JPH01257241A

JPH01257241A - 土質判別装置

Info

Publication number: JPH01257241A
Application number: JP63084144A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Suzuki; 賢一鈴木; Kojiro Ogata; 緒方　浩二郎; Naoki Mitsuyanagi; 直毅三柳
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1988-04-07
Filing date: 1988-04-07
Publication date: 1989-10-13
Also published as: JPH0588777B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、土質、特に土の粒径と粒度をリアルタイムで
判別できる土質判別装置に係り、−ｉの土質調査に適用
できることは勿論、シールド工法等において土質情報を
リアルタイムで族ニジステムにフィードバック可能な現
場土質監視装置としても利用しうる土質判別装置に関す
る。

〔従来の技術〕

現在位置におけるリアルタイムの土質調査を目的とした
装置としては、標準貫入試験機、オランダ式あるいはス
エーデン式貫入試験機等があるが、何れの試験機も、探
査用のロッドを土中に貫入させるとき、或いは土中で回
転させるときの土の抵抗を測定するものであるため、土
の強度しか判別できないものであった。

また、土の粒径の判別手法としては、−ａ的に貫入試験
時に土の試料を採取し、このサンプリングされた試料を
室内で試験・評価することによって、土の粒径を判別す
る方法を採っていた。しかしながら、この方法によると
、（ｉ）サンプリング時に試料を乱してしまう（例えば、
薄い地層の試料を採取するときには他の地層の土が混入
する。

（ｉｉ　）サンプリングから試験して評価するまでに、
時間と手間がかかる。

という欠点がある。

このため、最近はロッド貫入時に発生する現象のうち、
土の抵抗だけでなく、他の現象も測定して、土の強度に
加えて土の粒径を含めた土の性質を、現在位置でリアル
タイムに判別する手法が採られつつある。

第１２図は、その一つである音を利用した土質判別装置
の貫入部を示す図である。図において、５０は探査用ロ
ッドで、パイプ状の本体部５１と、該本体部５１の先端
に配置された円錐形のコーン５２を備えている。５３は
、上記コーン５２内に配置されたマイクロホン、５４は
、歪ゲージを備えた荷重センサ（ロードセル）で、一端
が前記コーン５２の後端に、他端が前記本体部５１の先
端側の段部５１ａに各々密着するように配置されている
。このように形成された貫入部は、前記探査用ロッド５
０の後端に結合された油圧シリンダ等の貫入装置５５に
よって、土中に一定速度で貫入される。このとき、前記
コーン５２に加わる貫入抵抗を前記荷重センサ５４で検
出すれば、従来の貫入試験方法と同様に土の強度を評価
することが出来る。また、探査用ロッド５０を土中に貫
入させるときには、コーン５２と土、或いは土同志の摩
擦や、土粒子の破砕等により、土の粒径によって異なっ
た音が発生する。例えば、粘土の場合は殆んど聞きとれ
ない程微弱な音であるが、砂の場合はシャリシャリ、礫
の場合はガリガリといったような音が発生する。従って
、これらの音をコーン５２に内蔵した前記マイクロホン
５３で検出し、その波形を解析すれば、土の粒径を成る
程度判別することが可能である。

第１３図は、上記したマイクロホン５２からの出力信号
を処理する装置の一例を示している。同図において、マ
イクロホン５２の出力はプリアンプ５６で増幅された後
、ログアンプ５７及びパルス計数器５８に供給され、ロ
グアンプ５７ではこれを対数圧縮し、音圧、即ち音の大
きさとして表示器５９に表示させる。また、パルス計数
器５８では、一定音圧レベルを超える音についてだけこ
れをカウントし、表示器６０に単位時間当りのパルス数
として表示させる。

この処理装置から得られた音圧・パルス数と土質との関
係を示すのが第１４図である（鉄道技研速報Ｎｏ、７１
−１００３より転載）。

第１４図において、土質の種類は図示下に行くほど土の
粒径が大きくなっており、これに略従って音圧及びパル
ス数も大きくなる関係にある。よって、この関係から土
質の大よその判別は可能である。

しかしながら、全体的には土の粒径が大きくなるにつれ
、音圧、パルス数共に大きくなるマクロ的傾向があるも
のの、例えば、小石ましリシルト質砂とゆるい礫まじり
粗砂とを比較して見ると、ゆるい礫まじり粗砂の方が粒
径が大きいにもかかわらず、音圧、パルス数が小石まし
りシルト質砂よりも小さくなる場合がある。また、ゆる
いシルト質細砂としまったシルス質細砂とでは、はぼ同
じ粒径であるにもかかわらず、土の締り具合、即ち土の
強度の影響を受けて、音圧、パルス数共に差が見られる
。以上のように、音圧・パルス数と粒径とが必ずしも対
応関係にはない、或いは土の強度の影響を受けるため、
荷重センサ５４で検出される貫入抵抗と合わせて総合的
に判断しなければならず熟練を要する、等の問題があっ
た。

そこで、上記の点に鑑み、加速度センサ、ＡＥ（アコー
スティック・エミッション）センサ、マイクロホン等の
振動センサの出力信号の波形特性値、例えばこの出力信
号の実効値の平均値或いは実効値の累積振幅値と、貫入
抵抗とが、土の粒径毎に各々定まった相関関係をもつ知
見を得、これに着目して、土の粒径を精度良く、且つリ
アルタイムで判別可能な装置を、本願出願人は先に特願
昭６２−１１２６１０号、並びに特願昭６２−１１２６
１１号として提案した。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した先願に示された技術によれば、振動センサで検
出される振動出力を、土の密度、締まり具合等の土の強
度を反映する貫入抵抗によってこの土の強度による影響
分を好ましい形で補正でき、土の粒度に関しては相当に
精度良い判別が可能となる。

ところで、土は各種の大きさの土粒子の混合物であり、
全体がほぼ同じ粒径の土粒子で構成されているものから
、大きさが１００倍以上も異なる様々な粒径の土粒子で
構成されているものまで、種々の土質がある。そのため
、土を代表する粒径が同じであっても、粒子の大きさの
分布状態、即ち粒度が異なれば土の性質も異なるので、
土を分類するには代表となる粒径だけではなく粒度も知
る必要がある。しかしながら、前記した先願においては
土の粒径は判別できるも、土の粒度は判別することが出
来ないという問題があった。

また、近時用いられる各種施工形態、即ち、地盤の液状
化、軟弱地盤の安定化、シールド工法における土質に応
じた作泥材の注入制御等においては、土の強度、土の粒
径だけではなく、土の粒度も問題となることが多い。更
にはまた、所謂「情報化施工」においては、時々刻々変
化する現場情報をリアルタイムで検知・解析し、これを
次の施工段階にフィードバックして、安全、確実且つ経
済的に工事を進めることが求められ、急激な土質変化、
土質の各種情報等を迅速・適確に判別しうる土質判別装
置の実現が望まれていた。

本発明は上述した点に鑑み成されたもので、従って本発
明の解決すべき技術的課題は前記従来技術のもつ問題点
の解消にあり、その目的とするところは、土の粒径並び
に粒度を精度良く且つリアルタイムで判別できる土質判
別装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の土質判別装置は、上記した目的を達成するため
、土中に貫入される探査ロッドと、該探査ロッドを土中
に貫入させるための貫入装置と、前記探査ロッド先端付
近の振動を捕えるため探査ロッドに内蔵された少くとも
１種類の振動センサと、前記探査ロッド先端にかかる貫
入抵抗を検知するため探査ロッドに内蔵された荷重セン
サと、ロッド貫入時に発生する前記振動センサの出力信
号の波形特性値と前記荷重センサの出力信号に基づく貫
入抵抗との関係により土の粒径を判別する粒径判別手段
と、前記振動センサの出力信号の波形特性値と前記求め
られた粒径との関係から土の粒度を判別する粒度判別手
段とを、具備した構成とされる。

〔作用〕

本発明は上述の如くなっており、例えば、前記振動セン
サの出力信号を実効値に変換し、この実効値の平均値、
実効値の異積振幅値、或いは実効値の（最大値−平均値
）等の波形特性値と、前記荷重センサにより得られる貫
入抵抗との関係によって、例えば、土を代表する粒径（
平均粒径Ｄ１０）が得られる。

また、発明者らは種々検討の結果、振動センサの出力信
号を実効値に変換し、この実効値の標準偏差／平均、或
いは実効値の（最大値−平均値）／（平均値−最小値）
等の波形特性値と、通過質量百分率ｌＯ％に対応する粒
径Ｄ１゜と通過質量百分率６０％に対応する粒径Ｄ６゜
との比で表わされる土の均等係数Ｃｕ　（−Ｄ　ｈ。／
Ｄ６０）とが、一定の相関関係をもつことを見出し、こ
の関係によって上記均等係数Ｃｕが求められる。この均
等係数Ｃｕと前記の如くして求められた粒径、例えば平
均粒径Ｄ１０とが判明すると、土の粒度を表わす粒径加
積曲線が近似計算できる。

斯くして、土の粒径並びに粒度がリアルタイムで確実に
着炭良く把握される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第１１図を参照して
説明する。

第１図は土質判別装置のブロック図で、図において、１
は探査ロッド、２は振動センサたる加速度センサ、３は
荷重センサである。上記探査ロッド１は、第２図に示す
ように細長い金属製の本体部４と、該本体部４の先端に
取付けられた円錐形の金属製のコーン５とを備えており
、コーン５の直径は約３５〜４００１コーン５の先端角
αは約６０＠程度のものに設定されている。上記コーン
５には、前記加速度センサ２が該センサの周波数応答特
性を満足する絶縁アダプタ６を介して取付けられており
、土中への貫入時におけるコーン５の振動加速度を検出
するようになっている。前記荷重センサ（先端ロードセ
ル）３は図示せぬ歪ゲージを備え、コーン５の後端と前
記本体部４先端側の段部４ａとに各々密着するように取
付けられており、土中への貫入時におけるコーン５にか
かる貫入抵抗を検出するようになっている。そして、前
記探査ロッドｌは、その後端を油圧シリンダ等よりなる
貫入装置（元押し装置）７によって押圧され、先端のコ
ーン５を土中に一定速度（例えば１ｃｍ／５ｅｃ）で貫
入される。

前記加速度センサ２の出力信号はアンプ８で増幅され、
図示していないが必要に応じデータレコーダに取込まれ
た後、実効値変換器９によって実効値に変換され、然る
後、Ａ／Ｄコンバータ１０によって適当なサンプリング
レートでデジタル信号に変換され、演算処理装置１１に
送出される。

また、前記荷重センサ３の出力信号はアンプ１２で増幅
され、同じく図示していないが必要に応じデータレコー
ダに取込まれた後、適当なサンプリングレートでＡ／Ｄ
コンバータ１０によってデジタル信号に変換され、演算
処理装置１１に送出される。上記演算処理装置１１は、
実効値演算処理手段１３、粒径判別手段１４、粒度判別
手段１５、土質分類判別手段１０等を具備し、実効値に
変換された加速度センサ２の出力信号を演算処理した波
形特性値と、荷重センサ３によって検出された貫入抵抗
とにより、各種テーブルを参照して後述する如く、土の
粒径、粒度、土質分類を判別する。

前記粒径判別手段１４は第１テーブル１７を具備し、こ
の実施例においては、該第１テーブル１７には、後述す
るように予めケーススタデイされた土の平均粒径Ｄ１０
の各種毎に定められる、加速度センサ２の出力信号の実
効値の平均値と貫入抵抗との関係が格納されている。な
お、第１テーブル１７には、土の平均粒径Ｄ１０の各種
毎に定められる上記実効値の累積振幅値と貫入抵抗との
関係、或いは実効値の（最大値−平均値）と貫入抵抗と
の関係を格納しておいても良い。

前記粒度判別手段１５は、均等係数判別手段１８、粒径
加積曲線演算手段１９を備え、均等係数判別手段１８に
は第２テーブル２０が設けられている。

上記第２テーブル２０には、後述するように予めケース
スタデイされた、前記均等係数Ｃｕと、加速度センサ２
の出力信号の実効値の標準偏差／平均値、或いは実効値
の（最大値−平均値）／（平均値−最小値）との関係等
が格納されている。

また、前記土質分類判別手段１０は第３テーブル２１を
具備し、該第３テーブル２１には、土を構成する粘土分
（粒径０．００５　鶴以下）、シルト分（粒径０．００
５　ｍ〜０．０７４　ｍ）　、砂分（粒径０．０７４１
１以上）の各々が全体質量に占める割合より定まる第１
０図示の如き関係の土質分類に関するデータが格納され
ている。

そして、前記実効値演算処理手段１３は、実効値に変換
された前記加速度センサ２の出力信号を演算処理し、所
定時間（例えば１秒）内の実効値の平均値を算出しこれ
を前記粒径判別手段１４に送出すると共に、実効値の標
準偏差／平均値、或いは実効値の（最大値−平均値）／
（平均値−最小値）を演算し、これを前記均等係数判別
手段１８に送出する。なおここで、平均からのバラツキ
を示す標準偏差は、次のように表わされる。

但し、Ｘは測定値、マは平均値、ｎは測定値（データ）
の数、（ｎ−１）は自由度である。

前記粒径判別手段１４は、実効値演算処理手段１３から
与えられた前記実効値（振動加速度の実効値）の平均値
と、前記荷重センサ３から前記アンプ１２．Ａ／Ｄコン
バータ１０を介して与えられた貫入抵抗とによって、前
記第１テーブル１７の内容を参照して土の平均粒径Ｄ１
０を判別する。

また、前記均等係数判別手段１８は、実効値演算処理手
段１３から与えられた前記実効値（振動加速度の実効値
）の標準偏差／平均値、或いは実効値の（最大値−平均
値）／（平均値−最小値）により、前記第２テーブル２
０の内容を参照して前記均等係数Ｃｕを判別する。更に
、前記粒径加積曲線演算手段１９は、粒径判別手段１４
及び均等係数別手段１８によって与えられた平均粒径Ｄ
１０と均等係数Ｃｕとによって粒径加積曲線を近似計算
する。更にまた、前記土質分類判別手段１０は、粒径加
積曲線演算手段１９から与えられた演算結果によって、
粘土分、シルト分、砂分の質量比率を算出すると共に、
前記第３テーブル２１を参照して土質分類を決定する。

なお、ここで前記した演算処理装置１１は実際にはマイ
クロコンピュータで構成され、各種１０インターフエス
、主制御プログラム並びに各種固定データを格納したＲ
ＯＭ、各種フラグ並びにデータを読み書きするＲＡＭ、
全体の制御を司どるμＣＰＵ　（マイクロセントラルプ
ロセッサユニット）等を具備し、例えば後述する如きプ
ログラムを実行する。また、演算処理装置ｆｌｌの演算
処理結果は、例えばＣＲＴ型の表示器２２、プリンタ２
３の出力装置へ必要に応じ送出され、オペレータ等にこ
れを視認させるようになっている。更に、演算処理装置
１１は磁気ディスク装置等の外部メモリ２４とも接続さ
れ、必要なデータを記憶もしくは取出せるようになって
いる。更にまた、演算処理装置１１の演算処理結果は、
例えばシールド工法等を管理・制御する施工管理システ
ム２５にもリアルタイムで供給され、施工管理システム
２５はこの現場の土質情報によって次の施工段階を最も
好適なものにするよう制御、指示するようになっている
。

以下第３図〜第１０図を参照しつつ更に説明を続ける。

第３図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）は、土質の異なる粘
土、砂、礫のそれぞれの土中に、前記探査ロッドｌを貫
入させた時に前記加速度センサ２から得られる出力信号
を前記実効値変換器９によって実効値に変換した後の主
波形を示しており、何れも１秒間のデータが示されてい
る。同図から明らかなように、粘土、砂、礫の順で振動
加速度の実効値（以下単に振動加速度と呼ぶ）の変動振
幅は、大きくなつており、土の粒径が大きいほど振動加
速度の振幅が大きくなっていることが判る。また、礫に
貫入させた場合の振動加速度の波形は、粘土、砂のそれ
に比して変動が激しく、特に突発的な大加速度を発生す
る。この突発的な大加速度は、礫の噛み合いが外れたと
き、或いは破砕したときに発生する現象で、礫が大きく
なるにつれて突発的な大加速度の発生時間間隔は長くな
る。従って、前記Ａ／ＤコンバータｌＯで実効値変換後
のアナログデータをサンプリングする際には、十分長い
サンプリング時間、例えば０．５程度度以上の時間が必
要である。（或いは、前記振動加速度の波形を表示して
、オペレータがその波形に合わせてサンプリング時間を
随時変更するようにしても良い。）以上のように、振動
加速度の振幅は土の粒度によって大きく異なり、粒径が
大きいほど振幅は大きくなる。但し、従来例でも述べた
ように、同一の土でもその締まり具合が違うと、振動加
速度のレベルが異なり、同様に振幅も異なることが考え
られる。第４図（ａ）、　（ｂｌ、　（Ｃ）はこの点を
検証するため、同じ砂を用い、密度或いは拘束圧を変え
て、探査ロッドｌを貫入させたときの振動加速度（実効
値）の波形を示すものである。同図から明らかなように
、密度或いは拘束圧が増加すると、振幅が大きくなって
いることが判る。また、これに伴って荷重センサ３で検
出される貫入抵抗も増加している。従って、粒径による
振幅の変化に対し、土の締まり具合などによる影響を貫
入抵抗で補正してやれば、精度良く土の粒径を判別する
ことが可能となる。

この補正方法は、第５図に示し且つ前述した先願でも述
べられているように、貫入抵抗と振動加速度の平均値と
の間に、粒径（平均粒径Ｄ５゜）によって定まる一定の
関係があること基づきなされるものである。なお、第５
図では縦軸及び横軸が共に対数目盛で表わされている。

この第５図で注目すべき点は、どの土！（粒径）におい
ても貫入抵抗の増加と共に、振動加速度の平均値も増力
旧頃向を示し、土質によって特性カーブが異なることで
ある。

従って、土の平均粒径Ｉ）ｓｏ毎の振動加速度の平均値
と貫入抵抗との関係を実験によってケーススタデイして
把握しておき（第５図では代表例を３つのみ示しである
が、例えば、粒径の０．１ｎ毎、或いは０．０５ｍ■毎
にケーススタデイしておけば良い）、これを前記した第
１テーブル１７に格納しておけば、振動加速度の平均値
（前記実効値演算処理手段１３からの出力）と貫入抵抗
が与えられれば、前記粒径判別手段１４は直ちに正確な
粒径を判別し、これを出力することが出来る。即ち、第
５図の如き粒径毎に異なる特性カーブのデータを予め求
めておき、これを第１ケーブル１７に保持しておけば良
く、この特性カーブのデータと土の粒径との関係によっ
て、平均粒径Ｄ１０がリアルタイムで求められることに
なる。なお、各特性カーブにのらない値が算出された場
合は、最も近似する平均粒径Ｄ５゜が割り当てられるの
は自明であろう。

なおここで、振動加速度の累積振幅値と貫入抵抗との関
係によっても、或いは、振動加速度の（最大値−平均値
）と貫入抵抗との関係によっても、各平均粒径Ｄ１０毎
に各々定まる第５図示と略々同様の相関関係があり、こ
れを前記した第１テーブル１７に格納しておいても良い
。勿論、この場合は、前記実効値演算処理手段１３は、
これに見合って振動加速度の累積振幅値、または振動加
速度の（最大値−平均値）を演算し、これを前記粒径判
別手段に供給することになる。

次に土の粒度を求める手法について説明する。

土の粒度を表わす方法として、一般的には第６図に示す
ような片対数グラフを用い、対数目盛に粒径を、算術目
盛に粒径別の粒子量の全体に対する質量百分率をとって
、その関係を粒径加積曲線と呼ばれる曲線で表わすこと
によって行なっている。また、この粒径加積曲線の勾配
による各種の粒径の混り方を表わす方法として、一般的
には、通過質量百分率１０％に対応する粒径ＤＩＯと通
過質量百分率６０％に対応する粒径Ｄ１０との比たる前
記した均等係数Ｃｕ（＝Ｄａ。／　Ｄ＋。）で表わして
いる。従って、土の平均粒径Ｄ１０と上記均等係数Ｃｕ
が判明すれば、これに基づき近似の粒径加積曲線を求め
ることが出来、土を粒径及び粒度によって識別可能とな
る。なお、第６図で（ａ）、　（ｂｌ。

ｆｃ）でそれぞれ示す粒径加積曲線は、実験で用いた砂
（均等係数Ｃｕ＝２．１）、粘土（均等係数Ｃｕ＝１０
．２）　、砂礫（均等係数Ｃｕ　＝２０．０）のそれを
表わしている。

第７図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）は、第６図で示した
粒径加積曲線（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）の砂、粘土、
砂礫からなるそれぞれの土中に、前記探査ロッド１を貫
入したときの前記加速度センサ２の出力信号を実効値レ
ベルに変換した主波形を各々示している。同図から明ら
かなように、砂よりも均等係数Ｃｕが大きい粘土及び砂
礫では、砂における波形とは異なり、平均レベルよりも
相当に大きな突発的な大加速度がランダムに発生してい
ることが判る。従って、粘土や砂礫のような均等係数Ｃ
ｕの大きい土に探査ロッド１を貫入したときに発生する
、突発的に発生する大加速度の大きさや関度に注目すれ
ば均等係数Ｃｕを予測できる。

本発明者らは上記の点に注目し、種々検討の結果、振動
加速度（実効値）の標準偏差／平均値、或いは、振動加
速度の（最大値−平均値）／（平均値−最小値）が、均
等係数Ｃｕと一定の相関関係があることを見出した。

第８図は、縦軸に実効値に変換された振動加速度の標準
偏差／平均値を、横軸に均等係数Ｃｕをとっており、縦
軸、横軸ともに対数目盛で示している。同図から明らか
なように、前記した振動加速度の波形のレベルが定常的
で均等係数Ｃｕの小さい砂に較べて、突発的な大加速度
が発生し振動加速度の波形レベルの変動が大きく均等係
数Ｃｕの大きい粘土や砂礫では、上記標準偏差／平均値
が大きくなることが判る。また、同図で砂、粘土、砂礫
に示した実線の長さはデータのバラツキの範囲を示し、
Ｏ印は複数のデータの平均を示しており、Ｑ印の各プロ
ットは図示点線で示した一定の傾さの直線にほぼ集って
いる。よって、均等係数Ｃｕが太き（なればなるほど、
振動加速度の標準偏差／平均値が大きくなって、これが
一定の傾きの直線にほぼ乗るので、この関係を前記第２
テーブル２０に格納しておけば、前記均等係数判別手段
１８は、振動加速度の標準偏差／平均値を与えられるこ
とによって均等係数Ｃｕを判定することが出来る。この
際、上記標準偏差／平均値のデータは複数個のデータを
平均したものとすることが望ましく、この処理は、前記
実効値演算処理手段１３で容易になされることは当業者
には自明である。また、第８図では、３つの代表例のみ
を示したが、例えば、均等係数Ｃｕが１だけ増加する毎
の実験値を予めケーススタデイして、この既知データが
前記第２テーブル２０に記憶されるようにされる。なお
、この一連の処理では、粒径を反映する振動加速度の平
均値で標準偏差を割っているため、土の粒径や締まり具
合によって第８図に示される関係が異なることはない。

また、第９図は、縦軸、横軸と共に対数目盛とし、縦軸
に実効値に変換された振動加速度の（最大値−平均値）
／（平均値−最小値）を、横軸に均等係数を各々示して
いる。同図においても、振動加速度の波形レベルが定常
的で均等係数Ｃｕの小さい砂に較べ、突発的な大加速度
が発生し波形レベルの変動が大きく均等係数Ｃｕの大き
い粘土や砂礫では、振動加速度の（最大値−平均値）／
（平均値−最小値）が大きくなっていることが判る。ま
た、同図で砂、粘土、砂礫に示された実線の長さ及びＯ
印は、同様にデータのバラツキ範囲及び複数のデータの
平均を示しており、Ｑ印の各プロットは図示点線で示し
た一定の傾き直線にほぼ乗っている。よって、均等係数
Ｃｕが大きくなるに従−って、振動加速度の（最大値−
平均値）／（平均値−最小値）も大きくなるので、この
関係を均等係数が例えば１増す毎に実験してケーススタ
デイし前記第２テーブル２０に記憶しておいても、同様
に均等係数Ｃｕを知ることが出来る。なお、この場合も
、土の粒径や締まり具合によって、同図に示される関係
が異なることはない。

なお１．第８．９図において、振動加速度の波形レベル
が定常的で均等係数Ｃｕの小さな砂のデータのバラツキ
範囲は小さく、均等係数Ｃｕが大きな粘土、砂礫ではデ
ータのバラツキ範囲が大きくなっている。これは、粘土
や砂礫のように均等係数Ｃｕが大きいと、振動加速度の
波形に突発的な大加速度が見られるため、同じ土であっ
てもデータのサンプリング時間によって処理結果の値の
変動が大きくなるためである。従って、均等係数Ｃｕの
細かい目盛毎にデータのバラツキ範囲度合を把握してお
き、このバラツキ範囲度合によっても均等係数Ｃｕを推
定できる。

そして、上述してきたようにして、土の平均粒径Ｄ１０
、並びに均等係数Ｃｕが演算・判別されると、前記粒径
加積曲線を示す第６図のグラフに、求められた平均粒径
Ｄ１０を対応位置にプロットしく第６図の○印参照）、
求められた均等係数Ｃｕに基づく勾配で○印を通る直線
（第６図の２点鎖線参照）を描けば、直線近似された概
略の粒径加積曲線が得られることになる。よって、前記
粒径加積曲線演算手段１９は、与えられた平均粒径Ｄ１
０と均等係数Ｃｕとに基づき、上記した手法で粒径加積
曲線を近似計算することになる。斯くして、粒度を示す
近似の粒径加積曲線及びこれを適宜加工した粒度情報は
、求められた平均粒径Ｄ１０と共に、前記演算処理装置
１１から、必要に応じ前記表示器２２、プリンタ２３、
外部メモリ２４、施工管理システム２５等へ出力される
。なお、粒径と均等係数Ｃｕとの関係から粒径加積曲線
を直線近似させるに際し、与えられる粒径は必ずしも平
均粒径Ｄ１０でなくても良く、例えばＤ３゜を求めて、
これと演算された均等係数Ｃｕの推定値とからでも求め
ることが出来る。

上記のようにして近似の粒径加積曲線が求められると、
土の粘土分、シルト分、砂分の全体質量に対する質量％
が演算でき、前記土質分類判別手段１０は前記した第３
テーブル２１の内容を参照して、第１０図に示した土の
分類に多用される三角座標による土質分類を決定する。

第１１図は、前記演算処理装置１１内で行なわれる演算
処理のフローチャートの一例を示している。図中、Ｓｌ
は演算開始の初期設定のステップ、Ｓ２は振動加速度実
効値の平均値を求めるステップで、一定期間（例えば１
秒間）の振動加速度の平均値が算出される。Ｓ３は貫入
抵抗を読取るステップ、Ｓ４は土の平均粒径Ｄ１０を判
別するステップで、振動加速度の平均値と貫入抵抗とに
基づき第１テーブル１７のルックアップによって平均粒
径Ｉ）ｓｏが求められる。Ｓ５は振動加速度の標準偏差
／平均値を求めるステップで、例えば、０．５秒間のデ
ータ毎に５回の演算を行ない、（標準偏差／平均値）の
平均値を算出する。Ｓ６は均等係数Ｃｕを求めるステッ
プで、与えられた（振動加速度の標準偏差／平均値）の
平均値に基づき第２テーブル２０のルックアップによっ
て均等係数Ｃｕを演算、推定する。Ｓ７は粒径加積曲線
を求めるステップで、与えられた平均粒径Ｄ１０と均等
係数Ｃｕとによって粒径加積曲線を近似計算する。Ｓ８
は三角座標による土質分類付けが必要か否かを問うステ
ップでＮならＳＩＯの表示ステップに進み、これまでの
測定演算結果を適宜形態で前記表示器２２に表示させる
。また、Ｓ８でＹなら、Ｓ９の土質分類を求めるステッ
プに進み、Ｓ９のステップでは、近似計算で求められた
粒径加積曲線に基づき、粘土分、シルト分、砂分の比率
を求めて、第３テーブル２１のルックアップによって土
質分類を判定する。３１０の表示ステップでは同様に得
られた測定演算結果を適宜所望形態で表示させ、３１１
の測定終了判定のステップに進む。斯くして、土の平均
粒径り、い並びに粒度情報、土質分類がリアルタイムで
表示されることになる。なお、上記したフローチャート
は、はんの−例であって、種々のバリエーションの処理
演算、出力がフラグのたて方等によって可能なことは言
うまでもない。

なお、ここで前述してきた実施例においては、加速度セ
ンサ２の出力信号を実効値に変換する例を示した。こう
した所以は、実効値を用いると、時間に対する振動振幅
の変動を適確にとらえる上で、加速度センサ２の出力信
号を主波形に出来るだけ追従したなめらかな波形に変換
して周波数を低くし、サンプリング数を少なくしてデー
タ処理速度を高めるためである。しかしながら、加速度
センサ２の出力信号主波形を直接Ａ／Ｄ変換して以後同
様の処理を行なうことも可能である。また、振動センサ
として加速度センサ２を用いているが、マイクロホン、
ＡＥ（アコースティック・エミッション）センサ等の他
の振動センサを用いた場合でも、同様の原理で、土の粒
径、粒度を求め得る。

更にまた、加速度センサとΔＥセンサのように異種のも
のを複数個組合せて使用することも可能で、こうすると
、周波数応答特性を補間し合うことができ、広い測定レ
ンジで正確な振動検出が可能となる。

〔発明の効果〕以上詳述したように本発明によれば、土の粒径のみなら
ず粒度をも判別可能な、且つ、リアルタイムでこれを求
め得る土質判別装置が提供でき、土木工事の施工管理等
に用いて、迅速な最適施工条件の設定を可能にするとい
う産業主極めて多大な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１１図は本発明の１実施例に係り、第１図は
土質判別装置のブロック図、第２図は探査ロッドの先端
部分の断面図、第３図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）は各
種土質における振動加速度の実効値波形図、第４図（ａ
ｌ、　（ｂｌ、　（Ｃ）は同一土質における土の締まり
具合等による波形変化を説明するための振動加速度の実
効値波形図、第５図は土質側の振動加速度の実効値の平
均値と貫入抵抗との関係を示すグラフ図、第６図は粒径
加積曲線を示すグラフ図、第７図（ａ）、　（ｂ）、　
（Ｃ）は各々均等係数の異なる土質に貫入したときの実
効値に変換された振動加速度の波形を示すグラフ図、第
８図は振動加速度の標準偏差／平均値と均等係数との関
係を示すグラフ図、第９図は振動加速度の（最大値−平
均値）／（平均値−最小値）と均等係数との関係を示す
グラフ図、第１０図は三角座標による土質分類を示すグ
ラフ図、第１１図は処理フローの一例を示すフローチャ
ート図、第１２図〜第１４図は従来例に係り、第１２図
は探査ロッドの説明図、第１３図は処理装置のブロック
図、第１４図は音圧、パルス数と土質との関係を示すグ
ラフ図である。１・・・・・・探査ロッド、２・・・・・・加速度セン
サ（振動センサ）、３・・・・・・荷重センサ、４・・
・・・・本体部、５・・・・・・コーン、６・・・・・
・絶縁アダプタ、７・・・・・・貫入装置（元押し装置
）、８・・・・・・アンプ、９・・・・・・実効値変換
器、１０・・・・・・Ａ／Ｄコンバータ、１１・・・・
・・演算処理手段、１２・・・・・・アンプ、１３・・
・・・・実効値演算処理手段、１４・・・・・・粒径判
別手段、１５・・・・・・粒度判別手段、１０・・・・
・・土質分類判別手段、１７・・・・・・第１テーブル
、１８・・・・・・均等係数判別手段、１９・・・・・
・粒径加積曲線演算手段、２０・・・・・・第２テーブ
ル、２１・・・・・・第３テーブル、２２・・・・・・
表示器、２３・・・・・・プリンタ、２４・・・・・・
外部メモリ、２５・・・・・・施工管理システム。第４図時間（秒）式（秒）式（秒）　　　　　　　　ｒＯ：乾燥密度ｐ　：榴京Ｅ圀本ミ太悩Ｃ詠ば響Ｑ会似　０ ♀謂勇弧−１［］中丼　× 第７図第８図第９図１００「

Claims

【特許請求の範囲】

（１）土中に貫入される探査ロッドと、該探査ロッドを
土中に貫入させるための貫入装置と、前記探査ロッド先
端付近の振動を捕えるため探査ロッドに内蔵された少く
とも１種類の振動センサと、前記探査ロッド先端にかか
る貫入抵抗を検知するため探査ロッドに内蔵された荷重
センサと、ロッド貫入時に発生する前記振動センサの出
力信号の波形特性値と前記荷重センサの出力信号に基づ
く貫入抵抗との関係により土の粒径を判別する粒径判別
手段と、前記振動センサの出力信号の波形特性値と前記
求められた粒径との関係から土の粒度を判別する粒度判
別手段とを、具備したことを特徴とする土質判別装置。
（２）請求項（１）記載において、前記粒度判別手段は
、前記振動センサの波形特性値と、通過質量百分率１０
％に対応する粒径Ｄ＿１＿０と通過質量百分率６０％の
粒径に対応する粒径Ｄ＿６＿０との比で表わされる均等
係数Ｃｕ（＝Ｄ＿６＿０／Ｄ＿１＿０）との関係によつ
て、均等係数Ｃｕを演算・判別することを特徴とする土
質判別装置。
（３）請求項（２）記載において、前記粒度判別手段で
用いられる前記振動センサの出力信号の波形特性値は、
振動センサの出力信号実効値の標準偏差／平均値である
ことを特徴とする土質判別装置。
（４）請求項（２）記載において、前記粒度判別手段で
用いられる前記振動センサの出力信号の波形特性値は、
振動センサの出力信号実効値の（最大値−平均値）／（
平均値−最小値）であることを特徴とする土質判別装置
。
（５）請求項（２）記載において、前記粒度判別手段は
、前記粒径判別手段によつて求められた土の粒径と、前
記均等係数Ｃｕとの関係から土の粒度を判別することを
特徴とする土質判別装置。
（６）請求項（５）記載において、用いられる土の粒径
は平均粒径Ｄ＿５＿０であることを特徴とする土質判別
装置。
（７）請求項（５）記載において、前記粒度判別手段は
、土の粒径加積曲線を演算することを特徴とする土質判
別装置。
（８）請求項（７）記載において、前記算出された粒径
加積曲線に基づき、土の粘土分、シルト分、砂分の比率
を求めて土質の分類分けを行なうようにしたことを特徴
とする土質判別装置。
（９）請求項（１）記載において、求められた土の粒径
と粒度に関する情報を、リアルタイムで表示するように
したことを特徴とする土質判別装置。
（１０）請求項（１）記載において、求められた土の粒
径と粒度に関する情報を、リアルタイムで施工管理シス
テムへフイードバツクするようにしたことを特徴とする
土質判別装置。
（１１）請求項（１）記載において、前記振動センサは
、周波数応答特性の異なる２以上のものが組合されて用
いることも可能なことを特徴とする土質判別装置。