JPH11101876A - 地盤構造の推定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地盤構造の構成層毎の層厚及び層質を簡単な
操作で正確に推定する方法及び装置を提供する。 【解決手段】 各震動検出器間の距離を予め一定の距離
に固定するのではなく、各震動検出器を障害物のない設
置可能な一直線上の任意の位置に設置し、この各震動検
出器間の距離を簡単な操作で正確に測定して波の伝播速
度を求め、それらの値から地盤構造の構成層毎の層厚及
び層質を推定する。この際、起震機１に出し入れ自在に
収納され且つ電気回路の開閉スイッチ３を有するケーブ
ル５を、起震機１と各震動検出器２との間を一直線に出
し入れして移動させながら、各震動検出器２が設置され
ている位置でケーブル５の開閉スイッチ３を閉じ、その
電気信号と起震機１に付設されケーブル５の移動を検出
するロータリエンコーダ６のパルス信号から演算器４に
より各震動検出器間の距離を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、宅地や道路などの
地盤構造の層厚や層質を非破壊方式で推定するための地
盤構造の推定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】土地に家を建てたり、道路を舗装する場
合には、地盤構造の層厚や層質を知る必要があり、それ
には地盤構造の層厚や層質を非破壊方式で推定するのが
望ましい。

【０００３】非破壊方式で推定する方法として、地面に
設置された起震機により所定の周波数の波を発生させ、
この波の伝播時間を上記起震機から一直線上の地面に設
置された複数個の震動検出器で検出すると共に、波が各
震動検出器間を伝播する時間（波の時間遅れ）（τ）と
各震動検出器間の距離（Ｓ）から演算器により波の伝播
速度（Ｖ）を求め、それらの値から地盤構造の構成層毎
の層厚及び層質を推定する方法が知られている（例え
ば、特開昭６３−３０９８８７号公報及び特公平２−１
３２４９号参照）。

【０００４】上記波の伝播速度（Ｖ）は、地表から波の
波長の１／２の深度までの地層における波の平均伝播速
度とみなすことができ、Ｖ＝Ｓ／τにより算出される。
ここで、深度は波の波長によってきまるので、起震する
波の周波数を変化させて、所定の深度までの波の平均伝
播速度を求めることができる。そして、深度と波の平均
伝播速度の関係がわかると、地盤の層構造がわかり、構
成層毎の層厚と波の伝播速度を求めることができる。

【０００５】また、構成層の材料の支持力比（ＣＲ
Ｂ）、弾性係数、コーン支持力などの物性と波の伝播速
度との間には良い相関性があり、この関係を用いれば、
波の伝播速度から地盤を構成している材料の支持力比
（ＣＲＢ）などの物性を算定することができ、構成層毎
の層厚とともに層質を推定することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の地盤構造の
推定方法及び装置にあっては、各震動検出器間の距離は
予め決められ一定の距離に固定されている。ところが、
地面は常に平坦であるとは限らず、砂利や砕石などの障
害物が散在していることが多く、各震動検出器を正確に
一定の距離に固定することが困難な場合が多い。特に、
測定精度を向上させるために、震動検出器の設置個数を
増やすときは、さらに正確に一定の距離に固定すること
が難しくなる。

【０００７】このような場合には、やむを得ず各震動検
出器を前後にずらして設置することになるが、そうする
と、測定される波の伝播速度には大きな誤差が生じる。
例えば、表面波の伝播速度１００ｍ／秒の地盤におい
て、周波数１００Ｈｚでの波の伝播速度を２０ｃｍ隔て
た二個の震動検出器で計測する場合、やむを得ず震動検
出器間の距離を一直線上で２５ｃｍにずらして設置する
と、得られる表面波の伝播速度は８０ｍ／秒となり、大
きな誤差が生じる。

【０００８】本発明は、上記の問題を解決するもので、
その目的とするところは、各震動検出器間の距離を予め
一定の距離に固定するのではなく、各震動検出器を障害
物のない設置可能な一直線上の任意の位置に設置し、こ
の各震動検出器間の距離を簡単な操作で正確に測定して
波の伝播速度を求め、それらの値から地盤構造の構成層
毎の層厚及び層質を推定する方法及び装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明では、地面に設置された起
震機により所定の周波数の波を発生させ、この波の伝播
時間を上記起震機から一直線上の地面に設置された複数
個の震動検出器で検出すると共に、波が各震動検出器間
を伝播する時間と各震動検出器間の距離から演算器によ
り波の伝播速度を求め、それらの値から地盤構造の構成
層毎の層厚及び層質を推定する方法において、

【００１０】上記起震機に出し入れ自在に収納され且つ
電気回路の開閉スイッチを有するケーブルを、上記起震
機と各震動検出器との間を一直線に出し入れして移動さ
せながら、各震動検出器が設置されている位置で上記ケ
ーブルの開閉スイッチを閉じ、その電気信号と起震機に
付設されケーブルの移動を検出するエンコーダの信号か
ら演算器により各震動検出器間の距離を求める構成とし
た。

【００１１】また、請求項２に記載の発明では、地面に
設置され所定の周波数の波を発生させる起震機と、該震
機から一直線上の地面に設置される複数個の震動検出器
と、波が各震動検出器間を伝播する時間と各震動検出器
間の距離から波の伝播速度を求める演算器とからなる地
盤構造の推定装置において、

【００１２】上記起震機に出し入れ自在に収納され且つ
電気回路の開閉スイッチを有するケーブルと、起震機に
付設されケーブルの移動を検知するエンコーダと、上記
開閉スイッチを閉じる電気信号とエンコーダの信号から
各震動検出器間の距離を求める演算器とを備えている構
成とした。

【００１３】

【作用】本発明によれば、起震機に収納されているケー
ブルを出し入れして移動させながら、各震動検出器が設
置されている位置で上記ケーブルの開閉スイッチを閉じ
るだけで、その電気信号と起震機に付設されたエンコー
ダのパルス等の信号からケーブルの移動が検出され、演
算器により各震動検出器間の距離を求めるようにしたの
で、操作が簡単でしかも任意の位置に設置された各震動
検出器間の距離を正確に測定することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の方法及び装置を詳細に説明する。図１は本発明の地
盤構造の推定方法及び装置を示す説明図である。図１に
おいて、１は地面に設置された電磁型の起震機であっ
て、プログラム発振器から発振される変調波の信号を電
力増幅器により増幅し、その信号を受けて所定モードに
変調された周波数及び振幅の起震力を発生させ、地盤の
内部に向けて震動を伝えるようになされている。

【００１５】上記起震機１から一直線上の地面に、複数
個の震動検出器２−１、２−２、２−３・・・２−ｎが
設置されている。起震機１から各震動検出器２までの距
離及び各震動検出器２の間の距離は任意であり、起震機
１から一直線上で近辺の設置可能な障害物のない地面を
選んで設置されている。この震動検出器２は、地盤から
伝播してくる震動波を時間的に遅延して各震動検出器２
により検出するもので、最低二個が設置されるが、地盤
構造の推定精度をより向上させるために、震動検出器の
設置個数を増やす方がよい。

【００１６】特に、各震動検出器２の最小間隔は、検出
する最短波長の１／２以下とすると精度良く計測できる
ことから、宅地等の表層においては表面波の位相速度は
数十〜３００ｍ／秒程度ということを考慮し、検出最高
周波数を１００Ｈｚとすれば、各震動検出器２の最小間
隔は４０ｃｍ以下とするのが好ましい。

【００１７】震動検出器２からの震動信号は地震計で増
幅され、必要な大きさにして演算器４に送られ、この演
算器４により波の伝播速度が求められる。なお、この
際、車や風その他の震動源によって発生する震動は濾波
器を用いて除去される。そして、Ｘ−Ｙプロッターによ
り縦軸を深度、横軸を波の平均伝播速度（各層毎の伝播
速度）をグラフにして打ち出されるようになされてい
る。

【００１８】しかして、本発明においては、上記起震機
１に電気回路の開閉スイッチ３を有するケーブル５が出
し入れ自在に収納されている。このケーブル５は、渦巻
き板バネにケーブル５の端末を接続し、この渦巻き板バ
ネの弾発力を利用して起震機１内に巻回して出し入れ自
在に収納されているが、これに限らず、その他の手段で
起震機１内に出し入れ自在に収納されていてもよい。

【００１９】また、開閉スイッチ３は押しボタン式のも
のでケーブル５の先端に取り付けられている。そして、
開閉スイッチ３の押しボタンを押すと、その電気信号は
演算器４に到達し、例えば、図２に示すような電気回路
によって開閉スイッチ３が押されたことを感知できるよ
うになされている。

【００２０】なお、ケーブル５は起震機１内に出し入れ
自在に収納されているが、起震機１の側面にケースを取
り付け、このケース内に出し入れ自在に収納するように
してもよい。また、起震機１内から出し入れされるケー
ブル５は、伸縮自在なテレスコープ状の細長管でカバー
しておいて、この細長管を伸縮させながら、それに追随
してケーブル５が移動するように構成してもよい。

【００２１】さらに、起震機１にはケーブル５の移動を
検知するエンコーダ６（図３ではロータリエンコーダを
使用）が付設されている。このエンコーダ６はセンサの
位置をディジタル符号に符号化するもので、リニアエン
コーダとロータリエンコーダがあり、特にロータリエン
コーダが好適に用いられる。また、ロータリエンコーダ
には増分形（インクリメンタル形）エンコーダと絶対値
形（アブソリュート形）エンコーダがあり、いずれも使
用される。

【００２２】ロータリエンコーダ６は、図３に示すよう
に、二本の回転ロールのうち一本の回転ロール７に歯車
状に噛み合わせて取り付けられ、起震機１内に付設され
ている。そして、この二本の回転ロールに挟まれるよう
にケーブル５が通され、ケーブル５の移動にしたがって
ケーブル５の移動距離だけ二本の回転ロールが回転し、
その回転量はロータリエンエンコーダ６によりパルスと
して演算器４に送られるようになされている。なお、ロ
ータリエンコーダ６及び二本の回転ロールは起震機１内
に付設されているが、起震機１の側面にケースを取り付
け、このケース内に付設してもよい。

【００２３】本発明の地盤構造の推定装置は上述のよう
に構成されている。このような装置を用いて、地盤構造
を推定するには、地面に設置された起震機により所定の
周波数の波を発生させ、その波の伝播速度を求める。波
の伝播速度を求めるには、波が各震動検出器間を伝播す
る時間（波の時間遅れ）（τ）及び各震動検出器間の距
離（Ｓ）が測定され、演算器４によりＶ＝Ｓ／τにより
算出される。

【００２４】ここで、波が各震動検出器間を伝播する時
間（波の時間遅れ）（τ）は、例えば、震動検出器２が
二個（２−１、２−２）の場合は、震動検出器２−１の
検出波と震動検出器２−２の検出波との相互相関を相互
相関計を用いて求めることによって、震動検出器２−１
と震動検出器２−２との間の検出時間の遅れ（τ）が測
定される。この測定方法は、前述の従来技術と異なると
ころはない。

【００２５】また、震動検出器２−１と震動検出器２−
２との間の距離（Ｓ）は、次のような方法で求められ
る。すなわち、上記起震機１に収納されたケーブル５
を、起震機１と各震動検出器２との間を一直線に出し入
れして移動させながら、ケーブル５に付されている基準
点を各震動検出器２が設置されている位置（各震動検出
器２の基準点）に合わせ、この位置で上記ケーブル５の
押しボタンを押して開閉スイッチ３を閉じる。すると、
演算器４は、開閉スイッチ３が押されたことを感知す
る。なお、開閉スイッチ３は閉じた後は直ちに開の状態
に戻される。

【００２６】そして、演算器４は、ケーブル５の開閉ス
イッチ３が押されたことを感知すると、そのときまでの
パルス数（ケーブル５の移動距離）を読み取り、カウン
ター値をクリアーする。こうして、次々とケーブル５を
移動させながら、各震動検出器２が設置されている位置
で、その都度、上記ケーブル５の開閉スイッチ３を閉
じ、その電気信号と起震機１に付設されたケーブル６の
移動を検知するエンコーダ６のパルス信号から演算器４
により各震動検出器２間の距離が求められる。

【００２７】なお、各震動検出器２間の距離の測定は、
最初に起震機１から最も遠い震動検出器２−１から操作
を行い、次々と震動検出器２−ｎまで測定するようにし
てもよく、逆に最初に起震機１から最も近い震動検出器
２−ｎから操作を行い次々と震動検出器２−１まで測定
するようにしてもよい。

【００２８】こうして、波の伝播速度が求められ、その
後は、従来技術と同様にして、地盤の構成層毎の層厚と
波の伝播速度が求められ、さらに波の伝播速度から地盤
を構成している材料の支持力比（ＣＲＢ）などの物性を
算定され、それにより構成層毎の層厚とともに層質が推
定される。

【００２９】

【発明の効果】本発明の地盤構造の推定方法及び装置
は、上述のように構成されており、各震動検出器間の距
離を予め一定の距離に固定するのではなく、各震動検出
器を障害物のない設置可能な一直線上の任意の位置に設
置して地盤構造を簡単な操作で且つ正確に推定ができる
ので、地面の状態に制限されずに適用範囲が広がり、極
めて便利である。

【００３０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の地盤構造の推定方法及び装置を示す説
明図である。

【図２】本発明に用いるケーブルの開閉スイッチに関わ
る電気回路を示す。

【図３】本発明に用いるエンコーダの作動を示す説明図
である。

【符号の説明】

１ 起震機 ２ 震動検出器 ３ 開閉スイッチ ４ 演算器 ５ ケーブル ６ エンコーダ ７ 回転ロール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地面に設置された起震機により所定の周
   波数の波を発生させ、この波の伝播時間を上記起震機か
   ら一直線上の地面に設置された複数個の震動検出器で検
   出すると共に、波が各震動検出器間を伝播する時間と各
   震動検出器間の距離から演算器により波の伝播速度を求
   め、それらの値から地盤構造の構成層毎の層厚及び層質
   を推定する方法において、 上記起震機に出し入れ自在に収納され且つ電気回路の開
   閉スイッチを有するケーブルを、上記起震機と各震動検
   出器との間を一直線に出し入れして移動させながら、各
   震動検出器が設置されている位置で上記ケーブルの開閉
   スイッチを閉じ、その電気信号と起震機に付設されケー
   ブルの移動を検出するエンコーダの信号から演算器によ
   り各震動検出器間の距離を求めることを特徴とする地盤
   構造の推定方法。
2. 【請求項２】 地面に設置され所定の周波数の波を発生
   させる起震機と、該震機から一直線上の地面に設置され
   る複数個の震動検出器と、波が各震動検出器間を伝播す
   る時間と各震動検出器間の距離から波の伝播速度を求め
   る演算器とからなる地盤構造の推定装置において、 上記起震機に出し入れ自在に収納され且つ電気回路の開
   閉スイッチを有するケーブルと、起震機に付設されケー
   ブルの移動を検知するエンコーダと、上記開閉スイッチ
   を閉じる電気信号とエンコーダの信号から各震動検出器
   間の距離を求める演算器とを備えていることを特徴とす
   る地盤構造の推定装置。