JP5071786B2

JP5071786B2 - 貫入型パイプひずみ計

Info

Publication number: JP5071786B2
Application number: JP2007192559A
Authority: JP
Inventors: 聡玉手
Original assignee: Japan Health Sciences Foundation
Current assignee: Japan Health Sciences Foundation
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2027-07-24
Also published as: JP2009031017A

Description

この発明は、地中に埋設して使用され、斜面の土砂崩壊、豪雨における地盤表層の崩壊又は土石流の発生等に伴って生じる地盤のひずみをパイプひずみ計本体に内蔵されているひずみゲージで検出し、その検出値を地上の計測器で読み取るパイプひずみ計に係る技術であって、特に地盤の浅層におけるひずみの変化を測定する貫入型パイプひずみ計に関する技術である。

従来のパイプひずみ計には、下記特許文献１に示すものがある。従来のパイプひずみ計は、図１１に示すように、危険箇所と想定される地盤に地中深く埋設され、パイプに生じたひずみを内部のひずみゲージで検知して計測することにより、地滑り発生位置の確認等、地滑り現象の評価に用いられてきた。

即ち、従来のパイプひずみ計は、以下のようにして設置していた。まず、ボーリングマシンで前記パイプひずみ計の設置孔を２０ｍから３０ｍの深さで予めプレボーリングする。次に、計測管１を構成する多数の鋼管１ａ，１ｂ，１ｃ・・・の外周面にそれぞれひずみゲージ５を貼付して保護材６で覆う。そして、各鋼管の端部を継手管２により嵌合してリベット３で締めた挿入管１を前記設置孔へ挿入する。最後に前記設置孔にセメントミルクを注入して隙間を塞ぎ、地中へ確実に定着させて検出精度の向上を図るという手順で設置されていた。
実用新案登録第２５１４０９５号公報

従来のパイプひずみ計の設置作業は、大掛かりであった。まず、２０ｍ超の計測管１は、多数の鋼管から構成されるため、運搬が容易ではなかった。

また、設置の際には、ボーリングマシンにより２０ｍ超の埋設孔をプレボーリングする作業と、計測管１を埋設する作業を別々に行う必要があった。一方、埋設時に鋼管に貼付したひずみゲージ５が埋設孔とこすれて剥がれないように逐一保護材６で覆う作業が必要であった。更に多数の鋼管から計測管１を組み立てる作業も必要であった。また、検出精度向上のため、ひずみ計埋設後の設置孔にセメントミルクを注入する作業は必須になっていた。これらの作業には、多大な設置時間、労力、高いコスト負担が必要となっていたため、従来のパイプひずみ計は手軽に設置できるものではなかった。

尚、従来のパイプひずみ計では、地中深く埋設して地滑り発生位置等を評価しているが、斜面の土砂崩壊等の発生前には、地盤の浅層でも地盤にひずみが発生し始め、土砂崩壊等が近づくにつれて地盤のひずみが増加するという前兆現象が発生する。従って、前記前兆現象たる浅層のひずみを正確に計測し、前記ひずみ増加量の変化を評価することにより、浅層にひずみが発生してから土砂崩壊等に至るまでの時間や崩壊の度合いを判断することが可能と言える。

そこで本願発明者は、上述した従来の課題に鑑みて、地盤の浅層に発生したひずみを計測するため、人力での運搬が容易で様々な場所に設置できること、設置時間が大幅に短縮されること及び設置にかかる労力及びコスト負担を大幅に軽減できることにより地中への埋設設置が手軽にできる、特願２００６―００９９８９号公報（以降は先行文献１とする）の貫入型パイプひずみ計を発明した。

以上のように、先行文献１の貫入型パイプひずみ計は、人力による搬入が容易であって、装置規模の大きさから特許文献１のパイプひずみ計が搬入できないような土砂崩壊の危険性が高くて足場が非常に悪い地盤にも設置できること、及び設置コストの大幅軽減から、パイプひずみ計をより多く設置して土砂崩壊の前兆現象を一層迅速に検知出来ることから、土砂崩壊の危険性が高い地盤における崩壊の前兆現象を事前にいち早く察知することが出来るものである。

従って、先行文献１の貫入型パイプひずみ計は、土砂崩壊の前兆現象を素早く検知することにより、例えば、崩壊の被害を受けると推測される危険な地盤の下側に住居を持つ住民をいち早く避難させること等が出来るため、土砂崩落による人的被害等を未然に回避するという目的上、大変有意義な発明であると言える。

しかし、土砂崩壊による被害を未然に回避するという目的を一層確実に果たすためには、土砂崩壊の前兆現象を容易かつ迅速に検知することも重要であるが、地盤を監視する者や土砂の崩壊前に避難を促すべき出来る限り多くの住民等に対して、前記前兆現象の発生を容易かつ迅速に知得させることも住民避難の実効を図る上で重要であると考えられる。

本願発明は、土砂崩壊による被害を未然に回避するという課題をさらに確実に解決するため、土砂崩壊の前兆現象を容易かつ迅速に検知可能にすることに加え、地盤監視者や危険地盤周辺に住む多くの住民等に対して前記前兆現象の発生を容易かつ迅速に知らせることを可能とした貫入型パイプひずみ計を提供するものである。

前述の問題を解決するため、請求項１の発明は、ひずみゲージを取り付けたパイプ部材を地中に埋設することにより、地盤のひずみを計測するパイプひずみ計において、複数のひずみゲージを外周面に取り付けた内パイプを外パイプに内蔵して一体化した二重円管構造のパイプひずみ計本体と、前記パイプひずみ計本体の先端部に設けた掘削用スクリューと、前記パイプひずみ計本体回動用の工具を連結できる、パイプひずみ計本体の後端部に設けた工具取付部と、内側に挿入された前記外パイプの後端部に取り付けられる円筒部と、前記円筒部の周方向等分複数箇所に放射状に延出するように一体に形成された板状受圧部と、を有する受圧板と、前記外パイプの後端部の外周面に形成され、前記円筒部をパイプひずみ計本体の先端方向に移動出来ないように支持する段差部と、前記段差部の後方で外パイプの後端部の外周面に形成された雄ねじ部に取り付けられ、前記段差部との間に受圧板の円筒部を挟圧固定する雌ねじ付キャップと、を備え、地盤のひずみの計測結果に応じて警告発生器から警告を発生する警告装置を前記パイプひずみ計本体に接続している。

（作用）請求項１に係るパイプひずみ計は、以下の作用を奏する。即ち、（ａ）パイプひずみ計の全長が、人の肩の高さより長さの短い短尺状であるため、コンパクトかつ軽量に形成される。（ｂ）パイプひずみ計の全長が短いため、大規模なボーリング機器を使うことなく埋設作業が行われる。（ｃ）パイプひずみ計自体が、先端に掘削用スクリューを備え、かつ後端にパイプひずみ計を回動させる工具を連結できるため、工具を用いることでボーリングと埋設作業が同時に行われる。（ｄ）各ひずみゲージは、二重円環の内パイプに取り付けられ、かつ外パイプに覆われているため、逐一保護材で覆わなくても埋設時に地盤と接触して剥がれることが無い。（ｅ）コンパクトであるため、多数の鋼管から組み立てる必要が無い。（ｆ）貫入時においてスクリューが半径方向外側へ排除した土は、スクリューの通過後地盤の圧力によって半径方向内側に押し戻され、パイプひずみ計本体と埋設孔と間の隙間を塞ぐ。また埋設後のスクリューは、地中に堅く定着する。従って、埋設後にセメントミルクを注入しなくてもパイプひずみ計全体が地盤の浅層に堅固に定着する。（ｇ）警告装置は、地盤のひずみが一定の大きさになった場合に警告発生器から警告を発生する。従って、警告を受けた者は、パイプひずみ計の設置箇所において土砂崩壊の前兆現象が発生したことを容易かつ迅速に知得する。

また、雌ねじ付キャップにより、パイプひずみ計本体の後端部の外周面に形成された段差部に挟圧固定された受圧板が、地盤に埋設されることでパイプひずみ計の後端部が、より一層地盤に堅固に定着する。また、定着後の板状の受圧部には、土砂の圧力が作用することにより、土砂の動きが負荷となり適格にパイプひずみ計本体の後端部に作用する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の貫入型パイプひずみ計について、前記板状受圧部の先端側が、鋭角状に形成されている。

（作用）鋭角状に形成された前記板状受圧部の先端側が、地盤を貫きつつ受圧板全体を地中に埋没させる。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の貫入型パイプひずみ計について、前記工具を、携帯式電動回動工具としている。

（作用）パイプひずみ計に、携帯式の電動回動工具を用いることで、掘削及び埋設作業が、迅速かつ容易に行われる。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の貫入型パイプひずみ計ついて、前記警告装置は、前記警告発生器をパイプひずみ計本体の後端部に直接取り付けている。

（作用）警告発生器による警告は、埋設したパイプひずみ計本体と警告発生器を一体化することにより、土砂崩壊の前兆現象の発生地点、即ち、近く土砂崩壊が発生する地点から直接発せられる。警告を受けた者は、土砂崩壊の危険性がある地点を容易かつ迅速に把握する。また、警告装置を含む貫入型パイプひずみ計の全体構成が簡素になる。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の貫入型パイプひずみ計について、前記警告装置が、パイプひずみ計本体に接続され、地盤のひずみの計測データに基づく信号を送信する送信機と、パイプひずみ計本体から分離された状態で前記信号を受信する受信機と、前記パイプひずみ計本体に直接接続せずに前記受信機に接続され、前記受信した信号に基づく警告を発生する警告発生器を備えるようにした。

（作用）受信機に接続された警告発生器は、送信機から送信されたひずみの計測データに基づく信号に応じてパイプひずみ計の埋設地点から離れた位置において警告を発生する。パイプひずみ計の埋設位置から離れた地点にいる者が、前記埋設位置の土砂崩壊の前兆現象の発生、即ち、土砂崩壊の危険性を容易かつ迅速に知得する。

請求項６の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の貫入型パイプひずみ計について、前記警告発生器は、表示装置または警報装置のうち一つ（又は双方）である。

（作用）警告発生器は、光又は音の一方、またはその双方により警告を発生する。地盤監視者や危険地盤周辺住民は、表示装置の光により視覚を通じて、また警報装置の音により聴覚を通じて土砂崩壊の前兆現象の発生、即ち土砂崩壊の危険性を容易かつ迅速に認識する。また、光や音が強ければ、前記前兆現象の発生を広範囲にいる者が、容易かつ迅速に知得する。

請求項７の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の貫入型パイプひずみ計について、前記警告発生器は、計測した地盤のひずみが増加するにつれて、段階的に異なる警告を発生する。

（作用）警告発生器は、地盤のひずみの増加量に応じて時系列的に警告内容を変化させる。警告を受ける者は、実際の土砂崩壊時期が近づいていることを知得する。

以下に請求項１〜７に記載された発明の効果を説明する。。

請求項１の発明は以下の効果を奏する。即ち、（ａ）パイプひずみ計がコンパクトかつ軽量であって運搬が容易となるため、人力で持ち運び様々な場所に設置できる。（ｂ）設置作業が小規模かつ容易であるため、設置時間が短縮されかつ設置労力が軽減される。更に、設置に必要なコストが軽減される。（ｃ）パイプひずみ計が、地盤の浅層に堅く定着するため、前記地盤の浅層におけるひずみが正確に計測できる。（ｄ）警告装置によって発せられる警告によって土砂崩壊の危険性を容易にいち早く認識することが出来るため、地盤監視者は、住民へ迅速に避難勧告を発することが出来、危険地盤周辺住民は、迅速に避難することにより、現実の土砂崩壊に伴って発生する人的または物的被害を未然に回避することができる。

更に、請求項１の発明においては、雌ねじ付キャップにより、パイプひずみ計本体の後端部の外周面に形成された段差部に挟圧固定される受圧板を設けることにより、地盤の浅層におけるひずみが更に正確に検出できる。

請求項２の発明は、先端側が鋭角形状に形成されているため、例えば、足で押し込んだり、ハンマーで叩くことにより受圧板全体を地中に容易に埋設出来る。

請求項３の発明は、パイプひずみ計後端に取り付ける工具が、携帯式の電動工具であるため、支援電源の供給がされない場所や、足場の悪い斜面等様々な場所においてパイプひずみ計の埋設作業を迅速にすることが出来る。

請求項４の発明によれば、警告を知得した者は、土砂崩壊の危険地点を感覚的に認識することが出来るため、危険地盤周辺住民への避難勧告と実際の避難が迅速に行われ、土砂崩壊によって発生する被害を更に確実に回避することができる。

請求項５の発明によれば、パイプひずみ計の設置位置近辺にいなくても土砂崩壊発生の前兆現象を知得することが出来る。従って、危険地盤周辺に住む多くの住民は、土砂崩壊の危険性を迅速かつ容易に知得して避難することが出来、地盤監視者は、土砂崩壊が発生する地点から離れた安全な場所で土砂崩壊の前兆現象を計測して多くの住民に避難を勧告することが出来る。即ち、土砂崩壊によって発生する被害を更に確実に回避することができる。

請求項６の発明によれば、警告を受ける者は、土砂崩壊発生の危険性を音や光により五感で容易かつ迅速に認識することが出来る、また、音や光を強くすることによって広範囲に伝播させることで、広範囲にいる人が容易かつ迅速に認識することが出来る。更に、光と音を併用して五感による認識を併用させることにより、危険性を更に容易かつ迅速に認識させる。

請求項７の発明によれば、警告を受ける者が、実際の土砂崩壊時期を容易かつ迅速に認識することができるため、現実の土砂崩壊に伴って発生する被害をより確実に回避することができる。

以下、図面１〜１４を参照して本願発明の好適な実施形態（実施例１から実施例３）について説明する。

図１は、実施例１の貫入型パイプひずみ計の外観を表す分解斜視図、図２は、受圧板を取り付けたパイプひずみ計の一部破断斜視図、図３は、パイプひずみ計本体の内部構造を表す一部軸方向断面図、図４は、警告装置３１の構成を説明するブロック図、図５は、本願パイプひずみ計を使用した土砂崩壊実験を説明する写真の図であって、（ａ）図は、実大模型地盤と切土の様子を表す写真の図、（ｂ）図は、本願パイプひずみ計を斜面に埋設した写真の図。（ｃ）図は、土砂崩壊実験の結果に基づくクリープ曲線を表すグラフ、図６は、周方向におけるひずみゲージの取付状況を表すパイプひずみ計本体のＡ−Ａ’断面図で、（ａ）図は、２枚のひずみゲージを貼付した図、（ｂ）図は、４枚のひずみゲージを貼付した図である。また図７は、パイプひずみ計後端の拡大斜視図、図８は、工具取付用治具の軸方向断面図、図９は、電動工具の取付構造を表す分解斜視図、図１０は、貫入型パイプひずみ計の設置状況を表す参考図で、（ａ）図は、設置前の状況を表す図、（ｂ）図は、受圧板と警告発生器を設置する状況を表す図、（ｃ）図は設置後の状況をそれぞれ表す図である。図１１は、実施例２の貫入型パイプひずみ計の外観を表す分解斜視図、図１２は、Ｔ字型手動式回動工具２１の外観を表す斜視図である。図１３は、実施例３の警告装置３１’の構成を説明するブロック図である。図１４は、警告装置３１’の構成を表す一部断面正面図で、（ａ）図は、送受信機が警告装置にそれぞれ内蔵され一体化されたもの一部断面正面図。（ｂ）図は、送受信機が警告装置と別体に形成されて接続されたものの一部断面正面図である。

実施例１に係るパイプひずみ計１０は、図１０（ｃ）図に示すように、地中に埋設して使用され、斜面の土砂崩壊等に伴って生じる地盤のひずみをパイプひずみ計本体１１の内部に長手方向等間隔に貼付された図３のひずみゲージ２７によって電気信号として検出し、検出した信号に基づき警告装置３１の外部に設けたスピーカ３２から警報音を発生させ、併せて警告表示ランプ（３３，３４）を点灯させる構成になっている。

また、図１〜図７によりパイプひずみ計本体１１の具体的構成を説明すると、パイプひずみ計本体１１は、その先端に設けられた掘削用スクリュー１８及びその後端に設けられた工具取付用スリット１３ｂによって主として構成されている。パイプ本体部１１ａは、図３に示すように外周面に長手方向所定間隔で複数（例えば、長手方向に４箇所）のひずみゲージ２７が貼付された円環状の内パイプ１２が、同心円状の外パイプ１３で覆われると共に、内外のパイプ１２，１３間に充填されたエポキシ樹脂１４が固化することにより一体に形成されている。また、工具取付用スリット１３ｂは、外パイプ１３後端部の開口部１３ｅの周縁部に対向して形成され、パイプひずみ計本体１１全体を回動させる工具が取り付けられる。

また、各ひずみゲージ２７から導出するリード線２８は、内パイプ１２の側壁に穿孔された挿通孔（図示せず）から内パイプ１２の内部を通り、内パイプ１２の後端部に固定した雌コネクタ１５へ接続されている。雌コネクタ１５は、内パイプ１２の後端開口部を閉塞した状態で、外パイプ１３の後端開口部１３ｅから突出している。

また、ひずみゲージ２７は、図６（ａ）図に示すように、周方向等間隔に内パイプ１２を挟んで対向するように２枚貼付されている。この場合、ひずみゲージ２７が周方向のどの位置に貼付されたかが判るように、外パイプ１３の後端開口部１３ｅの周縁にマーキング等により印をつけておく。また、マーキング等の印に代えて、ひずみゲージ２７と工具取付用スリット１３ｂとの周方向位置を対応させても良い。

即ち、パイプひずみ計本体１１は、ひずみゲージ２７の周方向位置を確認し、２枚のひずみゲージ２７の対向する方向が、土砂崩壊時における地盤の移動方向、即ち斜面の傾斜方向（平地での土石流を想定すれば上流から下流方向）と一致するように設置することで、地盤の変動から測定時に各ひずみゲージ２７が受ける負荷は最大となり、地盤のひずみの測定精度が最も高くなる。

一方、パイプひずみ計本体１１（外パイプ１３）の後端側には、受圧板１９が着脱自在に取り付けられる。実施例１において受圧板１９には、中央の円筒部１９ｂから半径方向外側に向かって２箇所の板状受圧部１９ａが対向するように延出されている。円筒部１９ｂの上端には、円孔１９ｄを形成する内フランジ部１９ｃが設けられている。一方、パイプ本体部１１ａを構成する外パイプ１３の後端部１３ａは、他のエリアより厚肉状に形成され、後端開口部１３ｅから先端方向に向かった外周面には、雄ネジ部１３ｃと円環状の段差部１３ｄがそれぞれ形成されている。

受圧板１９は、円筒部１９ｂをパイプひずみ計本体１１の後端側から被せるようにして、内フランジ部１９ｃが、外パイプ１３側の段差部１３ｄに支持される状態とする。内フランジ部１９ｃは、円孔１９ｄから突出した雄ネジ部１３ｃにねじ込まれる雌ネジ１７ｄ付キャップ１７の前縁部１７ｂと、段差部１３ｄとの間に挟圧固定される。埋設時における板状受圧部１９ａには、土砂の圧力が作用するため、土砂の動きが負荷となり、適格にパイプひずみ計本体１１の後端部に作用する。尚、板状受圧部１９ａに作用する負荷を最大にするため、板状受圧部１９ａの板面方向が、斜面の上下方向（図６（ａ）及び図１０（ｂ）を参照）に対して垂直になる（ひずみケージ２７の配置方向と直交する）ように受圧板１９を取り付ける。

警告装置３１は、外側面にスピーカ３２を備え、上面に黄色表示ランプ３３と赤色表示ランプ３４を備えると共に、下面に突出し、雌ねじ付キャップの円孔１７ａの内径より微小長さだけ小さな外径に形成された中空の固定棒３５の先端に雄コネクタ３６を備えている。雄コネクタ３６は、固定棒３５の内部を通るリード線３７によって、警告装置３１内部に設けられたひずみ計測機３８に接続される。キャップ１７の内部には、上部内周に凹部１７ｅを形成し、内径が固定棒３５の外径より微小長さだけ小さなＯリング１７ｆを取り付けるとともに下端内周には、雄ねじ部１３ｃに螺合する雌ねじ部１７ｄを形成する。

警告装置３１の固定は以下のように行う。まず受圧板１９をパイプひずみ計本体１１の後端にはめ込み、キャップ１７によって固定する際に、固定棒３５をキャップ１７の円孔１７ａから内部のＯリング１７ｆに挿し通し、先端の雄コネクタ３６をパイプひずみ計本体１１の後端部の雌コネクタ１５に差し込む。その状態でキャップ１７を雄ねじ部１３ｃにねじ込むことにより、受圧板１９と共に、Ｏリング１７ｆによって支持された警告装置３１が、パイプひずみ計本体１１の後端部に固定される。

尚、受圧板１９を取り付けないパイプひずみ計本体１１については、取り付けたときに比べて地盤のひずみの検出精度が若干下がるものの、地盤のひずみの計測には何ら問題が無い。

図４により、警告装置３１の内部構成を説明する。雄コネクタ３６は、リード線２８によってひずみゲージ２７へ接続された雌コネクタ１５へ取り付けられ、リード線３７により、警告装置３１の内部に設けられた計測装置３９へ接続される。計測装置３９は、スピーカー３２及び黄赤表示ランプ（３３，３４）にそれぞれ接続されると共に、内部に地盤のひずみ信号を解析して前記スピーカー及び各表示ランプに警報発生命令及び点灯命令を送る図示しないＣＰＵと市販電池等による内蔵電源を備えている。

尚、黄赤表示ランプ（３３，３４）は、発光が目立つものが良く、カラーＬＥＤや蛍光灯・白熱電球に黄赤のカバーを被せたものや黄赤色の回転灯等を使用することが考えられる。

また、本願出願人は、土がクリープ破壊（クリープとは一定荷重下でゆっくり生ずる塑性ひずみの増加現象をいう）する場合の時間とひずみ量との関係を表すクリープ曲線(参考資料：地盤工学会：地盤工学ハンドブックP1337〜P1352,1999)と、そのクリープ曲線の形状から土のクリープ破壊が、ひずみが漸減する１次（遷移）クリープ、ひずみ速度が一定（定常）となる２次（定常）クリープ及びひずみ速度が増大する３次（加速）クリープの各課程を経て行われることに着目して土砂崩壊の実験を行った。

その内容は、土資料である関東ロームを重機で固めた高さ５ｍ、斜面勾配４５度の実大模型地盤を作成し、斜面下方をパワーショベルによって切土（削り取り）する（図５（ａ）を参照）ことで不安定化した斜面の下方近傍に本願の貫入型パイプひずみ計を設置（図５（ｇ）を参照）して前記クリープ曲線を実測するという実験であった。実験結果は、図５（ｃ）のグラフに示すとおりであって、本願出願人は、実際の土砂崩壊の約６分前に２次（定常）クリープが発生してその現象が４分継続した後、崩壊の約２分前から３次(加速)クリープが発生し、その後崩壊に至ることを知ることとなった。

従って、上記実験結果を考慮し、本願パイプひずみ計の各実施例においては、例えば計測装置３９が、図で言う２次クリープ発生時点における地盤のひずみ量を検知したときに、土砂崩壊の危険レベルをＤ１（一定時間経過後に土砂崩壊が発生するため住民はなるべく速やかに避難すべき）として、黄色表示ランプ３３を表示させると同時にスピーカー３２から例えば断続的な警報音を発生させることによって、地盤監視者や、危険地盤周辺住民に注意を促すことにすることが考えられる。また、図で言う３次クリープ発生時点における地盤のひずみ量を検知した場合には、土砂崩壊の危険レベルをＤ２（まもなく土砂崩壊が発生するため、一刻も早く避難すべき）として、赤色表示ランプ３４を表示させると同時にスピーカー３２から例えばレベルＤ１より断続の感覚が短い、危急を知らせる警報音を発生させるようにすることが考えられる。また、前記警告ランプと警報音は、地盤のひずみが一定の累積量に達したときに発生させる他、ひずみの増加傾向に基づく危険レベルＤ１及びＤ２を設定し、ひずみが一定の増加傾向を示したときに発生させることも考えられる。

次に図８及び図９により、ひずみ計１０に回動工具２０を連結する構造を説明する。図８は、電動回動工具２０をパイプひずみ計本体１１後端部に連結する際に用いる金属製の工具固定治具３０の断面図である。治具３０は、円筒状の太軸３０ａと細軸３０ｅとが同軸状に形成され、太軸３０ａの内側には、パイプひずみ計本体１１の後端部（の雌コネクタ１５）をすっぽり覆うことのできる円柱形の円孔（開口部）３０ｂが形成され、太軸３０ａの前端部には、ひずみ計１０後端側のスリット１３ｂに係合できる爪３０ｃと、治具固定キャップ４０の後端フランジ部４０ｂとひずみ計本体１１側の後端開口部１３ｅの周縁との間に挟持固定される段差部３０ｄが形成されている。一方で細軸３０ｅは、回動工具のチャック２０ａに把持させる部位である。細軸３０ｅの外周面には、周方向等分３箇所に面取り３０ｆがなされている。

そして、パイプひずみ計本体１１の後端側における雌コネクタ１５の上から、工具固定治具３０を被せて各爪３０ｃと工具取付用スリット１３ｂを係合させる。その状態で細軸３０ｅの上からキャップ４０を被せてねじ込み、段差部３０ｄを介して治具３０を、ひずみ計本体１１側の後端開口部１３ｅの周縁に挟圧固定する。最後に、円孔４０ａから露出した細軸３０ｅを電動回動工具２０のチャック２０ａに把持させる。

次に、実施例１に係る貫入型パイプひずみ計の地中への設置方法を図１０に基づいて説明する。例えば土砂崩壊の危険性がある斜面のひずみを計測する場合には、図１０（ａ）に示すようにまず、後端部に電動回動工具２０を取り付けたパイプひずみ計を掘削用スクリュー１８を下にして、斜面に対して垂直に立てる。その状態で、工具２０を回転させてひずみ計本体１１を地中へねじ込ませ、図１０（ｂ）に示すように、厚肉後端部１３ａの段差部１３ｄが地表面とほぼ面一になるまで地中に埋設し、埋設においては、周方向上の各ひずみゲージ２７の配置方向が、斜面の傾斜方向と一致するようにひずみ計本体１１の周方向位置を調整する。

その後、パイプひずみ計本体１１の後端部から電動回動工具２０を取り外し、治具固定キャップ４０をゆるめて外し、治具３０を取り除く。そして、図１０（ｂ）に示すように、受圧板１９をひずみ計本体１１後端側の雄ネジ部１３ｃの上から被せて、板状受圧部１９ａの鋭角状に形成された先端部を地中に押し込んだり叩き込んだり等して埋設する。そして、板状受圧部１９ａの板面方向が、斜面の傾斜方向（ひずみゲージ２７の配置方向）に対して垂直になるように、受圧板１９の周方向位置を調整する。

警告装置３１は、受圧板１９を埋設後、固定棒３５先端の雄コネクタ３６をキャップ１７上端の円孔１７に挿入した状態で雌コネクタ１５に差し込んだ後、キャップ１７をねじ込んで受圧板１９共々パイプひずみ計本体１１の後端部に固定する。

また、パイプひずみ計本体１１は、例えば、後端部に取り付けた工具２０による埋設作業や人力による持ち運びの容易性を考慮してパイプひずみ計の全長Ｌ（スクリュー１８の先端から雌コネクタ１５の後端までの長さ）を大人の肩の高さより短い長さに形成する。従って、全長Ｌは６０ｃｍから１ｍ程度に形成することが望ましい。また全長を１ｍ前後とした場合、パイプひずみ計各部の寸法は、例えば、スクリューの長さを１０ｃｍ程度、パイプひずみ計本体１１を構成する外パイプ１３の外径（厚肉後端部の外径を除く）を１５ｍｍ程度に形成する。また、このとき受圧板１９の幅（パイプひずみ計の直系方向に沿った幅）は、１５ｃｍ程度、上下高さ（パイプひずみ計の軸方向に沿った高さ）は１０ｃｍ程度に形成している。

更に、内パイプ１２、外パイプ１３及び掘削用スクリュー１８の素材は、埋設時に電動回動工具２０のトルク（例えば１２Ｖの電動ドリル、電動ドライバ等を使用する場合には、１４０Ｎ．ｍ程度）によって塑性変形をしない十分な剛性を備え、更に地中に埋設する点から耐腐食性を備えた素材とすべき点からステンレス等の金属素材を用いることが望ましい。また、軽量化が図れる面から十分な剛性等を備えたプラスチック、適切な高分子等の樹脂系素材を用いる事も考えられる。また、外パイプ１３に剛性の高い耐腐食性金属を用い、内パイプ１２に適切な樹脂系素材を用い、十分な剛性及び耐腐食性を保持しつつ軽量化を図ることも考えられる。

また、厚肉後端部１３ａは外パイプ１３と一体で形成するか、工具取付用スリット１３ｂ等を形成した別部材からなる厚肉後端部１３ａを外パイプ１３の後端部に溶接等で接合し一体化することが考えられる。また、掘削用スクリュー１８は、中実棒等を用いた別部材で形成し、外パイプ１３の前後端の開口周縁部へ溶接等で接合し一体化することが考えられる。尚、接合前に内パイプ１２の先端側は、エポキシ樹脂を固化させること等により封をしておく。

受圧板１９の素材は、押し込んだり叩き込んだり等して埋設する際に破損しない十分な剛性を備え、地中に埋設する点でステンレス等の金属素材が望ましい。また、十分な剛性を備えたプラスチック、適切な高分子等の樹脂系素材を用いる事も考えられる。また、板状受圧部１９ａは、円筒部１９ｂから半径方向外側に向かって周方向等間隔に４箇所以上延出させることもできる。この場合、パイプひずみ計本体１１後端部の地盤への固定は一層堅固になると共に、板状受圧部１９ａは、板面の設置方向が、斜面の上下方向に対して垂直とならなくても、地盤の移動による負荷を十分に受けるため、地盤のひずみの計測精度が向上する。

尚、実施例では、ひずみゲージ２７は、内パイプ１２外周の長手方向４箇所（図３では長手方向２箇所、一部省略）に貼付されている。また、ひずみゲージ２７は、長手方向１箇所以上に貼付すればよい。

また、実施例１ではひずみゲージ２７が、内パイプ１２の周方向等分２ヶ所（図６（ａ）参照）に貼付されているが、図６（ｂ）に示すように周方向等分４箇所とすることも考えられる。この場合、斜面の上下方向と各ひずみゲージ２７の対向する方向を一致させなくても、内パイプ１２を挟んで対向するように貼付された各ひずみゲージ２７に関する検出値の差分から地盤のひずみが精度良く検出されるため、埋設時にひずみゲージ２７の設置方向に留意しなくて良い点で意義がある。尚、ひずみゲージ２７は、周方向等分６箇所、８箇所・・・と増加することも出来、周方向等分３箇所（奇数箇所）とすることも考えられる。

次に、実施例２に係る貫入型パイプひずみ計を図１１に基づいて説明する。実施例２のパイプひずみ計本体１１’は、厚肉後端部１３’ａ及び雄ねじ部１３’ｃの長手方向の寸法Ｌ１’及びＬ２’を実施例１のＬ１，Ｌ２よりそれぞれ長く形成したものである。また、受圧板１９’の円筒部１９’ｂは、円孔１９’ｄの形成された内フランジ部１９’ｃを曲げ部１９’ｅの形成された板状受圧部１９’ａの後端部側に突出させて形成（突出長さをＬ３とする）する。キャップ１７’は、外周に棒状の工具を挿入するための工具挿入孔１７’ｄを少なくとも一つ形成し、長手方向の寸法Ｌ４’は、実施例１のキャップ１７の寸法Ｌ４より長さ（Ｌ２’-Ｌ２）分だけ長く形成する。

パイプひずみ計本体１１’の埋設は、厚肉後端部１３ａ’を上述した円筒部１９ｂ’の突出長さ約Ｌ３分だけ地上に露出するように埋設し、受圧板１９’の埋設時において、内フランジ部１９’ｃが、地表よりＬ３高い位置で段差部１３’ｄに支持された状態で、板状受圧部１９’ａが地中に埋没するようにする。ねじ山最下点と地表にＬ３の間隔が出来るためねじ山に土が入り込みにくくなる。

一方、受圧板１９’の埋設は、まず、円孔１９’ｄからネジ部１３’ｃの後端部がキャップ１７’をねじ込み可能な程度に露出するまでは、実施例１と同様に曲げ部１９’ｅ等を叩くか押圧し、板状受圧部１９’ａの鋭角な先端を地中に一定の長さ分押し込んでおく。その後、工具挿入孔１７’ｄに、その内形とほぼ同一外形の棒状工具（例えば、孔を六角形状に形成し、六角レンチ等が挿入出来るようにする）を挿入し、前記棒状工具をレバーとすることにより、キャップ１７’を回転させる。

キャップ１７’は、与えられたトルクに応じて前縁部１７’が内フランジ部１９’ｃ押圧するため、雄ねじ部１３’ｃの寸法Ｌ２’だけ、板状受圧部１９’ａの地上に露出した残り部分を埋設することが出来る。このように、キャップ１７’に工具挿入孔１７’ｄを設け、工具を利用出来るようにしておけば、土圧によって埋設に大きな力が必要となる板状受圧部１９’ａの残り露出部分の埋設をキャップ１７’のねじ込みによって容易に行うことが出来る。尚、工具挿入孔１７’ｄを設ける代わりに、キャップ１７’の外周を四角形や六角形状にし、スパナ等を取り付けてキャップ１７’を回すことも考えられる。

尚、埋設には、電動回動工具２０を用いる代わりに、治具３０’が一体に形成されたＴ字型手動式回動工具２１（図１２参照）を用いて手動で埋設してもよい。

次に、図１３と図１４各図により実施例３の貫入型パイプひずみ計を説明する。実施例３は、図１及び図１１に示す実施例１または２のパイプひずみ計本体（１１，１１’）に直付された警告装置３１に加え送受信機（４１，４２）を利用することによって、パイプひずみ計本体（１１，１１’）と別体に構成され、かつパイプひずみ計本体（１１，１１’）の埋設位置から離れた位置に設置した警告装置（３１ａ,３１ｂ）を備える（以降は、警告装置３１，３１ａ，３１ｂを総合して警告装置３１’とする）ようにして、警告装置３１ａと３１ｂにおいても遠隔操作で警告を発生することが出来るようにしたものである。

図１３により、警告装置３１’の構成を説明する。実施例３では、計測装置３９に送信機４１が接続され、計測装置３９は、ひずみゲージ２７から受けた地盤のひずみ信号を解析し、スピーカー３２及び黄赤色表示ランプ（３３，３４）から警告を発生させるとともに、送信機４１から、警告装置（３１ａ，３１ｂ）に向けて、地盤のひずみの計測データに基づく警告発生命令の信号を無線送信する。

警告発生命令の信号は、受信機４２に接続され、パイプひずみ計本体（１１，１１’）とは別の位置に設置された警告装置（３１ａ，３１ｂ）の内部に設けられた制御装置（４３ａ，４３ｂ）に送られ、制御装置（４３ａ，４３ｂ）が、スピーカー（３２ａ,３２ｂ）及び黄赤色表示ランプ（３３ａ，３３ｂ，３４ａ、３４ｂ）からそれぞれ信号に応じた警告を発生させる。

尚、図１４（ａ）は、送受信機（４１，４２）が警告装置（３１，３１ａ、３１ｂ）にそれぞれ内蔵され一体化されたものを示し、図１４（ｂ）は、送信機４１と受信機４２が警告装置３１’と別体に形成されて接続されたものを示す。

尚、パイプひずみ計本体１１に接続した送信機４１から送信される信号は、警告発生命令の信号に代えて計測した地盤のひずみの実データ信号とし、受信機４２側に接続した解析用の別途計測装置（図示せず）によって解析した上で、スピーカーや表示ランプから警告を発生させても良い。また、パイプひずみ計本体１１は、接続する警告装置３１からスピーカー３２と、黄赤色表示ランプ（３３，３４）を省略して警告発生命令の信号を送信するだけとし、遠隔側の警告装置（３１ａ，３１ｂ）のみから警告を発生させても良い。

尚、地盤ひずみの計測データのやりとりは、送受信機（４１，４２）による無線による送受信を行う代わりに、雄コネクタ３６と計測装置３９との間を有線の通信ケーブルで接続することによっても可能であり、無線による送受信の代わりインターネット回線を介して行うことも考えられる。この場合もパイプひずみ計本体（１１，１１’）の埋設位置から離れた位置に警告装置３１’を設置することが出来る。

以上に示すとおり、本願にかかる貫入型パイプひずみ計は、低コストで様々な場所に簡易に設置できるため、土砂崩壊等の発生するおそれがある危険箇所に手軽に短時間で数多く設置することにより、崩壊の前兆から実際の崩壊に至るまでの地盤の変形現象を計測及び評価出来る。

更に、本願にかかる貫入型パイプひずみ計は、土砂崩壊の危険性を地盤監視者や危険地盤周辺に住むより多くの住民等に容易かつ迅速に知らせることが出来るため、土砂崩壊における被害をより確実に回避できる点で意義のある発明となっている。

実施例１のパイプひずみ計の外観を表す分解斜視図。受圧板を取り付けたパイプひずみ計の一部破断斜視図。パイプひずみ計本体の内部構造を表す一部軸方向断面図。警告装置３１の構成を説明するブロック図。本願パイプひずみ計を使用した土砂崩壊実験を説明する写真の図。（ａ）実大模型地盤と切土の様子を表す写真の図（ｂ）本願パイプひずみ計を斜面に埋設した写真の図。（ｃ）実験結果に基づくクリープ曲線を表すグラフ周方向におけるひずみゲージの取付状況を表すパイプひずみ計本体のＡ−Ａ’断面図。（ａ）２枚のひずみゲージを貼付した図。（ｂ）４枚のひずみゲージを貼付した図。パイプひずみ計後端の拡大斜視図。工具取付用治具の軸方向断面図。電動工具の取付構造を表す分解斜視図。貫入型パイプひずみ計の設置状況を表す参考図。（ａ）設置前の状況を表す参考図。（ｂ）受圧板と警告発生器の設置状況を表す参考図。（ｃ）設置後の状況を表す参考図実施例２のパイプひずみ計の外観を表す分解斜視図。Ｔ字型手動式回動工具２１の外観を表す斜視図。実施例３の警告装置３１’の構成を説明するブロック図。警告装置３１’の構成を表す一部断面正面図。（ａ）送受信機が警告装置にそれぞれ内蔵され一体化されたものの一部断面正面図。（ｂ）送受信機が警告装置と別体に形成されて接続されたものの一部断面正面図。従来技術のパイプひずみ計の埋設状態を表す正面図。

符号の説明

１０１０’ パイプひずみ計
１１１１’ パイプひずみ計本体
１２内パイプ
１３外パイプ
１３ａ１３’ａ厚肉後端部
１３ｂ工具取付用スリット
１９１９’ 受圧板
１９ａ１９’ａ受圧部
２０電動回動工具
２１Ｔ字型手動式回動工具
３１３１’ 警告装置
３２スピーカー（警告発生器・警報装置）
３３黄色表示ランプ（警告発生器・表示装置）
３４赤色表示ランプ（警告発生器・表示装置）
４１送信機
４２受信機

Claims

ひずみゲージを取り付けたパイプ部材を地中に埋設することにより、地盤のひずみを計測するパイプひずみ計において、
複数のひずみゲージを外周面に取り付けた内パイプを外パイプに内蔵して一体化した二重円管構造のパイプひずみ計本体と、
前記パイプひずみ計本体の先端部に設けた掘削用スクリューと、
前記パイプひずみ計本体回動用の工具を連結できる、パイプひずみ計本体の後端部に設けた工具取付部と、
内側に挿入された前記外パイプの後端部に取り付けられる円筒部と、前記円筒部の周方向等分複数箇所に放射状に延出するように一体に形成された板状受圧部と、を有する受圧板と、
前記外パイプの後端部の外周面に形成され、前記円筒部をパイプひずみ計本体の先端方向に移動出来ないように支持する段差部と、
前記段差部の後方で外パイプの後端部の外周面に形成された雄ねじ部に取り付けられ、前記段差部との間に受圧板の円筒部を挟圧固定する雌ねじ付キャップと、を備え、
地盤のひずみの計測結果に応じて警告発生器から警告を発生する警告装置を前記パイプひずみ計本体に接続したことを特徴とする貫入型パイプひずみ計。
前記板状受圧部の先端側が、鋭角状に形成されたことを特徴とする請求項１記載の貫入型パイプひずみ計。
前記工具が、携帯式電動回動工具であることを特徴とする請求項１または２記載の貫入型パイプひずみ計。
前記警告装置は、前記警告発生器がパイプひずみ計本体の後端部に直接取り付けられたことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の貫入型パイプひずみ計。
前記警告装置は、パイプひずみ計本体に接続され、地盤のひずみの計測データに基づく信号を送信する送信機と、
パイプひずみ計本体から分離された状態で前記信号を受信する受信機と、
前記受信機に接続され、前記受信した信号に基づく警告を発生する警告発生器を備えたことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の貫入型パイプひずみ計。
前記警告発生器は、表示装置または警報装置のうち少なくとも一つであることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の貫入型パイプひずみ計。
前記警告発生器は、計測した地盤のひずみが増加するにつれて、段階的に異なる警告を発生することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の貫入型パイプひずみ計。