JPS63307340A - 電磁波による土の乾燥密度の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、電磁波を用いて土の乾燥密度を測定する方法
に関するものである。

［従来技術とその問題点１ 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。

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。

ところで、締固め度合は、目で見ただけでは判らないの
で、施工中宮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（ラノオア
イソトープ）法、ＣＢ　Ｒ（ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ　ｂ
ｅａｒ−ｉＢ　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。しがしながら、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、γ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と一定の関係にあ
るという原理を利用した測定法である。しかしながら、
〃ンマ線等の放射線は、被曝障害等のＦＩＪ１題、貞が
あって、放射線のｆ埋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０．２
５ｃｍ貫入する時の荷重を１，３７０ｋｇ″Ｃｈ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ぽかり
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
横道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。

［発明の目的１ 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、土の締固め度合を算
出するのに重要な測定因子である締固め中の土の乾燥密
度を、非破壊的で同一箇所を繰返して測定することがで
き、測定時間も極めて短くＩＪフルタイムの測定が可能
で、多数の筒所での測定ができる電磁波による土の乾燥
密度の測定方法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乾燥密度の測定方法は、被測
定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、これら測定値と土粒子の比
重および比誘電率により、上記上の乾燥密度を算出する
ことを特徴とするものである。

［実施例１ 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。

まず、＃＆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。

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Ｉ
ＧＨｚのインパルスを発射し、ｄ。

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お上りオシロスコープ７を通して、ＸＹプロッタ
ー８により、第２図に示すように、エフウェーブ（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
記上１を、送信アンテナ２および受信７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、エフウェーブ（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。

−ｄ Ｖｓ−□　　　・・・・・・・・・（１）ＣΔを十ｄ。

ただし、Ｃは光速で２　、９９８　Ｘ　１０　”ｍ／ｓ
ｅｃ。

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。

一般に土は導電率σ′がσ中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との開には式（
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、上記上１の比誘電率Ｅ「を算出する
ことがでさる。

一方、従来から土の比誘電率Ｅ「の算定式として、次の
式（３）が提案されている。

ここで、Ｅｉは土を土粒子ｓ１水−１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。

ところで、子（Ｅｉ）の関数として、従来よりいる。

本発明者等は、標準砂、関東ローム、生汁の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、子（
Ｅｉ）＝ｕ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 Ｅｒ＝ΣＦ・φｉ　＝　５・φＳづ重・φ（２）＋狸・
φａ　　　・・・・・・・・・（４）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、φ…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。

φ５＝ｆｄ−Ｇｓ−’ φ―＝…・ｆｄ　　　　　　　　　・・・・・・・・・
（５）φａ＝　１−　ｆ　ｄ（Ｇｓ−’　＋ｗ）ただし
、ｆｄは土の乾燥密度、Ｇｓは土粒子の比重、智は含水
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γｄについ
て整理すると、次式（６）を導くことができ・・・・・
・・・・（６） 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。

従って、土の乾燥密度ｒｄは、電磁波の土中伝搬速度Ｖ
ｓと、土粒子の比重Ｇｓと土粒子の比誘電率Ｅｓと含水
比−から求めることができる。

このうち、土粒子の比誘率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−のみを測定す
れば良いことになる。

１４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
（５几−１）Ｇｓ−’＋８憚を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、１
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
。

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。

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ＥｊＪ＝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、以上説明した土の乾燥密度γｄを求める手法
を７０−図にしたものであって、被測泥土の比重Ｇｓと
土粒子の比誘電率Ｅｓを室内試験から予め決定しておき
、例えば土の締固め現場において電磁波の土中伝搬速度
Ｖｓと土の含水比−を測定することで、式（７）を用い
て被測泥土の乾燥密度ｆｄを得ることが可能となる。

［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。

（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。

（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。

【図面の簡単な説明】

ｍ１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彼形図、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図は土の乾燥密度を求める
手法を示した７０−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・・・
Ｘ　Ｙ　フ’　ツター＋＋特許出願人　建設省土木研究
所長 同　　　東急建設株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定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、これら測定値と土粒子
   の比重および比誘電率により、上記土の乾燥密度を算出
   することを特徴とする電磁波による土の乾燥密度の測定
   方法。