JPS622249B2

JPS622249B2 -

Info

Publication number: JPS622249B2
Application number: JP5005081A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Sakata
Original assignee: KAGAKU GIJUTSUCHO KOKURITSU BOSAI KAGAKU GIJUTSU SENTAA SHOCHO
Current assignee: KAGAKU GIJUTSUCHO KOKURITSU BOSAI KAGAKU GIJUTSU SENTAA SHOCHO
Priority date: 1981-04-04
Filing date: 1981-04-04
Publication date: 1987-01-19
Also published as: JPS57165710A

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 発明の技術分野この発明は地殻ひずみの３成分変化を連続測定
するための埋込式３成分ひずみ計に関する。

(ロ) 先行技術地殻ひずみの３成分変化を連続測定すること
は、地震予知のための前兆観測の一つとして有効
と思われる。この測定を首都圏のような、堆積層
の厚い平野部において実施するためには、深いボ
ーリング孔の孔底に設置する埋込式の３成分ひず
み計が必要となる。

埋込式３成分ひずみ計としては、従来、物体内
にうがつた円筒状の孔あるいはその孔に埋込んだ
円筒内部において、孔径変化、孔周ひずみあるい
は孔底ひずみを測定し、計算で求めるものがあ
る。しかし、これらのものは、ひずみゲージによ
る測定に基づく以上分解能が低い、長期安定
性に欠ける、センサー部が小さいため不均質物
質中では平均的なひずみが測れない、等の欠点が
あり、地震予知のための地殻変動観測には使えな
い。より高い分解能や長期安定性が得られるもの
として、地殻変動観測のために、埋込式の体積ひ
ずみ計が実用化されているが、これは体積ひずみ
という１成分のみを測るためのものであり、３成
分変化は測ることができない。

(ハ) 発明の目的本発明は、この埋込式体積ひずみ計の利点を生
かしつつ、３成分ひずみ変化が測定できる埋込式
３成分ひずみ計を提供することを目的とするもの
である。

(ニ) 発明の構成まず、実施例１について、図面に基づき、この
発明の構成を説明する。

このひずみ計は、地殻の水平ひずみの３成分変
化を測定するためのもので、第１図に示すよう
に、地表から地下の岩盤１までうがつたボーリン
グ孔内に設置し、周囲の岩盤との間隙は膨張性モ
ルタル２で充てんし、周囲との一体的結合をはか
つている。このひずみ計の地中埋込部分は、感圧
部４及び電気信号変換部３より成る。

感圧部４は、直接ひずみ（応力）変化を感ずる
部分であり、本発明の主体をなすものである。本
ひずみ計においては、第２図に示すように、感圧
部４を構成する隔室５の数は３である。また、隔
室５の外側の感圧板６は、工作や完成後の取扱い
の便利さを考え、３枚を連らねたものが円筒形と
なつて外部に凸な曲面板となるようにしている。
また、内部柱状物体７も円柱形を選んだ。

この感圧板６と、内部物体７から一体的に削り
出しで作成されて半径方向に突出して配置されて
いる隔壁８との接合は線溶接９でなされ、隔室５
相互の気密性は十分に保たれている。そして各隔
室５は曲面板である感圧板６の内面および柱状物
体７の外面と２つの隔壁８で形成されている。こ
の感圧板６や内部物体７は、耐食性を考えたとえ
ば、ステンレス鋼（SUS304）でできている。ま
た、感圧板６の上端及び下端においても、同じ材
料による第３図フタ１１が接合され、各隔室５の
独立性が保たれている。各隔室５は同一の断面を
持つて柱状物体７の周囲に配置され、軸方向にの
びている。

各隔室５内部は、化学的安定性の高い液体とし
て、たとえばシリコンオイル１０で満たされてい
る。このシリコンオイル１０は、上端のフタ１１
に設けられた細い穴２５を介して上部の電気信号
変換部３に通じている。この変換部３は、気象庁
のひずみ計の変換部と同じ型式のもの３組１２，
１３，１４を３段に積上げたものである。すなわ
ち、各隔室５からの通路であるパイプ１５，１
６，１７がそれぞれベローズ１８に連つている。
遠方からの応力（ひずみ）変化に対応して、各感
圧板６が変形し各隔室５の断面積が変化すること
により、外部に絞り出される（あるいは内部に吸
い込まれる）シリコンオイル１０の量に比例して
ベローズ１５が伸縮するが、この動きは差動トラ
ンス１９によつて電気信号に変換され、ケーブル
２０を通じて地上に送られる。

ベローズ１８の伸びが限界に達したときは、排
出用バルブ２１が開き、排出口２２から余剰のシ
リコンオイルをベローズ１８の外側のオイルだま
り２３へ排出するようになつている。この操作に
よりベローズ１８を再び中間作動点に復帰させる
ことができる。このオイルだまり２３上部の空間
はたとえばアルゴンのような不活性ガス２４で満
たされている。このガス２４は圧縮されやすいの
で、余剰シリコンオイルの排出に無理はかからな
い。

ところで、シリコンオイルの熱膨張率は、ステ
ンレス鋼のそれよりも２桁大きいから、仮に温度
変化があつた場合の、みかけのひずみ変化をなく
するためにも、隔室５内部のシリコンオイル１０
の全体積をできるだけ小さくする必要がある。そ
のため、内部物体７はできるだけ直径を大きく
し、感圧板６との間隔を小さくしてある。内部物
体７を太くし、全体の重量を大きくしておくこと
は、埋設のとき、あらかじめボーリング孔内に注
入したモルタル中に、自重で沈み込みやすいとい
う点からも有利である。

次に第４図は、このひずみ計が埋込まれている
弾性体の無限遠（実際は、感圧部４直径の10倍程
度以上の距離）に、主圧縮応力P₁およびP₂が働い
ている状態を示す。ここでP₁は、ある隔壁８に対
してβの角度を持つているとする。P₁，P₂が働く
ことによる各隔室５の断面積の変化を△S₁，△S₂
及び△S₃とすると、以下の３つの方程式が成立す
る。すなわち、 △S₁＝Ａ（P₁＋P₂）＋Ｂ（P₁−P₂）cos（２β−120゜） △S₂＝Ａ（P₁＋P₂）＋Ｂ（P₁−P₂）cos2β △S₃＝Ａ（P₁＋P₂）＋Ｂ（P₁−P₂）cos（２β＋120゜）である。各断面積の変化量は、各隔室５から上ブ
タ１１の穴２５を通つてしぼり出される液体の量
に比例するものとして変換部３で観測される。上
の連立方程式を解くことにより、P₁，P₂およびβ
が求まる。主圧縮応力の変化P₁，P₂は容易に主ひ
ずみの変化ε_１，ε_２に変換できる。なお、先の
連立方程式中の係数Ａ，Ｂの値は、別途、二次元
弾性論に基づいた計算から求められるものであ
る。

次に、本発明の他の実施例をあげ簡単に説明す
る。第５図の実施例２は、本質的には実施例１と
同じであるが、感圧板６として円筒を２つに割つ
たものを利用している。これは工作が簡単である
という利点がある。

第６図の実施例３は、隔室数４の場合である
が、この場合、ひずみの３成分変化は測定できな
い。ただ、この図のように主応力の方向が、つね
に隔室５を２等分していることが予想されるよう
な場合には、２つの主ひずみ（主応力）の値の増
減のみを検知するものとして有効である。

第７図の実施例４は隔室数が５の場合である。
このときは、５つのうち任意の３つの隔室５から
の液体流出量を知ることにより、ひずみ３成分の
変化を求めることができる。また、５つの隔室５
すべてからの観測量をもとにすれば、最小自乗法
により、信頼度の高い結果を得ることができる。

第８図の実施例５は隔室数が６の場合である。
このときは、６つの隔室５のうちから、任意の一
続きの３つの隔室あるいは任意の一つおきにとつ
た３つの隔室の観測量をもとに結果を得ることが
できる。

実施例１，３，４，５の場合では感圧部の形状
が円筒形であり、しかも内側が３ケ所以上で支え
られているため、高い外圧に対しても座屈を起し
にくい。従つて大きい地圧のかかる深いボーリン
グ孔（たとえば深さ3000m）の底にも安心して設
置できる構造のものが得られる。

(ホ) 発明の効果感圧部４の長さを大きくすることにより、ある
ひずみ変化に対応した各隔室５の容積変化量を大
きくすることができる、すなわち分解能を必要に
応じて大きくすることができる。

また、この容積変化は、円筒の半径方向の変位
を全円筒表面について積分した結果得られるもの
であるから、たとえば岩石のような不均一体中に
おいても、局部的なものに影響されず、全体的平
均的なひずみ変化を検知することができる。

さらに、使用する液体に化学的安定性の高いも
のを選ぶことは容易なので、長期の安定性も保証
される。

以上のべてきたように、本ひずみ計は、長期安
定性や高分解能が保証されていること、大深度に
も設置できること等から、地震予知のための地殻
３成分ひずみの変化の連続測定を、ボーリング孔
中で行うためのものとして最適である。

また、これらの特性を生かし、ダム、原子炉等
大型構造物に埋込み、応力（ひずみ）変化の連続
的監視に応用できる。また、近年、地下岩盤内に
大型空洞をうがち、水力あるいは原子力発電所を
収容したり、石油や放射性廃棄物の貯蔵に利用す
ることが増えてきているが、このような場合にも
安全対策として空洞周辺の応力（ひずみ）変化を
連続測定をする必要があり、本ひずみ計はこの目
的のため大いに利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１の縦断面図、第２図
は同上の感圧部断面図、第３図は同上の感圧部上
フタの平面図、第４図は同上の作用説明横断面
図、第５図は本発明の実施例２の要部横断面図、
第６図は本発明の実施例３の要部横断面図、第７
図は本発明の実施例４の要部横断面図、第８図は
本発明の実施例５の要部横断面図である。１……岩盤、２……充てん用モルタル、３……
変換部、４……感圧部、５……隔室、６……感圧
板、７……内部物体、８……隔壁、９……線溶接
部分、１０……シリコンオイル、１１……フタ、
１５，１６，１７……パイプ、１８……ベロー
ズ、１９……差動トランス、２０……ケーブル、
２１……排出用バルブ、２２……排出口、２３…
…オイルだまり、２４……不活性ガス、２５……
穴。

Claims

【特許請求の範囲】１以下にのべる感圧部と電気信号変換部とを持
つ埋込式の３成分ひずみ計。 (イ) 感圧部は、柱状物体の周囲に、同一の断面を
持ち軸方向にのびる３以上の隔室が回転対称に
配置され、 (ロ) 隣接する２隔室をへだてる隔壁は、内部物体
から半径方向に突出するように配置され、 (ハ) 隣り合わせた２隔壁の頂部各間は外部に凸な
曲面板で結合され、 (ニ) ２つの隔壁、曲面板内部および柱状物体外面
によつて構成される各隔室は、それぞれ液体で
満たされ、 (ホ) 各隔室上部に設けられた各電気信号変換部と
各隔室とを通路で連結する。