JPH03156019A - 岩盤上層の破砕性評価基準の設定方法 - 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、岩盤上層の爆砕又は掘削等の破砕に先立ち、
予め岩盤上層の破砕性評価基準の指標を得るに好適な、
岩盤上層の破砕性評価基準の設定方法に関する。

〔従来の技術〕

近時、例えばダム、ビル、トンネル又は橋梁等、各種大
型構造物を建設するにに先立ち、周囲及びその地点の岩
盤や地盤の地耐力や破砕性を予め知ることは、爾後の建
設を進めるに当たり、不可欠な要求とされている。更に
建設後にあっても、例えばトンネル孔内の周囲の岩盤の
ゆるみ域の評価や、切羽の自主性の評価や、岩盤への薬
剤注入効果の判定等々、該岩盤や地盤の状況を知ること
も不可欠な要求とされている。そこでこのような評価基
準の設定方法として、幾つかを掲げることができる０例
えば、以下の通りである。

（１）弾性波速度による方法 これは、地表又は地中のある地点において、例えばハン
マによる打撃又は発破等、人為的に地振動を生じせしめ
、この振動が地中を伝播する速度（弾性波速度Ｖｐであ
る）を他の地点で測定することにより、該地盤又は岩盤
の硬さや層質を推定する方法である。

（２）亀裂係数による方法 これは、岩盤内の弾性波速度Ｖｐと、その岩盤から採取
した亀裂を含まない岩石試料について測定した弾性波速
度Ｖｐｏとを比較することにより、現地の岩盤内の亀裂
の状態を推定する方法である。

（３）踏査による方法 いわゆる現場踏査であって、これは、クリノメタ、ロッ
クハンマ及びハンドレベル等を携帯し用いることにより
、また視認により、岩盤状態を推定する方法である。

（４）強度試験による方法 これは、室内において、現場でサンプリングした試料（
コアや岩塊等）から試験片を作製し、この試験片を用い
、主として圧縮試験、引張試験及び硬度試験等を行うこ
とにより、現地の岩盤状態を推定する方法である。

（５）　　ＲＱ　Ｄ　（Ｒｏｃｋ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｄ
ｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ　）による方法 これは、岩盤にポーリングを行い、回収されたコアの内
、長さが１０ｃｍ以上のものを集計し、その長さとポア
ホール長さとの比率％を求めることにより、現地の岩盤
状態を推定する方法である。

（６）孔内載荷試験による方法 これは、大別して、等変位載荷方式と、等圧分布載荷方
式とがある。殊に本案に係わる後者等圧分布載荷方式に
ついて、以下に詳細を述べる。第５図を参照して説明す
れば、本試験に用いる孔内載荷試験機は圧力発生源１と
、ゴムチューブ２１とこれに内蔵された変位計２２とを
備えるプローブ２と、測定器３とから構成されている。

この孔内載荷試験機は、岩盤４に予め穿孔機、ドリル又
はポーリング等によって設けた略６０〜７０ｃｍ直径の
孔４１内にプローブ２を納め、このプローブ２のゴムチ
ューブ２１内に、高圧ホース１１を介して圧力発生ｓ１
から導いた流体圧を印加し、この流体圧により膨張した
ゴムチューブ２１が孔４１の内壁を全方向に一様に加圧
するように構成されている。更に、このとき及び前後に
発生する流体圧Δｐ（以下、載荷重Δｐとする）と、変
位計２２で検出した孔４１の内壁の変位量Δｒとをキャ
ブタイヤコード３１を介して測定器３が出力するように
構成しである０次に、かかる載荷重Δｐと変位量Δｒと
の関係を、第６図の変位量と載荷重との特性グラフを参
照して説明する。最大−次荷重Ｐ１ｍａｘに至るまでの
初めの間は、ゴムチューブ２１と孔４１の内壁との間に
は隙間があるため、この隙間分の変位だけが増加する０
次にゴムチューブ２１が孔４１の内壁に当たり、その後
、孔４１の内壁の割れ目を閉塞する過程において最大−
次荷重Ｐｒｍａｘに至る。この最大−大背１ｐＩ　ｍａ
ｔに到達後、載荷重Δｐと変位量Δｒとは略直線的関係
で変化する。そこで、この直線的変化部位が岩盤の弾性
的挙動特性に相当することに着目し、これに次式を与え
、この結果を岩盤変形係数Ｄｂｌｌとしている。

式：　（１−ｙ）　×Ｒｍ×　（Δｐ／Δｒ）＝Ｄｂｆ
ｌ上式において、νは岩のポアソン比、Ｒｍは勾配（Δ
ｐ／Δｒ）を求めた区間の中点における孔内半径（ｃｍ
）、Δｐは載荷重（Ｋｇ／ｃｍ”）　、Δｒは変位（ｃ
ｍ）である、かかる岩盤変形係数Ｄｂ■は、従来より、
岩盤深度の深い所の岩盤強度の評価基準の指標としての
実績があるものとされている。更に説明を続けると、岩
盤変形係数Ｄｂｌｌは、単に孔内載荷試験機を操作する
ことにより得られるものではなく、構造物の種類、岩質
又は調査目的等により、それぞれ載荷するパターン（以
下、載荷パターンとする）に種々の工夫がこらされてい
る。即ち、各々の目的に応じ、先ず前述の第６図の変位
量と載荷重との特性グラフを確保し得る各種の載荷パタ
ーンを選定する必要がある。この選定のための基本載荷
パターンとして、単調載荷パターン（第７図（ｍ））　
、階段載荷パターン（第７図（ｂ））　、繰り返し載荷
パターン（第７図（Ｃ））及び持続載荷パターン（第７
図（ｄ））の４種が知られる。

［発明が解決しようとするｉｉａ］ 先ず本発明の目的を述べる。本発明は、具体的には、例
えばブルドーザ等による岩盤上層のリッピング破砕、大
型パワーショベル等による岩盤上層の置場り掘削、地下
建機等による岩盤孔内上層の掘削、ブレーカ等による岩
盤上層の、発鈴等々における実際機械作業量の推定、岩
盤上層の発破施工における薬量の推定等々、岩盤上層の
破砕性評価基準の指標を設定するに好適な方法を提供す
ることを目的としている。この観点から上記従来の技術
を眺めると、各々のには次に掲げる不都合がある。

（１）弾性波速度による方法は、岩盤上層の破砕性評価
基準の指標として、最もポピユラーな方法である。とこ
ろが現実問題として、たとえ測定結果が同一の弾性波速
度Ｖｐ　　（従って岩盤破砕性の評価基準は同一でなけ
ればならない）であっても、岩の風化等により、実際破
砕量（即ち実際機械破砕作業量）に、バラツキが生じて
いるのが現状である（第４図はこれを示す、同図の詳細
は実施例で説明する）。

（２）亀裂係数による方法は、試験片自体については高
精度の検出値を期待することができる。しかしながら、
この方法は現場と室内とにおける試験であるため、まこ
とに手数のかかる方法となっている。とは言えこの方法
は、研究用としては好適な方法である。

（３）踏査による方法は、熟練した人によらなければ、
これをすることができないという制約がある。

（４）強度試験による方法は、これも室内試験であり、
このため、上記（２）と同様の欠点を備えている。

（５）ＲＱＤによる方法は、これもまた室内実験であり
、このため、上記（２）と同様の欠点を備えている。

（６）孔内載荷試験による方法は、既説の通り、岩盤深
度の深い所の岩盤強度の評価基準の指標を得るときには
、確かな実績がある。またそれぞれの目的に対応する各
種の基本載荷パターンも準備されている。ところが、本
発明者等の試験によれば、既知のこれら基本載荷パター
ンを用い、岩盤上層の破砕性評価基準を設定しても、そ
の岩盤変形係数ＤｂＩ［と実際機械作業量とには良好な
相関関係を得ることができない。即ち、従来の基本載荷
パターンを基礎とした岩盤強度の評価基準を、そのまま
岩盤上層の破砕性評価基準とすることに無理がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、実際機械作業量を
高精度に推定することができ、かつ、手軽に計測するこ
とができる岩盤上層の破砕性評価基準の設定方法を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

１記目的を達成するため、本発明に係わる岩盤上層の破
砕性評価基準の設定方法は、第１図を参照して説明すれ
ば、等圧分布載荷方式を用いた孔内載荷試験により、岩
盤上層の破砕性評価基準を設定するに、載荷パターンｐ
ｔを、断続的、かつ、昇荷的に載荷する構成とした。更
に孔内載荷試験機を含む方法としては、等圧分布載荷方
式を用いた孔内載荷試験機により、岩盤上層の破砕性評
価基準を設定するに、岩盤上面からポーリング孔を設け
、該孔内に前記孔内載荷試験機のプローブを納め、該プ
ローブにより孔周壁に載荷重を断続的、かつ、昇荷的に
載荷することによって得られる孔内半径ＲｍＳ＠荷重Δ
ｐ及び変位量Δｒ並びに該岩盤のポアソン比νから、Ｄ
ｈ［＝　（１−ν）×Ｒｍ×（Δｐ／Δｒ）なる岩盤変
形係数Ｄｂ■を求め、この岩盤変形係数ＤｂＩＩを岩盤
上層の破砕性評価基準の指標とする構成とした〔作　用
〕 本発明は、全体的には、従来の孔内載荷試験（又は孔内
載荷試験機）による等圧分布載荷方式に基づいている０
本発明の特徴部は請求項１に示される通りである。即ち
、断続的、かつ、昇荷的なる載荷パターンＰｔを基礎と
する発明である。この作用を請求項２の発明の詳細な説
明と共に、第１図及び第６図を参照して述べる。先ず留
意点を述べる。第１の留意点は、孔内載荷試験機による
等圧分布載荷方式は、基本的に第６図の変位量と載荷重
との特性グラフに合致するような載荷パターンを選定し
、この特性グラフを確保することである。第２の留意点
は次の通りである。孔内載荷試験による岩盤の破砕性評
価基準の設定方法の趣旨（即ち、岩盤変形係数Ｄｂｌ＋
の取得の趣旨）は、上記留意点に従っである載荷パター
ンが対象物に適合し、従って第６図の変位量と載荷重と
の特性グラフができ上がった後、この特性グラフから得
られるデータを、式（１−ν）×Ｒｍ×　（Δｐ／Δｒ
）に当てはめ、岩盤変形係数Ｄｂｌｌを導き出すという
ものであるが、このとき、得られたこの岩盤変形係数Ｄ
ｂｌｌが実際機械作業量を示すに足りるか否かいう点（
これが第２の留意点）であ＆、先ず後者第２の留意点に
ついて説明する０等圧分布載荷方式による孔内載荷試験
は、ポーリング孔内の半径方向に圧縮応力を与え、これ
と直行する孔壁の円周方向に引っ張り応力を作用させ、
孔壁に割れ目を発生させることにより、岩盤内の自由方
向面に剪断破壊を起こさせる載荷機構である。これに対
し、例えばリッパ−やカッター等の岩盤表層破砕機械は
、岩盤［削又は破砕時、その刃先の貫入方向が、前記等
圧分布載荷方式による孔内載荷試験におけるポーリング
孔の半径方向へ作用する圧縮応力の方向へ同じ方向であ
る。従って、リッパ−やカッター等の破砕機械による実
際機械の作業量は、前記等圧分布載荷方式による孔内載
荷試験（又は孔内載荷試験機）から得られる岩盤変形係
数ＤｂＴと路間−の相関関係を持つものと推定される（
この推定は実施例の第３図及び第４図の説明で証明でき
る）０次に前者第１の留意点について説明する。岩盤表
層は岩盤深度の深い所とは興なり、岩盤の開面（つまり
外気と接触する面）に近く、従って、岩盤深度の深い所
を対象とする従来の載荷パターンとは質的に自ずと異な
ることが予想される。そこで、岩盤上層における開面の
存在を考慮することとした。具体的には、載荷を段階的
に、かつ、載荷的に与えるような１ａ荷パターン（請求
項１の載荷パターンである）により、岩盤上層の安定化
を図りつつ、載荷することが望ましい（この推定も実施
例の第３図及び第４図の説哄で証明できる）、即ち、本
発明の特徴部である、第１図に示す、断続的、かつ、載
荷的なる載荷パターンｐｔによれば、岩盤上層部であっ
てシ、第６図の変位量と載荷重との特性グラフを無理な
く作図することができる。従ってこれにより導き出され
た岩盤変形係数ＤｂＩｌは、上記第２の留意点功説明に
基づけば、実際機械による岩盤上層の破砕量によく合致
したものとなる。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面を参照して以下説明する、第１図
は請求項１の断続的、かつ、載荷的な載荷パターンｐｔ
の一実施例を示す特性グラフである。同図において、横
軸は時間（秒）を、また縦軸は載荷重（Ｋｇ／ｃｍｚ）
を示し、Ｐ　ｔｍは同一載荷重保持期間（秒）を、また
Ｐｔｎは各々の載荷重（Ｋｇ／ｃｍ”）を示している。

前記同一載荷重保持期間Ｐ【−は、岩盤に載荷する毎に
、岩盤の安定化を図るため、音種に限らず少なくとも２
５秒以上を確保すべきである。他方、前記載荷重Ｐｔｎ
は、例えば５　Ｋｇ／ｃｍ”毎であるとか、又はｌ　Ｏ
Ｋｇ／ｃｍ”毎であるとか、又はこれらの組合せである
とかにすべきである。向後者組合せの場合は、各載荷重
Ｐ　Ｌｎの大きさを時系列に徐々に大きくすることが望
ましいこの理由は、載荷するに従い、岩盤の安定化が早
まるためである。つまり、請求項１の載荷パターンの域
内であれば、実際に使用する載荷パターンの細部構成は
どのようなものであってもよい。

但し、実務的には、標準化した載荷パターンであるべき
である。

次に請求項２の実施例を、図面（第５図及び第６図）を
借用して説明する。第５図に示すように、ポーリング（
ｆｉＪ状の孔を設ける機械であればボリングマシンにこ
だわる必要はない）により岩盤４の表層部内に直径７０
ｍｍの孔４１を設け、この孔４１の内部に孔内載荷試験
機のプローブ（孔内載荷試験機によっては呼び名は異な
る）２を納め、このプローブ２に装着されたゴムチュー
ブ２１に、圧力発生源ｌから高圧ホース１１を介して導
かれた流体圧を導入し、この流体圧により、孔４１の周
壁に載荷重Ｐｔｎを、断続的、かつ、載荷的な載荷パタ
ーン（請求項１の載荷パターン）で載荷する。この状態
は、圧力計（図示しない）によって検出される載荷重Δ
ｐと、変位計２２を介して測定器３に表示される変位量
Δｒと、更に孔４１の内半径と前記変位量Δｒとの和で
ある孔内半径Ｒｍと、岩盤のポアソン比νとを基に、Ｄ
ｂ■＝（１−ν）×Ｒｍ×　（Δｐ／Δｒ）なる岩盤変
形係数Ｄｂｌｌを求める。この岩盤変形係数Ｄｂ■が岩
盤上層の破砕性評価基準の指標に相当する。実務上、載
荷域が岩盤表面から３０〜１００ｃｍであるように標準
化してもよい。更に、ポアソン比νを［１化し、０．２
としてもよい、ポアソン比Ｖは厳密には岩盤によって異
なるが、通常の岩盤にあってはこのポアソン比νは０．
２であるためである。このように標準化した場合、岩盤
変形係数Ｄｂｌ＋の式は０．８×Ｒｍ×　（Δｐ／Δ「
）という扱い易い式となり、実務上のメリットとなる。

大」１例 次に、上記実施例を代表する一実験例及び−比較例を下
記し、上記実施例の効果を述べる。実験例で用いた請求
項１の載荷パターンは第２図に示される。尚、この載荷
パターンは、請求項１の載荷パターンの一実施例でもあ
る。更に、実験例の効果及び比較例の効果はそれぞれ第
３図及び第４図に示される。第２図において、最初の載
荷重Ｐｔｎは５　Ｋｇ／ｃｍ”　（図示ｐｉ＞であり、
これを１０回、即ち５０にｇ／ｃｍ”まで載荷する（尚
、載荷域は地表から４０〜８０　ｃ　ｍである）０次に
５０Ｋｇ／ｃｍ”〜１２０にｇ７ｃｍ”までを、載荷重
Ｐｔｎを１０　Ｋｇ／ｃｍ”　（図示Ｐ２）毎とし、こ
れを７回繰り返す、他方、この間における載荷毎の間の
同一載荷重保持期間ＰＬｍはいずれも３０秒（図示ｔ１
、ｔ２）である。

尚、最大を１２０　Ｋｇ／ｃ■８としたのは、孔内面の
亀裂発生具合に対するゴムチェーブ２１の耐久性を検討
して決定した値である。但し、これ以前に、最大が１２
０　Ｋｇ／ｃｍ”もあれば充分高精度の岩盤変形係数Ｄ
ｂＩＩを得られることも分かっている。

かかる載荷パターンを以て、各現場の岩盤上層の岩盤変
形係数Ｄｂ■を求めたものである０次に第３図を参照し
てこの実験例の効果を説明する。第３図は実験例に基づ
く岩盤変形係数Ｄｂ１１と、実際機械作業量ｍ’／Ｈと
の相関関係を示す図である。同図は、７か所の岩質の異
なる現場において、先ず実験例により岩盤変形係数Ｄｂ
ＩＩ（同図横軸）を求め、同時に大型油圧式掘削機械（
小松製作新製、ＰＣ６５０形油圧式掘削機）により、前
記実験例の各々の現場での掘削作業量（ｍ”／Ｈ１時間
当たりのリューベ、同図縦軸）を求め、この結果をグラ
フで示したものである。同図から分かるように、実験例
は、各々の現場の岩盤変形係数Ｄｂ■と作業量との関係
が１本の直線関係となっていることである。換言すれば
、ある現場の岩盤変形係数Ｄｂ■さえ把握すれば、実際
機械作業量は、−ａ的にその機械自体の性能で決定され
ることが分かる。これに対し、比較例の測定結果を第４
図に示す、同図は、従来岩盤上層の破砕性評価方法とし
てもっともポピユラーな弾性波速度による試験方法によ
る試験結果を示すグラフであって、弾性波速度Ｖｐと実
際機械作業１ｍ’／Ｈとの相関関係を示すグラフである
。この比較例は、上記実験例と同一現場において、１１
か所を対象に測定した結果である。同図において、横軸
は弾性波速度Ｖｐを、他方縦軸は作業量（尚、使用機械
は上記と同一のＰＣ６５０である）を示すが、同図から
分かるように、比較例は、各々の現場の弾性波速度Ｖｐ
と作業量との関係が広範囲となっており、幅の広い相関
関係である。換言すれば、弾性波速度Ｖｐを把握しても
、他の調査（例えば熟練者による視認による判断）を加
えないと、実際機械作業量を正確に推定することができ
ないということを示している。即ち、従来の岩盤表層の
破砕性評価基準の指標として、もっともポピユラーな弾
性波速度による方法においても、実は大変なバラツキを
もつ指標であったことが分かる。かかる実験例と比較例
との効果比較によれば、実験例は、従来と比較して実際
機械作業量を高精度に推定することができる。しかも、
孔内戦荷試験自体が現場試験の方法であることから、本
発明を手軽に扱うことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係わる岩盤上層の破砕性
評価基準の設定方法によれば、等圧分布載荷方式を用い
た孔内載荷試験（機）により、その載荷パターンを断続
的、かつ、載荷的なものとしたため、次の効果を奏する
。

請求項１の構成にあっては、断続的、かつ、載荷的な載
荷パターンは論理的に構成されたものである。そしてこ
の枠内において、現場環境や使用破砕機械等に対応する
各種の載荷パターンを構成することが容易にできる。即
ち、利用自由度が高く、かつ、扱い易い載荷パターンと
なり得る。

請求項２の構成にあっては、この上記載荷パターンが、
扱い易い孔内載荷試験機に具体的に適用されている。こ
のため、従来のように、熟練度を要求されるすることが
なくなる。しかも操作も容易であり、検出データにバラ
ツキはない。

以上の効果をまとめれと、本発明によれば、実際機械作
業量を高精度に推定することができ、かつ、手軽に計測
することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図・・・本発明の請求項１に係わる載荷パターンの
一実施例グラフ 第２図・・・本発明のに係わる実験例に用いた載荷パタ
ーングラフ 第３図・・・本発明の実験例に基づく岩盤変形係数と実
際機械作業量との相関関係図 第４図・・・従来技術に基づく弾性波速度と実際機械作
業量との相関関係図 第５図・・・等圧分布載荷方式を用いた孔内載荷試験の
操作模式図 第６図・・・等圧分布載荷方式を用いた孔内載荷試験に
おける変位量と載荷重との特性グラフ第７図・・・従来
の基本載荷パターンを示すグラフであって、（ａ）は単
調載荷パターングラフ、（ｂ）は階段載荷パターングラ
フ、（Ｃ）は繰り返し載荷パターングラフ、（ｄ）は持
続載荷パターングラフ １　・ ｌ　１　・ ２　・　・ ２１　・ ２２　・ ３　・　・ ３　ｌ　・ ４　・　・ ４　ｌ　・ ｔ Δ　ｐ　・ Δ　ｒ　・ Ｉｍａｘ Ｐｔ−・ Ｐｔｎ　・ ・圧力発生源 ・高圧ホース ・プローブ ・ゴムチューブ ・変位計 ・測定器 ・キャブタイヤコード ・岩盤 ・ポーリング孔 ・載荷パターン ・載荷重（流体圧） ・変位量 ・最大−載荷重 ・同一載荷重保持期間 ・実際載荷重

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）等圧分布載荷方式を用いた孔内載荷試験により、
   岩盤上層の破砕性評価基準を設定するに、載荷パターン
   Ｐｔを、断続的、かつ、昇荷的に載荷することを特徴と
   する岩盤上層の破砕性評価基準の設定方法。
2. （２）等圧分布載荷方式を用いた孔内載荷試験機により
   、岩盤上層の破砕性評価基準を設定するに、岩盤上面か
   らポーリング孔を設け、該孔内に前記孔内載荷試験機の
   プローブを納め、該プローブにより孔周壁に載荷重を断
   続的、かつ、昇荷的に載荷することによって得られる孔
   内半径Ｒｍ、載荷重Δｐ及び変位量Δｒ並びに該岩盤の
   ポアソン比νから、ＤｂII＝（１−ν）×Ｒｍ×（Δｐ
   ／Δｒ）なる岩盤変形係数ＤｂIIを求め、この岩盤変形
   係数ＤｂIIを岩盤上層の破砕性評価基準の指標としたこ
   とを特徴とする岩盤上層の破砕性評価基準の設定方法。