JP6461740B2 - 孔内載荷試験装置及び孔内載荷試験方法 - Google Patents
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Description
本発明は、地中の応力を計測するための孔内載荷試験装置及び孔内載荷試験方法に関する。
従来、圧縮性や水平方向の変形特性などの地盤の物性を原位置で評価する手法として、孔内水平載荷試験、プレッシャメータ試験および土の段階載荷による圧密試験などが用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
このうち、プレッシャメータ試験は、予め掘削したボーリング孔の所定位置にゴムチューブを備えたプローブを挿入し、ゴムチューブを膨らまして孔壁を載荷し、載荷圧力と孔壁変位から地盤の初期圧力、せん断剛性率などを求めるものである。
また、プローブは、例えば、側面に連通孔を備えた円管の上端と下端にそれぞれチューブカップリングを取り付け、円管の外周を覆うようにゴムチューブを取り付け、高圧ボンベやポンプなどから円管内に加圧流体（ガス圧や液圧）を供給し、連通孔を通じてゴムチューブを膨らますように構成されている。
ここで、上記のプレッシャメータ試験などでは、ロータリーボーリングマシン等を用いてボーリング孔を掘削することが必要になる。
また、住宅などの小規模建築物を築造するにあたって地盤調査を行う際には、ボーリング調査を適用すると、大きな作業スペース、高額の費用、多くの調査時間が必要になる。このため、従来、このような小規模建築物の地盤調査においてはスウェーデン式サウンディング試験を用いることが主流になっている。
一方、スウェーデン式サウンディング試験は、地盤の支持力特性を評価（調査）する有効な手法であるが、地盤の圧縮特性（や水平方向の変形特性）などを評価することができない。
本発明は、上記事情に鑑み、安価で簡便に地盤の圧縮特性などを評価することを可能にする孔内載荷試験装置及び孔内載荷試験方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の孔内載荷試験装置は、地中の応力を計測するための孔内載荷試験装置であって、地中に穿設したスウェーデン式サウンディング試験によって形成された調査孔に挿入配置される加圧流体供給管と、前記加圧流体供給管の先端に設けられ、前記加圧流体供給管を通じて加圧流体が供給されるとともに略球形を呈するように膨張する風船状の袋体と、流量を一定にして前記袋体に加圧流体を供給する加圧流体供給機構と、を備え、前記調査孔内で前記袋体を膨張させ、前記袋体の圧力と前記加圧流体の供給量を計測するように構成されていることを特徴とする。
本発明の孔内載荷試験方法は、地中の応力を計測するための孔内載荷試験方法であって、上記の孔内載荷試験装置を用い、スウェーデン式サウンディング試験によって調査孔を形成し、前記調査孔内で、流量を一定にして前記袋体に加圧流体を供給して前記袋体を膨張させ、前記袋体の圧力と前記加圧流体の供給量を計測して地盤の圧縮特性を求めることを特徴とする。
本発明の孔内載荷試験装置及び孔内載荷試験方法においては、地中に穿設した調査孔に加圧流体供給管と風船状の袋体を挿入配置し、加圧流体供給管を通じて水やガスなどの加圧流体を供給し、風船状の袋体を調査孔内で膨張させる。そして、略球状に膨らんで地盤を略球状に押圧（放射方向に押圧）する袋体の圧力（袋体に供給した加圧流体の圧力）と加圧流体の供給量を計測することによって、調査孔の孔壁の圧力や変位量、ひいては地盤の圧縮特性（変形特性など）を求めることができる。
このように加圧流体供給管と風船状の袋体を備えた装置を用いて地盤の圧縮特性を求めることができるため、例えば、スウェーデン式サウンディング試験によって形成された直径３３ｍｍ程度の小径の孔を調査孔として利用し、地盤の圧縮特性などを求めることができる。
よって、本発明の孔内載荷試験装置及び孔内載荷試験方法によれば、従来のボーリング孔を掘削することが必要な調査手法と比較し、安価で簡便に地盤の圧縮特性などを評価することが可能になる。
以下、図１から図７を参照し、本発明の一実施形態に係る孔内載荷試験装置及び孔内載荷試験方法について説明する。
本実施形態の孔内載荷試験装置Ａは、図１に示すように、地中に穿設した調査孔１に挿入配置される加圧流体供給管２と、加圧流体供給管２の先端に設けられたゴム風船などの風船状の袋体３と、加圧流体供給管２に接続され、加圧流体供給管２を通じて風船状の袋体３に加圧水、加圧ガスなどの加圧流体４を供給するためのポンプやガスボンベなどの加圧流体供給手段（不図示）と、加圧流体４の圧力を計測する圧力計測手段（不図示）と、加圧流体４の流量を計測する流量計測手段（不図示）とを備えて構成されている。
そして、このように構成した本実施形態の孔内載荷試験装置Ａを用いて地中の応力を計測する際には（本実施形態の孔内載荷試験方法においては）、図１に示すように、地中に穿設した調査孔１に加圧流体供給管２と風船状の袋体３を挿入配置し、加圧流体供給管２を通じて水やガスなどの加圧流体４を供給し、風船状の袋体３を調査孔１内で膨張させる。
そして、略球状に膨らんで地盤Ｇを略球状に押圧、すなわち放射方向に地盤Ｇを押圧する袋体３の圧力（袋体３に供給した加圧流体４の圧力）と加圧流体４の供給量を計測する。この袋体３の圧力と加圧流体４の供給量の関係から、調査孔１の孔壁の圧力や変位量、ひいては地盤Ｇの圧縮特性（変形特性など）を求めることができる。
また、本実施形態の孔内載荷試験方法では、袋体３の圧力が一定になるように袋体３に加圧流体４を供給してもよいし、流量を一定にして袋体３に加圧流体４を供給するようにしてもよい。
ここで、表１のＣａｓｅ１〜４の各圧力で一定になるように袋体に加圧水を供給して地盤の圧密の過程を確認した実験１と、ＣａｓｅＡ〜Ｆの６つの一定の流量で袋体に加圧水を供給して地盤の圧密の過程を確認した実験２について説明する。
これらの実験１、実験２では、先に、対象地盤に対してスウェーデン式サウンディング試験を実施した。このスウェーデン式サウンディング試験の結果は図２に示す通りであり、実験１、実験２ではスウェーデン式サウンディング試験で穿設された孔を調査孔とし、深度２．５ｍの位置に袋体を挿入配置した。
図３、図４は、Ｃａｓｅ１〜４の各圧力で一定になるように袋体（水風船）に加圧水を供給して地盤の圧密の過程を確認した実験１の結果を示し、載荷時間と袋体の体積（加圧流体の供給量）の関係を示している。
これら図から、２００ｋＰａで圧力を一定にしたＣａｓｅ１、１５０ｋＰａとしたＣａｓｅ２では、加圧後、袋体の体積が急激に上昇し、３０分経過した段階で時間当たりの体積変化量が小さくなり、その後、略一定の割合で袋体が膨張し続けることが確認された。
８０ｋＰａで圧力を一定にしたＣａｓｅ３は、同様に、袋体の体積が急激に上昇し、１５分経過した段階で時間当たりの体積変化量が小さくなり、その後、略一定の割合で袋体が膨張し続けることが確認された。
４０ｋＰａで圧力を一定にしたＣａｓｅ４は、袋体の体積が急激に上昇し、１５分経過後、袋体の体積が略一定の値になることが確認された。
これらの結果から、圧力が一定になるように袋体に加圧水を供給した場合には、袋体を膨張させ、載荷時間が３０分を経過すると間隙水が排水され、周辺地盤が時間とともに圧密の挙動が読み取れる。
次に、図５、図６は、ＣａｓｅＡ〜Ｆの各一定流量で袋体に加圧水を供給して地盤の圧密の過程を確認した実験２の結果を示し、図５は載荷時間と袋体の体積（加圧流体の供給量／注入体積）の関係、図６は袋体の圧力（載荷圧力）と袋体の体積の関係をそれぞれ示している。
この実験２では、例えば、一定流量で加圧水を袋体に供給し続け、袋体の破裂、あるいは袋体の加圧流体供給管からの外れが生じた時点で実験を終了することとした。なお、必ずしも袋体の破裂や外れを生じさせなくてもよく、実験の終了）ひいては孔内載荷試験の終了）は、適宜、実験者（試験者）の判断によって決めればよい。
この実験２では、例えば、一定流量で加圧水を袋体に供給し続け、袋体の破裂、あるいは袋体の加圧流体供給管からの外れが生じた時点で実験を終了することとした。なお、必ずしも袋体の破裂や外れを生じさせなくてもよく、実験の終了）ひいては孔内載荷試験の終了）は、適宜、実験者（試験者）の判断によって決めればよい。
そして、図７は、実験１のＣａｓｅ１，２，３，４と、実験２のＣａｓｅＤ，Ｅ，Ｆの載荷圧力と加圧流体の注入体積の関係を示しており、この図から、実験１のＣａｓｅ２，３と、実験２のＣａｓｅＥ，Ｆとの間に載荷圧力と注入体積が一致する点が存在することが確認された。
したがって、本実施形態の孔内載荷試験装置及び孔内載荷試験方法においては、略球状に膨らんで地盤を略球状に押圧する袋体の圧力と加圧流体の供給量を計測することによって、圧密による排水挙動の確認、ひいては地盤の圧縮特性（変形特性など）を求めることができる。
そして、このように加圧流体供給管と風船状の袋体を備えた装置を用いて地盤の圧縮特性を求めることができるため、例えば、スウェーデン式サウンディング試験によって形成された直径３３ｍｍ程度の小径の孔を調査孔として利用し、地盤の圧縮特性などを求めることができる。
よって、本実施形態の孔内載荷試験装置及び孔内載荷試験方法によれば、従来のボーリング孔を掘削することが必要な調査手法と比較し、安価で簡便に地盤の圧縮特性などを評価（調査）することが可能になる。
また、本実施形態の孔内載荷試験装置及び孔内載荷試験方法においては、袋体の圧力が一定になるように袋体に加圧流体を供給しても、流量を一定にして袋体に加圧流体を供給しても、地盤の圧縮特性を求めることができる。
さらに、繰り返し載荷を行うことによって、液状化特性を推測する可能性を持つ。また、水風船等の袋体を用いていることで、従来のプローブなどと比較し、非常に低コストの装置、試験方法を実現することができる。
以上、本発明に係る孔内載荷試験装置及び孔内載荷試験方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
１ 調査孔
２ 加圧流体供給管
３ 袋体
４ 加圧流体
Ａ 孔内載荷試験装置
Ｇ 地盤
２ 加圧流体供給管
３ 袋体
４ 加圧流体
Ａ 孔内載荷試験装置
Ｇ 地盤
Claims (2)
- 地中の応力を計測するための孔内載荷試験装置であって、
地中に穿設したスウェーデン式サウンディング試験によって形成された調査孔に挿入配置される加圧流体供給管と、
前記加圧流体供給管の先端に設けられ、前記加圧流体供給管を通じて加圧流体が供給されるとともに略球形を呈するように膨張する風船状の袋体と、
流量を一定にして前記袋体に加圧流体を供給する加圧流体供給機構と、を備え、
前記調査孔内で前記袋体を膨張させ、前記袋体の圧力と前記加圧流体の供給量を計測するように構成されていることを特徴とする孔内載荷試験装置。 - 地中の応力を計測するための孔内載荷試験方法であって、
請求項１記載の孔内載荷試験装置を用い、
スウェーデン式サウンディング試験によって調査孔を形成し、
前記調査孔内で、流量を一定にして前記袋体に加圧流体を供給して前記袋体を膨張させ、前記袋体の圧力と前記加圧流体の供給量を計測して地盤の圧縮特性を求めることを特徴とする孔内載荷試験方法。
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| JP2015150067A JP6461740B2 (ja) | 2015-07-29 | 2015-07-29 | 孔内載荷試験装置及び孔内載荷試験方法 |
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