JPH02189434A - ボアホール式軸方向ひずみ計 - 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〕 本発明は、地中に埋設して軸方向の歪みを計測するボア
ホール式軸方向ひずみ計に関する。

〔従来の技術〕

地殻の傾斜や、ひずみ変化などに対する地殻変動連続観
測は、地震観測と並び地震予知のために重要なものであ
る。最近これらの観測は、土地問題、保守管理上の問題
から、ボアホール（ポーリング孔）を利用して行われる
ことが多い。

すでに傾斜計や水平方向のひずみを測る３成分ひずみ計
はボアホール式のものがある。なお、このボアホール式
３成分ひずみ計は、本件発明者が発明（埋込式ひずみ計
；特許第１３９５５１７号、特公昭６２−２２４９号公
報参照）し、実用化したものであるが、本件発明者は、
さらにこのボアホール式３成分ひずみ計の上に傾斜計、
地震計をつけ加え、一体化したボアホール式複合観測装
置を開発し、実用に供しつつある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来より鉛直方向（ボアホールの軸方向）のひ
ずみ変化を高精度で測定するものはなかった。ただ、類
似のものとして、土木構造物の監視用として使われるカ
ールソン型変換器あるいはひずみゲージを利用したひず
み計はあるが、これらは０分解能が低い、■長期安定性
にかける、等の欠点があり、地震予知のための地殻変動
観測には使えないものである。

また、地震予知のための地殻変動連続観測において、前
兆検出の信頼度を上げるためには、ある観測点で種類の
異なる観測をできるだけ数多く行うことが有効であり、
このような観点から、上記ボアホール式複合観測装置に
さらに付加するものとして、ボアホール式軸方向ひずみ
計が望まれる。

さらに、最近はグローパルサイスモロジー（汎地球的地
震学）といって、地球上にできるだけ均一に地震観測点
を配置し、そのデータにより地球内部の各種異方性を調
べようとする気運が高まってきている。このためには海
底にも広帯域の地震計を設置する必要があるが、この場
合保守管理の点からいうと、従来の陸上用長周期地震計
は適当ではなく、むしろボアホール式のひずみ計を広帯
域のひずみ地震計として利用することが有効である。し
かし、この場合も水平方向のひずみ地震波の観測だけで
は十分ではなく、鉛直方向のひずみ地震波の測定も要求
される。このように純学術的な方面からも、精度の高い
ボアホール式軸方向ひずみ計が求められている。

本発明は、上記のような要請に応えられるような高分解
能、高安定件を持つボアホール式の軸方向ひずみ計を堤
供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明は、地中に埋設して軸方向の歪みを計
測するボアホール式軸方向ひずみ計であって、円筒形状
のハウジングを中間板で上部の信号変換部と下部の伸縮
検出部に２分し、伸縮検出部の底板に剛性の高い連結柱
を接合して当該連結柱の上端と中間板との相対変位を信
号変換部に中間板を介して増幅伝達するように構成した
ことを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明のボアホール式軸方向ひずみ計では、伸縮検出部
の底板に剛性の高い連結柱を接合して当該連結柱の上端
と中間板との相対変位を信号変換部に中間板を介して増
幅伝達するので、例えば大ベローズと小ベローズとの組
み合わせを採用することにより高い精度で軸方向のひず
みを計測することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係るボアホール式軸方向ひずみ計の１
実施例を示す図であり、１は岩盤、２は充填用モルタル
、３は底板、４は中間板、５は上板、６は伸縮検出部、
７は信号変換部、８は連結柱、９は大ベローズ、１０は
通路、１１は小ベローズ、１２は差動トランス、１３は
余剰シリコンオイル排出用孔、１４は余剰シリコンオイ
ル排出用弁、１５はシリコンオイルだまり、１６はガス
だまり、１７は信号ケーブルを示す。

本発明に係るボアホール式軸方向ひずみ計は、全体とし
て円筒状をなしており、第１図に示すように地表から地
下の岩盤１までうがったポ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で充填することによ
って、周囲との一体的結合を図ったものである。そして
、本体は、中間板４により上方の信号変換部７と下方の
伸縮検出ａ’Ｂ６に２分されている。

伸縮検出部６においては、剛性の大きい連結柱８が底板
３の上に、外部円筒と同軸になるように取りつけられて
いる。そして、この連結柱８の上端は、中間板４の下側
に取りつけられた大ベローズ９に接合されている。この
大ベローズの中は、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で満たされ、この液体は、中間板４
の上側に接合された小ベローズ１１と中間板４を貫通す
る通路１０により連通している。

また、信号変換部７においては、小ベローズ１１の周囲
にその変位を電圧変化に変換する差動トランス１２が設
けられ、ケーブル１７は、この出力信号を地上に送るた
めのものである。そして、これら小ベローズ１Ｌ差動ト
ランス１２がシリコンオイルで埋没するシリコンオイル
だまり１５となり、上方の空間１６には不活性ガスが充
填されている。また、中間板４の、小ベローズ１１の外
側と大ベローズ９の内側との間に余剰シリコンオイル排
出用孔１３と余剰シリコンオイル排出用弁１４が設けら
れる。

本発明に係るボアホール式軸方向ひずみ計は、上記構成
により地殻の鉛直方向のひずみ変化を測定するものであ
り、次にその動作を説明する。

本発明のひずみ計が埋設されている岩盤に上下方向のひ
ずみ変化があった時、このひずみ計もそれに対応して上
下方向の伸縮を受けるが、この時の中間板４と底板３と
の間隔の変化は、連結柱８によりそのまま大ベローズ９
の伸縮として伝えられる。この大ベローズ９の伸縮によ
り内部のシリコンオイルが通路１０から小ベローズｌｌ
内に流出入する。これによる小ベローズ１１の変位は、
差動トランス１２によって電圧変化に変換され、信号ケ
ーブル１７を通じて地上に送られる。

なお、小ベローズ１１の伸びが限界に達したときは、排
出用バルブ１４を開け、排出口１３から余剰のシリコン
オイルを小ベローズ１１の外側のオイルだまり１５に排
出する。したがって、この排出用バルブ１４の操作によ
り、小ベローズ１１を再び中間作動点に復帰させること
ができる。また、このオイルだまり１５の上部の空間１
６は、余剰シリコンオイルの排出に無理はかからないよ
うに圧縮されやすい不活性ガスでみたされている。

小ベローズ１１の縮みが限界に達したときも、排出口１
３を通るシリコンオイルの流れが逆の向きになるだけで
ある。

このようにして得られた中間板４と底板３との間の距離
変化Δβをその距離ｐで割ったもの、すなわちΔβ／ｌ
が上下方向のひずみ変化Δε、にほぼ等しくなる。なお
、ΔＩｌ／βからより厳密なひずみ変化Δεヨを求める
ためには、有限要素法などにより補正係数を求めておけ
ばよい。

第２図及び第３図は連結柱を変形した本発明の他の実施
例を示す図であり、２１と２４は大ベローズ、２２と２
５は連結柱、２３と２６は底板を示す。

これらは、連結柱の横方向の体積力に対する剛性を高め
、地震時の横方向の振動を軽減するように工夫をしたも
のである。第２図に示す例は、先細りとなるようにテー
パーをつけた連結柱２２を用いたものであり、第３図に
示す例は、製作を容易にするため、直径の異なるパイプ
を２段に積、んで連結柱２５を構成したものである。こ
れにより横方向の振動がみかけの上下方向のひずみ変化
となってあられれるのを防ぐことができる。

第４図は岩盤との一体化を強化するための本発明の他の
実施例を示す図であり、３１は伸縮検出部、３２は信号
変換部、３３と３４は延長部を示す。

第４図において、延長部３３．３４は、それぞれひずみ
計の上下部分をそれぞれスカート状に延ばし、多数の孔
をあけたものである。これにより、ひずみ計とモルタル
との接触面積が大きくなり、モルタルを介して岩盤とよ
り確実に一体化されることが期待できる。

以上述べたように、本発明に係るポアホール式軸方向ひ
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
地殻ひずみの連続測定をポーリング孔中で行うためのも
のとして最適である。

この場合、すでにあるボアホール式３成分ひずみ計とあ
わせてボアホール式４成分ひずみ計としたものが特に有
効であろう。この４成分ひずみ計は、ひずみ地震計とし
ても有効で将来海底に設置するものとして特に有力であ
る。また、これらの特性を生かしダム等大型構造物に埋
込み、応力（ひずみ）変化の連続的監視にも応用できる
。近年、地下岩盤内に大型空洞をうがち、各種施設とし
て利用する計画が増えてきているが、最近は地下都市の
概念が出されるまでにいたり、地下空間の利用がさらに
大きな発展をとげようとしている。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
定する必要があるが、本発明のボアホール式軸方向ひず
み計を３成分ひずみ計とあわせてボアホール式４成分ひ
ずみ計とすると、この目的のためにも大いに利用できる
。

なお、本発明は、上記の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。上記の実施例では、ひず
み計の上下部分をそれぞれスカート状に延ばし、さらに
孔をあけることによって、岩盤との一体化を確実にする
ように構成したが、この延長部の形状は、円筒状でも円
柱状でもよく、さらには、本体や延長部の表面に円周方
向の溝を多数に設けたり、凹凸部分を設けるようにして
もよい。また、信号変換部には、ベローズを用いたが、
ダイヤプラムその他の信号増幅手段を用いてもよいし、
差動トランスも他の磁気センサー等の変位検出手段に代
えてもよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、伸縮
検出部の長さを大きくすることにより、あるひずみ変化
に対応した大ベローズの変化を大きくすることができる
ので、分解能を必要に応じて大きくすることができる。

また、大ベローズと小ベローズの断面積比を大きくする
ことにより、機械的な増幅度を上げることができる。さ
らに使用する液体に化学的安定性の高いものを選び、長
期の安定性を保証することができる。また、このひずみ
計の地中部分には、電気回路としては、差動トランスの
コイル部分があるだけであり、半導体素子等は含まれな
いので、本発明のボアホール式軸方向ひずみ計は、地中
においてもより高温に耐えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るボアホール式軸方向ひずみ計の１
実施例を示す図、第２図及び第３図は連結柱を変形した
本発明の他の実施例を示す図、第４図は岩盤との一体化
を強化するための本発明の他の実施例を示す図である。 ｌ・・・岩盤、２・・・充填用モルタル、３・・・底板
、４・・・中間板、５・・・上板、６・・・伸縮検出部
、７・・・信号変換部、８・・・連結柱、９・・・大ベ
ローズ、１０・・・通路、１１・・・小ベローズ、１２
・・・差動トランス、１３・・・余剰シリコンオイル排
出用孔、１４・・・余剰シリコンオイル排出用弁、１５
・・・シリコンオイルだまり、１６・・・ガスだまり、
１７・・・信号ケーブル。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）地中に埋設して軸方向の歪みを計測するボアホー
   ル式軸方向ひずみ計であって、円筒形状のハウジングを
   中間板で上部の信号変換部と下部の伸縮検出部に２分し
   、伸縮検出部の底板に剛性の高い連結柱を接合して当該
   連結柱の上端と中間板との相対変位を信号変換部に中間
   板を介して増幅伝達するように構成したことを特徴とす
   るボアホール式軸方向ひずみ計。
2. （２）連結柱の上端と中間板との間に大ベローズを配置
   し、中間板の上側の信号変換部側に小ベローズを配置し
   て中間板に連通孔を設けたことを特徴とする請求項１記
   載のボアホール式軸方向ひずみ計。
3. （３）大ベローズ及び小ベローズ内にシリコンオイルを
   封入し、信号変換部内に不活性ガスとシリコンオイルを
   封入するとともに、中間板の小ベローズの外側と大ベロ
   ーズの内側との間にシリコンオイルの連通孔及び弁を設
   けたことを特徴とする請求項２記載のボアホール式軸方
   向ひずみ計。
4. （４）連結柱として、上端と下端で異なる径にしたこと
   を特徴とする請求項１記載のボアホール式軸方向ひずみ
   計。
5. （５）ポーリング孔内に設置し、周囲の岩盤との隙間に
   モルタルを充填したことを特徴とする請求項１記載のボ
   アホール式軸方向ひずみ計。
6. （６）外周面をモルタルとの接触面積が大きくなるよう
   に構成したことを特徴とする請求項５記載のボアホール
   式軸方向ひずみ計。