JP3820364B2

JP3820364B2 - Penetration sensor for penetration test

Info

Publication number: JP3820364B2
Application number: JP2001346480A
Authority: JP
Inventors: 幸次郎武居; 眞澄小川
Original assignee: Kajima Corp; Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2021-11-12
Also published as: JP2003149066A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木建築構造物の設計および施工に関連する地盤特性の調査・試験に用いられ、特に円柱状のロッド部の先端にセンサを設けてなる貫入体を地中に挿入し、貫入および引き抜きなどの際における各種応力または圧力を測定する貫入試験、すなわち静的サウンディング、に用いられる貫入試験用貫入センサに係り、特に前記貫入体に作用する摩擦力と摩擦面に直交する方向の有効応力である有効水平応力との同時測定を可能として、杭や地中壁等の構造体と土の間の摩擦特性の把握、または土中の水平応力の評価に有効に利用し得る貫入試験用貫入センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地盤特性を迅速に且つ連続的に評価するための調査技術として、電気式静的コーン貫入試験（以下、単に「コーン貫入試験」と称する）に代表される貫入試験が従来より行われている。コーン貫入試験は、円錐状に尖った先端を有する貫入体を地中に一定速度で貫入して、該貫入体に作用する各種の力を該貫入体に関連して設けられた各種変換器により測定し、この結果から地盤特性を評価するものである。
現在、一般的に行われているコーン貫入試験においては、貫入体の先端に作用する抵抗（先端抵抗）、貫入体の側面に作用する摩擦力（スリーブ摩擦力）および間隙水圧の３つの成分を測定する。
一方、これらの測定成分の他に貫入体の側面に作用する地盤の水平応力を測定する装置の開発も試みられている。このような水平応力を測定することにより、一層詳細に地盤特性を評価することができる。
【０００３】
ところで、上述したコーン貫入試験および先端が円錐状でない貫入体を用いる他の貫入試験を含む貫入試験において用いられる水平応力の既存の測定方法は、次の通りである。
（ａ）第１の方法Ａ：貫入体軸部の摩擦力測定用スリーブの上側、つまりロッド側、において、貫入体本体の一部分を切欠し、その部分を覆うように薄板を貫入体本体に取着して、その内側に荷重変換器を設け、前記薄板に作用する土圧を前記内側の荷重変換器で測定することによって、水平応力を測定する。この第１の方法Ａの一例が１９８８年６月付の第２４回土質工学研究発表会論文集（土質工学会、すなわち現在の地盤工学会、発行）１９１頁〜１９２頁、「水平土圧も測定する四成分コーン貫入試験機の試作」（酒井幸雄、土谷尚、岩崎公俊、山本芳裕）（以下、「第１の文献」と称する）に記載されている。
【０００４】
（ｂ）第２の方法Ｂ：円筒状の摩擦力測定用スリーブの一部分を肉薄にし且つその背面側にひずみゲージを添着し、該摩擦力測定用スリーブに作用する水平応力によって、該肉薄の部分に充分なひずみが生ずるようにし、このひずみを上記ひずみゲージにより測定して水平応力を評価する。この第２の方法Ｂの一例が１９８９年７月付発行の「土と基礎（３７−７（３７８））」２３頁〜２８頁、「四成分コーンの原位置摩擦試験への応用」（上杉守道、岸田英明、日下部治）（以下、「第２の文献」と称する）に記載されている。
（ｃ）第３の方法Ｃ：貫入体軸部の摩擦力測定用スリーブの下側、つまり先端側、において、貫入体本体から絶縁された円筒状の板体を設置してその一部分を薄肉にして、その部分にひずみゲージを添着し、このひずみゲージによって、水平応力を測定する。この第３の方法Ｃの一例が１９９４年７月付の第３０回土質工学研究発表会論文集（土質工学会発行）１３６５頁〜１３６８頁、「四成分センサーを使用した模型杭の鉛直載荷試験」（田中実、桑原文夫）（以下、「第３の文献」と称する）に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の水平応力の測定方法である第１の方法Ａ、第２の方法Ｂ、および第３の方法Ｃには、それぞれ次のような問題がある。
〈従来の方法Ａ〜Ｃに共通の問題点〉
（１）これら従来の方法Ａ〜Ｃにより直接測定される水平応力は、厳密には全水平応力、すなわち貫入体に作用する有効水平応力と間隙水圧の和、である。地盤特性の詳細な評価には、全水平応力の他に有効水平応力、すなわち貫入体と土粒子との固体同士間に作用する水平方向応力、を求めることが重要である。この有効水平応力は、全水平応力から間隙水圧を差し引いて求めることができる。有効水平応力を精度良く求めるためには、全水平応力および間隙水圧の個々の測定精度を上げることと、（貫入体に作用する各種の応力や水圧は測定位置、特に貫入体先端からの距離、に大きく依存するため）全水平応力と間隙水圧をできる限り近い位置で測定することとが重要である。上述した、従来の方法Ａ〜Ｃでは、いずれも有効水平応力を直接求めることはできず、上述の点が充分に満足されないため、有効水平応力を精度良く求めることは困難である。
【０００６】
（２）杭や地中壁等の構造体と土との摩擦特性を評価するためには、貫入体に作用する摩擦と摩擦測定部、すなわち摩擦スリーブ、に作用する有効水平応力（つまり摩擦面に直交する方向に作用する有効応力）との同時測定が重要であるが、従来の方法Ａ〜Ｃでは、このような測定を精度良く行なうことは困難である。
（３）構造体と土との摩擦特性は、構造体の表面粗さの影響を大きく受ける。この影響を調べるためには、表面の粗さの異なる摩擦スリーブを付け替えて試験することが容易に行なえることが望ましい。しかしながら、上述した従来の測定方法Ａ〜Ｃでは、この点に関する特別な工夫は見られない。
（４）貫入体の貫入方向と引抜き方向との両方についての貫入体に作用する摩擦を精度良く測定できることが重要であるが、上述の従来の方法Ａ〜Ｃでは、この点にも限界がある。
即ち、従来の方法では、摩擦力と軸力との分離が行い得ず、摩擦力を正確に検出することができない。
（５）貫入試験の測定結果は、貫入体の挿入角度の影響を受けるため、挿入角度を適切な範囲に管理することが重要である。上述の従来の方法Ａ〜Ｃでは、この点に関しても特別な工夫は見られない。
【０００７】
次に、第２の方法Ｂと第３の方法Ｃに共通する問題点を述べる。
〈従来の方法ＢおよびＣに共通の問題点〉
（６）方法Ｂと方法Ｃにおいては、摩擦の測定は、摩擦スリーブに作用する摩擦力を貫入体軸部に伝達し、この軸部のひずみを測定して求める機構を採用しているが、この軸部のひずみには目的とする摩擦力以外の貫入体の先端抵抗等の力によるひずみが含まれるため、摩擦の測定精度はあまり良くない。
次に、従来の第１の方法Ａ、第２の方法Ｂ、または第３の方法Ｃの各方法の個別の問題点を述べる。
〈従来の方法Ａに特有の問題点〉
（７）土圧の受圧部が貫入体本体と絶縁されていないため、全水平応力を精度良く測定することが困難である。
（８）第１の文献に示された構成では、全水平応力の測定位置は、摩擦測定部の上側、間隙水圧の測定位置は、摩擦測定部の下側となっている。このような構成では、全水平応力と間隙水圧の測定位置が大きく離れているので、有効水平応力の測定が困難である。
【０００８】
〈従来の方法Ｂに特有の問題点〉
（９）全水平応力の受圧部には、摩擦スリーブに作用する摩擦によってもひずみが発生するため、摩擦が作用する状態で全水平応力を精度良く測定することが困難である。
（１０）土に直接接触する摩擦スリーブのひずみ量から全水平応力を評価するので、摩擦スリーブの摩耗や傷が直接的に測定値に影響を及ぼす。また、摩擦スリーブの一部分を薄肉とするので、センサの耐久性が低い。
（１１）表面の粗い構造体と土の摩擦特性の評価には、表面を粗く加工した摩擦スリーブを用いることが効果的であるが、このような加工は全水平応力の測定精度低下につながる。さらに、摩擦スリーブにひずみゲージを直接貼り付けているので、摩擦スリーブの交換が容易ではない。
【０００９】
〈従来の方法Ｃに特有の問題点〉
（１２）土に直接接触する円筒形の受圧部のひずみ量から全水平応力を評価するので、受圧部の摩耗や傷が測定値に直接的に影響を及ぼす。また、受圧部の一部を削って薄肉にしているのでセンサの耐久性が低い。
（１３）全水平応力の受圧部は、摩擦によってもひずみが発生するため、摩擦が作用する状態にて全水平応力を精度良く測定することが困難である。
（１４）全水平応力の受圧部は円筒形であるため、全水平応力と間隙水圧の測定位置を近付けることには限界があり、有効水平応力の精度向上にも限界がある。
（１５）第３の文献に記載された構成においては、摩擦、全水平応力、および間隙水圧の測定位置がそれぞれ離れており、また、全水平応力と間隙水圧の測定位置は摩擦の測定位置の下方のみとなっているため、摩擦測定部に作用する有効水平応力を精度良く求めることは難しい。
【００１０】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、貫入状態にて貫入体の側面に作用する摩擦力、摩擦面に直交する方向の全応力である全水平応力および間隙水圧を測定することができ、前記摩擦力と摩擦面に直交する方向の有効応力、すなわち有効水平応力、との同時測定を可能とする貫入試験用貫入センサを提供することを目的としている。
本発明の請求項１の目的は、特に、摩擦面に直交する方向の全水平応力を測定する精度の高い水平応力測定部と間隙水圧計との計測に基づいて、摩擦測定部に作用する有効水平応力を極めて高精度に測定することが可能な貫入試験用貫入センサを提供することにある。
本発明の請求項２の目的は、特に、地中における貫入体の傾斜および位置を効果的に求めることを可能とする貫入試験用貫入センサを提供することにある。
【００１１】
本発明の請求項３の目的は、特に、貫入体の軸部基体における軸方向についての応力に基づき、貫入体に加わる軸力を摩擦測定部の内側にて測定することを可能とする貫入試験用貫入センサを提供することにある。
本発明の請求項４の目的は、特に、各測定部における測定信号を直接処理するアンプおよび各測定部に給電する安定化電源の少なくとも一方と前記各測定部との間の接続ケーブルの抵抗による出力低下、およびその出力低下の補正に係る補正誤差を低減し、測定精度を向上することを可能とする貫入試験用貫入センサを提供することにある。
本発明の請求項５の目的は、特に、水平応力測定部と間隙水圧計とを、他の構成等の状況に応じて、適切に近接配置することを可能とする貫入試験用貫入センサを提供することにある。
本発明の請求項６の目的は、特に、円錐状の先端を有する貫入体を用いるコーン貫入試験に好適に利用し得る貫入試験用貫入センサを提供することにある。
本発明の請求項７の目的は、特に、貫入体の先端部の長さを調整して、貫入体の先端と摩擦測定部との間の距離を変えた試験を容易に実施することを可能とする貫入試験用貫入センサを提供することにある。
本発明の請求項８の目的は、特に、各測定部における測定を、ひずみゲージにより、有効に且つ高精度に測定することを可能とする貫入試験用貫入センサを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した本発明に係る貫入試験用貫入センサは、上述した目的を達成するために、
円柱状の軸部の先端を所定の先端形状に形成してなる貫入体を地盤に静的に貫入させて各種応力を測定する貫入試験に用いられ、前記貫入体を形成する貫入試験用貫入センサにおいて、
前記円柱状の軸部を形成する軸部基体であって、円柱状の両端を大径部として中間部に小径部を形成した軸部基体と、
円筒状をなし、摩擦力が前記軸部基体に直接伝達しないように前記軸部基体と機械的に絶縁して設置され、前記軸部の外周面の一部を形成する摩擦スリーブと、
薄肉円筒状をなし、前記摩擦スリーブと前記軸部基体との間に設置され、先端部において前記軸部基体に結合され且つ基端部において前記摩擦スリーブに結合されて、前記摩擦スリーブの受ける押し引き２方向の摩擦力を計測する摩擦測定部と、
前記摩擦スリーブの先端側に配置され、受圧面が前記軸部の外周面の一部を形成して、前記軸部外周の摩擦面に対して直交する方向についての応力を計測する第１の水平応力測定部と、
前記第１の水平応力測定部の近傍に配置されて間隙水圧を計測する第１の間隙水圧計と、
前記摩擦スリーブの基端側に配置され、受圧面が前記軸部の外周面の一部を形成して、前記軸部外周の摩擦面に対して直交する方向についての応力を計測する第２の水平応力測定部と、
前記第２の水平応力測定部の近傍に配置されて間隙水圧を計測する第２の間隙水圧計と
を具備することを特徴としている。
【００１４】
請求項２に記載した本発明に係る貫入試験用貫入センサは、前記軸部基体と実質的に一体的に、前記貫入体の直交する２方向についての傾斜を検出する傾斜計をさらに具備することを特徴としている。
請求項３に記載した本発明に係る貫入試験用貫入センサは、前記小径部における軸方向についての応力を検出することによって、軸力を測定する軸力測定部を、前記軸部基体が含むことを特徴としている。
請求項４に記載した本発明に係る貫入試験用貫入センサは、前記貫入体内に、前記摩擦測定部、前記水平応力測定部、前記間隙水圧計および前記軸力測定部のうちの少なくともいずれかに接続される安定化電源および信号アンプのうちの少なくとも一方をさらに具備することを特徴としている。
請求項５に記載した本発明に係る貫入試験用貫入センサは、前記水平応力測定部およびその近傍に配置される前記間隙水圧計を、軸方向にずらした位置、円周方向にずらした位置、並びに軸方向および円周方向の双方にずらした位置のうちのいずれかに配置することを特徴としている。
【００１５】
請求項６に記載した本発明に係る貫入試験用貫入センサは、前記貫入体が、前記軸部の先端形状を円錐状としたことを特徴としている。
請求項７に記載した本発明に係る貫入試験用貫入センサは、前記貫入体の先端と前記摩擦測定部との間の距離を調整すべく、前記貫入体の前記軸部の先端部を延長する延長手段をさらに具備することを特徴としている。
請求項８に記載した本発明に係る貫入試験用貫入センサは、前記摩擦測定部、前記水平応力測定部、前記間隙水圧計および前記軸力測定部のうちの少なくともいずれかが、起歪部にひずみゲージを添設してなることを特徴としている。
【００１７】
【作用】
すなわち、本発明の請求項１による貫入試験用貫入センサは、円柱状の軸部の先端を所定の先端形状に形成してなる貫入体を地盤に静的に貫入させて各種応力を測定する貫入試験に用いられ、前記貫入体を形成する貫入試験用貫入センサであって、該貫入試験用貫入センサは、前記円柱状の軸部を形成する軸部基体であって、円柱状の両端を大径部として中間部に小径部を形成した軸部基体、円筒状をなし、摩擦力が前記軸部基体に直接伝達しないように前記軸部基体と機械的に絶縁して設置され、前記軸部の外周面の一部を形成する摩擦スリーブ、薄肉円筒状をなし、前記摩擦スリーブと前記軸部基体との間に設置され、先端部において前記軸部基体に結合され且つ基端部において前記摩擦スリーブに結合されて、前記摩擦スリーブの受ける押し引き２方向の摩擦力を計測する摩擦測定部、前記摩擦スリーブの先端側に配置され、受圧面が前記軸部の外周面の一部を形成して、前記軸部外周の摩擦面に対して直交する方向についての応力を計測する第１の水平応力測定部、前記第１の水平応力測定部の近傍に配置されて間隙水圧を計測する第１の間隙水圧計、前記摩擦スリーブの基端側に配置され、受圧面が前記軸部の外周面の一部を形成して、前記軸部外周の摩擦面に対して直交する方向についての応力を計測する第２の水平応力測定部および前記第２の水平応力測定部の近傍に配置されて間隙水圧を計測する第２の間隙水圧計とを具備する。
このような構成により、特に、摩擦面に直交する方向の全応力を測定する精度の高い水平応力測定部と間隙水圧計とを互いに近接配置した構成を摩擦測定部の上下にそれぞれ配設するので、これらの計測に基づいて、摩擦測定部に作用する有効水平応力を極めて高精度に測定することが可能である。
【００１８】
本発明の請求項２による貫入試験用貫入センサは、前記軸部基体と実質的に一体的に、前記貫入体の直交する２方向についての傾斜を検出する傾斜計をさらに具備する。
このような構成により、特に、軸部基体と実質的に一体として、貫入体の直交する２方向についての傾斜計を設けているので、地中における該貫入体の傾斜および位置を効果的に求めることが可能である。
本発明の請求項３による貫入試験用貫入センサは、前記小径部における軸方向についての応力を検出することによって、軸力を測定する軸力測定部を、前記軸部基体が含む。
このような構成により、特に、貫入体の軸部基体における軸方向についての応力に基づき、貫入体に加わる軸力を摩擦測定部の内側にて測定することが可能である。
【００１９】
本発明の請求項４による貫入試験用貫入センサは、前記貫入体内に、前記摩擦測定部、前記水平応力測定部、前記間隙水圧計および前記軸力測定部のうちの少なくともいずれかに接続される安定化電源および信号アンプのうちの少なくとも一方をさらに具備する。
このような構成により、特に、各測定部における測定信号を直接処理するアンプおよび各測定部に給電する安定化電源の少なくとも一方と前記各測定部との間の接続ケーブルの抵抗による出力低下、およびその出力低下の補正に係る補正誤差を低減し、測定精度を向上することが可能である。
本発明の請求項５による貫入試験用貫入センサは、前記水平応力測定部およびその近傍に配置される前記間隙水圧計を、軸方向にずらした位置、円周方向にずらした位置、並びに軸方向および円周方向の双方にずらした位置のうちのいずれかに配置する。
このような構成により、特に、応力測定部と間隙水圧計とを、他の構成等の状況に応じて、適切に近接配置することが可能である。
【００２０】
本発明の請求項６による貫入試験用貫入センサは、前記貫入体が、前記軸部の先端形状を円錐状とする。
このような構成により、特に、円錐状の先端を有する貫入体を用いるコーン貫入試験に好適に利用することができる。
本発明の請求項７による貫入試験用貫入センサは、前記貫入体の先端と前記摩擦測定部との間の距離を調整すべく、前記貫入体の前記軸部の先端部を延長する延長手段をさらに具備する。
このような構成により、特に、貫入体の先端部の長さを調整して、貫入体の先端と摩擦測定部との間の距離を変えた試験を容易に実施することが可能である。
本発明の請求項８による貫入試験用貫入センサは、前記摩擦測定部、前記水平応力測定部、前記間隙水圧計および前記軸力測定部のうちの少なくともいずれかが、起歪部にひずみゲージを添設してなる。
このような構成により、特に、各測定部における測定を、ひずみゲージにより、有効に且つ高精度に測定することが可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に基づき、図面を参照して本発明の貫入試験用貫入センサを詳細に説明する。
図１〜図８は、本発明の一つの実施の形態に係る貫入試験用貫入センサの要部の構成を示しており、コーン貫入試験用貫入センサとして構成している。図１は、コーン貫入試験用貫入センサの貫入体軸線に沿う縦断面図、図２は、図１のコーン貫入試験用貫入センサの正面図、図３は、図１のコーン貫入試験用貫入センサのＡ−Ａ線に沿う横断面図、図４は、図１のコーン貫入試験用貫入センサのＢ−Ｂ線に沿う横断面図、図５は、図１のコーン貫入試験用貫入センサのＣ−Ｃ線に沿う横断面図、図６は、図１のコーン貫入試験用貫入センサのＤ−Ｄ線に沿う横断面図、図７は、図１のコーン貫入試験用貫入センサのＥ−Ｅ線に沿う横断面図、そして図８は、図１のコーン貫入試験用貫入センサの先端部分に必要に応じて選択的に介挿される延長アダプタの模式的な構成を示す縦断面図である。
【００２２】
図１〜図７に示すコーン貫入試験用貫入センサは、摩擦測定部１、先端側（第１の）水平応力測定部２、先端側（第１の）間隙水圧計３、基端側（第２の）水平応力測定部４、基端側（第２の）間隙水圧計５、軸力測定部６、貫入体先端部７、Ｘ方向傾斜計８、Ｙ方向傾斜計９、摩擦スリーブ１０、先端側水平応力測定部２の受圧面１１、先端側間隙水圧計３用のフィルタ１２、基端側水平応力測定部４の受圧面１３、基端側間隙水圧計５用のフィルタ１４、貫入体軸部１５、先端側間隙水圧計３接続用のコネクタ１６、先端側水平応力測定部２接続用のコネクタ１７、ひずみゲージ１８（図５参照）、安定化電源部１９および計測器多芯コネクタ２０を具備している。また、図８には、延長アダプタ２１を示している。
【００２３】
図１〜図７のコーン貫入試験用貫入センサにより構成される貫入体には、先端に円錐状のコーン金具からなる貫入体先端部７を設けている。なお、貫入体の先端形状は、コーン貫入試験に用いる場合には図示のように円錐状とするが、円錐状でなく、例えば平坦状とする場合もあり、そのような場合には、例えば貫入体先端部７として先端が平坦な形状の金具を用いる。軸部基体を構成する軸力測定部６の外周に配置される円筒状の摩擦測定部１は、その基端側を摩擦スリーブ１０にネジで固定され、摩擦測定部１を挟んで先端側（貫入設置状態で下方側）および基端側（貫入設置状態で上方側）に、それぞれ先端側水平応力測定部２および基端側水平応力測定部４が設置される。各水平応力測定部２および４の近傍には、それぞれ先端側間隙水圧計３とフィルタ１２、および基端側間隙水圧計５とフィルタ１４が設置される。さらに、貫入中の貫入体の２方向の傾斜を測定するために、Ｘ方向傾斜計８およびＹ方向傾斜計９が設置されている。また、各センサと最基端に配置される外部接続用の計測器多芯コネクタ２０との間には安定化電源部１９が設置されている。この安定化電源部１９と同様の個所に各センサの出力信号を増幅処理する信号アンプが設けられていてもよい。
【００２４】
図１におけるＡ−Ａ線に沿う基端側水平応力測定部４の部分の断面図を図３に示している。全体としてほぼ短寸円柱状をなす基端側水平応力測定部４は、その底面部においてボルトにより貫入体軸部１５に固定されており、その周囲側面はＯリングを用いてシール（封止）されている。貫入体軸部１５は、軸部基体をなす軸力測定部６と一体的に構成されている。また、この基端側水平応力測定部４の貫入体外周面に露出する受圧面１３は、貫入体の円柱状の外周面形状に合わせて部分円筒面状の曲面に加工されている。基端側水平応力測定部４は、起歪体およびひずみゲージ等を用いて受圧面１３に受ける壁面土圧に応じた電気信号を得る基端側壁面土圧計として構成されている。なお、先端側水平応力測定部２についても、基端側水平応力測定部４とほぼ同様に構成され、円筒面状曲面からなる受圧面１１を貫入体外周面に露出している。先端側水平応力測定部２も、起歪体およびひずみゲージ等を用いて受圧面１１に受ける壁面土圧に応じた電気信号を得る先端側壁面土圧計として構成されている。
【００２５】
図１におけるＢ−Ｂ線に沿う基端側間隙水圧計５部分の断面図を図４に示している。基端側間隙水圧計５は、貫入体軸部１５にネジ構造によりねじ込み固定されており、その周囲側面は、Ｏリングを用いてシールされている。この基端側間隙水圧計５の貫入体外周面に露出する受圧面部には、水等の液体以外の固形物による押圧を防止するためのフィルタ１４が設置されている。なお、先端側間隙水圧計３についても、基端側間隙水圧計５とほぼ同様に構成され、フィルタ１２により受圧面部を保護している。
図１におけるＣ−Ｃ線に沿う摩擦測定部１および軸力測定部６部分の断面図を図５に示している。摩擦測定部１は、軸力測定部６を構成している貫入体軸部と貫入体外周面に露出する摩擦スリーブ１０との間に設置されている。摩擦測定部１は、中間部を起歪体としての薄肉の円筒状の部分の外周面にひずみゲージ１ａを貼設したものである。摩擦測定部１は、その円筒状部分の先端側において、円筒状の中空部に挿入された軸力測定部６の先端とねじ結合により連結され、該円筒状部分の基端側開口端において摩擦スリーブ１０の基端側縁部内面とねじ結合により連結されている。
【００２６】
軸力測定部６の先端部外周には雄ネジが形成され、摩擦測定部１に形成された雌ネジに螺合されて連結され、止めネジ等により適宜回り止めされている。摩擦測定部１の基端側開口端の外周縁部には雄ネジが形成され、摩擦スリーブ１０の基端寄りの部分の内面に形成された雌ネジに螺合されて結合されている。なお、摩擦スリーブ１０は、軸力測定部６に対して軸方向に所定範囲相対移動可能となっている。また、軸力測定部６は、円柱状部分の両端部を大径部として、中間部を小径部として形成しており、中心部には流体通路を形成する中空部が形成されている。この軸力測定部６は、軸力を検出するための起歪体として構成され、前記小径部の外周にひずみゲージ１８が貼設されている。なお、軸力測定部６の外部形状を円柱状としているが、角柱状、例えば四角柱状に形成してもよく、また、大径部のみを円柱状とし、小径部のみを四角柱状としてもよい。軸力測定部６は、ひずみゲージ１８により軸力を検出しそれに応じた電気信号を得ている。貫入体軸部１５は、互いに連結された複数の部分により構成されており、軸力測定部６は、貫入体軸部１５の一部をなしている。なお、摩擦スリーブ１０は、その動作を可能とするため、貫入体軸部１５に対して若干のギャップを設ける必要があるが、異物の混入を防ぐため例えば０．７ｍｍ程度のギャップとすることが望ましい。
【００２７】
図１におけるＤ−Ｄ線に沿うＹ方向傾斜計９部分の断面図を図６に示している。貫入体軸部１５の基端側間隙水圧計５よりもさらに基端側の部分には、中心軸に沿う中空部内に軸線が垂直に交わる面内の直交する２方向についての、例えばひずみゲージ等を用いた傾斜計８および９、すなわちＸ方向傾斜計８およびＹ方向傾斜計９が縦列的に設けられており、これら両方向についての軸線の傾斜をそれぞれ検出して電気信号として得る。
図１におけるＥ−Ｅ線に沿うコネクタ１６および１７部分の断面図を図７に示している。コネクタ１６および１７は、それぞれ先端側水平応力測定部２および先端側間隙水圧計３に対する接続ケーブル接続用のコネクタである。これらコネクタ１６および１７は、摩擦スリーブ１０の交換等に際し、先端側水平応力測定部２および先端側間隙水圧計３を取り外す際に、信号線・給電線等の接続ケーブルを切り離すためのものである。
【００２８】
なお、上述において、貫入体軸部１５は、互いに連結された複数部分により構成されており、摩擦測定部１および軸力測定部６等を構成する部分には、中心軸線に沿う中空部が形成されている。先端側間隙水圧計３の背後、先端側水平応力測定部２の背後、摩擦測定部１の中空部、軸力測定部６の中空部、基端側水平応力測定部４の背後、基端側間隙水圧計５の背後は、各部材に適宜連通孔が形成されて互いに連通しており、この連通部を介して摩擦測定部１、先端側水平応力測定部２、先端側間隙水圧計３、基端側水平応力測定部４、基端側間隙水圧計５、軸力測定部６、Ｘ方向傾斜計８およびＹ方向傾斜計９に対する接続ケーブルが引き出され、貫入体軸部１５内に埋設された安定化電源部１９、および、さらには外部接続用の計測器多芯コネクタ２０に接続されている。
図８は、貫入体先端部７と摩擦測定部１との間の距離を調整するときに使用する延長アダプタ２１を示しており、図示のように貫入体先端部７と貫入体軸部１５との間に介挿して、貫入体軸部１５を延長する。
なお、上述の構成における種々の観点からの特徴は、以下の通りである。
【００２９】
（１）貫入体軸部１５に、先端側の土圧計としての水平応力測定部２と間隙水圧計３と、または基端側の水平応力測定部４と間隙水圧計５とをそれぞれ互いに近接して配置することにより有効水平応力測定部を構成している。
（２）有効水平応力測定部における土圧計としての水平応力測定部２等と間隙水圧計３等の近接設置に際しての相対的位置関係には次の３種類があるが、いずれを選択しても良い。（ａ）軸方向にずらして設置する。（ｂ）円周方向にずらして設置する。（ｃ）軸方向と円周方向のいずれにもずらして設置する。
（３）有効水平応力測定部に設置する水平応力測定部２等と間隙水圧計３等は、いずれも貫入体本体に作用する軸力の影響を受けにくい構造とする。すなわち、土圧計としての水平応力測定部２等は、荷重計型の土圧計とし、軸力の影響を受ける外筐部は、Ｏリングを介して貫入体本体に取り付ける。間隙水圧計３等は、固定部からの力が起歪部に伝達しにくい構造とし、起歪部近傍はＯリングを介して貫入体本体に取り付ける。
【００３０】
（４）有効水平応力測定部に設置する水平応力測定部２等と間隙水圧計３等は、いずれも各変換器に作用する摩擦の影響を受けにくい構成とする。水平応力測定部２等は、荷重計型とし、検出部の他に荷重を受ける受圧面を設けて間接的に検出する構成とすることにより摩擦に対する影響を受けにくくする。また、間隙水圧計３等は、フィルタ１２等を取り付け、フィルタ１２等は、Ｏリングを介して間隙水圧計３等に固定する。
（５）有効水平応力測定部に設置する水平応力測定部２等と間隙水圧計３等とは、小容量ステップで較正して、特性を確認したものを使用することにより、さらに精度良く測定できる。
（６）摩擦測定部１は、摩擦力を受ける円筒状の摩擦スリーブ１０の内側に位置する円筒状（中空）の摩擦測定専用ロードセルとして構成する。
（７）摩擦スリーブ１０は、摩擦力が貫入体本体に直接伝達しないように貫入体本体と機械的に絶縁して設置する。
【００３１】
（８）摩擦スリーブ１０は、押し込みと引き抜きの２方向の摩擦力が伝達するように摩擦測定専用ロードセルからなる摩擦測定部１にネジまたはピン等を用いて固定する。
（９）摩擦測定部１を構成する摩擦測定専用ロードセルは、貫入体本体が受ける軸力とは絶縁され、摩擦力以外の荷重が加わらないような構造とする。
（１０）摩擦測定部１を挟むように摩擦測定部１の先端側および基端側に有効水平応力測定部を設置する。
（１１）有効水平応力測定部は、摩擦測定部１に近接して設置する。
（１２）摩擦スリーブ１０を容易に交換できるようにするため、摩擦測定部１と有効水平応力測定部はそれぞれユニット化して、容易に分解組立できるようにする。このとき、各変換器の接続ケーブルについては、コネクタ１６および１７等を設けることにより、容易に分解組立ができるようにする。
（１３）２方向の傾斜計８および９を設置する。
（１４）貫入体先端部７と摩擦測定部１の距離を調整できるように、先端部には異なる長さの延長アダプタ２１を容易に設置できるようにする。
【００３２】
（１５）摩擦測定部１の摩擦測定専用ロードセルの内側の軸力測定部６の軸方向ひずみをひずみゲージ１８で測定することにより軸力を測定できるようにする。
（１６）延長ケーブルによる出力の低下等の影響を受けないようにするため、信号アンプまたは安定化電源を貫入体内に設置して、測定精度を向上させる。
上述したような構成とすることにより、次のような利点が得られる。
（Ａ）有効水平応力測定部の土圧計としての水平応力測定部２等は、水平応力測定部貫入体本体の軸力の影響を受けないように貫入体軸部１５等との間にギャップを設けていること、および受圧面１３等に作用する摩擦の影響を受けないような構造としていることにより、貫入体を地中に挿入した状態（原位置）で精度良く全水平応力を測定することができる。
（Ｂ）土圧計としての水平応力測定部２等は、受圧部と受圧部に受けた力を検出する部分が分離された構造となっており、検出部は土等と直接接触しないので、高い測定精度と耐久性を確保することができる。
【００３３】
（Ｃ）有効水平応力測定部の間隙水圧計３等は、貫入体本体の軸力の影響を受けないように設置していること、およびくびれを設けるなどして固定部からの力が起歪部に伝わらない構造とすることにより、貫入体を地中に挿入した状態で精度良く間隙水圧を測定することができる。
（Ｄ）有効水平応力測定部では、精度の高い水平応力測定部２等と間隙水圧計３等とを互いに近接して設置することにより貫入体に作用する有効水平応力を精度良く測定することができる。
（Ｅ）摩擦力以外の荷重が加わらないように貫入体軸部１５と絶縁した摩擦測定部１と摩擦スリーブ１０とをネジまたはピン等で固定することにより、押し引き２方向の摩擦を精度良く測定することができる。
（Ｆ）摩擦測定部１を挟むように摩擦測定部１の上下に有効水平応力測定部を近接させて設置することにより、摩擦測定部１に作用する摩擦面の直交方向に作用する有効応力である有効水平応力を精度良く求めることができる。
（Ｇ）貫入体に作用する押し引き２方向の摩擦と摩擦測定部１に作用する有効水平応力を同時に且つ精度良く求めることができる。
【００３４】
（Ｈ）摩擦測定部１と有効水平応力測定部をユニット化し、容易に分解組立てできるようにしているため、摩擦スリーブ１０を容易に交換することができ、異なる表面粗さの摩擦スリーブ１０を用いた試験を容易に実施することができる。
（Ｉ）２方向の傾斜計８および９を組み込んでいるため、挿入した貫入体の傾斜および傾斜を深さ方向に積分することにより、地中における貫入体の位置を求めることができる。
（Ｊ）延長アダプタ２１により貫入体の先端部の長さを容易に調整することができるため、貫入体先端と摩擦測定部１との間の距離を変えた試験を容易に実施することができる。
（Ｋ）摩擦測定部１の内側の軸力測定部６の軸方向ひずみから貫入体に加わる軸力を測定することができる。
（Ｌ）アンプまたは安定化電源を貫入体内に設置することにより、延長ケーブルの抵抗による出力低下がなくなり、それによってケーブル抵抗による出力低下を補正するときの補正誤差もなくなるため、測定精度が向上する。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１の貫入試験用貫入センサによれば、円柱状の軸部の先端を所定の先端形状に形成してなる貫入体を地盤に静的に貫入させて各種応力を測定する貫入試験に用いられ、前記貫入体を形成する貫入試験用貫入センサにおいて、
前記円柱状の軸部を形成する軸部基体であって、円柱状の両端を大径部として中間部に小径部を形成した軸部基体と、
円筒状をなし、摩擦力が前記軸部基体に直接伝達しないように前記軸部基体と機械的に絶縁して設置され、前記軸部の外周面の一部を形成する摩擦スリーブと、
薄肉円筒状をなし、前記摩擦スリーブと前記軸部基体との間に設置され、先端部において前記軸部基体に結合され且つ基端部において前記摩擦スリーブに結合されて、前記摩擦スリーブの受ける押し引き２方向の摩擦力を計測する摩擦測定部と、
前記摩擦スリーブの先端側に配置され、受圧面が前記軸部の外周面の一部を形成して、前記軸部外周の摩擦面に対して直交する方向についての応力を計測する第１の水平応力測定部と、
前記第１の水平応力測定部の近傍に配置されて間隙水圧を計測する第１の間隙水圧計と、
前記摩擦スリーブの基端側に配置され、受圧面が前記軸部の外周面の一部を形成して、前記軸部外周の摩擦面に対して直交する方向についての応力を計測する第２の水平応力測定部と、
前記第２の水平応力測定部の近傍に配置されて間隙水圧を計測する第２の間隙水圧計と
を具備することにより、貫入状態にて（即ち原位置にて）貫入体の側面に作用する摩擦力、摩擦面に直交する方向の全応力である全水平応力および間隙水圧を測定することができ、特に、前記摩擦スリーブの先端側と基端側に、精度の高い第１および第２の水平応力測定部と第１および第２の間隙水圧計とを互いに近接して配置したので、異なる測定位置（特に、先端からの距離）における有効水平応力を同時に測定することにより、より信頼性が高く、極めて高精度に摩擦測定部に作用する有効水平応力を測定することができ、また、摩擦スリーブは、押し込みと引き抜きの２方向の摩擦力が薄肉円筒状をなす摩擦測定部に伝達されるように構成されているため、単に貫入体を地盤に貫入するときだけでなく、引き抜く際の摩擦力も精度よく測定することが可能である。
【００３７】
本発明の請求項２の貫入試験用貫入センサによれば、前記軸部基体と実質的に一体的に、前記貫入体の直交する２方向についての傾斜を検出する傾斜計をさらに具備することにより、特に、軸部基体と実質的に一体として、貫入体の直交する２方向についての傾斜計を設けているので、地中における該貫入体の傾斜および位置を効果的に求めることが可能となる。
本発明の請求項３の貫入試験用貫入センサによれば、前記軸部基体の小径部における軸方向についての応力を検出することによって、軸力を測定する軸力測定部を、前記軸部基体が含むことにより、特に、貫入体の軸部基体における軸方向についての応力に基づき、貫入体に加わる軸力を摩擦測定部の内側にて測定することが可能となる。
本発明の請求項４の貫入試験用貫入センサによれば、前記貫入体内に、前記摩擦測定部、前記水平応力測定部、前記間隙水圧計前記軸力測定部のうちの少なくともいずれかに接続される安定化電源および信号アンプのうちの少なくとも一方をさらに具備することにより、特に、各測定部における測定信号を直接処理するアンプおよび各測定部に給電する安定化電源の少なくとも一方と前記各測定部との間の接続ケーブルの抵抗による出力低下、およびその出力低下の補正に係る補正誤差を低減し、測定精度を向上することが可能となる。
【００３８】
本発明の請求項５の貫入試験用貫入センサによれば、前記水平応力測定部およびその近傍に配置される前記間隙水圧計を、軸方向にずらした位置、円周方向にずらした位置、並びに軸方向および円周方向の双方にずらした位置のうちのいずれかに配置することにより、特に、水平応力測定部と間隙水圧計とを、他の構成等の状況に応じて、適切に近接配置することが可能となる。
本発明の請求項６の貫入試験用貫入センサによれば、前記貫入体が、前記軸部の先端形状を円錐状とすることにより、特に、円錐状の先端を有する貫入体を用いるコーン貫入試験に好適に利用することが可能となる。
本発明の請求項７の貫入試験用貫入センサによれば、前記貫入体の先端と前記摩擦測定部との間の距離を調整すべく、前記貫入体の前記軸部の先端部を延長する延長手段をさらに具備することにより、特に、貫入体の先端部の長さを調整して、貫入体の先端と摩擦測定部との間の距離を変えた試験を容易に実施することが可能となる。
本発明の請求項８の貫入試験用貫入センサによれば、前記摩擦測定部、前記水平応力測定部、前記間隙水圧計、および前記軸力測定部のうちの少なくともいずれかが、起歪部にひずみゲージを添設してなることにより、特に、各測定部における測定を、ひずみゲージにより、有効に且つ高精度に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係るコーン貫入試験用貫入センサの貫入体軸線に沿う縦断面図である。
【図２】図１のコーン貫入試験用貫入センサの正面図である。
【図３】図１のコーン貫入試験用貫入センサのＡ−Ａ線に沿う横断面図である。
【図４】図１のコーン貫入試験用貫入センサのＢ−Ｂ線に沿う横断面図である。
【図５】図１のコーン貫入試験用貫入センサのＣ−Ｃ線に沿う横断面図である。
【図６】図１のコーン貫入試験用貫入センサのＤ−Ｄ線に沿う横断面図である。
【図７】図１のコーン貫入試験用貫入センサのＥ−Ｅ線に沿う横断面図である。
【図８】図１のコーン貫入試験用貫入センサの先端部分に必要に応じて選択的に介挿される延長アダプタの模式的な構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１摩擦測定部
２先端側（第１の）水平応力測定部
３先端側（第１の）間隙水圧計
４基端側（第２の）水平応力測定部
５基端側（第２の）間隙水圧計
６軸力測定部
７貫入体先端部
８Ｘ方向傾斜計
９Ｙ方向傾斜計
１０摩擦スリーブ
１１先端側水平応力測定部２の受圧面
１２先端側間隙水圧計３用のフィルタ
１３基端側水平応力測定部４の受圧面
１４基端側間隙水圧計５用のフィルタ
１５貫入体軸部
１６先端側間隙水圧計３接続用のコネクタ
１７先端側水平応力測定部２接続用のコネクタ
１ａ，１８ひずみゲージ
１９安定化電源部
２０計測器多芯コネクタ
２１延長アダプタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used for investigation and testing of ground characteristics related to the design and construction of civil engineering structures, and in particular, a penetrating body provided with a sensor at the tip of a cylindrical rod portion is inserted into the ground, The present invention relates to a penetration sensor for penetration tests used for penetration tests that measure various stresses or pressures during pulling out, i.e., static sounding, and in particular, the effective force in the direction perpendicular to the frictional force acting on the penetration body Penetration test penetration that can be used simultaneously to determine the frictional characteristics between structures such as piles and underground walls and soil, or to evaluate the horizontal stress in the soil. It relates to sensors.
[0002]
[Prior art]
As an investigation technique for quickly and continuously evaluating the ground characteristics, a penetration test represented by an electric static cone penetration test (hereinafter simply referred to as “cone penetration test”) has been performed. In the cone penetration test, a penetration body having a conically pointed tip is penetrated into the ground at a constant speed, and various forces acting on the penetration body are measured by various transducers provided in relation to the penetration body. Measure and evaluate the ground characteristics from the results.
In a cone penetration test that is generally performed at present, the three components of resistance acting on the tip of the penetrating body (tip resistance), frictional force acting on the side of the penetrating body (sleeve frictional force), and pore water pressure are measured. taking measurement.
On the other hand, in addition to these measurement components, an attempt has been made to develop an apparatus for measuring horizontal stress of the ground acting on the side surface of the penetrating body. By measuring such horizontal stress, the ground characteristics can be evaluated in more detail.
[0003]
By the way, the existing measuring method of the horizontal stress used in the penetration test including the cone penetration test mentioned above and the other penetration test using the penetration body whose tip is not conical is as follows.
(A) First method A: On the upper side of the sleeve for measuring the frictional force of the penetrating shaft, that is, on the rod side, a part of the penetrating body is cut out, and a thin plate is attached to the penetrating body so as to cover the portion. The horizontal stress is measured by installing a load transducer on the inner side and measuring earth pressure acting on the thin plate with the inner load transducer. An example of this first method A is the 24th Annual Geotechnical Research Conference Proceedings of June 1988 (Geotechnical Society, that is, the current Geotechnical Society, published) pages 191 to 192 "A prototype of a four-component cone penetration tester to be measured" (Yukio Sakai, Takashi Tsuchiya, Kimitoshi Iwasaki, Yoshihiro Yamamoto) (hereinafter referred to as "first document").
[0004]
(B) Second method B: A thin portion of the cylindrical frictional force measuring sleeve is thinned and a strain gauge is attached to the back side thereof, and the thinned portion is applied by the horizontal stress acting on the frictional force measuring sleeve. The horizontal stress is evaluated by measuring the strain with the strain gauge. An example of this second method B is “Soil and Foundation (37-7 (378))” published on July 1989, pages 23-28, “Application of Four-Component Cone to In-situ Friction Test” (Uesugi (Mendo, Hideaki Kishida, Osamu Kusakabe) (hereinafter referred to as “second literature”).
(C) Third method C: A cylindrical plate body, which is insulated from the penetrating body main body, is installed on the lower side of the sleeve for measuring the frictional force of the penetrating body shaft portion, that is, on the distal end side, and a part thereof is thinned. Then, a strain gauge is attached to the portion, and the horizontal stress is measured with this strain gauge. An example of this third method C is the 30th Geotechnical Engineering Conference Proceedings (published by the Geotechnical Society of Japan) dated July 1994, pages 1365 to 1368, “Vertical loading test of model pile using four-component sensor (Mina Tanaka, Fumio Kuwabara) (hereinafter referred to as “third document”).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The first method A, the second method B, and the third method C, which are the conventional methods for measuring horizontal stress, have the following problems.
<Problems common to conventional methods A to C>
(1) The horizontal stress directly measured by these conventional methods A to C is strictly the total horizontal stress, that is, the sum of the effective horizontal stress acting on the penetrating body and the pore water pressure. For detailed evaluation of the ground characteristics, it is important to obtain an effective horizontal stress in addition to the total horizontal stress, that is, a horizontal stress acting between the solid bodies of the penetrating body and the soil particles. This effective horizontal stress can be obtained by subtracting the pore water pressure from the total horizontal stress. In order to obtain the effective horizontal stress with high accuracy, increase the individual measurement accuracy of total horizontal stress and pore water pressure, and (the various stresses and water pressure acting on the penetrating body are measured at the measurement position, especially the distance from the penetrating body tip, It is important to measure the total horizontal stress and pore water pressure as close as possible. In any of the above-described conventional methods A to C, the effective horizontal stress cannot be obtained directly, and the above-mentioned points are not fully satisfied. Therefore, it is difficult to obtain the effective horizontal stress with high accuracy.
[0006]
(2) In order to evaluate the friction characteristics between soil and structures such as piles and underground walls, the friction acting on the penetrating body and the effective horizontal stress acting on the friction measuring part, that is, the friction sleeve (that is, the friction surface) (Effective stress acting in a direction orthogonal to the above) is important, but it is difficult for the conventional methods A to C to perform such measurement with high accuracy.
(3) The friction characteristics between the structure and the soil are greatly affected by the surface roughness of the structure. In order to investigate this effect, it is desirable that the friction sleeves having different surface roughnesses can be easily replaced and tested. However, in the above-described conventional measuring methods A to C, no special device regarding this point is found.
(4) Although it is important that the friction acting on the penetrating body in both the penetrating direction and the drawing direction of the penetrating body can be accurately measured, the above-described conventional methods A to C also have a limit in this respect. .
That is, in the conventional method, the frictional force and the axial force cannot be separated, and the frictional force cannot be accurately detected.
(5) Since the measurement result of the penetration test is affected by the insertion angle of the penetration body, it is important to manage the insertion angle within an appropriate range. In the above-described conventional methods A to C, no special device is seen in this respect.
[0007]
Next, problems common to the second method B and the third method C will be described.
<Problems common to conventional methods B and C>
(6) In the method B and the method C, the friction is measured by transmitting a friction force acting on the friction sleeve to the penetrator shaft portion and measuring the strain of the shaft portion to determine the friction force. Since the strain of the shaft portion includes strain due to forces such as the tip resistance of the penetrating body other than the target frictional force, the measurement accuracy of friction is not so good.
Next, individual problems of each of the conventional first method A, second method B, or third method C will be described.
<Problems peculiar to conventional method A>
(7) Since the earth pressure receiving portion is not insulated from the penetrating body, it is difficult to accurately measure the total horizontal stress.
(8) In the configuration shown in the first document, the measurement position of the total horizontal stress is on the upper side of the friction measurement unit, and the measurement position of the pore water pressure is on the lower side of the friction measurement unit. In such a configuration, since the measurement positions of the total horizontal stress and the pore water pressure are greatly separated, it is difficult to measure the effective horizontal stress.
[0008]
<Problems peculiar to the conventional method B>
(9) Since the strain received by the friction acting on the friction sleeve is generated in the pressure receiving portion of the total horizontal stress, it is difficult to accurately measure the total horizontal stress in a state where the friction acts.
(10) Since the total horizontal stress is evaluated from the amount of strain of the friction sleeve that is in direct contact with the soil, wear and scratches on the friction sleeve directly affect the measured value. Further, since a part of the friction sleeve is thin, the durability of the sensor is low.
(11) It is effective to use a friction sleeve whose surface is roughened to evaluate the frictional characteristics of the structure having a rough surface and the soil, but such processing leads to a decrease in measurement accuracy of the total horizontal stress. Furthermore, since the strain gauge is directly attached to the friction sleeve, the replacement of the friction sleeve is not easy.
[0009]
<Problems peculiar to the conventional method C>
(12) Since the total horizontal stress is evaluated from the strain amount of the cylindrical pressure receiving portion that is in direct contact with the soil, the wear and scratches of the pressure receiving portion directly affect the measured value. In addition, since the pressure receiving portion is partially cut and thinned, the durability of the sensor is low.
(13) Since the pressure receiving portion of the total horizontal stress is distorted by friction, it is difficult to accurately measure the total horizontal stress in a state where the friction acts.
(14) Since the pressure receiving portion for the total horizontal stress is cylindrical, there is a limit to approaching the measurement positions of the total horizontal stress and the pore water pressure, and there is a limit to improving the accuracy of the effective horizontal stress.
(15) In the configuration described in the third document, the measurement positions of friction, total horizontal stress, and pore water pressure are separated from each other, and the measurement positions of total horizontal stress and pore water pressure are the measurement positions of friction. Since it is only in the downward direction, it is difficult to accurately obtain the effective horizontal stress acting on the friction measurement unit.
[0010]
  The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and measures the frictional force acting on the side surface of the penetrating body in the intrusion state, the total horizontal stress and the pore water pressure, which are the total stress in the direction orthogonal to the friction surface. An object of the present invention is to provide a penetration sensor for a penetration test that enables simultaneous measurement of the friction force and an effective stress in a direction orthogonal to the friction surface, that is, an effective horizontal stress.
  BookClaims of the invention1The purpose of is to measure the effective horizontal stress acting on the friction measurement part with extremely high accuracy, especially based on the measurement of the horizontal stress measurement part with high accuracy and the pore water pressure gauge that measure the total horizontal stress in the direction perpendicular to the friction surface. Another object of the present invention is to provide a penetration sensor for a penetration test that can be measured.
  Claims of the invention2In particular, the object of the present invention is to provide a penetration sensor for a penetration test that can effectively determine the inclination and position of the penetration body in the ground.
[0011]
  Claims of the invention3The object of the present invention is to provide a penetration sensor for a penetration test that can measure the axial force applied to the penetration body inside the friction measurement section, based on the stress in the axial direction of the shaft base of the penetration body. There is.
  Claims of the invention4The object of the present invention is, in particular, an output reduction due to resistance of a connection cable between at least one of an amplifier that directly processes a measurement signal in each measurement unit and a stabilized power source that supplies power to each measurement unit and each measurement unit, and its output An object of the present invention is to provide a penetration sensor for a penetration test that can reduce a correction error related to the correction of a decrease and improve measurement accuracy.
  Claims of the invention5In particular, the object of the present invention is to provide a penetration sensor for a penetration test that makes it possible to appropriately arrange the horizontal stress measurement unit and the pore water pressure meter in accordance with the situation of other configurations and the like.
  Claims of the invention6It is an object of the present invention to provide a penetration sensor for a penetration test that can be suitably used for a cone penetration test using a penetration body having a conical tip.
  Claims of the invention7The purpose of the penetration test is to adjust the length of the tip of the penetrating body and to easily carry out tests with different distances between the tip of the penetrating body and the friction measuring part. It is to provide a sensor.
  Claims of the invention8In particular, an object of the present invention is to provide a penetration sensor for a penetration test that enables effective and high-precision measurement of each measurement section using a strain gauge.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  Claim1In order to achieve the above-mentioned object, the penetration sensor for a penetration test according to the present invention described in 1 is provided.
  An intrusion sensor for an intrusion test, which is used in an intrusion test for measuring various stresses by statically penetrating into the ground an intrusion body in which the tip of a cylindrical shaft portion is formed into a predetermined end shape. In
  A shaft base that forms the columnar shaft portion, wherein both ends of the columnar shape are large diameter portions, and a shaft portion base body that is formed with a small diameter portion at an intermediate portion; and
  A cylindrical shape,It is installed mechanically insulated from the shaft base so that frictional force is not directly transmitted to the shaft base.A friction sleeve forming a part of the outer peripheral surface of the shaft portion;
  ThinA cylindrical shape is formed between the friction sleeve and the shaft base.InstallationThe friction sleeve is coupled to the shaft base at the distal end and to the friction sleeve at the proximal end.Push and pull in two directionsA friction measurement unit for measuring the friction force;
  A first horizontal surface that is disposed on the tip side of the friction sleeve and that measures a stress in a direction orthogonal to the friction surface on the outer periphery of the shaft portion, with the pressure receiving surface forming part of the outer periphery surface of the shaft portion. A stress measurement unit;
  A first pore water pressure gauge that is disposed in the vicinity of the first horizontal stress measurement unit and measures the pore water pressure;
  A second pressure sensor is disposed on the base end side of the friction sleeve, and a pressure receiving surface forms a part of the outer peripheral surface of the shaft portion, and measures stress in a direction orthogonal to the friction surface of the outer periphery of the shaft portion. A horizontal stress measurement unit;
  A second pore water pressure gauge disposed in the vicinity of the second horizontal stress measurement unit for measuring the pore water pressure;
It is characterized by comprising.
[0014]
  Claim2The penetration sensor for penetration test according to the present invention described in 1) further includes an inclinometer that detects the inclination of the penetration body in two orthogonal directions substantially integrally with the shaft base. Yes.
  Claim3The penetration sensor for a penetration test according to the present invention described in the above is characterized in that the shaft portion base includes an axial force measurement unit that measures axial force by detecting stress in the axial direction at the small diameter portion. Yes.
  Claim4The penetration sensor for a penetration test according to the present invention described in 1 is connected to at least one of the friction measurement unit, the horizontal stress measurement unit, the pore water pressure gauge, and the axial force measurement unit in the penetration body. It further comprises at least one of a stabilized power supply and a signal amplifier.
  Claim5The penetration sensor for a penetration test according to the present invention described in the above is a position in which the horizontal stress measuring unit and the gap water pressure gauge disposed in the vicinity thereof are displaced in the axial direction, in the circumferential direction, and in the axial direction. It is characterized by being arranged at any one of the positions shifted in both the circumferential direction and the circumferential direction.
[0015]
  Claim6The penetration sensor for penetration tests according to the present invention described in the above is characterized in that the penetration body has a conical tip shape of the shaft portion.
  Claim7The penetration test penetration sensor according to the present invention described in the above is provided with an extension means for extending the tip of the shaft portion of the penetration body in order to adjust the distance between the tip of the penetration body and the friction measuring portion. Furthermore, it is characterized by comprising.
  Claim8The penetration sensor for a penetration test according to the present invention described in the above is characterized in that at least one of the friction measurement unit, the horizontal stress measurement unit, the pore water pressure gauge, and the axial force measurement unit has a strain gauge in the strain generation unit. It is characterized by being attached.
[0017]
[Action]
  IeAnd claims of the present invention1The penetration sensor for penetration test is used for penetration tests that measure various stresses by statically penetrating the penetration body formed by forming the tip of the cylindrical shaft portion into a predetermined tip shape. The penetration test penetration sensor is a shaft base body that forms the columnar shaft portion, and has both ends of the columnar shape as large diameter portions and a small diameter portion in the middle portion. Shaft base body formed with a cylindrical shape,It is installed mechanically insulated from the shaft base so that frictional force is not directly transmitted to the shaft base.A friction sleeve forming a part of the outer peripheral surface of the shaft portion;ThinA cylindrical shape is formed between the friction sleeve and the shaft base.InstallationThe friction sleeve is coupled to the shaft base at the distal end and to the friction sleeve at the proximal end.Push and pull in two directionsA friction measuring unit for measuring a frictional force, disposed on the tip end side of the friction sleeve, and a pressure receiving surface forming a part of the outer peripheral surface of the shaft portion, and in a direction orthogonal to the friction surface of the outer periphery of the shaft portion A first horizontal stress measurement unit that measures the stress of the first, a first pore water pressure meter that is disposed in the vicinity of the first horizontal stress measurement unit and measures the pore water pressure, and is disposed on the proximal end side of the friction sleeve, A second horizontal stress measurement unit that measures a stress in a direction orthogonal to the friction surface of the outer periphery of the shaft part, wherein the pressure receiving surface forms a part of the outer peripheral surface of the shaft part, and the second horizontal stress And a second pore water pressure gauge that is disposed in the vicinity of the measurement unit and measures the pore water pressure.
  With such a configuration, in particular, a configuration in which a highly accurate horizontal stress measurement unit and a pore water pressure meter that measure total stress in a direction perpendicular to the friction surface are arranged close to each other is arranged above and below the friction measurement unit, respectively. Based on these measurements, the effective horizontal stress acting on the friction measurement unit can be measured with extremely high accuracy.
[0018]
  Claims of the invention2The penetration sensor for penetration test according to the above further includes an inclinometer that detects the inclination of the penetration body in two orthogonal directions substantially integrally with the shaft base.
  With such a configuration, inclinometers in two orthogonal directions of the penetrating body are provided, particularly as being substantially integrated with the shaft base, so that the inclination and position of the penetrating body in the ground are effectively obtained. It is possible.
  Claims of the invention3In the penetration sensor for penetration test, the shaft base includes an axial force measuring unit that measures axial force by detecting stress in the axial direction at the small diameter portion.
  With such a configuration, in particular, it is possible to measure the axial force applied to the penetrating body on the inner side of the friction measuring section based on the stress in the axial direction of the shaft base of the penetrating body.
[0019]
  Claims of the invention4The penetration sensor for penetration test according to the present invention includes a stabilized power source and a signal amplifier connected to at least one of the friction measurement unit, the horizontal stress measurement unit, the pore water pressure gauge, and the axial force measurement unit in the penetration body. At least one of them.
  With such a configuration, in particular, an output reduction due to resistance of a connection cable between at least one of an amplifier that directly processes a measurement signal in each measurement unit and a stabilized power source that supplies power to each measurement unit, and each measurement unit, and It is possible to reduce a correction error related to the correction of the output decrease and improve the measurement accuracy.
  Claims of the invention5The penetration sensor for penetration test according to the present invention includes a position where the horizontal stress measuring unit and the gap water pressure gauge disposed in the vicinity thereof are displaced in the axial direction, in the circumferential direction, and both in the axial direction and the circumferential direction. It is arranged at one of the positions shifted to.
  With such a configuration, in particular, the stress measurement unit and the pore water pressure gauge can be appropriately arranged close to each other according to the situation of other configurations and the like.
[0020]
  Claims of the invention6In the penetration sensor for penetration test, the penetration body has a conical shape at the tip of the shaft portion.
  Such a configuration can be suitably used particularly for a cone penetration test using a penetration body having a conical tip.
  Claims of the invention7The penetration sensor for penetration test according to the above further includes an extending means for extending the tip of the shaft portion of the penetration body in order to adjust the distance between the tip of the penetration body and the friction measuring portion.
  With such a configuration, in particular, it is possible to easily carry out a test in which the distance between the distal end of the penetrating body and the friction measuring unit is changed by adjusting the length of the distal end section of the penetrating body.
  Claims of the invention8In the penetration sensor for penetration test according to the above, at least one of the friction measurement unit, the horizontal stress measurement unit, the pore water pressure gauge, and the axial force measurement unit has a strain gauge attached to the strain generating unit.
  With such a configuration, in particular, the measurement at each measurement unit can be effectively and accurately measured with a strain gauge.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, based on the embodiment of the present invention, the penetration sensor for penetration testing of the present invention is explained in detail with reference to drawings.
FIGS. 1-8 has shown the structure of the principal part of the penetration sensor for penetration tests which concerns on one embodiment of this invention, and is comprised as a penetration sensor for cone penetration tests. 1 is a longitudinal sectional view along the penetration axis of a penetration sensor for cone penetration test, FIG. 2 is a front view of the penetration sensor for cone penetration test of FIG. 1, and FIG. 3 is a penetration sensor for cone penetration test of FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB of the penetration sensor for cone penetration test of FIG. 1, and FIG. 5 is a view of C of the penetration sensor for cone penetration test of FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line DD of the penetration sensor for cone penetration test of FIG. 1, and FIG. 7 is an EE of the penetration sensor for cone penetration test of FIG. FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of an extension adapter that is selectively inserted into a tip portion of the penetration sensor for cone penetration test in FIG. 1 as necessary.
[0022]
The penetration sensor for cone penetration test shown in FIGS. 1 to 7 includes a friction measurement unit 1, a distal side (first) horizontal stress measurement unit 2, a distal side (first) pore water pressure gauge 3, and a proximal side (first). 2) horizontal stress measuring section 4, proximal (second) pore water pressure gauge 5, axial force measuring section 6, penetrating body distal end section 7, X-direction inclinometer 8, Y-direction inclinometer 9, friction sleeve 10, Pressure-receiving surface 11 of the distal-side horizontal stress measuring unit 2, filter 12 for the distal-side gap water pressure gauge 3, pressure-receiving surface 13 of the proximal-side horizontal stress measuring unit 4, filter 14 for the proximal-side gap water pressure gauge 5, and penetrating body Shaft portion 15, connector 16 for connecting the tip side pore water pressure gauge 3, connector 17 for connecting the tip side horizontal stress measuring unit 2, strain gauge 18 (see FIG. 5), stabilizing power supply unit 19, and measuring instrument multi-core connector 20 It has. FIG. 8 shows the extension adapter 21.
[0023]
The penetration body constituted by the cone penetration test penetration sensor shown in FIGS. 1 to 7 is provided with a penetration body tip 7 made of a cone-shaped cone fitting at the tip. The tip shape of the penetrating body is conical as shown in the figure when used in a cone penetrometer test, but it may not be conical but flat, for example. In such a case, for example, penetrating A metal fitting having a flat tip is used as the body tip 7. The cylindrical friction measurement unit 1 disposed on the outer periphery of the axial force measurement unit 6 constituting the shaft base is fixed to the friction sleeve 10 with a screw at the base end side, and the tip side (with the friction measurement unit 1 in between) A distal-side horizontal stress measurement unit 2 and a proximal-side horizontal stress measurement unit 4 are installed on the lower side in the penetration installation state and the proximal side (upper side in the penetration installation state), respectively. In the vicinity of the horizontal stress measuring units 2 and 4, the tip side pore hydrometer 3 and the filter 12, and the base end side pore hydrometer 5 and the filter 14 are installed, respectively. Further, an X-direction inclinometer 8 and a Y-direction inclinometer 9 are installed in order to measure the inclination in two directions of the penetrating body during penetration. A stabilized power supply unit 19 is installed between each sensor and the external connection measuring instrument multi-core connector 20 arranged at the most proximal end. A signal amplifier that amplifies the output signal of each sensor may be provided at the same location as the stabilized power supply unit 19.
[0024]
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the proximal-side horizontal stress measuring unit 4 along the line AA in FIG. The base end side horizontal stress measuring unit 4 having a substantially short cylindrical shape as a whole is fixed to the penetrating shaft portion 15 with a bolt at the bottom surface thereof, and its peripheral side surface is sealed (sealed) using an O-ring. Has been. The penetrating body shaft portion 15 is configured integrally with the axial force measuring portion 6 forming the shaft portion base. In addition, the pressure receiving surface 13 exposed on the outer peripheral surface of the penetrating body of the base side horizontal stress measuring unit 4 is processed into a curved surface having a partial cylindrical surface in accordance with the columnar outer peripheral surface shape of the penetrating body. The proximal-side horizontal stress measuring unit 4 is configured as a proximal-end side wall earth pressure gauge that obtains an electrical signal corresponding to the wall surface earth pressure received by the pressure-receiving surface 13 using a strain body, a strain gauge, and the like. The distal-side horizontal stress measurement unit 2 is also configured in substantially the same manner as the proximal-side horizontal stress measurement unit 4, and the pressure receiving surface 11 formed of a cylindrical surface curved surface is exposed on the outer peripheral surface of the penetrating body. The tip side horizontal stress measurement unit 2 is also configured as a tip side wall surface pressure gauge that obtains an electrical signal corresponding to the wall surface earth pressure received by the pressure receiving surface 11 using a strain generating body and a strain gauge.
[0025]
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the proximal-side pore water pressure gauge 5 along the line BB in FIG. The proximal-side gap hydrometer 5 is screwed and fixed to the penetrating body shaft portion 15 by a screw structure, and the peripheral side surface thereof is sealed using an O-ring. A filter 14 is installed on the pressure-receiving surface portion exposed on the outer peripheral surface of the penetrating body of the base-side gap water pressure gauge 5 so as to prevent pressing by solids other than liquid such as water. Note that the front end side pore water pressure gauge 3 is also configured in substantially the same manner as the proximal end side water pressure gauge 5, and the pressure receiving surface portion is protected by the filter 12.
FIG. 5 shows a cross-sectional view of the friction measuring unit 1 and the axial force measuring unit 6 along the line CC in FIG. The friction measuring unit 1 is installed between the penetrating body shaft portion constituting the axial force measuring unit 6 and the friction sleeve 10 exposed to the outer peripheral surface of the penetrating body. The friction measurement unit 1 has a strain gauge 1a attached to the outer peripheral surface of a thin cylindrical portion having an intermediate portion as a strain generating body. The friction measurement unit 1 is connected to the distal end of the axial force measurement unit 6 inserted into the cylindrical hollow portion by screw coupling at the distal end side of the cylindrical portion, and friction is generated at the proximal end side opening end of the cylindrical portion. The sleeve 10 is connected to the inner surface of the base end side edge portion by screw connection.
[0026]
A male screw is formed on the outer periphery of the distal end portion of the axial force measuring unit 6, and is screwed and connected to a female screw formed on the friction measuring unit 1, and is appropriately stopped by a set screw or the like. A male screw is formed on the outer peripheral edge of the base end side opening end of the friction measuring unit 1, and is screwed to and coupled to a female screw formed on the inner surface of the friction sleeve 10 near the base end. The friction sleeve 10 is movable relative to the axial force measuring unit 6 in a predetermined range in the axial direction. Further, the axial force measuring unit 6 is formed with both end portions of a cylindrical portion as large diameter portions and an intermediate portion as small diameter portions, and a hollow portion forming a fluid passage is formed at the center portion. The axial force measuring unit 6 is configured as a strain generating body for detecting an axial force, and a strain gauge 18 is attached to the outer periphery of the small diameter portion. Although the external shape of the axial force measuring unit 6 is a cylindrical shape, it may be formed in a prismatic shape, for example, a rectangular column shape, or only the large diameter portion may be a cylindrical shape, and only the small diameter portion may be a rectangular column shape. . The axial force measuring unit 6 detects an axial force with a strain gauge 18 and obtains an electrical signal corresponding to the axial force. The penetrating body shaft portion 15 is composed of a plurality of parts connected to each other, and the axial force measuring unit 6 forms part of the penetrating body shaft portion 15. In order to enable the friction sleeve 10 to operate, it is necessary to provide a slight gap with respect to the penetrating body shaft portion 15. However, in order to prevent foreign matter from entering, the friction sleeve 10 may have a gap of about 0.7 mm, for example. desirable.
[0027]
FIG. 6 shows a cross-sectional view of the Y-direction inclinometer 9 portion along the line DD in FIG. A portion of the penetrating body shaft portion 15 on the proximal end side further than the proximal-side pore hydrometer 5 has, for example, strain gauges or the like in two directions perpendicular to each other in a plane perpendicular to the axis in the hollow portion along the central axis. Inclinometers 8 and 9, that is, an X-direction inclinometer 8 and a Y-direction inclinometer 9 are provided in cascade, and the inclination of the axis in both directions is detected and obtained as an electrical signal.
FIG. 7 shows a cross-sectional view of the connectors 16 and 17 along the line EE in FIG. The connectors 16 and 17 are connectors for connecting connection cables to the distal-side horizontal stress measuring unit 2 and the distal-side gap water pressure gauge 3, respectively. These connectors 16 and 17 are for disconnecting connection cables such as signal lines and power supply lines when removing the distal-side horizontal stress measuring unit 2 and the distal-side gap water pressure gauge 3 when replacing the friction sleeve 10 or the like. .
[0028]
In the above description, the penetrating body shaft portion 15 is constituted by a plurality of portions connected to each other, and a hollow portion along the central axis is formed in the portions constituting the friction measurement portion 1 and the axial force measurement portion 6 and the like. Has been. Behind the tip side pore water pressure gauge 3, behind the tip side horizontal stress measurement unit 2, the hollow part of the friction measurement unit 1, the hollow part of the axial force measurement unit 6, the back side of the base side horizontal stress measurement unit 4, the base side Behind the pore water pressure gauge 5, communication holes are appropriately formed in each member to communicate with each other, and the friction measurement unit 1, the tip side horizontal stress measurement unit 2, the tip side gap water pressure gauge 3, Connection cables for the proximal-side horizontal stress measuring unit 4, the proximal-side gap hydrometer 5, the axial force measuring unit 6, the X-direction inclinometer 8 and the Y-direction inclinometer 9 are drawn out and embedded in the penetrating body shaft 15. The stabilized power supply unit 19 and the measuring instrument multi-core connector 20 for external connection are connected.
FIG. 8 shows an extension adapter 21 used when adjusting the distance between the penetrating body distal end 7 and the friction measuring section 1, and as shown in the drawing, the penetrating body distal end 7 and the penetrating body shaft 15 The penetrating body shaft portion 15 is extended.
The features of the above-described configuration from various viewpoints are as follows.
[0029]
(1) The horizontal stress measuring unit 2 and the pore water pressure meter 3 as the earth pressure gauge on the distal end side, or the horizontal stress measuring unit 4 and the pore water pressure gauge 5 on the proximal side are respectively brought close to the penetrating body shaft portion 15. The effective horizontal stress measurement unit is configured by arranging them.
(2) There are the following three types of relative positional relationships when the horizontal stress measuring unit 2 as an earth pressure gauge in the effective horizontal stress measuring unit and the pore water pressure meter 3 and the like are installed close to each other. good. (A) Install in the axial direction. (B) Install in the circumferential direction. (C) Installation is shifted in both the axial direction and the circumferential direction.
(3) The horizontal stress measurement unit 2 and the like, and the pore water pressure gauge 3 and the like installed in the effective horizontal stress measurement unit have a structure that is not easily affected by the axial force acting on the penetrating body. That is, the horizontal stress measuring unit 2 or the like as a soil pressure gauge is a load cell type soil pressure gauge, and the outer casing part affected by the axial force is attached to the penetrating body main body via an O-ring. The pore water pressure gauge 3 or the like has a structure in which the force from the fixed portion is difficult to be transmitted to the strain generating portion, and the vicinity of the strain generating portion is attached to the penetrating body main body through an O-ring.
[0030]
(4) The horizontal stress measurement unit 2 and the like and the pore water pressure meter 3 and the like installed in the effective horizontal stress measurement unit are configured to be hardly affected by friction acting on each transducer. The horizontal stress measurement unit 2 or the like is a load cell type and is configured to detect indirectly by providing a pressure receiving surface that receives a load in addition to the detection unit, thereby making it less susceptible to friction. Further, the pore water pressure gauge 3 or the like is attached with a filter 12 or the like, and the filter 12 or the like is fixed to the pore water pressure gauge 3 or the like via an O-ring.
(5) The horizontal stress measuring part 2 and the like and the pore water pressure gauge 3 and the like installed in the effective horizontal stress measuring part can be measured with higher accuracy by using a calibrated and confirmed characteristic in a small capacity step. .
(6) The friction measurement unit 1 is configured as a cylindrical (hollow) friction measurement dedicated load cell located inside a cylindrical friction sleeve 10 that receives a frictional force.
(7) The friction sleeve 10 is installed mechanically insulated from the penetration body so that the frictional force is not directly transmitted to the penetration body.
[0031]
(8) The friction sleeve 10 is fixed with a screw or a pin or the like to the friction measurement unit 1 composed of a load cell dedicated for friction measurement so that the frictional force in two directions of pushing and pulling is transmitted.
(9) The load cell dedicated to friction measurement that constitutes the friction measurement unit 1 is configured to be insulated from the axial force received by the penetrating body and not to apply a load other than the friction force.
(10) An effective horizontal stress measurement unit is installed on the distal end side and the proximal end side of the friction measurement unit 1 so as to sandwich the friction measurement unit 1.
(11) The effective horizontal stress measurement unit is installed close to the friction measurement unit 1.
(12) In order to easily replace the friction sleeve 10, the friction measurement unit 1 and the effective horizontal stress measurement unit are unitized so that they can be easily disassembled and assembled. At this time, the connection cables of the respective converters can be easily disassembled and assembled by providing the connectors 16 and 17 and the like.
(13) Install inclinometers 8 and 9 in two directions.
(14) Extension adapters 21 having different lengths can be easily installed at the distal end so that the distance between the penetrating body distal end 7 and the friction measuring unit 1 can be adjusted.
[0032]
(15) The axial force can be measured by measuring the axial strain of the axial force measuring unit 6 inside the load cell dedicated for friction measurement of the friction measuring unit 1 with the strain gauge 18.
(16) A signal amplifier or a stabilized power source is installed in the penetrating body so as not to be affected by a decrease in output due to the extension cable, thereby improving measurement accuracy.
By adopting the configuration as described above, the following advantages can be obtained.
(A) The horizontal stress measuring unit 2 or the like as the earth pressure gauge of the effective horizontal stress measuring unit has a gap between the penetrating shaft portion 15 and the like so as not to be affected by the axial force of the horizontal stress measuring portion penetrating body. By measuring the total horizontal stress with high accuracy in a state where the penetrating body is inserted into the ground (in-situ position) by being provided and having a structure that is not affected by the friction acting on the pressure receiving surface 13 and the like. Can do.
(B) The horizontal stress measurement unit 2 or the like as a soil pressure gauge has a structure in which the pressure receiving unit and the portion that detects the force received by the pressure receiving unit are separated, and the detection unit is not in direct contact with the soil or the like. Measurement accuracy and durability can be ensured.
[0033]
(C) The pore water pressure gauge 3 etc. of the effective horizontal stress measurement part is installed so as not to be affected by the axial force of the penetrating body, and the force from the fixed part is distorted by providing a constriction. By adopting a structure that does not transmit to the part, the pore water pressure can be measured with high accuracy in a state where the penetrating body is inserted into the ground.
(D) The effective horizontal stress measurement unit can accurately measure the effective horizontal stress acting on the penetrating body by installing the high-precision horizontal stress measurement unit 2 and the like and the pore water pressure meter 3 and the like close to each other. it can.
(E) The friction measuring section 1 insulated from the penetrating body shaft section 15 and the friction sleeve 10 are fixed with screws or pins or the like so that a load other than the frictional force is not applied. Can be measured.
(F) The effective stress acting in the direction perpendicular to the friction surface acting on the friction measuring unit 1 by placing the effective horizontal stress measuring unit close to and above the friction measuring unit 1 so as to sandwich the friction measuring unit 1 A certain effective horizontal stress can be obtained with high accuracy.
(G) It is possible to simultaneously and accurately obtain friction in two directions acting on the penetrating body and effective horizontal stress acting on the friction measuring unit 1.
[0034]
(H) Since the friction measuring unit 1 and the effective horizontal stress measuring unit are unitized and can be easily disassembled and assembled, the friction sleeve 10 can be easily replaced, and the friction sleeve 10 having a different surface roughness can be used. Can be easily carried out.
(I) Since the inclinometers 8 and 9 in two directions are incorporated, the position of the penetrating body in the ground can be obtained by integrating the tilt and the tilt of the inserted penetrating body in the depth direction.
(J) Since the length of the distal end portion of the penetrating body can be easily adjusted by the extension adapter 21, a test in which the distance between the penetrating body distal end and the friction measuring unit 1 is changed can be easily performed. .
(K) The axial force applied to the penetrating body can be measured from the axial strain of the axial force measuring unit 6 inside the friction measuring unit 1.
(L) By installing an amplifier or a stabilized power supply in the penetrating body, the output drop due to the resistance of the extension cable is eliminated, thereby eliminating the correction error when correcting the output drop due to the cable resistance, thereby improving the measurement accuracy. .
[0036]
【The invention's effect】
  As described above, the claims of the present invention1According to the penetration test for the penetration test of the above, it is used for the penetration test for measuring various stresses by statically penetrating the penetration body formed by forming the tip of the cylindrical shaft portion into a predetermined tip shape, In the penetration sensor for penetration test that forms the penetration body,
  A shaft base that forms the columnar shaft portion, wherein both ends of the columnar shape are large diameter portions, and a shaft portion base body that is formed with a small diameter portion at an intermediate portion; and
  A cylindrical shape,It is installed mechanically insulated from the shaft base so that frictional force is not directly transmitted to the shaft base.A friction sleeve forming a part of the outer peripheral surface of the shaft portion;
  ThinA cylindrical shape is formed between the friction sleeve and the shaft base.InstallationThe friction sleeve is coupled to the shaft base at the distal end and to the friction sleeve at the proximal end.Push and pull in two directionsA friction measurement unit for measuring the friction force;
  A first horizontal surface that is disposed on the tip side of the friction sleeve and that measures a stress in a direction orthogonal to the friction surface on the outer periphery of the shaft portion, with the pressure receiving surface forming part of the outer periphery surface of the shaft portion. A stress measurement unit;
  A first pore water pressure gauge that is disposed in the vicinity of the first horizontal stress measurement unit and measures the pore water pressure;
  A second pressure sensor is disposed on the base end side of the friction sleeve, and a pressure receiving surface forms a part of the outer peripheral surface of the shaft portion, and measures stress in a direction orthogonal to the friction surface of the outer periphery of the shaft portion. A horizontal stress measurement unit;
  A second pore water pressure gauge disposed in the vicinity of the second horizontal stress measurement unit for measuring the pore water pressure;
By havingFrictional force acting on the side of the penetrating body in the intruding state (ie in situ)In the direction perpendicular to the friction surfaceTotal stressTotal horizontal stressAnd pore water pressureMeasureIn particular, on the distal end side and the proximal end side of the friction sleeve,High accuracyFirst and secondHorizontal stress measurement unitFirst and secondClose proximity to pore water pressure gaugedo itArrangedSo, by simultaneously measuring the effective horizontal stress at different measurement positions (especially the distance from the tip), it is more reliable and extremely accurateEffective horizontal stress acting on the friction measurement sectionMeasureCan be determinedIn addition, since the friction sleeve is configured so that the frictional force in the two directions of pushing and pulling is transmitted to the friction measuring section having a thin cylindrical shape, not only when penetrating the penetration body into the ground In addition, it is possible to accurately measure the frictional force when pulling out.
[0037]
  Claims of the invention2According to the penetration sensor for penetration test of the present invention, it further includes an inclinometer for detecting the inclination of the penetrating body in two orthogonal directions substantially integrally with the shaft base. Since the inclinometer is provided substantially in two directions perpendicular to the penetrating body, the inclination and position of the penetrating body in the ground can be obtained effectively.
  Claims of the invention3According to the penetration sensor for the penetration test of the shaft portion base, the shaft portion base includes an axial force measuring portion that measures the axial force by detecting the stress in the axial direction at the small diameter portion of the shaft base. Based on the stress in the axial direction of the shaft base of the penetrating body, the axial force applied to the penetrating body can be measured inside the friction measuring section.
  Claims of the invention4According to the penetration sensor for the penetration test, a stabilized power source and a signal connected to at least one of the friction measurement unit, the horizontal stress measurement unit, the pore water pressure gauge, and the axial force measurement unit in the penetration body By further comprising at least one of the amplifiers, in particular, an amplifier that directly processes the measurement signal in each measurement unit and a connection cable between at least one of the stabilized power source that supplies power to each measurement unit and each measurement unit It is possible to reduce the output drop due to the resistance and the correction error related to the correction of the output drop and improve the measurement accuracy.
[0038]
  Claims of the invention5According to the penetration sensor for the penetration test, the horizontal stress measuring unit and the gap water pressure gauge arranged in the vicinity thereof are shifted in the axial direction, in the circumferential direction, and in the axial and circumferential directions. In particular, the horizontal stress measurement unit and the pore water pressure gauge can be appropriately placed close to each other depending on the situation of other configurations and the like. .
  Claims of the invention6According to the penetration sensor for the penetration test, the penetration body is preferably used for a cone penetration test using a penetration body having a conical tip by making the tip shape of the shaft portion conical. Is possible.
  Claims of the invention7According to the penetration sensor for penetration test of the above, further includes an extension means for extending the distal end portion of the shaft portion of the penetration body in order to adjust the distance between the distal end of the penetration body and the friction measuring portion. Thus, in particular, it is possible to easily perform a test in which the length of the tip of the penetrating body is adjusted to change the distance between the tip of the penetrating body and the friction measuring unit.
  Claims of the invention8According to the penetration sensor for the penetration test, at least one of the friction measurement unit, the horizontal stress measurement unit, the pore water pressure gauge, and the axial force measurement unit has a strain gauge attached to the strain generating unit. As a result, the measurement at each measurement unit can be measured effectively and with high accuracy using a strain gauge.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view taken along the penetrating body axis of a penetration sensor for a cone penetration test according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the penetration sensor for the cone penetration test in FIG. 1;
3 is a cross-sectional view taken along the line AA of the penetration sensor for cone penetration test of FIG. 1. FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line BB of the penetration sensor for cone penetration test of FIG. 1. FIG.
5 is a cross-sectional view taken along the line CC of the penetration sensor for the cone penetration test of FIG. 1. FIG.
6 is a cross-sectional view taken along the line DD of the penetration sensor for cone penetration test in FIG. 1. FIG.
7 is a cross-sectional view taken along the line EE of the cone penetration test penetration sensor of FIG. 1; FIG.
8 is a longitudinal cross-sectional view showing a schematic configuration of an extension adapter that is selectively inserted into a tip portion of the penetration sensor for cone penetration test of FIG. 1 as necessary.
[Explanation of symbols]
1 Friction measuring part
2 Tip side (first) horizontal stress measurement unit
3 Tip side (first) pore water pressure gauge
4 Base end (second) horizontal stress measurement unit
5 Base side (second) pore water pressure gauge
6 Axial force measurement unit
7 Intruder tip
8 X direction inclinometer
9 Y-direction inclinometer
10 Friction sleeve
11 Pressure receiving surface of the tip side horizontal stress measurement unit 2
12 Filter for tip side pore water pressure gauge 3
13 Pressure-receiving surface of base end side horizontal stress measurement unit 4
14 Filter for base end side pore water pressure gauge 5
15 Intruder shaft
16 Connector for connecting the tip side pore water pressure gauge 3
17 Connector for connecting the tip side horizontal stress measurement unit 2
1a, 18 strain gauge
19 Stabilized power supply
20 Measuring instrument multi-core connector
21 Extension adapter

Claims

An intrusion sensor for an intrusion test, which is used in an intrusion test for measuring various stresses by statically penetrating into the ground an intrusion body in which the tip of a cylindrical shaft portion is formed into a predetermined end shape. In
A shaft base that forms the columnar shaft portion, wherein both ends of the columnar shape are large diameter portions, and a shaft portion base body that is formed with a small diameter portion at an intermediate portion; and
A friction sleeve having a cylindrical shape and mechanically insulated from the shaft base so that frictional force is not directly transmitted to the shaft base, and forming a part of the outer peripheral surface of the shaft;
Forms a thin cylindrical shape, wherein disposed between the friction sleeve and the shank base, coupled to said friction sleeve in and proximal end coupled to the shaft portion base at the distal end, receiving the said friction sleeve press A friction measurement unit for measuring the frictional force in two pull directions ;
A first horizontal surface that is disposed on the tip side of the friction sleeve and that measures a stress in a direction orthogonal to the friction surface on the outer periphery of the shaft portion, with the pressure receiving surface forming part of the outer periphery surface of the shaft portion. A stress measurement unit;
A first pore water pressure gauge that is disposed in the vicinity of the first horizontal stress measurement unit and measures the pore water pressure;
A second pressure sensor is disposed on the base end side of the friction sleeve, and a pressure receiving surface forms a part of the outer peripheral surface of the shaft portion, and measures stress in a direction orthogonal to the friction surface of the outer periphery of the shaft portion. A horizontal stress measurement unit;
A penetration sensor for a penetration test, comprising: a second pore water pressure gauge that is disposed in the vicinity of the second horizontal stress measurement unit and measures the pore water pressure.

The penetration sensor for penetration testing according to claim 1, further comprising an inclinometer that detects the inclination of the penetration body in two orthogonal directions substantially integrally with the shaft base.

The shaft portion substrate, by detecting the stress in the axial direction in the small diameter portion, penetration sensor penetration test according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises an axial force measuring unit for measuring the axial force .

The penetration body further includes at least one of a stabilized power source and a signal amplifier connected to at least one of the friction measurement unit, the horizontal stress measurement unit, the pore water pressure gauge, and the axial force measurement unit. The penetration sensor for penetration test according to any one of claims 1 to 3 , wherein the penetration sensor is used.

Any of a position shifted in the axial direction, a position shifted in the circumferential direction, and a position shifted in both the axial direction and the circumferential direction with respect to the horizontal stress measurement unit and the gap water pressure gauge disposed in the vicinity thereof The penetration sensor for penetration tests according to any one of claims 1 to 4 , wherein the penetration sensor is arranged in a cramp.

The penetration sensor for penetration test according to any one of claims 1 to 5 , wherein the penetrating body has a conical tip shape of the shaft portion.

The extension means for extending the tip portion of the shaft portion of the penetrating body to further adjust the distance between the tip of the penetrating body and the friction measuring portion. The penetration sensor for penetration tests according to any one of claims 6 to 6 .

The strain measurement unit is provided with a strain gauge at least one of the friction measurement unit, the horizontal stress measurement unit, the pore water pressure gauge, and the axial force measurement unit. The penetration sensor for penetration tests according to claim 7 .