JPH062087Y2 - せん断歪みセンサー装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は地震、地辷り等における地盤の相対変位即ちせ
ん断歪みを直接測定できるセンサー装置に関する。

〔従来の技術〕 地盤の変位量の大きさを知ることは地震対策に限らず、
長期に亙る地辷り、あるいは交通による地盤の動きを知
り、またその地盤に関係する構築物の設計資料を得る点
からも重要である。しかし、このような地盤の変位量
が、実用的規模で直接測定された例はなく、例えば地震
時における変位量にしても強震計のような加速度計また
は速度計の記録結果から間接的に算出されていた。

このような地盤の場合に限らず、せん断歪みを直接測定
するための試みは種々行われており、またそのための計
測計，記録計も市販されている。例えば第７図に示した
小型せん断歪みセンサー装置５１は、上下両面端部に歪
みゲージ５２，５２′を貼着した板ばね５３をシリコン
ゴム５４に埋設し、上部板５５及び下部板５６で挾持さ
せたもので、上部板５５及び下部板５６に作用するせん
断力によるせん断歪みを歪みゲージ５２，５２′による
電気抵抗の変化として取り出し、増巾変換して変位量を
捉えるようにしている。このせん断歪みセンサー装置５
１は模型実験用としては使用に耐えるけれども、土圧が
作用する実際の地盤中での使用には耐えられず、測定精
度に問題がある。同種のセンサー装置に外周を鉄板等剛
板で囲繞した大型のせん断歪みセンサー装置が、構造物
と地盤間のせん断歪み計測用として市販されているが、
外周の剛板のため、地盤内でのせん断歪みの測定には誤
差が大きく問題がある。

地盤中におけるせん断歪みを測定するものとしては、第
８図に示したような、中心ドラム５７の中心軸５８に固
定した水平翼板５９と、中心ドラム５７に固定され、前
記中心軸５８を中心に回転可能にした垂直翼板６０とか
らなるせん断歪みをセンサー装置６１がある。これは前
記水平翼板５９が地盤６２中に水平になるように埋設
し、地盤６２のせん断歪みを水平翼板５９と垂直翼板６
０との角度θで捉えられるようにしたものである。

また、第９図のように、多数の歪みゲージ６３を処々に
貼着した鋼パイプ６４を地盤６５中に埋設し、地盤６５
のせん断歪みを鋼パイプ６４にかかる伸縮力がから直接
的に取り出すようにしたセンサー装置がある。

〔解決しようとする課題〕

しかしながら、第８図に示した回転翼方式のセンサー装
置は一方向の変位しか測定できないので、実際上は、方
位を変えて同じ装置を密に配置しなければならないし、
第９図に示した比較的単純な地中埋設パイプ方式のセン
サー装置は歪みゲージの耐久性がなく、地震や地辷り等
のための長期観測には使用できな、という問題がある。

従って、本考案は、地盤内に設置しやすく、上下地盤間
の相対変位即ちせん断歪みを直接的に測定することがで
き、測定精度が高く、かつ耐久性があって長期観測用に
使用できる実用的なせん断歪みセンサー装置の提供を目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本考案は、地盤中に埋設し
て、上下に所定距離を隔てた２枚の板状間の地盤のせん
断歪みを感知するセンサーを備えるせん断歪みセンサー
装置であって、前記板状体間にリング板による積層リン
グ体を介在させると共に該積層リング体の中央孔に前記
センサーを配設したせん断歪みセンサー装置を提案する
のであって、さらには、前記構成のセンサー装置におけ
る前記センサーは、上端板を前記板状体の上部板に固定
し下端を自由端板とした角棒体を、前記積層リング体及
び前記板状体の下部板の中央孔に挿設して、前記下部板
の内壁面とそれに対面する角棒体の下端部側面とに貼設
したセンサー素子による非接触型ギャップセンサーとす
るか、または、前記センサーは、パイプの上下端を前記
板状体の上部板と下部板とに固定し、前記積層リング体
の中央孔に埋設した該パイプの表面に貼設した歪みゲー
ジとするか、あるいはまた、前記センサーは、パイプの
下端を前記板状体の下部板に固定し上端部を辷り可能か
つ回転可能に前記板状体の上部板に保持し、前記積層リ
ング体の中央孔に埋設した該パイプの表面に貼着した歪
みゲージとすることを提案するものである。

〔作用〕

このせん断歪みセンサー装置は、地盤に穿設したボーリ
ング孔内等に、センサー位置及び方向を確定させて埋設
し、センサーからの導線は地上の計測機器に接続する。

地盤に変動があると、このせん断歪みセンサー装置の積
層リング体の各リング板は地盤の変動に容易に追随し、
積層リング体は滑らかに変位し、上下板状体即ち上部板
と下部板間に地盤の正確な相対変位を表示する。

そして付設されたセンサーは上部板と下部板との相対変
位を感知して、その信号を導線を通して計測機器に伝え
る。即ちセンサーが前記非接触型ギャップセンサーによ
るものは、上端を固定した角棒体の下端部側面と、それ
に対面する下部板中心孔内壁面に貼着したセンサー素子
間の間隔が変化することで相対変位を感知し、センサー
が上下両端または下端を固定したパイプに貼着した歪み
ゲージによるものは、該パイプに作用する伸び歪みによ
って相対変位を感知する。

〔実施例〕

以下、本考案のせん断歪みセンサー装置を図面によって
説明する。

第１図は、本考案の第１実施例を示す分解斜視図で、第
２図は該第１実施例の側断面図で、第３図は該第１実施
例の第２図III-III線に沿う断面図である。

図において、せん断歪みセンサー装置１は、その外形が
１５０mm径のアクリル製の円板を積層した円柱形状をな
すものであり、最上部及び最下部をなす２枚の板状体即
ち上部板２及び下部板３との間に積層リング体４を介在
させるが、この積層リング体４は２２枚の厚さ２０mmの
リング板５からなり、各リング板５には６０mm径の中心
孔６が穿設してある。前記上部板２は厚さ２０mmで、中
心に中心孔７を穿設し、該中心孔７にはネジ部を頂部に
形成した角棒体８を下方から挿入してナット９でもって
固定してある。この角棒体８は１辺３０mmの正方形断面
をなすアクリルで形成され、その下端は下部板３の底面
近くまで伸長させ自由端にしてある。

下部板３は４０mmの厚さとし、中心に１辺６０mmの正方
形状の角穴１０を穿設してあり、上部板２と下部板３間
に積層リング体４を介在させて組立てたとき、リング板
５の中心孔６したがって積層リング体４内の中心孔に挿
設される角棒体８の下端は下部板３の角穴１０の中心部
を通り、その底面近くに達するようにしてある。そして
第３図に示したように、角棒体８の下端部側面と下部板
３の角穴１０の内壁面とはそれぞれ対面するように配置
し、２方向の対面部分にはそれぞれ磁気抵抗材で構成さ
れた非接触型ギャップセンサーのセンサー素子１１，１
１′，１１″，１１′′′を貼着してある。このセンサ
ーはセンサー素子１１，１１′，１１″，１１′′′そ
れぞれに常時一定電流を流しておくことにより、対面間
隔の変化を電圧変化として捉え、その信号を導線１２を
通して増巾計測器等に伝えることができるようにしたも
のであって、精度にすぐれ、市販もされている。センサ
ーの導線１２は角棒体８に沿わせて上部板２に穿設した
小孔１３から外部に延出し、図示しない増巾計測器に接
続する。上部板２，リング板５からなる積層リング体４
及び下部板３に中央孔７，中央孔６及び角穴１０を挾ん
だ形に接続した１対の８mm径のガイド穴１４，１４′，
１５，１５′，１６，１６′は、各々上下対応位置にあ
り、このせん断歪みセンサー装置１は地盤中、あるいは
地盤中に埋設するガイドパイプ内に配置する際、第１図
に仮想線で示したように、鋼棒１７，１７′を挿入して
せん断歪みセンサー装置１の中心を揃え、センサー位置
を確定するためのガイド孔となるものである。鋼棒１
７，１７′は用済後抜き出しておく。

地震観測あるいは地辷り観測などの目的で、複数個のせ
ん断歪みをセンサー装置を深さ位置を変えて地盤中に埋
設するには、設置場所にこれらのせん断歪みをセンサー
装置の外径よりも５０〜１００mm程度大きい径で、適当
深さの深い孔をボーリングしておき、一方、前記のよう
な各せん断歪みをセンサー装置は、四方にスリットを有
する塩化ビニール製の図示を省略するガイドパイプ内に
嵌挿してセメント，砂，混和剤及び水からなるセメント
ミルクで上下外周を固定しておく。次いてせん断歪みセ
ンサー装置を地盤中に埋設する状況を説明する第４図
(イ)及び第４図(ロ)に示したように、これらのせん断歪み
センサー装置内蔵のガイドパイプ１８，１８′，１
８″，１８′′′はそれぞれの間に適当数の同径の連結
用ガイドパイプ１９を介在させ、内部を通して地表上に
計測用の導線ケーブル２０を延出した状態で、地盤２１
に穿設したボーリング孔２２内に垂下配設する。なお、
せん断歪みセンサー装置においては、測定された変位２
方向が明らかにされていなければならないので、ガイド
パイプ内へのせん断歪みセンサー装置の固定位置及びガ
イドパイプ同士間の連結点を明確にして地盤中に埋設す
る注意が必要である。配設終了後、せん断歪みセンサー
装置内蔵の各ガイドパイプ１８，１８′，１８″，１
８′′′及び連結用ガイドパイプ１９は、ボーリング孔
２２との間隙に注入パイプを利用してセメントミルク即
ちグラウト材を注入し、グラウト相２３によって、地盤
２１中に固定する。せん断歪みセンサー装置からの前記
導線ケーブル２０は地上の図示しない増巾計測器に接続
する。

このように地盤中に埋設した第１図〜第３図示のせん断
歪みセンサー装置１の積層リング体４におけるリング体
５は実質的に単に積層されてあるだけであるから、地盤
に変動があると、周辺の固定グラウト及びガイドパイプ
の動きと共に積層リング体４は滑らかに変形し、上部板
２と下部板３間の正確な相対変位即ちせん断歪みを表示
する。上部板２に固定された角棒体８は上部板２と共に
移動するから、角棒体８の下端部側面と下部板３の角穴
１０内壁面に対面させてある２対のセンサー素子１１，
１１′，１１″，１１′′′からなる非接触型ギャップ
センサーがその地盤の相対変位即ちせん断歪み量の変化
を感知して、その信号を導線１２を通して地上の増巾計
測器に伝えることができる。地盤の歪みを伝える積層リ
ング体４の動きは滑らかであって、せん断歪みを表わす
偏位角γラジアンは、第９図示の単なる埋設管利用の歪
みゲージの場合１×１０^−３程度のものに対して、上記
実施例の装置で１×１０^−７程度まで計測できることが
判明した。

第５図は、本考案の第２実施例を示す側断面図であっ
て、せん断歪みをセンサー装置２４の上部板２５と下部
板２６との間に、前記第１実施例の場合と同様寸法及び
形状のアクリル製リング板２７を２３枚積層した積層リ
ング体２８を介在させてある。上部板２５及び下部板２
６は前記リング板２７と同じアクリル製で厚さ及び外径
も同一である。リング板２７の中央孔２９によって構成
される積層リング体２８の６０mm径の中央孔には、上下
端部にネジ部を形成した直径２２mmで肉厚１mmの鋼パイ
プ３０を挿設し、同鋼パイプ３０の上下両端部はそれぞ
れ上部板２５と下部板２６に挿入してナット３１，３２
で固定してある。そして、鋼パイプ３０の下部外表面の
４方向面には歪みゲージ３３，３３′を貼着し、同歪み
ゲージ３３，３３′からの導線３４はまとめて鋼パイプ
３０に沿わせて上部板２５の小孔３５から外部に延出し
てある。歪みゲージ３３，３３′は金属細線または金属
箔の伸びによってその電気抵抗が変わることを利用した
周知の歪みセンサーである。上部板２５，下部板２６及
びリング板２７したがって積層ガイド体２８には第１実
施例の場合と同様鋼棒による位置決め用ガイド孔３６，
３６′，３７，３７′，３８，３８′をそれぞれ穿設し
てある。

この第２実施例のせん断歪みセンサー装置２４は、第１
実施例のそれと同様に地中に埋設して使用する。

上部板２５と下部板２６との間の地盤にせん断力が作用
すれば、地盤の動きに追随して各リング板２７が移動
し、積層リング体２８は滑らかに変形する。従って、鋼
パイプ３０には曲げモーメントが作用し、同鋼パイプ３
０に貼着した歪みゲージ３３，３３′がその変位を導線
３４を通じ、地上の増巾計測器に伝える。歪みゲージ３
３，３３′は鋼パイプ３０の４方向面に貼着してあるの
で、最大変位量を計測することができる。

第６図は、本考案のせん断歪みをセンサー装置の第３実
施例を示す側断面図である。このせん断歪みセンサー装
置３９は上部板４０，下部板４１及び２３枚のリング板
４２を積層し、下部板４１に鋼パイプ４３の下端部をナ
ット４４によって固定してあることは、前記の第２実施
例として示したせん断歪みセンサー装置２４と同じであ
るが、鋼パイプ４３の上端部は上部板４０に固定するこ
となく、上部板４０に付設するスライドベアリング４５
に保持させてあるところが相異している。鋼パイプ４３
に貼着した歪みゲージ４６、４６′からの導線４７は外
部に延出されている。

このせん断歪みセンサー装置３９は地盤中において、上
部板４０と下部板４１との間に相対変位を生じるとき、
積層リング体４８は滑らかに変形するが、鋼パイプ４３
に伸長力が働らいて測定精度を落すおそれがある場合に
は有効である。即ち、鋼パイプの曲げ抵抗により、鋼パ
イプに伸長力が働らいた場合、上部板をせり上げて測定
の精度を落すおそれがある。多くの場合は、上部板には
上方からの荷重が作用しているので問題が少ないが、そ
のおそれがある場合は、このような上部板をせり上げる
力を抜く必要がある。

以上のように、本考案のせん断歪みセンサー装置によれ
ば、地中に埋設して使用し、１つ１つは剛体であるリン
グ体を積層させて地盤の動きに滑らかに追随させるよう
に構成し、非接触型ギャップセンサーまたは歪みゲージ
によってせん断歪み量を直接測定できるようにし、測定
精度が高く、上方からの圧力にも丈夫で耐久性があり、
地震観測は勿論、長期の地辷り観測，建造物立地条件調
査等各種用途に利用することができる。

本考案のせん断歪みセンサー装置は、設置及び深度の設
定が比較的容易で、また必要に応じ上下に重ね長く連結
して使用することもできる。

〔考案の効果〕

以上の説明から明らかなように、本考案によれば、設置
が比較的容易で、地盤のせん断歪みを直接測定すること
ができ、測定精度が高く、しかも耐久性のある実用的な
せん断歪みセンサー装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の第１実施例によるせん断歪みセンサ
ー装置の分解斜視図、第２図は該第１実施例の側断面図
で、第３図は該第１実施例の第２図III-III線に沿う断
面図、第４図(イ)及び第４図(ロ)は、本考案のせん断歪み
センサー装置を地盤中に埋設する状況を説明する略断面
図、第５図は本考案の第２実施例の第２図に相当する側
断面図、第６図は本考案の第３実施例の第２図に相当す
る側断面図、第７図は従来のせん断歪みセンサー装置を
説明する略断面図、第８図は従来の地盤せん断歪みセン
サー装置を説明する略側面図、第９図は従来の他の地盤
せん断歪みセンサー装置を説明する略断面図である。 １…せん断歪みセンサー装置 ２…上部板、３…下部板 ４…積層リング体、５…リング板 ６…中心孔、７…中心孔 ８…角棒体、１０…角穴 １１，１１′，１１″，１１′′′…センサー素子 １２…導線 ２４…せん断歪みをセンサー装置 ２５…上部板、２６…下部板 ２７…リング板、２８…積層リング体 ２９…中央穴、３０…鋼パイプ ３３，３３′…歪みゲージ ３４…導線 ３９…せん断歪みセンサー装置 ４０…上部板、４１…下部板 ４２…リング板、４３…鋼パイプ ４５…スライドベアリング ４６，４６′…歪みゲージ ４７…導線、４８…積層リング体

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】地盤中に埋設して、上下に所定距離を隔て
   た２枚の板状体間の地盤のせん断歪みを感知するセンサ
   ーを備えるせん断歪みセンサー装置であって、前記板状
   体間にリング板による積層リング体を介在させると共に
   該積層リング体の中央孔に前記センサーを配設したこと
   を特徴とするせん断歪みセンサー装置。
2. 【請求項２】前記センサーは、上端を前記板状体の上部
   板に固定し、下端を自由端とした角棒体を前記積層リン
   グ体及び前記板状体の下部板の中央孔に挿設して、前記
   下部板の内壁面とそれに対面する角棒体の下端部側面と
   に貼設したセンサー素子による非接触型ギャップセンサ
   ーであることを特徴とする請求項１記載のせん断歪みセ
   ンサー装置。
3. 【請求項３】前記センサーは、パイプの上下端を前記板
   状体の上部板と下部板とに固定し、前記積層リング体の
   中央孔に挿設した該パイプの表面に貼着した歪みゲージ
   であることを特徴とする請求項１記載のせん断歪みセン
   サー装置。
4. 【請求項４】前記センサーは、パイプの下端を前記板状
   体の下部板に固定し、上端部を辷り可能かつ回転可能に
   前記板状体の上部板に保持し、前記積層リング体の中央
   孔に挿設した該パイプの表面に貼着した歪みゲージであ
   ることを特徴とする請求項１記載のせん断歪みセンサー
   装置。