔径を有する削孔１２が、調査対象深度まで掘削形成され、削孔１２内には、地下水がほぼ満たされている。
【００１７】
本実施例の場合には、地盤調査装置１４は、測定部１６と、姿勢制御器１８と、データの演算記録器２０とを備えている。測定部１６は、削孔１２内に吊下げ支持されていて、図２に示す電流電極Ａと電位電極Ｍと、ジャイロとを備えている。
【００１８】
電流電極Ａと電位電極Ｍとは、図３に示すように、電流電極Ａの方が電位電極Ｍよりも下方に位置するようになっていて、これらに間隔ａが設けられている。ジャイロは、測定部１６の方位を検出するものであって、その検出信号は、測定部１６の吊下げ用ケーブル１７を介して、姿勢制御器１８に出力されている。
【００１９】
姿勢制御器１８は、電流電極Ａと電位電極Ｍとを備えた測定部１６の姿勢および吊下げ位置を制御するものであって、姿勢は、ジャイロの検出信号により制御され、本実施例の場合には、測定部１６が一定の方位を向くように制御する。また、測定部１６の上下方向の吊下位置は、測定部１６を吊下するケーブル１７の吊下げ長により求められる。
【００２０】
データの演算記録器２０は、マイコンを主体として構成され、図３に示すように、削孔１２内に設置される電流電極Ａと地上側の電流電極Ｂ、具体的には、接地点との間に設けられた電流計２０ａと、削孔１２内に設置される電位電極Ｍと地上側の電流電極Ｎ、具体的には、接地点との間に設けられた電位差計２０ｂとを備えている。
【００２１】
この演算記録器２０では、所定深度位置に吊下げ支持されている測定部１６の電流電極Ａと地上側の電流電極Ｂとの間に、直流電流Iを流した際の、電位電極Ｍと地上側の電流電極Ｎとの間の電位差Ｖを測定し、これらの測定値から比抵抗ρを以下の式に基づいて求め、これを記録する。
ρ＝４πａ×Ｖ／Ｉ
ここで求められる比抵抗ρは、図２に示すように、半径が電極間隔aに対応した球体Ｘの比抵抗であって、その深度は、電流電極Ａと電位電極Ｍとの間の中点O上のものとなる。
【００２２】
本実施例の場合には、測定部１６の姿勢を姿勢制御器１８により制御して、その方位が一定に保たれるようにしながら、削孔１２の深度方向に沿った比抵抗値ρを求める。
【００２３】
この場合、比抵抗値ρの測定は、測定部１６を削孔１２の最底部まで到達させた後に、これを引上げながら比抵抗ρを測定し、この測定の際には、電流電極Ａと地上側の電流電極Ｂとの間に流す直流電流Ｉの値を一定に保ちながら、所定深度間隔毎に電位差Ｖを測定して、比抵抗ρを求める。このような比抵抗ρの測定方法によれば、その方位を一定に保つことにより、削孔１２の深度方向に沿って、方位に対応した断面上の比抵抗ρを求めることができる。
【００２５】
また、本実施例の場合には、測定部１６の電流電極Ａと電位電極Ｍとの間の電極間隔ａを異ならせて、異なった間隔に設定された電極間隔において、同一方位におけるそれぞれの比抵抗値ρを求め、これらの各測定値ρを同一グラフ上に表示するようにしている。
【００２６】
図３は、このような測定を岩盤（石灰岩）に適用した際に得られた４種類の比抵抗値ρを、たて軸が深度（ｍ）で、横軸が比抵抗値（Ωｍ）として、同一グラフ上に表示したものである。
【００２７】
同図において、▲１▼で示した比抵抗値が電極間間隔を１２．５ｃｍ、▲２▼が同２５ｃｍ、▲３▼が５０ｃｍ、▲４▼が同１００ｃｍとした場合のそれぞれの測定結果である。
【００２８】
図３に示した測定結果における比抵抗値ρの変化から、その値が急激に小さくなっている個所、すなわち、同図において点線で示した個所（比抵抗値ρが急激に減少している個所を繋ぐ線分）においては、透水亀裂があって、その結果、比抵抗値ρが小さくなっているものと考えられ、この個所には、亀裂の存在確立が極めて大きいと判断することができる。また、比抵抗値ρが急激に減少している個所を繋ぐ線分（点線）の方向から亀裂の方向性を確認することも可能になる。なお、図４は、電極間隔ａを５ｃｍ，１０ｃｍ，１５ｃｍとした場合の測定例である。
【００２９】
この場合、本実施例では、測定部１６の電流電極Ａと電位電極Ｍとの間の電極間隔ａを異ならせて、変更された電極間隔においてそれぞれ同一方位において、比抵抗ρを測定している。
【００３０】
このことは、電極間隔ａを異ならせると、図２に示した比抵抗値ρの測定対象となる球体Ｘの直径が異なってくるので、各測定点における削孔１２の表面から地盤の奥側に離間した地盤中の比抵抗値ρが求められるので、同一断面における二次元方向に広がる連続情報を得ることができ、発生している亀裂の削孔１２の表面から内部に至る方向性や、長さの推定が可能になる。
さて、以上のように構成した地盤の調査方法によれば、削孔１２内における電流および電位電極Ａ，Ｍを備えた測定部１６の姿勢を制御して、その方位を一定に保ちながら、削孔１２の深度方向に沿った比抵抗を求めるので、求めた比抵抗値ρは、削孔１２内のほぼ一直線上に沿ったものとなり、例えば、比抵抗値ρから亀裂の存在が確認された場合に、その削孔１２に対する位置が判る。
【００３１】
また、方位を一定に保ちながら、削孔１２の深度方向に沿った比抵抗を求めると、測定中の方向変化が規制され、その結果、求められる比抵抗値ρは、連続したものとなる。
【００３２】
図５は、本発明の調査方法の有効性を確認するために行った実験結果を示している。この実験では、同図中の右端に示した地質条件の個所に削孔を掘削形成し、本発明の調査方法と、キャリパー検層，γ線検層，音波検層とをそれぞれ行った。
【００３３】
本発明の調査方法では、電極間間隔ａを１００ｃｍに固定し、測定部１６が一定の方位を向くようにして、深度毎の比抵抗値ρを求めた。図中に点線で示した部分が、各方法により亀裂であると判断された部分である。
【００３４】
これらの各方法の有効性を判断するために、同一個所のボーリングコアを採取して、サンプルの亀裂発生個所を確認した。ボーリングコアの調査では、多くの個所に亀裂の存在が認められるものの、これらの全てが透水性をもった亀裂であるとは考えられないが、本発明の調査方法で亀裂と判断された部分は、ボーリングコアの亀裂とほぼ一致している。
【００３５】
また、本発明の調査方法と音波検層の結果とは、双方の亀裂個所がほぼ一致しており、この実験結果から、本発明の地盤の調査方法では、音波検層と同程度の有効性があることが確認された。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる地盤の調査方法によれば、測定部の定位方向性を確保することにより、測定結果に方向性をもたせ、かつ、連続した情報が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる地盤の調査方法の一実施例を示す実施状況の説明図である。
【図２】 図１の調査方法における比抵抗値の測定原理の説明図である。
【図３】 図１に示した調査方法の測定結果の一例を示すグラフである。
【図４】 電極間隔を５ｃｍ，１０ｃｍ，１５ｃｍとした場合の測定例である。
【図５】 本発明にかかる調査方法の有効性を確認するために行った実験結果を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
この発明は、地盤の調査方法に関し、特に、比抵抗を求めて地盤の性状を把握する地盤の調査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダム，トンネルおよび地下発電所などの建設工事では、これらの構造物を適確に設計するために、構造物を構築する現場の岩盤や地盤性状を知る必要がある。このため、従来から、岩盤の強度，変形，透水などの工学的な物性値を定量的に把握することが行われていた。
【０００３】
このような物性値を把握する方法として、電気検層法が知られている。電気検層法は、地盤中に掘削された削孔内に、電流および電位電極を備えた測定部を吊下げ設置し、電流電極と地盤との間に所定の電流を流した時に、電位電極と地盤との間の電位差を測定して、電極設置個所の比抵抗を求め、得られた比抵抗値に基づいて、地盤の緩みや亀裂発生などの性状を把握する方法である。
【０００４】
このような電気検層法は、岩盤や地盤の地下情報を、ある深度においての性状として把握することができ、岩盤で実施した場合には、透水性亀裂の有無が判る。
【０００５】
しかしながら、このような従来の電気検層法には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、従来の電気検層法は、簡易調査しての側面が強いため、削孔内に挿入される測定部自体に、定位方向性がなく、測定中に方向が変化することがあって、仮に、ある深度において亀裂が存在していると判断されても、亀裂が削孔に対してどの方向にあるのかが握できず、また、削孔内の深度方向に沿って、比抵抗を求めたとしても、測定中に方向が変化すると、測定値に連続性がなくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、測定部の定位方向性を確保することにより、測定結果に方向性をもたせ、かつ、連続した情報が得られる地盤の調査方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、地盤中に掘削された削孔内に、電流および電位電極を備えた測定部を吊下げ設置し、前記電流電極と地盤との間に所定の電流を流した時に、前記電位電極と地盤との間の電位差を測定して、前記電極設置個所の比抵抗を求め、得られた比抵抗値に基づいて、地盤の緩みや亀裂発生などの性状を把握する地盤の調査方法において、前記削孔内における前記測定部の姿勢を制御して、その方位を一定に保つことにより、前記削孔の深度方向に沿って、前記方位に対応した断面上の比抵抗を求める測定を行う方法であって、前記電流および電位電極間の間隔を異ならせて、前記比抵抗の測定を複数回行い、同一断面における二次元方向に広がる前記比抵抗の情報から、比抵抗値の急激な減少部分を亀裂と判断し、当該減少部分を繋ぐ線分から前記亀裂の方向性を判断するようにした。
【０００９】
このように構成した地盤の調査方法によれば、削孔内における電流および電位電極を備えた測定部の姿勢を制御して、その方位を一定に保ちながら、削孔の深度方向に沿った比抵抗を求めるので、求めた比抵抗値は、方位に対応した断面上の値となり、比抵抗値から亀裂の存在が確認された場合に、その削孔に対する位置が判る。また、電流および電位電極間の間隔を異ならせて、比抵抗の測定を複数回行い、同一断面における二次元方向に広がる比抵抗の情報が得られると、比抵抗値の急激な減少部分を亀裂と診断して、その連続性を見ると、亀裂の方向もわかる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図４は、本発明にかかる地盤の調査方法の一実施例を示している。
【００１６】
同図に示した地盤の調査方法は、電気検層法により調査を行うことを基本構成としており、地盤１０の性状を把握する際には、地盤１０中に所定の孔径を有する削孔１２が、調査対象深度まで掘削形成され、削孔１２内には、地下水がほぼ満たされている。
【００１７】
本実施例の場合には、地盤調査装置１４は、測定部１６と、姿勢制御器１８と、データの演算記録器２０とを備えている。測定部１６は、削孔１２内に吊下げ支持されていて、図２に示す電流電極Ａと電位電極Ｍと、ジャイロとを備えている。
【００１８】
電流電極Ａと電位電極Ｍとは、図３に示すように、電流電極Ａの方が電位電極Ｍよりも下方に位置するようになっていて、これらに間隔ａが設けられている。ジャイロは、測定部１６の方位を検出するものであって、その検出信号は、測定部１６の吊下げ用ケーブル１７を介して、姿勢制御器１８に出力されている。
【００１９】
姿勢制御器１８は、電流電極Ａと電位電極Ｍとを備えた測定部１６の姿勢および吊下げ位置を制御するものであって、姿勢は、ジャイロの検出信号により制御され、本実施例の場合には、測定部１６が一定の方位を向くように制御する。また、測定部１６の上下方向の吊下位置は、測定部１６を吊下するケーブル１７の吊下げ長により求められる。
【００２０】
データの演算記録器２０は、マイコンを主体として構成され、図３に示すように、削孔１２内に設置される電流電極Ａと地上側の電流電極Ｂ、具体的には、接地点との間に設けられた電流計２０ａと、削孔１２内に設置される電位電極Ｍと地上側の電流電極Ｎ、具体的には、接地点との間に設けられた電位差計２０ｂとを備えている。
【００２１】
この演算記録器２０では、所定深度位置に吊下げ支持されている測定部１６の電流電極Ａと地上側の電流電極Ｂとの間に、直流電流Iを流した際の、電位電極Ｍと地上側の電流電極Ｎとの間の電位差Ｖを測定し、これらの測定値から比抵抗ρを以下の式に基づいて求め、これを記録する。
ρ＝４πａ×Ｖ／Ｉ
ここで求められる比抵抗ρは、図２に示すように、半径が電極間隔aに対応した球体Ｘの比抵抗であって、その深度は、電流電極Ａと電位電極Ｍとの間の中点O上のものとなる。
【００２２】
本実施例の場合には、測定部１６の姿勢を姿勢制御器１８により制御して、その方位が一定に保たれるようにしながら、削孔１２の深度方向に沿った比抵抗値ρを求める。
【００２３】
この場合、比抵抗値ρの測定は、測定部１６を削孔１２の最底部まで到達させた後に、これを引上げながら比抵抗ρを測定し、この測定の際には、電流電極Ａと地上側の電流電極Ｂとの間に流す直流電流Ｉの値を一定に保ちながら、所定深度間隔毎に電位差Ｖを測定して、比抵抗ρを求める。このような比抵抗ρの測定方法によれば、その方位を一定に保つことにより、削孔１２の深度方向に沿って、方位に対応した断面上の比抵抗ρを求めることができる。
【００２５】
また、本実施例の場合には、測定部１６の電流電極Ａと電位電極Ｍとの間の電極間隔ａを異ならせて、異なった間隔に設定された電極間隔において、同一方位におけるそれぞれの比抵抗値ρを求め、これらの各測定値ρを同一グラフ上に表示するようにしている。
【００２６】
図３は、このような測定を岩盤（石灰岩）に適用した際に得られた４種類の比抵抗値ρを、たて軸が深度（ｍ）で、横軸が比抵抗値（Ωｍ）として、同一グラフ上に表示したものである。
【００２７】
同図において、▲１▼で示した比抵抗値が電極間間隔を１２．５ｃｍ、▲２▼が同２５ｃｍ、▲３▼が５０ｃｍ、▲４▼が同１００ｃｍとした場合のそれぞれの測定結果である。
【００２８】
図３に示した測定結果における比抵抗値ρの変化から、その値が急激に小さくなっている個所、すなわち、同図において点線で示した個所（比抵抗値ρが急激に減少している個所を繋ぐ線分）においては、透水亀裂があって、その結果、比抵抗値ρが小さくなっているものと考えられ、この個所には、亀裂の存在確立が極めて大きいと判断することができる。また、比抵抗値ρが急激に減少している個所を繋ぐ線分（点線）の方向から亀裂の方向性を確認することも可能になる。なお、図４は、電極間隔ａを５ｃｍ，１０ｃｍ，１５ｃｍとした場合の測定例である。
【００２９】
この場合、本実施例では、測定部１６の電流電極Ａと電位電極Ｍとの間の電極間隔ａを異ならせて、変更された電極間隔においてそれぞれ同一方位において、比抵抗ρを測定している。
【００３０】
このことは、電極間隔ａを異ならせると、図２に示した比抵抗値ρの測定対象となる球体Ｘの直径が異なってくるので、各測定点における削孔１２の表面から地盤の奥側に離間した地盤中の比抵抗値ρが求められるので、同一断面における二次元方向に広がる連続情報を得ることができ、発生している亀裂の削孔１２の表面から内部に至る方向性や、長さの推定が可能になる。
さて、以上のように構成した地盤の調査方法によれば、削孔１２内における電流および電位電極Ａ，Ｍを備えた測定部１６の姿勢を制御して、その方位を一定に保ちながら、削孔１２の深度方向に沿った比抵抗を求めるので、求めた比抵抗値ρは、削孔１２内のほぼ一直線上に沿ったものとなり、例えば、比抵抗値ρから亀裂の存在が確認された場合に、その削孔１２に対する位置が判る。
【００３１】
また、方位を一定に保ちながら、削孔１２の深度方向に沿った比抵抗を求めると、測定中の方向変化が規制され、その結果、求められる比抵抗値ρは、連続したものとなる。
【００３２】
図５は、本発明の調査方法の有効性を確認するために行った実験結果を示している。この実験では、同図中の右端に示した地質条件の個所に削孔を掘削形成し、本発明の調査方法と、キャリパー検層，γ線検層，音波検層とをそれぞれ行った。
【００３３】
本発明の調査方法では、電極間間隔ａを１００ｃｍに固定し、測定部１６が一定の方位を向くようにして、深度毎の比抵抗値ρを求めた。図中に点線で示した部分が、各方法により亀裂であると判断された部分である。
【００３４】
これらの各方法の有効性を判断するために、同一個所のボーリングコアを採取して、サンプルの亀裂発生個所を確認した。ボーリングコアの調査では、多くの個所に亀裂の存在が認められるものの、これらの全てが透水性をもった亀裂であるとは考えられないが、本発明の調査方法で亀裂と判断された部分は、ボーリングコアの亀裂とほぼ一致している。
【００３５】
また、本発明の調査方法と音波検層の結果とは、双方の亀裂個所がほぼ一致しており、この実験結果から、本発明の地盤の調査方法では、音波検層と同程度の有効性があることが確認された。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる地盤の調査方法によれば、測定部の定位方向性を確保することにより、測定結果に方向性をもたせ、かつ、連続した情報が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる地盤の調査方法の一実施例を示す実施状況の説明図である。
【図２】 図１の調査方法における比抵抗値の測定原理の説明図である。
【図３】 図１に示した調査方法の測定結果の一例を示すグラフである。
【図４】 電極間隔を５ｃｍ，１０ｃｍ，１５ｃｍとした場合の測定例である。
【図５】 本発明にかかる調査方法の有効性を確認するために行った実験結果を示すグラフである。
Claims (1)
- 地盤中に掘削された削孔内に、電流および電位電極を備えた測定部を吊下げ設置し、前記電流電極と地盤との間に所定の電流を流した時に、前記電位電極と地盤との間の電位差を測定して、前記電極設置個所の比抵抗を求め、得られた比抵抗値に基づいて、地盤の緩みや亀裂発生などの性状を把握する地盤の調査方法において、
前記削孔内における前記測定部の姿勢を制御して、その方位を一定に保つことにより、前記削孔の深度方向に沿って、前記方位に対応した断面上の比抵抗を求める測定を行う方法であって、
前記電流および電位電極間の間隔を異ならせて、前記比抵抗の測定を複数回行い、同一断面における二次元方向に広がる前記比抵抗の情報から、比抵抗値の急激な減少部分を亀裂と判断し、当該減少部分を繋ぐ線分から前記亀裂の方向性を判断することを特徴とする地盤の調査方法。
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| CN105549095A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-05-04 | 河海大学 | 用于检测堤坝垂直防渗工程的多极电测探针 |
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2000
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