JPH0443989A

JPH0443989A - 弾性波速度計測方法及びその装置

Info

Publication number: JPH0443989A
Application number: JP2149789A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Yoshida; 吉田　保夫; Koji Kudo; 康二工藤
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 1990-06-11
Filing date: 1990-06-11
Publication date: 1992-02-13
Anticipated expiration: 2010-06-14
Also published as: JPH0756513B2

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）本発明は弾性波による地盤調査に用いる弾性波速度計測
方法及びそれを実施する装置に関する。

更に詳述すると、本発明は地盤中を伝播する弾性波の直
接波の伝播速度から地盤等の探査を行なう弾性波速度計
測方法及びその装置に関する。

（従来の技術）弾性波による地盤調査の１つとして、地中において横坑
やポーリング孔を利用して直接波の伝播速度を測定して
岩盤の良否の判定や岩盤分類の一指標とするものがある
。この弾性波による調査は物理探査法の中で最も汎用性
があり通常の岩盤調査に用いられている。

従来の弾性波探査は、地表又は地中の一点で爆発等によ
って人工的に衝撃を与え、地盤・岩盤を振動させ、発生
した弾性波が周囲に広がっていく際の波動の速度を検出
して岩盤の物理的性質等を調査するものである０弾性波
の速度は蝋質である地盤や岩盤の物理的性質に左右され
ることから、弾性波の伝播速度から岩盤の適否判断、掘
削線の決定、岩盤の緩み、領域の判定、グラウト効果の
判定等を行なうことができるし、また弾性波速度を原位
置試験に対する分類上の指標としても用いられる。

この弾性波による探査は縦波（Ｐ波）と横波（Ｓ波）を
使用して行われている０例えば、横坑内の爆破点からの
直接波を他の横坑内に設けた幾つかの受振点で受けてそ
の間の弾性波速度を多数測定して岩盤のゾーン区分とそ
の平均速度を求めることがあり、またある間隔で数本の
ポーリング孔内部にその深さに応じて側線を求め、直接
波定時曲線を求めて深度に応じた速度を求めることもあ
る。

（発明が解決しようとする８Ｂ”）しかしながら、従来の探査方法はいずれも地表面に弾性
波発振源を設けるか、あらがしめポーリング孔を開けて
その孔の中に弾性波の発振源と受振器とを備えて探査す
るようにしているので、弾性波発振源を地表面に設置で
きないような調査例えば海底地質や海底地盤の調査にお
いては使用できなかった。また、ポーリング孔を使用し
て弾性波探査を行う場合にはポーリング孔をあらかじめ
設けるための時間とコストがかかるし、砂地のような柔
らかい地盤では実施できない、特に、２本の縦坑を組合
せることによって深度方向の弾性波速度を測定すること
も可能であるが、複雑なポーリングを必要とするなめ費
用がかさむ上に弾性波発振源と弾性波受振器の距離が一
定でないため測定精度が充分にでない問題がある。また
、縦坑を利用した弾性波探査では地盤の深度方向の弾性
波速度が計測できないため詳細な地盤の速度構造が得ら
れない。

本発明は測定精度が良く深度方向に連続して弾性波速度
が測定できかつ調査費用が安価につく弾性波速度計測方
法及びその装置を捷供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）かかる目的を達成するため、本発明の弾性波速度計測方
法は、弾性波による調査を行う地盤に弾性波受振器と地
盤を伝播する弾性波の速度を測定する２個の受振器とを
１本のパイプに収めて地盤に貫入し、前記弾性波発振源
から発振される弾性波が地盤中を伝播するＳ波速度を前
記２個の受振器の波動到達時間差から求め、前記パイプ
を貫入して深度方向に連続的にＳ波速度を求めるように
している。

また、本発明の弾性波速度計測装置は、地中に貫入可能
なケーシングパイプと、このパイプ内に収容されると共
に一部がケーシングパイプの外に突出した加振部材を有
する弾性波発振源と、地盤中を伝播する弾性波のＳ波速
度を測定する受振器とから成り、前記受振器は深度方向
に一定間隔を開けて２個配置するようにしている。

（作用）したがって、ケーシングパイプを地盤内に貫入すること
によって弾性波発振源と受振器とを一定の間隔をあけて
地中にａ置し、弾性波速度測定を実施することができる
０弾性波発振源から与えられたＳ波は地盤を伝わって深
度方向に伝播し２個の受振器によってそれぞれ検出され
る。この２個の受振器に到達するＳ波の到達時間差とこ
れら受振器間の距離とからＳ波速度が求められる。また
、その深度における弾性波探査が終了した後、更にケー
シングパイプを貫入して探査深度を変えつつ弾性波によ
る探査を繰返すことによって深度方向のＳ波の速度を連
続的に求める。

（実施例）以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて＃細
に説明する。

第１図に本発明の弾性波速度計測装置の原理図を示す、
この弾性波速度計測装置は、先端にコーン２を有するケ
ーシングパイプ１とこの中に設置されている弾性波発振
源３と２個の受振器４．５と先端抵抗を検出する荷重計
６とから構成されており、上部の弾性波発振源３から地
盤に加えられた弾性波のＳ波速度を２個の受振器４．５
で測定し、各受振器４．５の間の弾性波到達時間差から
弾性波速度を求めるようにしている。

ケーシングパイプ１は地盤に貫入できる程度の強度を要
すれば足りるが、一般には鋼管が採用される。このケー
シングパイプ１の先端には地盤への貫入を容易にするた
め、コーン２が設けられている。このコーン２の先端の
角度は例えば６０゜程度に設定されている。

先端抵抗計測用荷重計６は貫入時にケーシングパイプ１
の先端にかかる地盤の強さを求めるためのもので、コー
ン２にかかる先端抵抗（土圧）から地盤の硬さ・強さを
求め、Ｓ波速度との数値的関係を求めるデータとして利
用するようにしている。

弾性波発振源３は、例えば第２図の詳細図に示すように
、正逆回転モータ７と、弾性波を発生させ地盤に与える
加振部材８と、この加振部材８に衝撃を与える回転ハン
マー９と、この回転ハンマー９と正逆回転モータ７とを
連結し回転力を伝播するフォーク１０とから構成されて
いる。正逆回転モータ７は地上の制御装置（図示省略）
からの指示にようへて正回転と逆回転とを行なう、尚、
モータには減速ギア１１が内蔵されており、低速回転で
回転出力が得られるように設けられている。

モータ７と回転ハンマー９とはフォーク１０を介して連
結されており、モータ７によって回転するフォーク１０
がハンマー９を挟持して回転させるように設けられてい
る。一方、ハンマー９はケーシングパイプ１に固着され
ている板ばね１２にピン２５を介して当接し、この板ば
ね１２によってその回転が一時的に阻止されるように設
けられている。したがって、回転エネルギーが板ばね１
２に蓄えられ、尚も回転を続けることによってハンマー
９が板ばね１２から外れたときにハンマー９がフォーク
１０から離れて自由回転をし加振部材８の一部である打
撃棒１４あるいは１５を勢いよく打撃するように設けら
れている。打撃方向の切替えは地上のスイッチ（図示省
略）の切り替えによってモータ７の回転方向を切替える
ことによって行なわれる。加振部材８を介して地盤に右
回転と左回転の打撃を加えることによって地盤内に波形
が互いに逆転しなＳ波を発生させる。ハンマー９はケー
シングパイプ１内の中心に回転自在に設置されている１
例えば、ケーシングパイプｌ内に固着された隔壁板１６
にハンマー９の回転軸１７をケーシングパイプ１と同心
状に固着し、該軸１７にハンマー９を回転自在に取付け
ている。

また、ケーシングパイプ１の外周面にはケーシングパイ
プ１内のハンマー９によって打撃され弾性波を地盤に伝
達する加振部材８が設けられている。この加振部材８と
しては、本実施例の場合、歯車状のリングが採用されて
いる。歯車状リングだと地盤への貫入時の抵抗がフラン
ジに比べて週かに小さいにもかかわらず、加振時には歯
面の間の土にも振動を与え環状フランジと同じＳ波を得
ることができる。このリング８はハンマー９による打撃
力をケーシングパイプ１の周囲の地盤に伝達するための
もので、ケーシングパイプ１の外周に設置されると共に
その一部の打撃棒１４．１５がケーシングパイプ１内に
突出し、ハンマー９の回転軌跡上に位置するように設け
られている。歯車状リング８はケーシングパイプｌの外
周面に形成された環状溝１８内に収容され、打撃棒１４
゜１５部分がケーシングパイプ１を貫通する孔１９を通
ってケーシングパイプ１内に突出している。

この歯車状リング８とケーシングパイプ１との間には０
リング２０及びテフロン（テトラフルオロエチレン）製
のシート状ワッシャ２１などの制振材料を介在して振動
がケーシングパイプｌに伝播されるのを防いでいる。Ｆ
ｉ動の遮断は上述の０リング２０やテフロン製ワッシャ
２１などに限定されず、他の割振材料やエラストマー材
の使用も可能である。

第１図に示すように、上述の弾性波発振源３よりも先端
側には２個の受振器４．５が内蔵されている０例えば、
ケーシングパイプ１の外周面に形成された環状溝２２部
に防振ゴム２３を介在させて塩化ビニルのパイプ２４を
装着し、該パイプ２４に受振器４，５を固定し、地盤を
伝播する弾性波の振動振動を検出するように設けられて
いる。

尚、受振器４．５はケーシングパイ１１の貫通孔２６を
通過してパイプ２４に固着されている。ケーシングパイ
プ１の一部を塩化ビニールのパイプ２４に１換するのは
、鋼管から成るケーシングパイプ１を伝わる打撃の雑音
を遮断するためであり、特に塩化ビニール製パイプに限
定されるものではなく、Ｓ波の伝達速度がケーシングパ
イプ１と違う材質のものを採用すれば足りる。受振器４
，５としては一般に速度ピックアップあるいは加速度ピ
ックアップが採用される。尚、本実施例では貫入時の抵
抗を小さくするために、ケーシングパイプ１と塩化ビニ
ールパイプ２４とが面一となるようにほぼ同じ外径のパ
イプに設けられているが、特にこれに限定されるもので
はなく、ケーシングパイプ１に対して受振器４．５を取
付けなパイプ２４を僅かに大径ないし小径とすることも
可能である。

尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではある
がこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱し
ない範囲において種々変形実施可能である０例えば、加
振部材８としては歯車状リングに特に限定されず、セレ
ーション形状やスプライン形状、ピン形状あるいは環状
フランジ形状であっても良い、また、本実施例では左右
方向に打撃回転を与えることによって波形を反転させ、
Ｓ波であることの確認を行なっているが、特にこれに限
定されるものではなくＳ波の確認が他の方法でとれるの
であれば一方向の回転打撃だけでも実施可能である。勿
論、本発明をＳ波よりも測定が容易なＰ波の速度測定に
使用できることはいうまでもない。

更に、弾性波発振源３としては上述のモータ７と打撃ハ
ンマー９と歯車状リング８との組合せに限定されず、他
の発振源例えば爆発物による弾性波の発生を採用するこ
とも可能である。また、２個の受振器のうちの１個を弾
性波発振源に設け、弾性波発生から他の受振器到達まで
の時間からＳ波速度を求めることも可能である。

以上のように構成したので、次のようにして弾性波によ
る探査が行なわれる。まず、探査対象たる地盤の地表か
らケーシングパイプ１を測定しようとする深度まで、ボ
ーリングロッド（図示省略）を介して油圧シリンダ（図
示省略）で貫入する。

そして、地上からの操作によって正逆回転モータ７を回
転させ、モータ７の回転によって駆動されるフォーク１
０がハンマー９を挾持して正転方向（第４図上反時計回
転方向）に回転させる。このとき、ケーシングパイプ１
の板ばね１２によってハンマー９の回転が阻止されてい
るため回転エネルギーが板ばね１２に蓄えられる。そし
て、更に回転を続けることによってハンマー９が板ばね
１２から外れて打撃棒１４を勢いよく打撃する。この打
撃によって歯車状リング８に弾性波が生じ、ケーシング
パイプ１の外の歯面８ａ部分を中心に地盤に振動を与え
る。一方の打撃終了後、スイッチの切り替えによってモ
ータ７を逆回転させ、反対側の打撃棒１５を同様にして
ハンマー９で打撃し逆回転の弾性波即ちＳ波を地盤に与
える。歯車状リング８を介して地盤に右回転と左回転の
打撃を交互に加えて地盤内に波形が反転した２個のＳ波
を発生させる。この波形が反転した２つの弾性波を受振
器４．５によってそれぞれ検出することによって、Ｓ波
であることを確認すると共に各受振器４．５への波動到
達時間差と受振器４．５間の距離から地盤内を伝播する
弾性波速度を求める。

波動到達時間差は測定波形のピークからビークの時間を
求めることによって得られる。このとき、各受振器４，
５の測定信号を対照することによってケーシングパイプ
１などを伝わるノイズを除去できる。

斯様にケーシングパイプ１を地盤中に貫入させながら深
度方向に連続的にＳ波速度を求めることによって地盤内
各地層のＳ波速炭分布を詳細に求められる。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明は弾性波による
調査を゛行う地盤に弾性波発振源と地盤を伝播する弾性
波の速度を測定する２個の受振器とを１本のケーシング
パイプに収めて地盤に貫入し、弾性波発振源から発振さ
れる弾性波が地盤中を伝播するＳ波速度を２個の受振器
の波動到達時間差から求め、パイプを貫入して深度方向
に連続的にＳ波速度を求めるようにしているので、海底
地盤などのように発振源を地表面に設置できない場合や
ポーリング孔をあけ難い柔らかい地盤での弾性波探査を
可能とする。

また本発明によると、ケーシングパイプの貫入によって
弾性波発振源と受振器を地盤中にセットできるので、探
査に先立ってポーリング孔を穿孔しなくとも良く、調査
費用が安くできる。

また本発明によると、単一ケーシングパイプ内の深度方
向に設置された２ｍの受振器の間の波動到達時間差から
弾性波の速度を求めるようにしているので、測定間隔が
一定している上に各受振器の出力信号の対照によってノ
イズを除去できるため測定精度が良い、更に、本発明に
よると、ケーシングパイプを貫入することによって深度
方向に連続してＳ波速度を計測できるので、詳細な地盤
の速度構造が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の弾性波速度計測装置の原理図である。第２図は同装置の詳細な構造の一例を示す縦断面図であ
る。第３図は第２図の■方向矢視図である。第４図は第２図のＴＶ−ＴＶ線断面図である。１・・・ケーシングパイプ、２・・・コーン、３・・・弾性波発振源、４．５・・・受振器、７・・・正逆回転モータ、８・・・加振部材、１４．１５・・・打撃棒、９・・・回転ハンマー

Claims

【特許請求の範囲】

（１）弾性波による調査を行う地盤に弾性波発振源と地
盤を伝播する弾性波の速度を測定する２個の受振器とを
１本のパイプに収めて地盤に貫入し、前記弾性波発振源
から発振される弾性波が地盤中を伝播するＳ波速度を前
記２個の受振器の波動到達時間差から求め、前記パイプ
を貫入して深度方向に連続的にＳ波速度を求めることを
特徴とする弾性波速度計測方法。
（２）地中に貫入可能なケーシングパイプと、このパイ
プ内に収容されると共に一部がケーシングパイプの外に
突出した加振部材を有する弾性波発振源と、地盤中を伝
播する弾性波のＳ波速度を測定する受振器とから成り、
前記受振器は深度方向に一定間隔を開けて２個配置され
ていることを特徴とする弾性波速度計測装置。
（３）前記ケーシングパイプは先端にコーンを具備した
中空体であることを特徴とする請求項２記載の弾性波探
査装置。
（４）前記加振部材は歯車状リングであることを特徴と
する請求項２又は３記載の弾性波探査装置。