JPH0820521B2

JPH0820521B2 - 重錘落下式の無水孔内用振源

Info

Publication number: JPH0820521B2
Application number: JP28395692A
Authority: JP
Inventors: 公雄小倉
Original assignee: OYO CHISHITSU KK
Current assignee: OYO CHISHITSU KK
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1996-03-04
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPH06109859A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、重錘落下方式の無水孔
用振源に関し、更に詳しく述べると、多数の弾性部材と
板材とを交互に積層し、その積層体の周囲にゴムチュー
ブ等を設け、その内部に水などを注入し膨出させて孔壁
に密着させ、積層体の上方から重錘を落下させることに
より、弾性部材が変形し孔壁に弾性波を発生させる高出
力の無水孔用振源に関するものである。この孔内振源
は、孔内水の無い孔内での速度検層システムなどに有効
な装置である。

【０００２】

【従来の技術】地盤の振動特性は、各種建築構造物の耐
震設計上の重要な基礎データとなっている。地下地盤の
弾性的性質等を調査するには、地盤中に掘削したボーリ
ング孔内での弾性波（Ｐ波やＳ波）伝播速度を直接測定
するＰＳ速度検層システムが用いられている。この速度
検層は、振源から受振器に到る弾性波の到達時間を波形
記録として求める技術である。

【０００３】孔内振源は、従来から種々開発され使用さ
れている。代表的な例としては、特公昭５８−５２１９
１号公報、特公昭６１−４３６６９号公報、特公昭６２
−１４７９１号公報、特公昭６２−１４７９２号公報な
どに記載されている装置がある。いずれにしても基本的
には、孔軸に直交する方向に移動自在の可動体（ハン
マ）と、その可動体を駆動する駆動機構を備えた構造で
ある。この振源を、孔内水を有するボーリング孔内に設
置し、可動体を瞬間的に駆動することによって孔軸に直
交する一方向の孔壁面に加振力を作用させる。駆動機構
としては、通常、電磁ソレノイドが用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この種の従来
の電磁ハンマ方式の孔内振源は、電磁ソレノイドによる
駆動であり、一般にボーリング孔径は比較的小さく、振
源の外径を大きくできないため加振力に限界があり、適
用範囲が限られている。例えば振源と受振器を一連のプ
ローブに組み込み、このプローブを孔壁に固着させるこ
となくボーリング孔内に挿入して、各深度でＰＳ検層を
行うような場合は有効である。しかし、二つのボーリン
グ孔を使用する孔間速度測定のような場合には、振動の
伝播範囲が狭く適用し難い。

【０００５】また、これらの振源は孔内水を介して地盤
に振動を伝達するものであるため、孔内水の無いボーリ
ング孔では使用できない。地表用振源として極く浅い孔
で使用したい場合、孔内水の無いことが多いため適用で
きないことが多かった。

【０００６】本発明の目的は、上記のような従来技術の
欠点を解消し、小さなボーリング口径でも大きな起振力
が得られ、孔内水の無いボーリング孔でも使用できる孔
内振源を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る無水孔用振
源は、弾性部材と板材とを交互に多数積層した積層体
と、該積層体の上方に位置し該積層体に向かって落下す
る重錘と、前記積層体を取り囲むように配置され水密性
で膨出可能な覆体と、該覆体の内部に液体を供給する液
供給手段を具備している。積層体の上方に筒状ケーシン
グを設け、積層体の上部で筒状ケーシング内を上下動自
在にピストン部材を設けるのがよい。また各板材同士の
間で揺動支点部材が同一方向を向くように介在させ、積
層体の揺動支点部材をはさんで相対する片側上部を強打
する重錘落下機構を設ける構成もある。覆体としては、
ゴム状物質からなるチューブが好ましい。該チューブ内
に供給する液体は水でよい。

【０００８】ここで弾性部材は、例えばバネ性を有する
波座金（ウエーブ・ワッシャ）やゴム状物質からなるリ
ング（例えばＯリングやゴムブッシュ）等からなる。該
弾性部材と板材とを交互に十〜数十枚程度積層した構造
とする。積層体の上方には、重錘の引上げ保持・解放機
構を設ける。自然落下を利用した方式でもよいが、重錘
に下向きの弾撥力を付与するスプリング機構を組み込ん
で強制落下させると、より一層起振力が高くなり好まし
い。

【０００９】

【作用】振源をボーリング孔内に挿入し、液供給手段に
よって地上から覆体内に液体を注入し、孔壁に密着する
まで膨出させる。その状態で重錘を落下させると、その
衝撃力で弾性部材が急激に変形する。板材間にスペーサ
が無ければ、弾性部材と板材からなる積層体は軸方向に
収縮する。これによって板材間の液体が外向きに押し出
され、孔壁に弾性波が発生する。

【００１０】板材間に揺動支点部材が介在すると、中央
の高さ寸法は変わらず、強打した方では弾性部材の弾撥
力に抗して板材同士の間隔が狭まり、逆にその分だけ反
対側では間隔が広がる。そのため間隔の狭まった方から
は液体が外向きに急激に押し出され、反対に間隔の広が
った方には液体が急激に流入する。その衝撃で孔壁に弾
性波（Ｓ波）が発生する。揺動支点部材が板材の中央に
設けられていると、流出する水量と流入する水量とは等
しく、振源全体としては水の体積変化が無いことにな
り、理想的なダイポール振源となる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明に係る無水孔用振源の基本構成
と動作を示す説明図である。この振源は、下部周壁面に
スリット状の開口部１２を有する筒状ケーシング１０
と、弾性部材１４と板材１６とを交互に多数枚（十〜数
十枚）積層して筒状ケーシング１０の下方に設けた積層
体１８と、該積層体１８の上部に位置し筒状ケーシング
１０内を上下動自在のピストン部材２０と、筒状ケーシ
ング１０内で上方からピストン部材２０に向かって落下
する重錘２２とを具備している。この振源は更に前記積
層体１８を取り囲むように筒状ケーシング１０に取り付
けたゴムチューブ２４と、該ゴムチューブ２４内に地上
から水を充満できる注水管２５及び排気管２６を備えて
いる。

【００１２】次に、この振源の使用方法及び動作につい
て述べる。図１のＡに示すように、ボーリング孔内に振
源を挿入する。ボーリング孔は、極く浅い孔などに多く
見られるように孔内水が無くてもよい。所定の位置に降
ろした後、注水管２５を通して地上からゴムチューブ２
４内に水を供給し、同時に排気管２６から内部の空気を
排出する。そしてゴムチューブ２４が孔壁２８に密着す
るまで水の供給を続ける（図１のＢ参照）。ゴムチュー
ブ２４が膨張した状態で、重錘２２をピストン部材２０
の上に落下させると、その衝撃力で弾性部材１４が急激
に変形し、弾性部材１４と板材１６からなる積層体１８
は軸方向に収縮する（図１のＣ参照）。これによって板
材１６間の水が外向き（白抜き矢印方向）に押し出さ
れ、ゴムチューブ２４内の水及びゴムチューブ２４を介
して孔壁２８に弾性波を発生させることができる。ゴム
は水と同じように非圧縮性であることから、ゴムチュー
ブ２４の存在は特に障害とはならない。このようにし
て、孔内水が無くても孔壁２８に効率よく振動を与える
ことができる。

【００１３】図２は本発明に係る無水孔用振源の一実施
例を示す全体説明図である。本装置は外側が長尺円筒状
のケーシング３０で囲まれ、該ケーシング３０の下部周
壁面には軸方向に延びるスリット３２を複数本形成して
ある。ケーシング３０の中心には案内棒３４が位置し下
端で固定され、ケーシング３０の下端には端栓３６を設
ける。ケーシング３０内の下部端栓３６上に、バネ部材
として機能する波座金３８と金属製の円環板４０とを交
互に多数枚（十〜数十枚）積層して収容する。波座金３
８は、弾性薄肉円環板に波を付けた形状をなし、軸方向
荷重を円周で平均に受けるため小さいスペースの緩衝用
として有効な機構部品であり、一般にスペーサ用バネと
して広く利用されているものである。この実施例では市
販品をそのまま使用している。前記スリット３２の軸方
向の形成範囲はほぼこの積層体の収容位置（高さ）に対
応している。案内棒３４は、波座金３８と円環板４０の
中心孔を貫通し、それらの円周方向の位置決めと変位の
際の案内の機能を果たす。積層体の上部にピストン４２
を設置する。このピストン４２は周囲にＯリングシール
４４を備え、ケーシング３０内で軸方向に摺動自在であ
る。そしてケーシング３０の外周に、前記スリット３２
を覆うようにゴムチューブ４５を被せ、その両端を固定
する。

【００１４】ケーシング３０の上端部にはモータ等を備
えた巻上げ機構４６が設けられる。該巻上げ機構４６か
らは、下端に開閉自在のフック４８を取り付けたワイヤ
５０を下ろし、そのフック４８で重錘５２の上端把持部
５４を掴み離し可能にしている。重錘５２は中心の縦貫
孔５６を貫通する振れ止め軸５８によって上下方向の移
動の際に案内される。振れ止め軸５８の上方寄り位置に
はフック開放用の突起６０を設け、また周囲には重錘５
２に下向きの弾撥力を付与するためのコイルスプリング
６２を設けている。

【００１５】次に本装置の動作について説明する。フッ
ク４８で重錘５２の上端把持部５４を掴み、巻上げ機構
４６を駆動してワイヤ５０を巻き上げる。重錘５２は振
れ止め軸５８に案内されて上昇し、やがて重錘５２はコ
イルスプリング６２の下端に達する。更に巻き上げ動作
が継続すると、重錘５２は該コイルスプリング６２の弾
撥力に抗して上昇する。フック４８の上部がフック開放
用の突起６０にまで達した後、更に上昇しようとする
と、該突起６０とフック４８とのカム作用によってフッ
ク４８の下端が開く。これによって重錘５２はフック４
８から解放され、コイルスプリング６２の弾撥力と自重
でピストン４２上に落下する。その衝撃で積層されてい
る各波座金３８は偏平に変形し、積層体は軸方向に収縮
する。その際、円環板４０の間に存在していた孔内水
は、スリット３２を通って外向きに放出れさ、周囲の孔
壁に大きな加振力を与える。

【００１６】試作品を用いた予備実験の結果によれば、
波座金と円環板を交互に６０枚積層し、重さ１．２kgの
重錘を１ｍの高さから自然落下させたところ、約１２Ｊ
の加振エネルギーが観測された。しかも振動波形には従
来の電磁ハンマ方式の振源に比べて高周波成分が多く含
まれていることも分かった。周波数が高いことは分解能
が向上することを意味している。孔間速度測定では、約
３ｍ離れた二つの孔について、起振孔の深度５ｍの位置
に本装置を設置し、受振孔の深度３５ｍの位置に受振器
を設置して観測を行った結果、充分良好な信号を検出で
きることが確認された。因に従来の電磁ハンマ方式の振
源では、同じ条件では利得を最大にしても信号は検出で
きなかった。更にスプリング力を加味した強制落下の場
合は約６００Ｊの加振エネルギーが発生した。

【００１７】図３は本発明の更に他の実施例の要部説明
図である。開口部を有するケーシングに代えて、各円環
板４１の周辺位置に複数（ここでは３個）の穴４３を穿
設して、その穴４３に、その穴径よりも遙に小径のガイ
ドロッド４３を挿通する構成としている。これによって
各円環板４１をその面内での移動が規制されるように保
持する（図３のＡ）。また図３のＢに示すように、波座
金に代えて、ゴム状物質からなるリング３９を用いても
よい。このリング３９は、Ｏリングのように断面円形で
もよいし、ゴムブッシュのように断面矩形でもよい。重
錘落下の衝撃によって収縮変形し、その後元の形状に復
帰しうるような材料であれば使用可能である。このよう
なリング３９は、全周にわたって高さが一定であるか
ら、波座金の場合のような開口部を有するケーシングや
ガイドロッドは必ずしも設けなくてもよい。周囲に小孔
をもたない単なる円環板４０を用い、中央部を貫通する
案内棒のみでも綺麗な積層状態を維持できる。

【００１８】図４は本発明に係る無水孔用振源の他の構
成例及びその動作説明図である。これはＳ波用振源であ
り、弾性部材７４と板材７６とを交互に多数（十〜数十
枚程度）積層すると共に、各板材７６同士の間に揺動支
点部材７７が同一方向を向くように介在させた積層体
と、重錘８２の落下によって該積層体の支点をはさんで
相対する片側上部を強打する重錘落下機構を具備してい
る。更に、前記実施例同様、その積層体を取り囲むよう
に配置したゴムチューブ８４と、該ゴムチューブ８４内
に地上から水を充満できる注水管８５及び排気管８６を
備えている。

【００１９】積層体部分の一例を図５に示す。板材７６
は例えば金属製円環板等からなる。また弾性部材７４は
バネ性を有する波座金からなる。揺動支点部材７７は、
円柱状であり（三角柱状あるいは楔形柱状などでもよ
い）、前記金属製円環状の板材の直径方向に、全て同一
方向を向くように配置する。この揺動支点部材７７は板
材７６同士のスペーサを兼ねており、各板材７６は一定
間隔（揺動支点部材７７の高さ）で支持され、且つ弾性
部材７４によって水平に（平行に）支持されている。

【００２０】この無水孔用振源をボーリング孔内に挿入
し、注水管８５を通して地上から水を注入しゴムチュー
ブ８４内の空気を排気管８６から排出して、該ゴムチュ
ーブ８４が孔壁８８に密着するように水を充満させる
（図４のＡ参照）。その時、各板材７６は、揺動支点部
材７７と弾性部材７４によって水平に支持されている。
この状態で上方から重錘８２が落下すると、図４のＢに
示すように、その衝撃力で弾性部材７４が急激に変形す
る。その際、板材７６と弾性部材７４からなる積層体
は、揺動支点部材７７が介在する（スペーサとして機能
している）ために中央の高さ寸法は変わらず、強打した
方（図４のＢでは右側）では弾性部材７４の弾撥力に抗
して板材７６同士の間隔が狭まり、逆にその分だけ反対
側では間隔は広がる。このような状態が水中で生じるか
ら、白抜き矢印で示すように、間隔の狭まった方からは
水が外向きに急激に押し出され、反対に間隔の広がった
方には水が急激に流入する。その衝撃で孔壁８８に弾性
波（Ｓ波）が発生する。

【００２１】図５に示すように、揺動支点部材７７が円
環状の板材７６の直径方向に設けられていると、流出す
る水量と流入する水量とは等しく、振源全体としては水
の体積変化が無いことになり、理想的なダイポール振源
となる。また重錘落下機構において、重錘８２をスプリ
ング力で下向きに付勢するように構成すると、それが自
然落下の力に加わるために積層体の上面に当たる衝撃力
が一層強力になり、起振力も増大するため好ましい。

【００２２】本発明は上記のような構成のみに限定され
るものではない。弾性部材としては上記波座金やゴム製
リングに代えて板バネなどを用いてもよい。ケーシング
の周壁面に形成する開口部の形状や形成位置なども、発
生させる振動の指向性などに応じて適宜変更してよい。
案内棒の有無や形状、ピストン部材の形状なども、装置
構成に応じて適宜変更できる。重錘の掴み離し機構、引
上げ保持・解放機構、重錘に下向きの弾撥力を付与する
スプリング機構なども、装置構成に応じて適宜変更して
よい。覆体は、それ自身が膨張する材質でなくても、袋
状に折り畳まれていて、液体注入により膨らんで孔壁に
密着するような構造でもよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明は上記のように、多数の板材と弾
性部材を交互に積層し、その周囲に膨出可能な覆体を設
けて孔壁に密着させるように水を充満させ、重錘を落下
させて衝突させ、弾性部材の変形により板材間の水を外
方へ放出させ振動を発生させるよう構成したから、例え
ば地表用振源など極く浅いため孔内水が無いボーリング
孔でも使用可能となる。また重錘重量や落下距離を大き
くしたりスプリングなどで駆動することで落下エネルギ
ーを大きくでき、その結果、小さなケーシング口径でも
大きな起振力を発生させるとができる。

【００２４】更に板材間に揺動支持部材を介在させた積
層体を用い、該積層体の前記支点を挾んで相対する片側
上部を重錘落下により強打するよう構成すると、強打し
た方では板材同士の間隔が狭まり、反対側では間隔は広
がるため、間隔の狭まった方からは水が外向きに急激に
押し出され、反対に間隔の広がった方には水が急激に流
入し、それによって孔壁に弾性波（Ｓ波）を発生させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る無水孔用振源の動作説明図。

【図２】本発明に係る無水孔用振源の一実施例を示す説
明図。

【図３】弾性部材と円環板の積層状況を示す分解斜視
図。

【図４】本発明に係る無水孔用振源の他の例の動作説明
図。

【図５】弾性部材と円環板の積層状況を示す分解斜視
図。

【符号の説明】

１０筒状ケーシング１２開口部１４弾性部材１６板材１８積層体２２重錘２４ゴムチューブ２５注水管２６排気管２８孔壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性部材と板材とを交互に多数積層した
積層体と、該積層体の上方に位置し該積層体に向かって
落下する重錘と、前記積層体を取り囲むように配置され
水密性で膨出可能な覆体と、該覆体の内部に液体を供給
する液供給手段を具備していることを特徴とする重錘落
下式の無水孔用振源。
【請求項２】筒状ケーシングと、弾性部材と板材とを
交互に多数積層して該筒状ケーシング下方に設けた積層
体と、該積層体の上部に位置し筒状ケーシング内を上下
動自在のピストン部材と、筒状ケーシング内で上方から
前記ピストン部材に向かって落下する重錘と、前記積層
体を取り囲むように配置したゴム状物質からなるチュー
ブと、該チューブ内に水を供給する注水手段を具備して
いることを特徴とする重錘落下式の無水孔用振源。
【請求項３】板材と弾性部材とを交互に多数積層する
と共に、各板材同士の間で揺動支点部材が同一方向を向
くように介在させた積層体と、該積層体の上方に位置
し、該積層体の揺動支点部材を挾んでで相対する片側上
部を強打する重錘落下機構と、前記積層体を取り囲むよ
うに配置したゴム状物質からなるチューブと、該チュー
ブ内に水を供給する注水手段を具備していることを特徴
とする重錘落下式の無水孔用振源。
【請求項４】積層体の上方に重錘の引上げ保持・解放
機構と、重錘に下向きの弾撥力を付与するスプリング機
構を設けた請求項１、２又は３記載の無水孔用振源。