JPH0785063B2 - 電磁波による土の締固め度合の測定方法および装置 - Google Patents
電磁波による土の締固め度合の測定方法および装置Info
- Publication number
- JPH0785063B2 JPH0785063B2 JP14393787A JP14393787A JPH0785063B2 JP H0785063 B2 JPH0785063 B2 JP H0785063B2 JP 14393787 A JP14393787 A JP 14393787A JP 14393787 A JP14393787 A JP 14393787A JP H0785063 B2 JPH0785063 B2 JP H0785063B2
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- JP
- Japan
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- soil
- compaction
- degree
- dry density
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電磁波を用いて土の締固め度合を測定する方
法および装置に関するものである。
法および装置に関するものである。
［従来技術とその問題点］ 一般に、締固めは、盛土中の空隙を減らして、有害な沈
下を防いで盛土の支持力を増し、またノリ面の安定を図
るために行なわれる。
下を防いで盛土の支持力を増し、またノリ面の安定を図
るために行なわれる。
従来、盛土を締固めるには、選定された盛土材に適した
締固め工法により各層ごとに一様な薄い層に敷き広げて
所定の回数ずつ締固めを行い、所要の締固め度合を得る
ようにしている。
締固め工法により各層ごとに一様な薄い層に敷き広げて
所定の回数ずつ締固めを行い、所要の締固め度合を得る
ようにしている。
ところで、締固め度合は、目で見ただけでは判らないの
で、施工中常に管理を厳重にしなければならず、所要の
締固め度合になっているかどうかを調べなければならな
い。
で、施工中常に管理を厳重にしなければならず、所要の
締固め度合になっているかどうかを調べなければならな
い。
従来の締固め試験としては、砂置換法、RI（ラジオアイ
ソトープ）法、CBR（california bearing ratio）法等
が主に採用されている。
ソトープ）法、CBR（california bearing ratio）法等
が主に採用されている。
上記砂置換法は、地盤に穿った穴の体積を砂によって置
換し、土の体積を間接的に測って地盤の密度を測定する
方法である。しかしながら、本方法は測定時間が長くて
測定点を数多く測定できないのみならず、地盤仕上げ面
を破壊してしまう等の問題点があった。
換し、土の体積を間接的に測って地盤の密度を測定する
方法である。しかしながら、本方法は測定時間が長くて
測定点を数多く測定できないのみならず、地盤仕上げ面
を破壊してしまう等の問題点があった。
また、上記RI法は、ガンマ線が土の中を透過する際に土
粒子中に吸収される割合が土の密度の一定の関係にある
という原理を利用した測定法である。しかしながら、ガ
ンマ線等の放射線は、被曝障害等の問題点があって、放
射線の管理が大変であるばかりでなく、土中に放射線を
発する鋼棒を貫入する手間と測定に手間がかかる等の問
題点があった。
粒子中に吸収される割合が土の密度の一定の関係にある
という原理を利用した測定法である。しかしながら、ガ
ンマ線等の放射線は、被曝障害等の問題点があって、放
射線の管理が大変であるばかりでなく、土中に放射線を
発する鋼棒を貫入する手間と測定に手間がかかる等の問
題点があった。
さらに、上記CBR法は、直径5cmの貫入棒を0.25cm貫入す
る時の荷重を1,370kgで割って百分率で表わし、土の締
固め度合を測定する方法である。しかしながら、本方法
も準備が大がかりとなるばかりでなく、表面の強度に影
響され易いという問題点があった。
る時の荷重を1,370kgで割って百分率で表わし、土の締
固め度合を測定する方法である。しかしながら、本方法
も準備が大がかりとなるばかりでなく、表面の強度に影
響され易いという問題点があった。
上記いずれの方法も測定が非連続的であるため、全体を
満遍無くしかも正確に把握することが出来ないのみなら
ず、多数の地点をリアルタイムで測定できない。
満遍無くしかも正確に把握することが出来ないのみなら
ず、多数の地点をリアルタイムで測定できない。
従って、ムラのない均質な仕上がりの締固め施工管理を
期待できない等の問題点があった。
期待できない等の問題点があった。
［発明の目的］ 本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、その目的とするところは、非破壊的で同一箇所
を繰返して測定出来、測定時間も極めて短くリアルタイ
ムの測定が可能で、多数の箇所での測定が出来、高品質
で均一に締固められた土構造物の施工が可能となる電磁
波による土の締固め度合の測定方法および装置を提供す
ることにある。
もので、その目的とするところは、非破壊的で同一箇所
を繰返して測定出来、測定時間も極めて短くリアルタイ
ムの測定が可能で、多数の箇所での測定が出来、高品質
で均一に締固められた土構造物の施工が可能となる電磁
波による土の締固め度合の測定方法および装置を提供す
ることにある。
［発明の構成］ 本発明の電磁波による土の締固め度合の測定方法は、締
固め中の土中に電磁波を透過せしめて土中伝搬速度を測
定すると共に土の含水比を測定し、これら測定値と予め
求めてある土粒子の比重と比誘電率により、上記土の乾
燥密度を算出し、更に該算出した乾燥密度と予め求めて
ある最大乾燥密度により締固め度合を算出することを特
徴とするものである。
固め中の土中に電磁波を透過せしめて土中伝搬速度を測
定すると共に土の含水比を測定し、これら測定値と予め
求めてある土粒子の比重と比誘電率により、上記土の乾
燥密度を算出し、更に該算出した乾燥密度と予め求めて
ある最大乾燥密度により締固め度合を算出することを特
徴とするものである。
また、本発明の電磁波による土の締固め度合の測定装置
は、締固め中の土の上を車輪により自動走行する台車
と、該台車の下側に取付られて土の含水率を測定する赤
外線センサーと、上記台車上に搭載されて前記赤外線セ
ンサーからの信号により土の含水比を測定する近赤外線
水分計と、上記台車の下に取付けられて土中に電磁波を
発射する送信アンテナと、上記台車の下に取付られて上
記電磁波の土中からの反射波を受信して電磁波の土中伝
搬速度の信号を得る受信アンテナと、上記台車に搭載さ
れて上記土中伝搬速度の信号を受信するパルス送受信機
と、上記台車に搭載されて前記パルス送受信機からの土
中伝搬速度の信号を処理する信号処理器と、上記台車に
搭載されて上記含水比と土中伝搬速度の測定値と予めイ
ンプットしておいた土粒子の比重と比誘電率から土の乾
燥密度を計算すると共に該算出した乾燥密度と予めイン
プットしておいた最大乾燥密度により土の締固め度合い
を算出するプロセッサと、上記台車に搭載されて該算出
した締固め度合いが所定の値より不足していれば不足表
示をする締固め度合い不足表示装置と、から構成される
ことを特徴とするものである。
は、締固め中の土の上を車輪により自動走行する台車
と、該台車の下側に取付られて土の含水率を測定する赤
外線センサーと、上記台車上に搭載されて前記赤外線セ
ンサーからの信号により土の含水比を測定する近赤外線
水分計と、上記台車の下に取付けられて土中に電磁波を
発射する送信アンテナと、上記台車の下に取付られて上
記電磁波の土中からの反射波を受信して電磁波の土中伝
搬速度の信号を得る受信アンテナと、上記台車に搭載さ
れて上記土中伝搬速度の信号を受信するパルス送受信機
と、上記台車に搭載されて前記パルス送受信機からの土
中伝搬速度の信号を処理する信号処理器と、上記台車に
搭載されて上記含水比と土中伝搬速度の測定値と予めイ
ンプットしておいた土粒子の比重と比誘電率から土の乾
燥密度を計算すると共に該算出した乾燥密度と予めイン
プットしておいた最大乾燥密度により土の締固め度合い
を算出するプロセッサと、上記台車に搭載されて該算出
した締固め度合いが所定の値より不足していれば不足表
示をする締固め度合い不足表示装置と、から構成される
ことを特徴とするものである。
［実施例］ 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。
明する。
まず、第１図に示すように、所定の厚み（ｄ）を有する
土１の上側に送信アンテナ２を配置し、下側に受信アン
テナ３を配置すると共に、これらのアンテナ2,3をパル
ス送受信器４に接続して、電磁波の伝搬速度の測定実験
装置を構成する。
土１の上側に送信アンテナ２を配置し、下側に受信アン
テナ３を配置すると共に、これらのアンテナ2,3をパル
ス送受信器４に接続して、電磁波の伝搬速度の測定実験
装置を構成する。
本装置において、最初に上記送信アンテナ２と受信アン
テナ３との間に土を置かないで、送信アンテナ２から1G
Hzのインパルスを発射し、doの距離の空気中を伝搬させ
て受信アンテナ３により受信する。この受信信号を増幅
器５により増幅して周波数変換器６およびオシロスコー
プ７を通して、XYプロッター８により、第２図に示すよ
うに、エアウェーブ（イ）の波形を得る。
テナ３との間に土を置かないで、送信アンテナ２から1G
Hzのインパルスを発射し、doの距離の空気中を伝搬させ
て受信アンテナ３により受信する。この受信信号を増幅
器５により増幅して周波数変換器６およびオシロスコー
プ７を通して、XYプロッター８により、第２図に示すよ
うに、エアウェーブ（イ）の波形を得る。
次に、予め決めておいた乾燥密度と含水率を満足する上
記土１を、送信アンテナ２および受信アンテナ３の間に
置き、同様の電磁波（1GHzのインパルス）を土１中に透
過させて、XYプロッター８により透過波（ロ）を得る。
記土１を、送信アンテナ２および受信アンテナ３の間に
置き、同様の電磁波（1GHzのインパルス）を土１中に透
過させて、XYプロッター８により透過波（ロ）を得る。
第２図から明らかなように、土１中を透過させた場合の
透過波（ロ）は、エアウェーブ（イ）に比べてΔｔの時
間だけ遅延する。この遅延時間Δｔから式（１）を使っ
て土１中を透過する電磁波の伝搬速度Vsを求めることが
できる。
透過波（ロ）は、エアウェーブ（イ）に比べてΔｔの時
間だけ遅延する。この遅延時間Δｔから式（１）を使っ
て土１中を透過する電磁波の伝搬速度Vsを求めることが
できる。
ただし、Ｃは光速で2,998×108m/sec、ｄは土１の厚
み、doは送受信アンテナ2,3間の距離である。
み、doは送受信アンテナ2,3間の距離である。
一般に土は導電率σがσ≒10-2と小さいので土中の電磁
波の伝搬速度Vsと比誘電率Erとの間には式（２）のよう
な近似式が成り立つ。
波の伝搬速度Vsと比誘電率Erとの間には式（２）のよう
な近似式が成り立つ。
従って、上記式（１）により求められたVsを上記式
（２）に代入すると、上記土１の比誘電率Erを算出する
ことができる。
（２）に代入すると、上記土１の比誘電率Erを算出する
ことができる。
一方、従来から土の比誘電率Erの算定式として、次の式
（３）が提案されている。
（３）が提案されている。
（Er）＝Σ（Ei）・φｉ ………（３） ここで、Eiは土を土粒子ｓ、水ｗ、空気ａの３成分に分
けた場合の各成分の比誘電率であり、φｉは上記各成分
の容積率である。
けた場合の各成分の比誘電率であり、φｉは上記各成分
の容積率である。
ところで、（Ei）の関数として、従来より（Ei）＝
Ｅ、（Ei）＝1/E、 および、（Ei）＝logEの４種類が提案されている。
Ｅ、（Ei）＝1/E、 および、（Ei）＝logEの４種類が提案されている。
本発明者等は、標準砂、関東ローム、土丹の３種類の土
について、その比誘電率を実測すると共に、上記４つの
提案式から算出した値と上記実測値との偏差状態を求
め、第３図に示すように、まとめてみた。その結果、 の式が実測に最も適合していることが確認された。
について、その比誘電率を実測すると共に、上記４つの
提案式から算出した値と上記実測値との偏差状態を求
め、第３図に示すように、まとめてみた。その結果、 の式が実測に最も適合していることが確認された。
従って、上記式（３）は と表わすことができる。
上記式（４）において、φｓは土粒子の容積率、φｗは
水分の容積率、φａは空気の容積率であり、各々、次の
式（５）のように表わされる。
水分の容積率、φａは空気の容積率であり、各々、次の
式（５）のように表わされる。
ただし、γｄは土の乾燥密度、Gsは土粒子の比重、ｗは
含水比である。
含水比である。
上記式（５）を式（４）の各項に代入して、式（４）を
式（２）の左辺に置き換えて、土の乾燥密度ｄについて
整理すると、次式（６）を導くことができる。
式（２）の左辺に置き換えて、土の乾燥密度ｄについて
整理すると、次式（６）を導くことができる。
ところで、水の比誘電率Ewは、従来の研究によれば、Ew
＝81であるので、上記式（６）は、次式（７）のように
書き直すことができる。
＝81であるので、上記式（６）は、次式（７）のように
書き直すことができる。
従って、土の乾燥密度γｄは、電磁波の土中伝搬速度Vs
と、土粒子の比重Gsと土粒子の比誘電率Esと含水比ｗか
ら求めることができる。
と、土粒子の比重Gsと土粒子の比誘電率Esと含水比ｗか
ら求めることができる。
このうち、土粒子の比誘電率Esと比重Gsは、室内試験に
より予め求めておくことができるので、結局、現場にお
いては電磁波の伝搬速度Vsと含水比ｗのみを測定すれば
良いことになる。
より予め求めておくことができるので、結局、現場にお
いては電磁波の伝搬速度Vsと含水比ｗのみを測定すれば
良いことになる。
第４図は、上記式（７）による乾燥密度と伝搬速度との
関係を示すグラフであって、上記式（７）の分母である をＡに置き代えて変形した次の式（８）について、 Ａを１から９に変化させた場合の軌跡を示すと共に、第
１図に示す実験から得られた結果を折線で示したもので
ある。
関係を示すグラフであって、上記式（７）の分母である をＡに置き代えて変形した次の式（８）について、 Ａを１から９に変化させた場合の軌跡を示すと共に、第
１図に示す実験から得られた結果を折線で示したもので
ある。
本グラフにおいて、実測結果の折線は式（８）から求め
た軌跡と近似した傾向を示しており、第１図に示す実験
装置による実測結果が理論と一致することが実証され
る。
た軌跡と近似した傾向を示しており、第１図に示す実験
装置による実測結果が理論と一致することが実証され
る。
従って、土粒子の比誘電率Esと含水比ｗが正しく与えら
れれば、乾燥密度γｄと電磁波の伝搬速度Vsは１対１の
相関を持ち、電磁波の伝搬速度Vsが実測されれば乾燥密
度γｄが算出できることになる。
れれば、乾燥密度γｄと電磁波の伝搬速度Vsは１対１の
相関を持ち、電磁波の伝搬速度Vsが実測されれば乾燥密
度γｄが算出できることになる。
尚、第４図において、実際の締固めを行なった現場の土
について、比誘電率Es＝４として、（７）式に最大乾燥
密度、最適含水比を代入して伝搬速度Vsを算出し、プロ
ットしてみたところ、黒点群のようになり、実線Ａがあ
る程度勾配を持った範囲内に収まることが判り、上記式
（７）、即ち、本発明方法が実用に供し得るものである
ことが確認できた。
について、比誘電率Es＝４として、（７）式に最大乾燥
密度、最適含水比を代入して伝搬速度Vsを算出し、プロ
ットしてみたところ、黒点群のようになり、実線Ａがあ
る程度勾配を持った範囲内に収まることが判り、上記式
（７）、即ち、本発明方法が実用に供し得るものである
ことが確認できた。
第５図は、以上説明した土の締固め度合を求める管理シ
ステムのフロー図であって、締固め土の比重Gsと土粒子
の比誘電率Esを予め決定しておいて、締固め作業現場に
おいて電磁波の土中伝搬速度Vsと土の含水比ｗを測定す
ることで式（７）により乾燥密度γｄを求め、さらに予
め決定した最大乾燥密度γd maxとの比の百分率から締
固め度合Ｄを求め、これを予定した締固め度合値と比較
して、不足する場合には、再度締め固め作業を行って、
電磁波の土中伝搬速度Vsと土の含水比ｗを再測定し、所
定の締固め度合になるまで繰り返す。
ステムのフロー図であって、締固め土の比重Gsと土粒子
の比誘電率Esを予め決定しておいて、締固め作業現場に
おいて電磁波の土中伝搬速度Vsと土の含水比ｗを測定す
ることで式（７）により乾燥密度γｄを求め、さらに予
め決定した最大乾燥密度γd maxとの比の百分率から締
固め度合Ｄを求め、これを予定した締固め度合値と比較
して、不足する場合には、再度締め固め作業を行って、
電磁波の土中伝搬速度Vsと土の含水比ｗを再測定し、所
定の締固め度合になるまで繰り返す。
第６図は、本発明の土の締固め度合の測定装置の一実施
例を示すもので、車輪10により自動走行可能な台車11上
に近赤外線方式の非接触水分計12とパルス送受信機13と
信号処理器14とプロセッサ15と締固め度合不足表示装置
16を搭載し、赤外線センサー17により土１の含水率を測
定すると共に、送信アンテナ18から発射した電磁波の反
射波を受信アンテナ19により受信して上記プロセッサ15
により土の乾燥密度を計算し、締固め度合が不足してい
れば、表示装置16により不足表示をして所定の締固め度
合になるまで締固め作業を繰り返し行なうようにする。
例を示すもので、車輪10により自動走行可能な台車11上
に近赤外線方式の非接触水分計12とパルス送受信機13と
信号処理器14とプロセッサ15と締固め度合不足表示装置
16を搭載し、赤外線センサー17により土１の含水率を測
定すると共に、送信アンテナ18から発射した電磁波の反
射波を受信アンテナ19により受信して上記プロセッサ15
により土の乾燥密度を計算し、締固め度合が不足してい
れば、表示装置16により不足表示をして所定の締固め度
合になるまで締固め作業を繰り返し行なうようにする。
［発明の効果］ （１）電磁波による土中伝搬速度の測定時間が数秒と極
めて短時間である。
めて短時間である。
（２）電磁波による測定のため数多くのポイントを連続
的に測定することができる。
的に測定することができる。
（３）多くのデータを累積することにより、信頼性を向
上せしめることが容易である。
上せしめることが容易である。
（４）高品質の均一化された締固め施工が可能となる。
第１図は電磁波の伝搬速度を求めるための実験装置の概
念図、第２図はその測定データを示す波形図、第３図は
３種の土の比誘電率の実測値と従来の提案式から求めた
値との偏差状態を示す図、第４図は乾燥密度と伝搬速度
との関係を示すグラフ、第５図は土の締固め度合を求め
る管理システムのフロー図、第６図は締固め度合の測定
装置の一実施例を示す概念図である。 １……土、２……送信アンテナ、３……受信アンテナ、
４……パルス送受信器、５……増幅器、６……周波数変
換器、７……オシロスコープ、８……XYプロッター、10
……車輪、11……台車、12……非接触水分計、13……パ
ルス送受信機、14……信号処理器、15……プロセッサ、
16……締固め度合不足表示装置、17……赤外線センサ
ー、18……送信アンテナ、19……受信アンテナ。
念図、第２図はその測定データを示す波形図、第３図は
３種の土の比誘電率の実測値と従来の提案式から求めた
値との偏差状態を示す図、第４図は乾燥密度と伝搬速度
との関係を示すグラフ、第５図は土の締固め度合を求め
る管理システムのフロー図、第６図は締固め度合の測定
装置の一実施例を示す概念図である。 １……土、２……送信アンテナ、３……受信アンテナ、
４……パルス送受信器、５……増幅器、６……周波数変
換器、７……オシロスコープ、８……XYプロッター、10
……車輪、11……台車、12……非接触水分計、13……パ
ルス送受信機、14……信号処理器、15……プロセッサ、
16……締固め度合不足表示装置、17……赤外線センサ
ー、18……送信アンテナ、19……受信アンテナ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷹巣 征行 東京都品川区西五反田４−15−14 (72)発明者 藤川 富夫 神奈川県川崎市宮前区宮崎３−13−４ (72)発明者 佐藤 務 神奈川県川崎市宮前区宮崎３−13−４
Claims (2)
- 【請求項１】締固め中の土中に電磁波を透過せしめて土
中伝搬速度を測定すると共に土の含水比を測定し、これ
ら測定値と予め求めてある土粒子の比重と比誘電率によ
り、上記土の乾燥密度を算出し、更に該算出した乾燥密
度と予め求めてある最大乾燥密度により締固め度合を算
出することを特徴とする電磁波による土の締固め度合の
測定方法。 - 【請求項２】締固め中の土の上を車輪により自動走行す
る台車と、該台車の下側に取付られて土の含水率を測定
する赤外線センサーと、上記台車上に搭載されて前記赤
外線センサーからの信号により土の含水比を測定する近
赤外線水分計と、上記台車の下に取付けられて土中に電
磁波を発射する送信アンテナと、上記台車の下に取付ら
れて上記電磁波の土中からの反射波を受信して電磁波の
土中伝搬速度の信号を得る受信アンテナと、上記台車に
搭載されて上記土中伝搬速度の信号を受信するパルス送
受信機と、上記台車に搭載されて前記パルス送受信機か
らの土中伝搬速度の信号を処理する信号処理器と、上記
台車に搭載されて上記含水比と土中伝搬速度の測定値と
予めインプットしておいた土粒子の比重と比誘電率から
土の乾燥密度を計算すると共に該算出した乾燥密度と予
めインプットしておいた最大乾燥密度により土の締固め
度合いを算出するプロセッサと、上記台車に搭載されて
該算出した締固め度合いが所定の値より不足していれば
不足表示をする締固め度合い不足表示装置と、から構成
されることを特徴とする電磁波による土の締固め度合の
測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14393787A JPH0785063B2 (ja) | 1987-06-09 | 1987-06-09 | 電磁波による土の締固め度合の測定方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14393787A JPH0785063B2 (ja) | 1987-06-09 | 1987-06-09 | 電磁波による土の締固め度合の測定方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63307339A JPS63307339A (ja) | 1988-12-15 |
| JPH0785063B2 true JPH0785063B2 (ja) | 1995-09-13 |
Family
ID=15350535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14393787A Expired - Fee Related JPH0785063B2 (ja) | 1987-06-09 | 1987-06-09 | 電磁波による土の締固め度合の測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0785063B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150137494A (ko) * | 2014-05-29 | 2015-12-09 | 한국철도기술연구원 | Ｔｄｒ을 이용한 철도노반 다짐도 평가 시스템 및 그 방법 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO331262B1 (no) * | 2010-04-12 | 2011-11-14 | Kongsberg Maritime As | Metode og apparat for å måle tettheten til en væske |
| CN102539659B (zh) * | 2012-01-09 | 2014-08-06 | 长沙理工大学 | 确定膨胀土路堤填筑压实参数的勘察湿化击实试验方法 |
| CN106908349B (zh) * | 2017-01-23 | 2020-05-05 | 中国水利水电科学研究院 | 确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法 |
| JP7083314B2 (ja) * | 2019-01-18 | 2022-06-10 | 鹿島建設株式会社 | 土質測定方法及び土質測定装置 |
-
1987
- 1987-06-09 JP JP14393787A patent/JPH0785063B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150137494A (ko) * | 2014-05-29 | 2015-12-09 | 한국철도기술연구원 | Ｔｄｒ을 이용한 철도노반 다짐도 평가 시스템 및 그 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63307339A (ja) | 1988-12-15 |
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