JPH04547B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） この発明は省仮説トンネル工法等における砂質
地盤の含水量を定量的に監視可能な計測方法に関
するものである。 （従来の技術） 省仮説トンネル工法を砂質系の地盤で施工する
場合その地盤の含水量管理が重要となる。即ち、
含水量の変化に伴い地盤の支持力が大きく左右す
る現象が起る。 従つてこのトンネル工法においては第４図に示
すように、掘削するトンネルイの切刃部ロを中心
に前後20ｍ周囲の水位をウエルポイント工法によ
り一時的に下降させ砂地盤の支持力が安定する含
水量（含水比11〜12％）まで地盤改質を行つてい
る。従つて地盤の含水量を常時監視することが重
要なフエクターとなつているが、従来は砂地盤の
含水状態を目視で監視するほかトンネルのルート
脇に10ｍ間隔ごとに観測井を設置し、水位の変化
を調査している。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら砂地盤の含水状態を目視で監視す
るのは熟練を要し、誰にでもできるものではな
い。また観測井を設置し水位の変化を調査するの
も大がかりとなり手間がかかり、また常時定量的
に砂地盤の含水量を測定できない等の問題があ
る。 また従来の一般的な水分測定法は電気抵抗法、
静電容量法ならびに熱電導率測定法等がある。そ
の中で熱伝導率測定法は土壌中に発熱体及び温度
測定数を埋め土の熱伝導率、熱容量から水分を知
る方法のため土壌の水分測定に適している。反面
ヒーターの加熱により水分の移動を起しやすく、
かつ土壌の密度による影響が大きい等測定精度に
問題がある。 （問題点を解決するための手段） この発明は以上の点に鑑みて為されたものであ
り、土中にセンサーを入れてこの土壌の熱抵抗値
（熱伝導率の逆数）を測り、予め作成したこの土
壌の熱抵抗値−含水比特性グラフから含水量を求
めるものである。 即ち、予め各種の土質の試料を採集し、この各
土質試料の一定含水量毎に熱抵抗値を測定し、こ
れらのものから各種土質試料の熱抵抗値−含水比
特性グラフを作成し、現場にて土壌にセンサーを
挿入してこの土壌の飽和度100％時の土壌の熱抵
抗値からその数値に等しい土壌に適合する特性グ
ラフを選定し、この特性グラフを基にして現場の
土壌で測定した熱抵抗値に対応する含水比を求め
るものである。 そして現場での土壌の熱抵抗値の測定は、ヒー
ターと二つの示差型熱電対とをプローブの中に挿
入して一つの熱電対は上記ヒーターと対向させ、
他の熱電対はヒーターと熱絶縁して成るプローブ
を２本設け、一方は熱抵抗値既知の基準試料に、
他方の上記センサーとなるプローブは被測定土壌
にそれぞれ埋込み、各プローブの二つの熱電対相
互の温度が平衡してから上記各プローブのヒータ
ーを同一に加熱し、上記各プローブ毎の各熱電対
の温度差により温度上昇分を求め、さらに各プロ
ーブ間の温度上昇差分を検出してこれから熱抵抗
値差を求め、その数値を基準試料の既知の熱抵抗
値に加算して被測定土壌の熱抵抗値を算出するも
のである。 （作用） この発明の現場での土壌の熱抵抗値の測定原理
は次の如くなる。 これらの基準試料の熱抵抗値Gs及び被測定試
料の熱抵抗値Ggは一般式から Gs＝4πls・△SH／Ws・ln（t₂／t₁）_s ……(1) Gg＝4πlg・△gH／Wg・ln（t₂／t₁）_g ……(2) 但し、△SH及び△gHは夫々t₁時とt₂時との温
度差を表す。 そして 4πls＝4πlg、Ws＝Wg、ln（t₂／t₁）ｓ＝ln（t₂／t₁）
ｇ とし、また基準試料の熱抵抗値と被測定試料の熱
抵抗値の間には Gs−Gg＝△Ｇ ……(3) （但し△Ｇは熱抵抗値差を示す。） が成り立ち、この(3)式に(1)、(2)式を代入すると、 △Ｇ＝△SH−△gH ……(4) となる。 従つて基準試料と未知試料とを同時に加熱し、
温度上昇差分を検出することにより、熱抵抗値差
を求め、これを基準試料の既知の熱抵抗値に加算
すれば被測定試料の熱抵抗値が算出できる。 しかしながらこの方法では被測定試料と基準試
料の初期温度を平衡させなければならず、これに
は時間と手間がかかる。 そこでこの発明の熱抵抗値の測定法では第１図
に示す如く被測定土壌及び基準試料に入れるセン
サーたる二つのプローブP₁，P₂内に二つの示差
型熱電対Tg₁，Tg₂，Ts₁，Ts₂、を夫々設け、
Tg₁及びTs₁をヒーターｈに相対向して、Ts₂，
Tg₂を、各ヒーターｈから熱絶縁させて示差回路
を設けることにより初期温度を容易に平衡させる
ことができる。 Ts₂及びTg₂は各ヒーターｈから熱絶縁され、
測定の初めから終了まで各々外部の固定された温
度を測定している。 従つて各プローブP₁，P₂を夫々第１図に示す
如くセツトした後各プローブP₁，P₂と外部温度
が一様になじんだ時Ts₁−Ts₂＝０でありTg₁−
Tg₂＝０となる。従つて第１図の開路では△SH
−△gH＝０となり、容易に△Ｇ＝０の状態がで
きる。この状態で測定開始する〔ヒータ（ｈ）を
ONにする〕とTs₁及びTg₁だけが温度上昇する。
このヒーターｈをONにして一定時間後△SH＝
Ts₁−Ts₂、△gH＝Tg₁−Tg₂となり、これを上
記(4)式に代入すると、 △Ｇ＝（Ts₁−Ts₂）−（Tg₁−Tg₂）となり、Ts₂
及びTg₂はヒーター通電開始前に存在した固定的
温度差であり、熱抵抗値算出には不要であるから
温度変化分だけを指示させることができる。 （実施例） 以下この発明の実施例を説明する。 (1) まず熱抵抗値の測定装置及び方法について説
明する。 第１図はこの熱抵抗値の測定装置を示し、ヒ
ーター１と、二つの示差型熱電対２，３とをプ
ローブ４の中に挿入して一つの熱電対２は該ヒ
ーター１と対向させ、他の熱電対はヒーター１
と熱絶縁して成るプローブ４を二本設け、これ
らの各プローブ４のヒーター１を加熱する直流
電源５を設け、またこれらの各プローブ４の示
差型熱電対２，３を直列接続した示差回路の出
力電圧を検出、表示する電圧表示部６、上記出
力電圧を温度変換する温度変換器７、この温度
変換器７の出力を熱抵抗値差にしかつ基準試料
の熱抵抗値にこの熱抵抗値差を加算する熱抵抗
演算回路８及びこの熱抵抗演算回路８の出力を
表示する表示部９が装置本体１０に夫々設けら
れている。 そしてこの測定装置を使つて熱抵抗値を測定
するには一方のプローブ４を基準試料（１％ゲ
ル寒天）１１内に入れ、他方のプローブ４を被
測定試料１２にそれぞれ埋込み、各プローブ４
が各試料に一様になじむと、各プローブ４の熱
電対２，３が同一温度となり、電圧表示部６の
電圧が０となる。これにより二つのプローブの
初期温度が平衡したことが分り、その後直流電
源５をオンにしたヒーター１を同時加熱する。
そして一定時間後基準試料１１に入れたプロー
ブ４の熱電対２と３の差分、即ち温度上昇分
と、被測定試料１２に入れたプローブ４の熱電
対２と３との差分、即ち温度上昇分の差が電圧
として出力され、これを温度変換器７で温度変
換し、この出力を熱抵抗演算回路８で熱抵抗値
差とし、これを予め設定された、基準試料１０
の熱抵抗値に加算し、表示部９には被測定試料
の熱抵抗値が直に表示される。 (2) 次に熱抵抗値−含水比特性グラフ作成方法に
ついて説明する。 まず現場より採集した各種試料について乾燥
密度を測定し、各種試料は含水比０％から飽和
度100％での含水比（試料によつて異なる）と
するため水分重量管理のもとに突固めを行う。
室内試験で使用する容器は第２図に示す形状で
ある。適宜数の高さ調整台１３を数段重ねた上
にモールド容器１４を載せこの中に試料１５を
入れて突固めを行う。この突固め法はJIS規格
により2.5Kgの重り16を300ｍ／ｍ落下させ５
回／周の突きで行う。 以下に各含水比の試料作成手順表を示す。 (ア) 含水比０％試料の作成

【表】 ↓ 〓験 〓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 測定する土質試料を予め採集し、この土質試
   料の一定含水量毎に熱抵抗値を測定し、これらの
   ものからこの土質の熱抵抗値と含水比の相関関係
   を示す熱抵抗値−含水比特性グラフを作成し、現
   場の被測定土壌内にセンサーを挿入してこの被測
   定土壌の熱抵抗値を測定し、上記特性グラフから
   この熱抵抗値に対応する含水比を求める方法であ
   つて、上記現場の被測定土壌内にセンサーを挿入
   して被測定土壌の熱抵抗値を測定する方法は、ヒ
   ーターと二つの示差型熱電対とをプローブの中に
   挿入して一つの熱電対は上記ヒーターと対向さ
   せ、他の熱電対はヒーターと熱絶縁して成るプロ
   ーブを２本設け、一方は熱抵抗値既知の基準試料
   に、他方の上記センサーとなるプローブは被測定
   土壌にそれぞれ埋込み、各プローブの二つの熱電
   対相互の温度が平衡してから上記各プローブのヒ
   ーターを同一に加熱し、上記各プローブ毎の各熱
   電対の温度差により温度上昇分を求め、さらに各
   プローブ間の温度上昇差分を検出してこれから熱
   抵抗値差を求め、その数値を基準試料の既知の熱
   抵抗値に加算して被測定土壌の熱抵抗値を算出す
   ることを特徴とする、地盤の含水量測定方法。