JPS6336131A

JPS6336131A - 大型三軸セルを用いたｓ波速度の測定方法および測定装置

Info

Publication number: JPS6336131A
Application number: JP17947986A
Authority: JP
Inventors: Shinya Nishio; 伸也西尾; Katsuyuki Tamaoki; 克之玉置; Shigeru Goto; 茂後藤; Yasuhiro Shamoto; 康広社本; Satoshi Akagawa; 敏赤川; Kokichi Baba; 馬場　幸吉
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Priority date: 1986-07-30
Filing date: 1986-07-30
Publication date: 1988-02-16
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: JPH0746073B2

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〕本発明は、とくに砂地盤、砂礫地盤等において、サンプ
リングによる試料の乱れの程度を把握するための大型三
軸セルを用いたＳ波速度の測定方法および測定装置に関
する。

〔従来の技術〕

従来、原子力発電所のような重要構造物は、岩盤を支持
地盤としているが、将来支持地盤として岩盤を用いるこ
とのできる地域が少なくなることが予想されるため、最
近、原子力発電所の支持地盤として砂礫地盤が注目され
てきている。原子力発電所のような重要構造物では、特
に地震時の安定性が重要であり、動的な特性について、
原位置での弾性波試験などによる微小なひずみにおける
性状のみでな（、サンプリングの室内試験による大きな
ひずみにおける性状についても調査する必要がある。

一般にサンプリングにより試料採取を行う場合、試料を
乱さず原位置の状態のままでの試験が行えるよう試料採
取することが必要である。そのために、砂地盤或いは砂
礫地盤において乱れのない試料を採取するために、地盤
を凍結させた後サンプリングする方法が提案されている
。そして、このようにサンプリングされた試料は、原位
置での標準貫入試験のＮ値と採取試料の液状化試験の結
果とを比較することにより、試料に乱れのないことを確
認していた。

また、従来、原位置での地盤の動的特性を測定する方法
としてＰＳ検層法が知られている。これは、地盤のＳ波
速度■、とＰ波速度■２を測定するものであり、特にＳ
波速度Ｖ、は次式の関係により地盤のせん新開性Ｇと関
係づけられているため、乱れにより剛性が低下するとＳ
波速度■、が変化する。

Ｇ−ρ■、２　（ρは密度）上記ＰＳ検層法は第３図に示すように、ボアホールビッ
クを任意の深度に着脱可能とし、板叩き法、重錘落下或
いは火薬爆発等により振動を与え、モニターピックによ
り各深度の波形を捕らえ、Ｓ波位相の検出後深さ方向の
走時曲線から速度分布を得るものである。

一方、室内試験でＳ波速度を測定する方法としては、超
音波パルス法が代表的である。これは、本来、岩石試料
の弾性波速度を測定する方法として普及したものであり
、砂地盤のように小さな試料においてはを効である。そ
して、原位置でのＰＳ検層法によるＳ波速度と室内試験
によるＳ波速度の結果とを比較することにより、試料に
乱れのないことを確認していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の方式のうち、原位置での標準貫入試験のＮ値
と採取試料の液状化試験の結果とを比較する方法は、高
い精度で比較することができず試料の乱れの程度を正確
に把握することができないという問題を有していた。

また、室内試験で超音波法によりＳ波速度を測定する方
法は、パルスの発信および受信を行う特殊なキャップ、
ペデスタルが必要であり、通常の三軸試験装置を用いて
測定を行うためには、大幅な装置の改良が要求され、ま
た、供試体端面とキャップ、ペデスタルとの接着状態が
測定に大きな影響を与えるため、通常の土質試料の測定
は一般的に困難であり、さらに、超音波は距離減衰が大
きいため、砂礫地盤等から得られる大型の供試体の試験
には適用できないという問題を有していた。

本発明は上記問題点を解決し、既設の大型三軸試験装置
に簡単な装置を付加するだけでＳ波速度の測定を可能と
し、原位置でのＰＳ検層法による結果と比較することに
より、試料の乱れの程度を正確に把握することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明の大型三軸セルを用いたＳ波速度の測
定方法および測定装置は、大型三軸セル内に、キャップ
とペデスタル間に膜状体で被覆した供試体をセントし、
三軸方向から応力を加えた状態で前記大型三軸セル外部
から前記キャップを打撃し、前記膜状体の上部および下
部に設置された加速度計によりＳ波速度を測定すること
を特徴とし、さらには、キャップとペデスタル間に膜状
体で被覆した供試体をセットし、三軸方向から応力を加
える大型三軸セルにおいて、大型三軸セル側壁に前記キ
ャップを打撃する水平打撃ピストンを設けると共に、前
記膜状体の上部および下部に加速度計を設けたことを特
徴とするものである。

〔作用〕

本発明による大型三軸セルを用いたＳ波速度の測定方法
および測定装置では、供試体を膜状体で被覆し大型三軸
セル１内にセットした後、セル内に水を供給し三軸方向
から圧力を加え原位置の地盤と同一の応力状態にする。

次いで、水平打撃ピストンにより供試体の上部のキャッ
プを三軸セル外部から水平方向に打撃することによりＳ
波を発生させるものである。このような方法で発生させ
た弾性波を、供試体側面の膜状体上に取付けた加速度計
で受信し、得られた二つの加速度波形から弾性波の初動
時刻の差を読み取り、Ｓ波速度を測定する。

〔実施例〕

以下実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図（イ）は、本発明による大型三軸セルを用いたＳ
波速度の測定装置の概略図、同図（ロ）は供試体の断面
図、第２図は第１図（イ）の要部断面図、第４図は測定
結果を示す図、第５図は本発明の測定方法の結果と動的
変形試験の結果およびＰＳ検層法の結果とを比較説明す
るための図である。

図中、１は大型三軸セル、２はセル、３は供試体、４は
載荷軸、５は膜状体、６はキャップ、７はペデスタル、
８は水平打撃ピストン、９はシリンダ、１０はベアリン
グ、１１はピストン、１２はベロフラム、１３は圧力室
、Ｃはコンプレッサ、１４は加速度計、１５は直流増幅
器、１６はデジタルストレージスコープ、１７はマイコ
ン、１８は加速度計測回路を示す。

第１図および第２図に示すように、大型三軸セル１は、
セル２内に供試体３を載置し載荷軸４により繰り返し加
圧可能な三軸試験装置である。供試体３は例えば直径＝
３００　ｖａ、高さ＝６００　ｔｍの円柱状の供試体で
あり、ゴムメンブレム等の膜状体５で被覆され、上下に
それぞれキャップ６およびペデスタル７がセットされる
。セル２内には水が充填されコンプレッサＣによりセル
圧が加えられ、供試体３の側面に拘束圧を加えるように
なっている。

一方、セル２の側壁を貫通して水平打撃ピストン８が設
置され、第２図に詳細に示すように、シリンダ９内にベ
アリング１０を介してピストン１１が配設されると共に
、シリンダ９内のベロフラム１２．１２で仕切られた圧
力室１３には、コンプレッサＣからセル圧と同圧のエア
が供給され、ピストン１１が任意のセル圧のもとて自由
に動くようになっており、打撃によりピストン９の一端
が供試体３の上部のキャップ６に当接するようになって
いる。

さらに、ピストン１１がキャプ６を打撃する点から９０
度の角度を成して、膜状体５の鉛直線上の上部およｑ下
部にそれぞれ加速度計１４．１４を取付け、両顎速度計
１４．１４を直流増幅器１５、デジタルストレージスコ
ープ１６およびマイコン１７で構成される加速度計測回
路１８に接続している。加速度計１４は、例えばプリア
ンプ内蔵の圧電型加速度計を用い、加速度計の取付けに
より供試体の変形性状が変化しないように小型計量タイ
プのものを採用する。

次に、測定方法について説明すると、供試体３を膜状体
５で被覆し、大型三軸セル１内のキャップ６およびペデ
スタル７にセットした後、セル２内に水を供給し三軸方
向から圧力を加え原位置の地盤と同一の応力状態にする
。次いで、水平打撃ピストン８を打撃し、供試体３の上
部のキャップ６を三軸セル１外部から水平方向に打撃（
せん断打撃）することによりＳ波を発生させるものであ
る。このような方法で発生させた弾性波を、供試体３側
面の膜状体５上に取付けた加速度計１４．１４で受信す
る。弾性波速度は、加速度計測回路１８において、得ら
れた二つの加速度波形から弾性波の初動時刻の差を読み
取り、次式により計算される。

Ｖ、＝ｄ／ｌここで、■、はＳ波速度（ｍ　／ｓｅｃ　）　、ｄは加
速度計間の距離（ｍ）、ｔは初動時刻の差（ｓｅｃ　）
を示す。

この方法は電気的なパルスや複雑な装置は一切必要とし
ない非常にシンプルなもので、通常の動的変形試験、液
状化試験の実施には何の支障も与えない。

第４図は本発明による測定装置により、鉄の供試体（直
径３００ｍｍ、高さ６００ｍｍ）についてＳ波速度を測
定した走時曲線を示している。図中の直線は理科年表か
ら引用した鉄の弾性波速度を示しているが、測定値はこ
れと極めて強い相関を示しており、本測定方法によりＳ
波速度が正確に測定できることが証明されている。

第５図は凍結サンプリングにより採取した試料について
、本発明の測定方法により測定したＳ波速度および動的
変形試験の結果から求めたＳ波速度と拘束圧の関係を示
している。これによれば、両者はほぼ平行な直線となっ
ており、両者の間には良い相関が認められる。また、試
料採取層におけるＰＳ検層の結果（ただし、静止土圧係
数に０−１と仮定）と良く一致しており、採取試料の乱
れが殆どないものであることがわかる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく種
々の変形が可能であることは勿論である。

例えば上記実施例においては、砂地盤、砂礫地盤等の試
料について説明しているが、岩石等その他の試料につい
て測定することも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、既設の大型三軸試
験装置に水平打撃ピストンという簡単な装置を付加する
だけで、原位置の地盤と同じ応力状態でのＳ波速度の測
定を可能とし、この室内試験の結果と原位置でのＰＳ検
層法による結果と比較することにより、採取時の試料の
乱れの程度を正確に把握することができる。

また、加速度計測回路は、デジタルストレージスコープ
およびマイコンで構成されているので、１回の測定およ
びデータ保存に要する時間を３０秒足らずに短縮させる
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】第１図（イ）は、本発明による大型三軸セルを用いたＳ
波速度の測定装置の概略図、同図（ロ）は供試体の断面
図、第２図は第１図（イ）の要部断面図、第３図はＰＳ
検層法の原理を示す図、第４図は測定結果を示す図、第
５図は本発明の測定方法の結果と動的変形試験の結果お
よびＰＳ検層法の結果とを比較説明するための図である
。ｌ・・・大型三軸セル、２・・・セル、３・・・供試体
、４・・・載荷軸、５・・・膜状体、６・・・キャップ
、７・・・ペデスタル、８・・・水平打撃ピストン、９
・・・シリンダ、１０・・・ベアリング、１１・・・ピ
ストン、１２・・・ベロフラム、１３・・・圧力室、Ｃ
・・・コンプレッサ、１４は加速度計、１５・・・直流
増幅器、１６・・・デジタルストレージスコープ、１７
・・・マイコン、１８・・・加速度計測回路。出　願　人　　清水建設株式会社代理人弁理士　阿　部　龍　吉（外２名）第１図（イ）（ロ）第２図伎停第３図第４図時間　（ｒｎｓｅｃ　）第５図子ｔフ１乏圧　（ｔｔｐζ【）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）大型三軸セル内に、キャップとペデスタル間に膜
状体で被覆した供試体をセットし、三軸方向から応力を
加えた状態で前記大型三軸セル外部から前記キャップを
打撃し、前記膜状体の上部および下部に設置された加速
度計によりＳ波速度を測定することを特徴とする大型三
軸セルを用いたＳ波速度の測定方法。
（２）キャップとペデスタル間に膜状体で被覆した供試
体をセットし、三軸方向から応力を加える大型三軸セル
において、大型三軸セル側壁に前記キャップを打撃する
水平打撃ピストンを設けると共に、前記膜状体の上部お
よび下部に加速度計を設けたことを特徴とする大型三軸
セルを用いたＳ波速度の測定装置。
（３）上記加速度計は、水平打撃ピストンがキャプを打
撃する点から９０度の角度を成して、膜状体の鉛直線上
に設置したことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
の大型三軸セルを用いたＳ波速度の測定装置。
（４）上記水平打撃ピストンに作用する圧力を大型三軸
セル内の圧力と同圧にしたことを特徴とする特許請求の
範囲第２項または第３項記載の大型三軸セルを用いたＳ
波速度の測定装置。