JP4558650B2 - ボーリング孔を利用した原位置での地盤の液状化および動的特性試験方法並びに装置 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震荷重，交通荷重、機械荷重等の繰り返し荷重が作用した場合の地盤の原位置での特性を検査するボーリング孔を利用した地盤の液状化および動的特性（強度，変形特性）試験方法並びに試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の地盤検査は、所定の深さまでボーリングをし、ボーリング孔内に測定用セルとしての検出ゾンデを降ろし、検出ゾンデを膨らませて孔壁に水平荷重を載荷し、荷重に対する孔壁の変位から地盤の静的な強度および変形特性を検出するようになっていた。
【０００３】
しかし、従来の地盤検査では静的な特性を検出しているだけで、地震荷重，交通荷重，機械荷重等のような繰り返し荷重に対する地盤の強度や変形特性といった動的特性の評価をすることができなかった。地震の際には、地盤に加わる力が静的には破壊しない大きさであったとしても、徐々にあるいは急激に歪みが大きくなって破壊に至るものと考えられ、繰り返し荷重に対する地盤の特性を調査することはきわめて重要である。地震の際には地盤内には水平，上下およびねじり方向に複雑な力が作用するものと考えられ、このような複雑な力が作用した際の原位置での地盤の動的な特性を知ることはきわめて重要であるにも拘わらず、従来は原位置の地盤内で測定し評価する方法が確立されていない。
【０００４】
従来の液状化の判定方法としては、たとえば、地盤全体の特性傾向を判定するもの（特開平７−３７６０号参照）、地震発生時に液状化を検知するもの（特開平７−１０９７２５号公報参照）等があるが、いずれも地盤中の土層そのものの動的特性を直接的に試験するものではなかった。
【０００５】
土層自体の繰り返し荷重に対する動的な特性を知る方法としては、現在、ボーリングして乱さない状態での土のサンプルを採取して、これを試験室に持ち込んで土質試験をして求めている。しかしサンプルを乱さない状態（自然に堆積しているそのままの状態）で採取すること自体が非常に困難であるばかりでなく、採取したサンプルは地下の圧力がかか
った状態でないこともあって、実際の自然状態での特性を求めることは不可能である。
また、非常に締まりのない砂層あるいは礫などを混入する土層、砂礫など粒径の大きい土層または風化岩、軟岩などの場合は乱さない状態でのサンプリングも不可能であり、したがって室内での土質試験は不可能である。
以上から現状では非常に限られた条件での特性しか直接的に求めることができないのが実情である。
【０００６】
そこで、本出願人は、ボーリング孔内に挿入される測定用セルが、互いに独立した加圧室を備えた複数のセル部に区分され、各セル部の加圧室内に充填される液体の液圧を制御して対応する土層に独立して荷重を載荷し、載荷した荷重と孔壁の変位を測定する構成で、セル部が、静的荷重を載荷する中間セル部と、該中間セル部の上下に位置し土層に対して繰り返し荷重を載荷する上部動的セル部および下部動的セル部の３室構造となっている試験装置を既に提案している。
しかし、動的試験を行う際に、地盤によっては上下の動的セル部に隣接する部分が崩れて正確なデータが採取できない可能性がある。
また、各セル部を構成するゴム状弾性膜は消耗品で交換が必要となり、現場でのメンテナンス性も重要なテーマである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、地盤の繰り返し荷重に対する動的な変形特性を直接知ることの重要性に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上部動的セル部および下部動的セル部を備えたボーリング孔を利用した原位置での地盤の液状化および動的特性試験装置において、上下の動的セル部の上方および下方隣接部の土層の崩れを防止し得る構造の試験方法並びに試験装置を提供することにある。
また、メンテナンス性のよい試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、ボーリング孔内に挿入される測定用セルが、互いに独立した加圧室を備えた５室のセル部に区分され、各セル部の加圧室内に充填される液体の液圧を制御して対応する土層に独立して荷重を載荷する構成で、
セル部は、静的荷重を載荷する中間セル部と、該中間セル部の上下に位置し土層に対して繰り返し荷重を載荷する上部動的セル部および下部動的セル部を備え、
前記上部動的セル部および下部動的セル部に交互に繰り返し荷重を載荷して中間土層の変位変化を記録するボーリング孔を利用した原位置での地盤の液状化および動的特性試験方法において、
前記上部動的セル部の上方および下部動的セル部下方に、土層に静的荷重を載荷して土層の崩れを押さえる上部ガードセル部と下部ガードセル部を設け、中間セル部の変位変化のデータと比較検討するために前記上部および下部ガードセル部でも、その変位変化を記録することを特徴とする。
【０００９】
前記測定用セルは、中間セル部に対応する土層の間隙水圧を検出する間隙水圧検出手段を備え、中間セル部の変位変化のデータに対応する間隙水圧を検出することが好適である。
【００１０】
また、他の発明は、ボーリング孔内に挿入される測定用セルが、互いに独立した加圧室を備えた複数のセル部に区分され、各セル部の加圧室内に充填される液体の液圧を制御して対応する土層に独立して荷重を載荷する構成で、
セル部は、静的荷重を載荷する中間セル部と、該中間セル部の上下に位置し土層に対して繰り返し荷重を載荷する上部動的セル部および下部動的セル部を備えたボーリング孔を
利用した原位置での地盤の液状化および動的特性試験装置において、
前記上部動的セル部の上方および下部動的セル部下方に、土層に静的荷重を載荷して土層の崩れを押さえる上部ガードセル部と下部ガードセル部を設け、
前記中間セル部、上部動的セル部、下部動的セル部、上部ガードセル部および下部ガードセル部は、それぞれ、セル本体と、このセル本体の外周に被着される筒状のゴム状膜部材とを備え、セル本体とゴム状膜部材の間に液体が充填される加圧室が形成され、セル本体の中心に設けられた貫通孔に心棒が串刺し状に挿通され、上端が心棒に設けられたストッパに上部固定板を介して下方から突き当たり、下端が締め付け固定される構成で、
隣り合う各セル本体の間には薄肉のシール板が介装され、ゴム状膜部材の端部に設けられた内向き突部が、シール板とセル本体の端面との間に軸方向に締め付け固定される構成なっており、
シール板は、その中心に心棒が挿通される貫通孔が形成され、また、前記ゴム状膜部材の内向き突部の上下両側面には、セル本体の端面に設けられた環状溝に係合する係合突起と、シール板に設けられた環状突起に係合する係合溝が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
前記測定用セルは、中間セル部に対応する土層の間隙水圧を検出する間隙水圧検出手段を備えていることを特徴とする。
また、間隙水圧検出手段は前記上部固定板に設けられ、中間セル部のゴム状膜部材に圧力導入部が設けられ、圧力導入口と間隙水圧検出手段が、中間セル部、上部動的セル部および上部ガードセル部のセル本体に設けられた圧力導入路によって接続されている。
【００１２】
前記上部固定板には前記各セル部の加圧室内に液体を充填するための通液路の５つのポートと、圧力を検出する５つの圧力検出器とが設けられ、前記各セル部の加圧室と対応するポートを結ぶ通液路と、各圧力検出器と各加圧室を結ぶ圧力導入路は、下位のセル部への通液路及び圧力導入路は上位のセル部のセル本体を通過する構成となっていることが好ましい。
【００１３】
加圧室内の液圧を加圧する手段は、液体を加圧するシリンダと、シリンダロッドのストロークを検出するストローク検出手段とを有し、シリンダストロークから荷重を載荷した土層の孔壁の変位を測定する構成となっている。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、地下のサンプルを取り出すことなく、原位置で試験できるので、自然状態での土層の繰り返し荷重に対する強度および変形特性を求めることができる。特に、上部動的セル部の上方および下部動的セル部下方に上部ガードセル部および下部ガードセル部を設けたので、上部セル部および下部セル部で繰り返し荷重を載荷する際に、上部ガードセル部と下部ガードセル部によって土層の崩れを防止することができ、土層の種類に関わらず正確なデータを得ることができる。
【００１５】
特に、前記上部および下部ガードセル部でも、その変位変化を記録することにより、中間セル部の変位変化のデータと比較検討することができ、測定結果の関連性・裏付け・土質の一様性などが検討でき、応用範囲が広がる。
【００１６】
また、中間セル部に対応する土層の間隙水圧を検出する間隙水圧検出手段を設けることにより、上部動的セル部および下部動的セル部で載荷された繰り返し荷重の影響を受ける中間の土層の間隙水圧の変化を直接検出することができ、間隙水圧のデータと動的圧力と変位のデータとの相関関係、たとえば急激に変位が増大し破壊が生じたと思われる時点での間隙水圧の変化を見ることにより、土層の液状化についての有益なデータとして活用することができる。
【００１７】
さらに、本発明の試験装置においては、測定用セルを構成するセル部を互いに独立して交換可能に連結したので、部品の交換等のメンテナンス作業を、セル部単位で行うことができる。
【００１８】
また、セル部が、セル本体と、セル本体の外周に被着される筒状のゴム状膜部材とを備え、セル本体とゴム状膜部材の間に液体が充填される加圧室を形成することにより、ゴム状膜部材の交換作業がきわめて容易となる。
【００１９】
さらに、各セル本体の間にはゴム状膜部材の端部が密接するシール板を介装することにより、ゴム状膜部材のシール性を高めることができる。
【００２０】
また、上記加圧室内の液圧を加圧する手段は液体を加圧するシリンダを備え、シリンダロッドのストロークを検出するストローク検出手段を設け、シリンダストロークから荷重を載荷した土層の孔壁の変位を測定する構成となっているので、変位検出のための水位計等が不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明のボーリング孔を利用した原位置における地盤の液状化および動的特性試験方法並びに試験装置の実施例について説明する。
【００２２】
図１は本発明の実施例に係るボーリング孔を利用した地盤の液状化および動的特性試験装置の模式図である。
すなわち、ボーリング孔１００内に挿入される測定用セル１が、静的荷重を載荷する中間セル部１１と、中間セル部１１の上下に位置し土層に対して繰り返し荷重を載荷する上部動的セル部１２および下部動的セル部１３を備えている。この上部動的セル部１２の上方および下部動的セル部１３下方に、土層に静的荷重を載荷して土層の崩れを押さえる上部ガードセル部１４と下部ガードセル部１５が設けられている。
上記各セル部１１，１２，１３，１４，１５は互いに独立した加圧室１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａを備えており、加圧室内１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａに充填される水の水圧を制御して対応する土層Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５に独立して荷重を載荷し、載荷した荷重と孔壁の変位を測定するようになっている。
【００２３】
各セル部１１，１２，１３，１４，１５は、図２（Ａ）に示すように、長さが異なるだけで基本的に同一構造で、円柱形状のセル本体３１と、このセル本体３１の外周に被着される筒状のゴム状膜部材３２とを備え、セル本体３１とゴム状膜部材３２の間に液体が充填される加圧室１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａが形成される構成となっている。ゴム状膜部材３２は円筒形状で、上下両端にセル本体の端面に係合する環状の内向き突部３２ａが設けられている。
【００２４】
各セル部１１，１２，１３，１４，１５は互いに独立して交換可能に連結されている。この実施例では、セル本体３１の中心に貫通孔３１ａが設けられ、この貫通孔３１ａに心棒１６が串刺し状に挿通され、上端が心棒１６に設けられたストッパ１７に下方から突き当たり、下端がナット１８によって締め付け固定されている。心棒１６の上端にはボーリングロッドに固定するための継手部１６ａとなっている。
【００２５】
隣り合う各セル本体３１，３１の間には薄肉の固定リング３３が介装され、図２（Ｃ）に示すように、ゴム状膜部材３２の端部に位置する内向き突部３２ａをシール板３３とセル本体３１の端面との間に軸方向に締め付け固定している。シール板３３は円板形状で、その中心に心棒１６が挿通される貫通孔３３ａが形成されている。
【００２６】
また、ゴム状膜部材３２の内向き突部３２ａの上下両側面には、セル本体３１の端面に設けられた環状溝３１ｂに係合する係合突起３２ｂと、シール板３３に設けられた環状突起３３ｃに係合する係合溝３２ｃが設けられている。
また、上部ガードセル部１４は上部固定板３４を介してストッパ部１６ａに当接し、下部ガードセル部１５は下部固定板３５を介してナット１７に係合している。固定板３４，３５にも図示しないがゴム状膜部材３２の内向き突部３２ａに設けられた係合突起３２ｃが係合する環状溝が設けられている。
【００２７】
セル本体３１には、図２（Ａ），（Ｂ），図３（Ｂ），（Ｃ）に示すように、各セル部１１，１２，１３，１４，１５の加圧室内に充填するための通水路１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂと、各加圧室１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ内の圧力を検出する圧力検出器４１，４２，４３，４４，４５に圧力を導入するための圧力導入路４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ，４５ａが設けられている。上部固定板３４には、５つの圧力検出器４１，４２，４３，４４，４５と、５つの通水路１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂのポートとが設けられている。図２（Ａ）は各セル部に対応する通水路，圧力導入路を含む面で断面としたもので、各セル部で断面の位相が異なる。各ポートにはポンプユニットに連結するためのパイプが接続され、各圧力検出器４１，４２，４３，４４，４５には電気信号を送信するための電線が接続される。この圧力検出器４１，４２，４３，４４，４５は、まとめて一つのユニット部品としておくことが好ましい。
【００２８】
下位のセル部への通水路および圧力導入通路は上位のセル部のセル本体を通過する構成で、最上位の上部ガードセル部１４のセル本体３２には、５つの通水路１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂと、５つの圧力導入路４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ，４５ａが設けられ、以下、下位のセル部については順番に通水路および圧力導入路が一つずつ減っていき、最下位の下部ガードセル部１５のセル本体３２には１つの通水路１５ｂと一つの圧力導入路４５ａが設けられている。
【００２９】
また、上下のセル部を跨って延びる通水路および圧力導入路の場合には、図２（Ｃ）に示すように、上位のセル本体３２と下位のセル本体３２の通水路１３ｂおよび圧力導入路（不図示）が、シール板３３に設けられた接続ポート３３ｄを介して接続されている。シール板３３と上下のセル本体３２，３２端面との隙間は、接続ポート３３ｄの上下開口部は取り囲むように配置されるＯリング等のシール部材３３ｅによってシールされる。また、各通水路および圧力導入路間の位置決めを行うために、一方のセル本体３２の端面には位置決めピン３３ｆが突設され、他方のセル本体３２の端面には位置決めピン３３ｆが差し込まれるピン穴３３ｇが設けられている。
【００３０】
また、中間セル部１１によって荷重が載荷される中間土層Ｊ１の液状化の発生を検証するために、図３（Ａ），（Ｄ）に示すように、中間セル部１１に対応する土層の間隙水圧を検出する間隙水圧検出器２０を設けることができる。図示例では、間隙水圧検出器２０は上部固定板３４に設けられ、中間セル部１１表面を構成するゴム状膜部材３１に圧力導入口２１が設けられ、圧力導入口２１と間隙水圧検出器２０間が圧力導入路２２によって接続されている。圧力導入口２１には異物の進入を阻止するためにポーラスストーン等が装着される。この間隙水圧検出器２０についても、圧力検出器４１〜４５と一緒にまとめて一つのユニット部品とすることができる。
間隙水圧検出器２０の構造は、検出器の受圧部自体を中間セル部１１に配置し、電線を測定用セル内を通すようにしてもよいし、無線方式としてもよく、必要に応じて種々の構成を採用することができる。
【００３１】
図４は上記測定用セル１を制御する制御構成の一例を示している。
すなわち、各セル部１１，１２，１３，１４，１５の加圧室１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａに水を送り込む５つのポンプユニット５１，５２，５３，５４，５５と、ポンプユニット５１，５２，５３，５４，５５を駆動するためのコンプレッサ等の不図示の空圧源と、空圧源からの空気圧を調圧する調圧器５７と、各ポンプユニット５１および調圧器５７を制御する制御ボックス５８と、水タンク５９と、制御ボックス５８に電気的に接続され計測データの処理，表示等を行う専用ソフトが組み込まれたコンピュータ５０と、を備えている。各ポンプユニット５１，５２，５３，５４，５５はそれぞれのフレームに組み付けられ、上下５段に段積みして用いられる。
【００３２】
図５にはポンプユニットの構成例を例示している。各ポンプユニット５１，５２，５３，５４，５５はすべて同一の構成なので、ここでは一つのポンプユニット５１についてのみ説明し、他のポンプユニットについての説明は省略する。
すなわち、ポンプユニット５１は、図５（Ａ）に示すように、一対の第１シリンダ７１と第２シリンダ７２のシリンダロッド７３が連結され、各シリンダ７１，７２のシリンダロッド７３に対して反対側のシリンダ室内に水が収納され水室７１ａ，７２ａとなっている。第１シリンダ７１の水室７１ａは第１水路８１を通じて測定用セルの対応する通水路に接続され、第１水路８１には水路を開閉する第１開閉弁９１が設けられている。また、水室７１ａは第１水路８１から分岐する第２水路８２を介して水タンク５９にも接続され、第２水路８２には水路を開閉する第２開閉弁９２が設けられている。
【００３３】
また、他方の第２シリンダ７２の水室７２ａが第３水路８３を通じて測定用セル１の対応する通水路に接続され、第３水路８３には水路を開閉する第３開閉弁９３が設けられている。また、水室７２ａは第３水路８３から分岐する第４水路８４を通じて水タンク５９に接続され、第４水路８４には水路を開閉する第４開閉弁９４が設けられている。
第１水路８１と第３水路８３はそれぞれ第１開閉弁９１および第３開閉弁９３の下流側にて合流し、第１−第３合流水路８５を通じて測定用セル１側に接続される。第２水路８２と第４水路８４は第２開閉弁９２と第４開閉弁９４の下流側にて合流し、第２−第４合流水路８６を通じて水タンク５９に接続される。
第１開閉弁９１と第３開閉弁９３は空気圧によって駆動されるもので、駆動用の空気圧は、図５（Ｂ）に示すように、第１バルブ制御用電磁弁９６によって開閉駆動される。第２開閉弁９２と第４開閉弁９４も空気圧によって駆動されるもので、図５（Ｃ）に示すように、第２バルブ制御用電磁弁９７によって開閉駆動される。
【００３４】
また、第１シリンダ７１および第２シリンダ７２のロッド側のシリンダ室は空気室７１ｂ，７２ｂとなっており、この空気室７１ｂ，７２ｂにシリンダ駆動用電磁弁７４および第１通気路７６，第２通気路７７を通じて空気圧が選択的に導入される。シリンダ駆動用電磁弁は５ポート３位置制御の制御弁で、第１シリンダ加圧位置と、中立位置と、第２シリンダ加圧位置の３つの制御位置を備えている。
第１シリンダ加圧位置は、１シリンダ７１の空気室７１ｂに導入し第２シリンダ７２の空気室７２ｂ内の空気を排気する。第２シリンダ加圧位置は、空気圧を第２シリンダの空気室７２ｂに導入し第１シリンダ７１の空気室７１ｂ内の空気を排気する。
たとえば、測定用セル１の加圧室を加圧する場合には、シリンダ駆動用電磁弁７４を第１シリンダ加圧位置に切り換えると共に、第１バルブ制御用電磁弁９６をオン、第２バルブ制御用電磁弁９６をオフとし、第１開閉弁９１と第４開閉弁９４を開き、第２開閉弁９２と第３開閉弁９３を閉じる。コンプレッサ等の空気圧源からは第１通気路７６を通じて第１シリンダ７１の空気室７１ｂに空気圧が供給され、第１シリンダ７７１の水室７１ａが圧縮される。第２，第３開閉弁９２，９３は閉じているので、第１シリンダ７１の水室７１ａ内の水は第１通水路８１および第１−第３合流水路８５を通じて測定用セル１の加圧室に流入して加圧室を加圧する。このとき、他方の第２シリンダ７２の水室７２ａは容積が拡張するので、第２−第４合流水路８６および第４合流水路８４を通じて水タンク５
９から水が吸引されて流れ込む。
【００３５】
次いで、シリンダ駆動用電磁弁７４を第２シリンダ加圧位置に切り換えると共に、第１バルブ制御用電磁弁９６をオフ、第２バルブ制御用電磁弁９６をオンとし、第１開閉弁９１と第４開閉弁９４を閉じ、第２開閉弁９２と第３開閉弁９３を開く。コンプレッサ等の空気圧源からは第２通気路７７を通じて第２シリンダ７２の空気室７２ｂに空気圧が供給され、第２シリンダ７２の水室７２ａが圧縮される。第１，第４開閉弁９１，９４は閉じているので、第２シリンダ７２の水室７２ａ内の水は第３水路８３および第１−第３合流水路８５を通じて測定用セル１の加圧室に流入し加圧室を加圧する。このとき、他方の第１シリンダ７１の水室７１ａは容積が拡張するので、第２−第４合流水路８６および第２水路８２を通じて水タンク５９から水が吸引されて流れ込む。
この動作を繰り返すことで、徐々に測定用セル内の加圧室の圧力を増大させていく。
【００３６】
測定用セル１の加圧室内の圧力を減少させる場合には、シリンダ駆動用電磁弁７４を切換えて第２シリンダ７２の空気室に空気圧を供給する。すると、シリンダロッド７３は図中右側に移動し、測定用セル１の加圧室内の水が吸引されて第１シリンダ７１の水室内に戻り、第２シリンダ７２の水室内の水がタンク５９内に戻される。
測定用セル１の加圧室を減圧する場合には、シリンダ駆動用電磁弁７４を第２シリンダ加圧位置に切り換えると共に、第１バルブ制御用電磁弁９６をオン、第２バルブ制御用電磁弁９６をオフとし、第１開閉弁９１と第４開閉弁９４を開き、第２開閉弁９２と第３開閉弁９３を閉じる。コンプレッサ等の空気圧源からは第２通気路７７を通じて第２シリンダ７２の空気室７２ｂに空気圧が供給され、第２シリンダ７２の水室７２ａが圧縮される。第２，第３開閉弁９２，９３は閉じているので、第２シリンダ７２の水室７２ａ内の水は第４通水路８４および第２−第４合流水路８６を通じて水タンク５９に戻される。
このとき、他方の第１シリンダ７１の水室７１ａは容積が拡張するので、第１−第３合流水路８５および第１合流水路８１を通じて測定用セル１の加圧室内の水が吸引されて水室７１ａ内に流れ込む。
【００３７】
次いで、シリンダ駆動用電磁弁７４を第１シリンダ加圧位置に切り換えると共に、第１バルブ制御用電磁弁９６をオフ、第２バルブ制御用電磁弁９６をオンとし、第１開閉弁９１と第４開閉弁９４を閉じ、第２開閉弁９２と第３開閉弁９３を開く。コンプレッサ等の空気圧源からは第１通気路７６を通じて第１シリンダ７１の空気室７１ｂに空気圧が供給され、第１シリンダ７１の水室７１ａが圧縮される。第１，第４開閉弁９１，９４は閉じているので、第１シリンダ７１の水室７１ａ内の水は第２水路８２および第２−第４合流水路８６を通じて水タンク５９内に戻される。このとき、他方の第２シリンダ７２の水室７２ａは容積が拡張するので、第１−第３合流水路８５および第３水路８３を通じて測定用セル１の加圧室内の水が吸引されて流れ込む。
この動作を繰り返すことで、徐々に測定用セル１内の加圧室の圧力を減少させていく。
また、各ポンプユニットには、シリンダロッド７３のストロークを検出するストロークセンサ７５が設けられ、このストロークセンサ７５によってシリンダロッド７３のストロークから、測定用セル１の加圧室に流出入する水の量を演算するようになっている。加圧時には第１，第２シリンダ７１，７２のストローク量を加算し、減圧時には第１，第２シリンダ７１，７２のストローク量を減算して、測定用セルに流出入する水量の変化を演算し、水量の変化から孔壁の変位を演算する。
【００３８】
なお、減圧時に急激に圧力が低下すると水中に気泡が発生して応答が悪くなるので、シリンダロッドの速度（流量）をコントロールするために、図に示すように、第１−第３合流水路８５と第２−第４合流水路８６に逆止弁付きの絞り弁を配置してもよい。逆止弁と絞り弁は並列に配置される。
測定用セルに通じる第１−第３合流水路８５に配置する逆止弁は、測定用セルへの流入
方向には流通を許容し、測定用セルからの流出方向には流通を阻止する構成となっている。したがって、流出する際には絞り弁によって絞られ、流入する際には逆止弁が絞り弁のバイパス通路となってスムースに流入する。
一方、水タンクに通じる第２−第４合流水路８６に配置する逆止弁は、水タンクに戻る方向の流通が阻止され、吸引する方向の流通を許容する。したがって、水タンクに戻す際には絞り弁によって絞られ、水タンクから吸引する際には逆止弁がバイパス通路となってスムースに吸引される。
【００３９】
また、シリンダ駆動用電磁弁７４と各第１，第２シリンダ間の第１，第２通気路に逆止弁付きの絞り弁を配置するようにしてもよい。逆止弁は、各空気室７１ｂ，７２ｂに流入する方向の流通は許容し、流出する方向の流通は阻止するように配置すればよい。
また、この実施例では、所定の繰り返し荷重の圧力変化となるように、第１，第２シリンダを駆動制御するようになっているが、図に示すように、第１−第３合流水路に繰り返し荷重用シリンダを接続し、所定圧まで加圧した段階で停止し、繰り返し荷重用シリンダを周期的に往復移動させることにより、繰り返し荷重を作用させることも可能である。このシリンダの往復移動は機械的に加圧するような構成とすることもできる。
【００４０】
以下、具体的な試験手順を説明する。
ボーリング孔１００を検査すべき地層の深さまで掘削し、ボーリングロッド１０１によって測定用セル１をボーリング孔１００内の所定深さ位置まで挿入する。
まず、中間セル部１１、上下の動的セル部１２，１３および上下のガードセル部１４，１５の加圧室１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａすべてにゴム状膜部材３２が密着するまで加圧する。
次に、中間セル部１１と上部ガードセル部１４および下部ガードセル部１５に同じ圧力で加圧する。
【００４１】
次いで、上部動圧セル部１２および下部動圧セル部１３の加圧室１２ａ，１３ａ内の水を交互に繰り返し加圧し、各圧力検出器４１，４２，４３，４４，４５および各ポンプユニット４１の流量センサ７５からの検出信号をコンピュータ５０に読み込み、加圧室内の圧力と孔壁の変位量をモニタに表示する。同時に中間セル部１１に設けた間隙水圧検出器２０からの信号もコンピュータ５０に読み込む。
【００４２】
上部，下部動的セル部１２，１３で１Ｈｚ前後の周波数で繰り返し動的圧力を側的に作用させることで、動的圧力Ｐと変位ｒの関係から、動的強度および変形特性を掴むことが可能である。
上部，下部動的セル部１２，１３で動的圧力を繰り返しかけることで、図６に示すように、中間セル部１１の側壁部にはＰ１２，Ｐ１３＞Ｐ１１の圧力が生じ、Ｐ１２，Ｐ１３の圧力が大きくなり土層Ｊ１に降伏、破壊現象が生じると、中間セル部１１を押し付ける現象が出る。したがって、中間セル部１１のマイナス変位変化を記録、モニタすることで、側壁部の土層Ｊ１の動的強度特性あるいは変形特性がつかめることになる。また、これが砂土層であれば間隙水圧が上昇すると同時に急激に土層の破壊が生じ、これを液状化現象とみなすことも可能と思量される。本発明は間隙水圧検出器２０によって土層Ｊ１の間隙水圧を直接モニタしているので、この間隙水圧のデータと動的圧力と変位のデータとの相関関係、たとえば急激に変位が増大し破壊が生じたと思われる時点での間隙水圧の変化を見ることにより、土層の液状化についての有益なデータとして活用することができる。
【００４３】
図７は実際の試験結果を示している。この試験結果によれば、２４０秒後にマイナス変位に転じており、この時点で破壊が開始したものと思量される。
測定後に中間セル部１１に静的圧力をかけて破壊後の強度を求めることで、粘性土であれば疲労による強度低下を掴むことができ、砂土層であれば、液状化後の残留強度測定が
可能と思量される。
【００４４】
上部および下部ガードセル部１４，１５でも、その変位変化を記録、モニタし、中間セル部１１のデータと比較することで、測定結果の関連性・裏付け・土質の一様性などが検討でき、応用範囲が広がる。
また、図に示すように、水タンクを目視可能の目盛り付きのパイプ状のタンクとし、水量をストロークセンサの他に目視でも測定可能としておくことが好ましい。このようにすれば、オペレータは水面の動き監視することにより、測定用セルの動きを直感的に把握することができる。
【００４５】
また、水タンクの底部に水面の高さに応じた水圧を検出する圧力センサを設け、この圧力センサの検出データを、測定用セルの各加圧室内の圧力と比較するとにより、測定用セルに通じるチューブの長さの影響を検討することができ、信頼性の高いデータを得ることができる。
さらに、ポンプから出口における圧力を圧力計によって検出し、タンク上部に取り付ければ、圧力変化と水面の変化が直接目で確認することができる。
また、上部，下部動的セル部１２，１３によって静的荷重を載荷することで、通常の「孔内水平載荷試験」を行うことも可能である。この際に、中間セル部１１の孔壁周囲の土層には、上部，下部動的セル１２，１３からの静的な圧縮力が作用し、一種の一軸圧縮試験的な要素も合わせて検討可能であり、静的な載荷試験から動的な載荷試験まで汎用的に利用することができる。
また、本発明の試験装置の複数の加圧室を備えた測定用セルの代わりに、加圧室が一つの従来の「水平載荷試験」の測定用セルを取り付けることも可能である。本発明のポンプと制御装置の構成は、従来の水平載荷試験装置にそのまま取り付けることで、試験の自動化を図ることができるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】 図１は本発明の実施例に係るボーリング孔を利用した原位置での地盤の液状化および動的特性試験装置の測定用セルの機能説明図である。
【図２】 図２は図１の測定用セルの構成を示すもので、同図（Ａ）は縦断面図、同図（Ｂ）は上面図、同図（Ｃ）は接続部の部分拡大断面図である。
【図３】 図３（Ａ）は図２の測定用セルの正面図、同図（Ｂ）は上部ガードセル部の通水路を断面にして示した断面図、同図（Ｃ）は上部動圧セル部の通水路を断面に示して示す断面図、同図（Ｄ）は間隙水圧検出装置の構成例を示す断面図である。
【図４】 図４は本発明の試験装置の概念図である。
【図５】 図５は図４の試験装置のポンプユニットの回路構成図である。
【図６】 図６は試験中に孔壁に載荷される荷重状態を模式的に示す図である。
【図７】 図７は試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１ 測定用セル
１１ 中間セル部、
１２ 上部動的セル部、
１３ 下部動的セル部
１４ 上部ガードセル部
１５ 下部ガードセル部
１１ａ 加圧室、１１ａ 加圧室 １２ａ 加圧室、１３ａ 加圧室，１４ａ 加圧室，１５ａ 加圧室
Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５ 土層
３１ セル本体
３２ ゴム状膜部材
３３ シール板
３２ａ 内向き突部
１００ ボーリング孔

Claims (7)

1. ボーリング孔内に挿入される測定用セルが、互いに独立した加圧室を備えた５室のセル部に区分され、各セル部の加圧室内に充填される液体の液圧を制御して対応する土層に独立して荷重を載荷する構成で、
   セル部は、静的荷重を載荷する中間セル部と、該中間セル部の上下に位置し土層に対して繰り返し荷重を載荷する上部動的セル部および下部動的セル部を備え、
   前記上部動的セル部および下部動的セル部に交互に繰り返し荷重を載荷して中間土層の変位変化を記録するボーリング孔を利用した原位置での地盤の液状化および動的特性試験方法において、
   前記上部動的セル部の上方および下部動的セル部下方に、土層に静的荷重を載荷して土層の崩れを押さえる上部ガードセル部と下部ガードセル部を設け、中間セル部の変位変化のデータと比較検討するために前記上部および下部ガードセル部でも、その変位変化を記録することを特徴とするボーリング孔を利用した原位置での地盤の液状化および動的特性試験方法。
2. 前記測定用セルは、中間セル部に対応する土層の間隙水圧を検出する間隙水圧検出手段を備え、中間セル部の変位変化のデータに対応する間隙水圧を検出する請求項１に記載のボーリング孔を利用した原位置での地盤の液状化および動的特性試験方法。
3. ボーリング孔内に挿入される測定用セルが、互いに独立した加圧室を備えた複数のセル部に区分され、各セル部の加圧室内に充填される液体の液圧を制御して対応する土層に独立して荷重を載荷する構成で、
   セル部は、静的荷重を載荷する中間セル部と、該中間セル部の上下に位置し土層に対して繰り返し荷重を載荷する上部動的セル部および下部動的セル部を備えたボーリング孔を利用した原位置での地盤の液状化および動的特性試験装置において、
   前記上部動的セル部の上方および下部動的セル部下方に、土層に静的荷重を載荷して土層の崩れを押さえる上部ガードセル部と下部ガードセル部を設け、
   前記中間セル部、上部動的セル部、下部動的セル部、上部ガードセル部および下部ガードセル部は、それぞれ、セル本体と、このセル本体の外周に被着される筒状のゴム状膜部材とを備え、セル本体とゴム状膜部材の間に液体が充填される加圧室が形成され、セル本体の中心に設けられた貫通孔に心棒が串刺し状に挿通され、上端が心棒に設けられたスト
   ッパに上部固定板を介して下方から突き当たり、下端が締め付け固定される構成で、
   隣り合う各セル本体の間には薄肉のシール板が介装され、ゴム状膜部材の端部に設けられた内向き突部が、シール板とセル本体の端面との間に軸方向に締め付け固定される構成なっており、
   シール板は、その中心に心棒が挿通される貫通孔が形成され、また、前記ゴム状膜部材の内向き突部の上下両側面には、セル本体の端面に設けられた環状溝に係合する係合突起と、シール板に設けられた環状突起に係合する係合溝が設けられていることを特徴とするボーリング孔を利用した原位置での地盤の液状化および動的特性試験装置。
4. 測定用セルは、中間セル部に対応する土層の間隙水圧を検出する間隙水圧検出手段を備えている請求項３に記載のボーリング孔を利用した原位置での地盤の液状化および動的特性試験装置。
5. 間隙水圧検出手段は前記上部固定板に設けられ、中間セル部のゴム状膜部材に圧力導入部が設けられ、圧力導入口と間隙水圧検出手段が、中間セル部、上部動的セル部および上部ガードセル部のセル本体に設けられた圧力導入路によって接続されている請求項４に記載のボーリング孔を利用した原位置での地盤の液状化および動的特性試験装置。
6. 前記上部固定板には前記各セル部の加圧室内に液体を充填するための通液路の５つのポートと、圧力を検出する５つの圧力検出器とが設けられ、前記各セル部の加圧室と対応するポートを結ぶ通液路と、各圧力検出器と各加圧室を結ぶ圧力導入路は、下位のセル部への通液路及び圧力導入路は上位のセル部のセル本体を通過する構成となっている請求項３乃至５のいずれかの項に記載のボーリング孔を利用した原位置での地盤の液状化および動的特性試験装置。
7. 前記加圧室内の液圧を加圧する手段は液体を加圧するシリンダを備え、シリンダロッドのストロークを検出するストローク検出手段を設け、シリンダストロークから荷重を載荷した土層の孔壁の変位を測定する構成となっている請求項３乃至６のいずれかの項に記載のボーリング孔を利用した原位置での地盤の液状化および動的特性試験装置。

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