JPH01312115A - 低水圧制御水理試験法 - Google Patents

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、地下水の通路となる割れ目の力学的、水理学
的特性を把握するためのポーリング孔を利用した原位置
透水試験に係り、特に測定管内にあらかしめ水位を作り
測定管内圧力を測定する低水圧制御水理試験法に関する
。

〔従来の技術〕

従来、−船釣な岩盤における透水係数を測定するＪＦＴ
試験法においては、帯水層をポーリングした孔内に水位
観測用の測定管を入れ、下部をバンカーし測定管内の水
位の上昇速度から地盤の透水係数を求め、地下水の通路
となる割れ目の調査、分析が行われている。

第７図は従来のＪＦＴ試験法を示す図で、図中、３１は
ポーリング孔、３２は測定管、３３はストレーナ、３４
．３５はバンカー、３６はトリ、プハルブ、３７は水位
測定素子、３８はテスタ、３９は配管、４０は圧力制御
ボックス、４１はコープビル、４２は地下水位である。

図において、測定管３２は先端を閉鎖してあり、下方に
ストレーナ３３を挟んで測定管３２の外側にパッカー３
４及び３５を設けている。また、パッカー３４の上方の
測定管３２内にトリップバルブ３６を設け、地下水が測
定管３２内に流入するのを防止している。測定管３２内
に挿入しである水位測定素子３７はテスタ３８に接続し
てあり、パッカー３４及び３５と測定管３２外の圧力制
御ホックス４０との間には空気圧送用の配管３９か接続
されている。

図に示すように、ストレーナ３３をパッカー３４及び３
５とともに透水係数を求めようとするポーリング孔３１
内の測定深度まで降ろし、圧力制御ボックス４０を操作
して空気を圧送してパッカー３４及び３５を膨らませて
ホーリング孔３１内への湧水を封じ込める。次にコープ
ビル（突き棒）４１の先端をトリップバルブ３６に突き
当てて瞬時にトリップバルブ３６を開放するとパッカー
３４より下方の地下水はスＩ・レーナ３３の部分を通っ
て測定管３２内に流入し、測定管３２内を上昇する。こ
の上昇水位を経過時間とともに水位測定素子３７で電気
的に測定し、上昇水位と時間の関係から次のＨｖｏｒｓ
ｌｅｖの単孔式透水試験の解析式を用いて透水係数を求
める。

こごに に：水平透水係数（ｃｍ／ｓ） Ｒｗ：測定管の内径（ｃｍ） ｒａ・ポーリング孔径（ｃｍ） Ｌ：測定区間（ｃｍ） ｍ：縦横方向透水係数比（普通１にとる）Ｈ＋　、Ｈ２
：水位上昇開始からむ８、Ｌ２時間（ｓｅｃ　）後の水
位（ｃｍ） 上式における Ｉｎ（Ｈ＋／Ｈｚ） １２−１゜ は半対数目盛紙上に、普通目盛に時間ｔ、対数目盛に水
位Ｈをとって、ｔ、　−Ｉ　ｎ　Ｈの関係曲線を描き、
この曲線の直線部の傾きから求める。

また、この従来のＪＦＴ法において、地下水位が平衝状
態に達するまで測定すれば、その水位から帯水層中の間
隙水圧を求めることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来のＪＦＴ試験法での透水
試験では深度を変えて測定するたびにトリップバルブを
回収する必要がある。すなわち毎測定ごとに測定管を引
き上げなければならず、特に、深いポーリング孔での各
深度ごとの測定には極めて非能率である。また、水撃作
用により岩盤に力学的ダメージを与え岩盤の状態が変化
してしまう。さらに、水頭差圧が大きいため岩盤割れ口
中の粘土が動き、めづまり現象を引き起こして精度が大
幅に低下したり、自然状態では発生しない高水圧条件に
おいて測定しており、自然状態とは異なる条件で測定し
ていることとなる。また、解析に使用するｔ−βｏｇ）
１曲線図が現状ではほとんどの場合曲線を示し、解析手
法が現状と合わない。また、殊に難透水性の帯水層の場
合には水位の回復に時間がかかるため解析上必要な間隙
水圧の測定には長時間を必要とする難点がある。

本発明は上記問題点を解決するだめのもので、ポーリン
グ孔での透水試験を連続して行うことができ、また、間
隙水圧測定時間を著しく短縮することができると共に、
岩盤の状態を壊さずに自然の状態で測定することが可能
な低水圧制御水理試験法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明の低水圧制御水理試験法は、ストレーナの上下に
パッカーを配置したダブルパッカー方式の単孔式透水試
験において、測定管内に開閉自在なバルブと先端に水圧
計を設けたインナーパッカーを配置し、測定管内に岩盤
の間隙水位との水頭差圧を小さくするように予め適当な
水位を与えたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明は、測定管内に先端に水圧計を設けたインナーパ
ッカーを配置し、予め測定管内に水を入れて岩盤の間隙
水圧との水頭差圧を小ざくしておき、回復水位の変化を
圧力の変化として測定することにより透水係数を求め、
難透水性の場合はインナーパッカーを拡張して内圧を上
昇させ、その圧力変化を検出することにより透水係数を
求めるようにして、連続的にいろいろの深度での透水試
験を行えると共に、測定時間を著しく短縮すると共に、
岩盤の状態を自然の状態のままで測定することが可能と
なる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明す
る。第１図は本発明の基本原理を説明するための図で、
第７図と同一番号は同一内容を示している。図中、■は
測定管、２は開閉自在バルブ、３ばインナーバンカー、
４は間隙水圧計、５はバルブ開閉装置、６はデークロガ
ーである。

図において、測定管１はスＩ・レーナ３３の上方内部に
バルブ開閉装置５で開閉を操作できる開閉自在バルブ２
と、管内において昇降可能なインナーパッカー３を有す
る低圧用の間隙水圧計４とを備えている。開閉自在バル
ブ２は、水圧式、空気圧式、電気式等を使用することが
できるが、空気圧式の場合は故障が少なく、バルブの開
閉が空気のもれで確認できるので好ましい。ストレーナ
−の長さを変えることにより、遮水パッカーで区分され
た測定区間長を変えることができる。

開閉自在バルブ２を開にして、インナーパッカー３は拡
張することなくポーリング孔３１の測定対象深度にスト
レーナ３３が配置されるよう測定管１を設置した後、圧
力制御ボックス４０を操作してパッカー３４及び３５を
拡張してポーリング孔３１の壁面に密着させる。

本発明による透水試験にはＪＦＴ法とパルス法の２通り
の方法を適用することができる。帯水層の透水性が良い
場合には前者を、悪い場合には水位の回復に長時間を要
するので後者の試験を行う。

ＪＦＴ法で透水試験を行うには先ず測定管１内の水位を
揚水または注水により適当に調整し、地下水位との水頭
差を小さくしておき、開閉自在バルブ２を開放して上昇
する管内水位を間隙水圧計４で水圧として時々刻々検出
し、テータロガ−６などで表示記録し、または水位に換
算して、従来の技術例における（１）式により透水係数
を求める。

パルス法による透水試験では、加圧後閉鎖状態にして、
透水する水量変化量を水位変化量として求めるのではな
く、閉鎖空間内の圧力変化量から単位圧力溝たりの水の
圧縮量とパッカーの変化量から求めて解析する。すなわ
ち、本測定装置においては測定管１内の水位を適当に調
整し加工後開閉自在バルブ２を開放してインナーパッカ
ー３を拡張させることにより閉鎖空間をつくる。このイ
ンナーバンカー３を拡張させることによりパルス的に孔
内の圧力が上昇し、その圧力波がストレーナ−を通して
岩盤内へ伝播し、やがて減衰する。

パルス法の透水係数Ｋを求めるには水位の変化量６１１
０代わりに内圧の変化量ΔＰを用いる。また、次式によ
り仮想半径Ｒをまず決定する。

△Ｖ−７ｒＲ”△Ｈ＝（Ｃｗ・Ｖｗ＋α）八Ｐここに Ｃｗ　　水の体積圧縮係数（Ｃ己／ｋｇ）ＶＷ：インナ
ーバンカーから下方の閉鎖空間の水の体積（ｃｆｆｌ） α：キャリブレーションによるパッカーの圧縮補正係数
（ｃｍ３／ｋｇ） 故に１）式は次のように書き替えられるａｔ−（ｔｚ−
ｔｌ） 間隙水圧はパッカー３４及び３５を拡張しポーリング孔
３１に密着させたのち、測定管１内の水位を揚水または
注水により適当に調整後、開閉自在バルブ２を開放し、
インナーパッカー３を膨張させ閉鎖空間を作り、間隙水
圧計４の検出によるデータロガ−６の指示の安定を待っ
て求める。

第２図は本発明による低水位制御水理試験装置の一実施
例を示す図、第３図は測定手順を示すフローチャー１・
で、第１図と同一番号は同一内容を示す。なお、図中、
１０．１１．１２は配管、１３は電磁バルブ、１４はア
ーマードケーブル、１５ばケーブル、１６は測定装置、
１７はデジタル表示計、１８はペンレーコーダ、１９ば
パーソナルコンピュータ、２０はＡＤコンバータ、２１
は制御ボックス、２２は測定管ホルダである。

図において、上端は開放で下端は閉鎖した測定管１にお
いて、下方にストレーナ３３、ストレーナ３３を挟んで
測定管１の外側にパッカー３４及び３５が設けられ、両
バッカーは配管１０を介して地上に設置した圧力制御ホ
ックス４０で制御される。バンカー３４の上方の測定管
１内に開閉自在バルブ２が設けられ、配管１１を介して
地上に設置したバルブ開閉装置５で開閉操作される。さ
らに、開閉自在バルブ２の上方の測定管１内に自由に昇
降できる間隙水圧計が設けられ、インナーバンカー３と
電磁バルブ１３が備えられ、インナーパッカー３を拡張
させることにより測定管１に間隙水圧計４を含む閉鎖空
間を形成したとき閉鎖空間内の圧力上昇が強い場合に開
放して間隙水圧計４の破損を防止するようにしている。

また、間隙水圧計４の水圧信号はアーマードケーブル１
４を介して、測定装置１６のデジタル表示計１７、ペン
レーコーダ１８、パーソナルコンピュータ１９等に伝達
され、インナーパッカー３は配管１２を介して圧力制御
ボックス４０に、また、電磁バルブ１３はケーブル１５
を介して制御ボックス２１にそれぞれ地上で接続されて
いる。

次に第３図を参照して測定手順について説明する。

開閉自在バルブ２を圧力制御ボックス４０の開閉操作に
より測定管１内の水位を調整確認しながら（ステップ■
）、測定管１のストレーナ３３をポーリング孔３１内の
測定対象深度に測定管ホルダ２２を通じて設置し、次い
で間隙水圧計４を自然水位等から判断して水頭差１０ｍ
以内に設置する（ステップ■、■）。次に、遮水用のパ
ッカー３４及び３５を拡張し、ポーリング孔３１の壁面
に密着させて測定管１内の水位を間隙水圧計４の位置に
なるよう調整する（ステップ■、■）。

次いでバルブ開閉装置５の操作により開閉自在バルブ２
を開放しくステップ■）、インナーパッカー３を拡張し
て閉鎖空間を作り（ステップ■）、ストレーナ３３から
の水圧を測定装置１６で表示及び記録しながら水圧の安
定するのを待って間隙水圧を測定する（ステップ■）。

次に、開閉自在バルブ２を閉鎖しくステップ■）、イン
ナーパッカー３を解除して間隙水圧測定を完了する（ス
テップ［相］）。

次に透水試験を行う。すなわち、測定した間隙水圧をも
とに測定管１内の水位を水頭差１．０ｍ以内に調整を行
い（ステップ■）、測定装置１６を作動させ開閉自在バ
ルブ２を開放して、時間の経過とともに回復水位を水圧
として測定してデータの取り込みを行い（ステップ［相
］）、水圧から換算した水位から透水係数を求める。透
水試験において水位の回復が悪く、ハルス法による試験
に切り替えるか否か判断しくステップ■）、水位の回復
が極端に悪ければインナーパッカー３を拡張しくステッ
プ■）、管内の圧力をパルス的に上昇させて経過時間に
対する圧力変化から透水係数を求める。

ステップ■で水位の回復が悪くないと判断した場合はそ
の深度における測定は終了する。なお、間隙水圧が測定
されている場合はＪＦＴ法では水位、また、パルス法で
は圧力の安定をもって試験を終了し、間隙水圧が測定さ
れていない場合は水位、又は、圧力に安定をもって試験
を終了し、次の測定深度へ移動し、以後、各深度に対し
て同様の手順で測定を継続することになる。

次に、本発明の方法による解析結果を第４図に示す。

第４図はある地点について、ＧＬ（地下）−３８ｍ−Ｇ
Ｌ−１６５ｍにわたって透水係数を求めたものであり、
図中、ＪはＪＦＴ法、Ｐはパルス法を示している。

第４図から、間隙水圧は、はぼ静水分布をしており、水
位にするとＧＬ−１７ｍ付近に集中していることが分か
る。Ｎｏ、２．３の２点ではやや異なっているが、この
部分は透水係数も小ざく、局部的な水理異常帯と考えら
れる。また、ＧＬ−３８ｍ−ＧＬ−１６５ｍにわたり水
位が同一であることから測定対象となった割れ目帯が縦
方向につながっている可能性が強いと考えられる。

第５図、第６図にＧＬ−３８ｍ〜４０．３０ｍ、ＧＬ−
５０，３５ｍ〜５２．６５ｍにおけるｔ−βｏｇＨ曲線
を示す。

第４図の測定データにおいては、ｔ−１！ｏｇＨ曲線は
ほとんどが第５図に示すように直線を示すが、前述の１
（ｖｏｒｓｌｅｖの式においては貯留係数を考慮してい
ないために、貯留係数が大きい場合は直線にならない。

第６図の場合は貯留係数が無視できない程の値である場
合に相当し、割れ目帯であるにもかかわらす透水係数が
小さく、割れ目を粘土が閉塞していることが理解される
。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、地上で操作可能な水圧計
を設りたインナーパッカー、開閉自在バルブを測定管に
設け、測定管内に予め適当な水位を作り岩盤の間隙水圧
との圧着を小さくすることにより、従来難透水性の帯水
層の場合に特に長時間を必要とする難点があったが、測
定時間を著しく短縮することができる。また、測定管を
透水試験の測定ごとに引き上げる必要がなく、連続的に
測定作業が可能となり測定作業の効率化がはかれる。殊
に深々部の測定作業においては多大の効率化がはかれる
。さらに、水圧差を小さくすることができるため岩盤へ
のダメージを小さくし、自然に近い状態での測定試験が
可能で、測定精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本原理を説明するだめの図、第２図
は本発明による低水位制御水理試験装置の一実施例を示
す図、第３図は測定手順を示す図、第４図は測定結果を
示す図、第５図、第６図は時間経過に対する水位（水圧
）の変化を示す図、第７図は従来のＪＦＴ試験法を示す
図である。 ■・・・測定管、２・・・開閉自在バルブ、３・・・イ
ンナーバ・ツカ−１４・・・間隙水圧計、５・・・バル
ブ開閉装置、６・・・データロガ−１１１，１２・・・
配管、１３・・・Ｔ１．　Ｅｆｔバルブ、１４・・・ア
ーマートケーブル、１５・・・ケーブル、１６・・・測
定装置、１７・・・デジタル表示計、１８・・・ペンレ
ーコーダ、１９・・・パーソナルコンピュータ、２０・
・・ＡＤコンバータ、２１・・・制御ポンクス、２２・
・・測定管ホルダ。 出　願　人　　動力炉・核燃料開発事業団（９Ｅ１凡）
代理人弁理士　蛭　川　昌　信（外４名）４０ΣＥｈ憎
ｊ角千オ（ッ７ン 第７図 ４１コープ目゛ル ミ　　　　　　　　　３８テスタ フル表 ３２本１１定奢 ３７太住第１１楚巣チ ３６　トリ・ソフ）ぐルブ ３４バッカー 肢位Ｈ ＬＰ３３人トレ　す

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ストレーナの上下にパッカーを配置したダブルパ
   ッカー方式の単孔式透水試験において、測定管内に開閉
   自在なバルブと先端に水圧計を設けたインナーパッカー
   を配置し、測定管内に岩盤の間隙水位との水頭差圧を小
   さくするように予め適当な水位を与えたことを特徴とす
   る低水圧制御水理試験法。
2. （２）前記バルブを開放することにより、水位を前記水
   圧計で水圧として検出し、透水係数を求める請求項１記
   載の低水圧制御水理試験法。
3. （３）前記バルブを開放し、インナーパッカーを拡張し
   て管内圧力を検出して間隙水圧を求める請求項１記載の
   低水圧制御水理試験法。
4. （４）インナーパッカーの拡張により、測定管内の圧力
   をパルス的に上昇させ、管内圧力変化を検出して透水係
   数を求める請求項１記載の低水圧制御水理試験法。
5. （５）インナーパッカー内圧の上昇を電磁バルブにより
   制御する請求項１記載の低水圧制御水理試験法。
6. （６）開閉自在バルブを地上により空気圧制御し、測定
   管内圧の異常上昇を防止するようにした請求項１記載の
   低水圧制御水理試験法。