JPH065299B2 - 人工地震波発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は地中で火薬等の爆発物を爆発させて人工的に継
続時間の長い地震波を発生させる、人工地震波発生装置
に関するものである。

＜従来の技術＞ 各種構造物の耐震性の実験や地盤の液状化実験方法には
種々の実験方法が存在するが、その一実験手段として爆
発物の爆発力を利用する方法が存在する。

この方法は、地中にダイナマイト等を爆発物を埋設して
おき、この爆発物の爆発力を周囲の地盤に地震波として
伝えることにより、構造物等の耐震実験や地盤の液状化
実験等を行う方法である。

＜本発明が解決しようとする問題点＞ 前記した地震波の発生技術には次のような問題点が存在
する。

（イ）耐震実験においては、起震源の地震波の振幅が大
きく、しかも地震波の継続時間が長いことが望ましいと
されている。

しかし、従来の爆発物を爆発させて地震波を発生させる
技術にあっては、通常の発破を使用した場合には、爆発
近傍の地盤に発生する振動が数１０Hzから数１００Hzと
いうような高周波となるため地動入力波としては不適当
である。

また、爆源と試験体との距離を長くすると大量の火薬が
必要となり、実験コストが高くつく。

（ロ）地盤の液状化実験においては、地震波が前記した
ように高周波であることと地震波の継続時間が短いこと
等から、地盤に十分な液状化を発生させることができ
ず、実験結果の信頼性が低いものとなる。

（ハ）発破の爆発力を利用して地震波を発生させる方法
として、発破の爆発時間を制御する研究が現在アメリカ
で進められている。

この方法は、地中に埋設した鋼管内で爆発物を爆発させ
る方法であり、特に地震波の継続時間を長くするため
に、鋼管内に爆発物を爆発させる装薬管を複数本束ねて
格納し、各装薬管内の爆発物を一定の時間差を介して爆
発させて地震波を発生させる方法である。

しかし、この装薬管を束ねて地震波を発生させる方法に
あっては、装薬管の束を格納する鋼管の直径に制限を受
けて爆発数が３段発までであるから、実験用の地震波と
して要求されるだけの継続時間の長に地震波は得られな
い。

＜本発明の目的＞ 本発明は以上のような問題点を解決するためになされた
もので、継続時間の長い地震波を発生でき、しかも各種
実験の実験結果の信頼性の向上を図ることができる、人
工地震波発生装置を提供することを目的とする。

＜本発明の構成＞ 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について説
明する。

＜イ＞人工地震波発生装置の全体の説明 本発明に係る人工地震波発生装置の一例を第１図に示
す。

この装置は、火薬を装填して爆発させるための装薬管１
と、この装薬管１を格納する格納容器２等を主要な構成
機材とする。

以下、人工地震波発生装置の具体的な構造について説明
する。

＜ロ＞装薬管 装薬管１は複数組の爆発物をそれぞれ独立して収容する
目的の上下端を閉塞した筒体である。

すなわち、装薬管１の内部空間は隔壁１１で仕切られて
縦方向に複数の爆発室１２〜１４がそれぞれ独立して形
成されている。

本実施例では、装薬管１が３本の短筒とこの短筒と螺着
して遮蔽する筒状の隔壁１１とを組み合わせて構成する
場合について説明する。

装薬管１の側壁には、各爆発室１２〜１４内に発生する
爆発生成ガスを管外に排気する排気プラグ１５あるいは
開口が設けられている。

各爆発室１２〜１４内には火薬３を収容した火薬容器３
１が収容され、また、各火薬容器３１内にはそれぞれ遅
延雷管３２が装備されている。

この装薬管１の上端に突出するフランジ１６には通気口
１７が開設されている。

後述するように、火薬３の爆発によって発生する地震波
の振幅は火薬３の装填量によって制御し、また振動数は
排気プラグ１５から排気される爆発生成ガスの排気速度
によって制御する。

＜ハ＞格納容器 格納容器２は中空のほぼ密封体を形成する函体である。

この格納容器２の上口はキャップ６で閉塞してあり、キ
ャップ６の板面には放出口６１が開設されている。

格納容器２の側壁には、複数の爆圧口２１が開設され、
また、その外周は爆圧口２１群を包囲する形で筒状の拡
縮ゴム４が被覆されている。

この拡縮ゴム４は通気性がまったくなく、しかも可撓性
と伸縮性を有するゴム等の公知の素材で製作する。

拡縮ゴム４の上下端は接着材等で格納容器２に接着さ
れ、爆圧口２１から吐出される爆発生成ガスの吐出圧に
よって拡縮ゴム４が膨脹するよう構成されている。

本実施例では、格納容器２の両面に拡縮ゴム４を取り付
けた場合について説明するが、片面だけに拡縮ゴム４を
取り付けることも勿論可能である。

この格納容器２内には、フランジ１６を介して装薬管１
が吊り下げられて格納されている。

なお、格納容器２の爆圧口２１を開設した一部の側面の
みを拡縮ゴム４で被覆することも可能である。

＜ニ＞火薬 前記した火薬３は、例えば黒色火薬が無煙火薬等を使用
できる。

従って、装薬管１および隔壁１１の強度には何ら影響を
与える心配がない。

また、火薬３以外の爆発物を採用できること勿論であ
る。

次に人工地震波発生装置の操作方法について説明する。

（１）準備作業 前記構造の人工地震波発生装置を地中５に埋設する。

また本実施例のように人工地震波発生装置と地中５との
間隙内に裏込め土砂５１を充填しても良い。

（２）時間差による爆発開始 まず、装薬管１内の最上位の爆発室１２内で火薬３を遅
延雷管３２によって爆発させる。

（３）人工地震波の発生 最上位の爆発室１２内に発生した爆発生成ガスは、排気
プラグ１５を一定速度で通過して格納容器２内に吐出さ
れた後、爆圧口２１から格納容器２の外部に吐出され
る。

さらに爆発生成ガスは、格納容器２の外周と拡縮ゴム４
との間に形成された密封空間内で内圧を増して拡縮ゴム
４を膨脹させる。

そして、拡縮ゴム４の膨脹力は地中５に作用して第３図
に示すような地震波の第一波を発生させる。

最上位の爆発室１２内の爆発が終了した直後に、この最
上位の爆発室１２の下方に位置する爆発室１３、１４内
の火薬３を上方から時間差を介して順次爆発させる。

その結果、最上位の爆発室１２内の爆発によって発生し
た第一波が終了する直前に中段の爆発室１３内の爆発に
よって第二波が発生し、さらに第二波の終了直前に最下
位の爆発室１４内の爆発によって第三波が発生する。

なお、放出口６１と排気プラグ１５の開口断面積比を調
整することにより第３図に示すような正弦波の上半を発
生させることができる。

なお、各爆発室１２〜１４内で時間差を介して爆発させ
たときに、前回の爆発によって発生した爆発生成ガスが
爆発前の爆発室内にも浸入するが、火薬３を収容する火
薬容器３１を発泡スチロール等の断熱材で製作すると、
殉爆を規制できる。

また爆源として火薬を用いる場合には、爆発生成ガスが
大気中の酸素と反応して二次熱焼を起こして、発生する
圧力の調整が困難となることが予想される。

このような場合の対策としては、格納容器２内に窒素ガ
ス等の不燃性ガスを封入して対処する。

また、拡縮ゴム４の上位の厚さを下位の厚さより薄く形
成すると、拡縮ゴム４の上位に接する地盤により大きな
圧力が作用するので、地盤に剪断力を加えることも可能
である。

＜その他の実施例１＞ 前記実施例は、格納容器２内に装薬管１を１本格納した
場合について説明したが、第４図に示すように格納容器
２内に前記構造の装薬管１を複数格納することも可能で
ある。

すなわち、本実施例は三室の爆発室１２〜１４を有する
装薬管１を三本格納した例であり、計９段発の人工地震
波を得ることができる。

その他の構造については前記実施例と同様であるから、
同一の符号を付してその説明を省略するが、図中の１８
は装薬管１の側面に開設した排気口である。

また、本実施例の人工地震波発生装置の操作方法も基本
的には前記実施例とまったく同様に各装薬管１内の爆発
室１２〜１４を順次時間差を介して爆発させる点では同
じあるが、爆発の回数、すなわち発生する地震波の波数
が爆発室１２〜１４を増設した分だけ多くなって地震波
の継続時間が長くなる点が異なる。

また本実施例の場合、格納する装薬管１の本数に応じて
格納容器２の大きさを決定する。

また、１本の装薬管１内に形成する爆発室１２〜１４の
数や装薬管１の格納数および人工地震波発生装置の大き
さは、地質や実験目的に応じて適宜決定する。

＜その他の実施例２＞（第５、６図） 前記実施例は、火薬の爆発力を利用して人工地震波を発
生させる場合について説明したが、圧縮空気を利用して
も同様に人工地震波を発生させることができる。

以下図面を参照しながら詳述する。

本実施例は、側面に多数の通気口７１を開設した中空容
器７の側壁を拡縮ゴム４で被覆し、この中空容器７内を
地中５に埋設した状態で、中空容器７内に圧縮空気を断
続的に供給することによってて拡縮ゴム４を膨脹させて
地震波を発生させる地震波の発生技術である。

＜イ＞中空容器の構造 中空容器７は中空の函体であり、側面に通気口７１が多
数開設してある。

さらに、容器７の側面の周囲には弾性部材からなる拡縮
ゴム４が貼り付けられて露出する全通気口７１が被覆さ
れている。

＜ロ＞圧縮空気の供給手段 地上側にはコンプレッサーやマンロック等の圧力容器８
を配置し、この圧力容器８と中空容器７とを給気パイプ
７２で連絡する。

また、給気パイプ７２の途上には流路の開閉を行う給気
パイプ７３を配置する。

そして、給気バルブ７３の開閉操作によって中空容器７
内に圧縮空気を断続的に供給できるよう構成する。

＜ハ＞排気手段 中空容器７内に圧縮空気を繰り返し供給するには、前回
供給した圧縮空気を除去しなければ中空容器７の内圧が
高くなって送気が不可能となるため、給気のあった後に
排気して中空容器７内の内圧を低くする必要がある。

そのためには、例えば中空容器７の側面の一部に排気パ
イプ７４を取り付け、この排気パイプ７４の途上に排気
バルブ７５を取り付ける。

なお、給気バルブ７３や排気バルブ７５としては、例え
ば公知の電磁バルブあるいはコンプレッサーを用いた空
気圧によって作動する開閉弁等を使用できる。

＜ニ＞地震波の発生方法 （１）給気 まず排気バルブ７５を閉塞した状態で給気バルブ７３の
みを解放して圧縮空気を中空容器７内へ圧送する。

中空容器７内に圧送された圧縮空気は、通気口７１を経
て拡縮ゴム４を膨脹させる。

拡縮ゴム４が膨脹する際、拡縮ゴム４の膨脹圧が周辺地
盤を加圧して第一波が発生する。

（２）排気 一定時間経過した後給気バルブ７３を閉塞したら、こん
どは排気バルブ７５を解放して排気する。

その結果、拡縮ゴム４が周囲の地盤への加圧力を低減し
ながら復元する。

（３）再給気 第一波が終了する直前に、排気バルブ７５を閉鎖すると
ともに給気バルブ７３を再び解放して拡縮ゴム４を膨脹
させて第二波を発生させる。

以下、給気と排気とを繰り返して周期的的に地震波を発
生させる。

なお、中空容器７に接続する給気パイプ７２とと排気パ
イプ７４の自由端を、圧縮空気の圧送と負圧の発生を交
互に行えるピストン式のコンプレッサー等に接続する
と、このピストンの往復動によって給気と排気とを１つ
の装置で行うことも考えられる。

＜ホ＞本実施例の効果 本実施例によると次のような効果を得ることができる。

（ａ）圧縮空気を使用するので、継続時間の長い地震波
を何度でも繰り返し発生させることができる。

従って、地盤の液状化試験の場合に用いた場合には、液
状化の発生を極めて正確に把握できるともに、液状化抵
抗力の評価や液状化対策工の効果の評価を確実に行うこ
とができる。

（ｂ）圧縮空気の圧力や給気時間、排気時間を選択する
ことにより、所望の地盤への加圧力や地震波の周期を得
ることができる。

（ｃ）給気パイプや排気パイプの太さを選択することに
より、中空容器内における圧力上昇速度をコントロール
することができる。

＜その他の実施例３＞（第７、８図） 前記実施例は空気圧を利用して拡縮ゴム４を拡縮させて
地震波を発生させる場合について説明したが、拡縮ゴム
４を使用せずに容器自体を膨脹させて地震波を発生させ
ることも可能である。

以下実施例について説明する。

＜イ＞拡縮容器の構造 拡縮容器９は、二つの側面９１、９２の下端をピン９３
で拡開自在に軸支した形成した楔形をした中空の函体で
ある。

具体的には一方の側面９１の上端は天井９４と一体に接
続し、天井９４の板面には前記実施例と同様に給気パイ
プ９５と排気パイプ９６が接続し、さらに両パイプ９
５，９６には給気バルブ９７と排気バルブ９８とが取り
付けてある。

また、他方の側面９２の上端は内側に曲折して天井９４
の内面に出入り自在に内挿してある。

さらに曲折した側面９２の上面と天井９４との間には、
拡縮容器９内の気密性を保持するためにシール材Ｓが介
在してある。

また、天井９４を積層する側面９２の曲折面には、給気
および排気を行うための専用口９９を開設しておく。

＜ロ＞地震波の発生方法 （１）給気 排気バルブ９８を閉塞した状態で給気バルブ９７を解放
すると、給気パイプ９５と接続する圧力容器８から圧縮
空気が拡縮容器９内に流入して拡縮容器９の内壁を加圧
する。

拡縮容器９の内面には、平均して加圧力が作用するが、
両側面９１，９２の下端を拡開自在に軸支してあるから
外方に押出されて周囲の地盤を加圧する。

その結果、第一波が発生する。

（２）排気 一定時間経過後、解放していた給気バルブ９７を閉鎖す
るとともに排気バルブ９８を解放して拡縮容器９内の圧
縮空気を排気する。

（３）再給気 第一波が終了する直前に、排気バルブ９８を閉鎖して再
び給気バルブ９７を解放して拡縮容器９を膨脹させて、
第二波を発生させる。

以下、給気バルブ９７と排気バルブ９８の開閉操作を繰
り返して周期的に地震波を発生させることは前記実施例
と同様である。

なお、本実施例による効果は前記した実施例と同様であ
る。

＜本発明の効果＞ 本発明は以上説明したようになるから次のような効果を
得ることができる。

（イ）地中内で時間差を介して爆発力を地中に伝えるこ
とができるから、実際の地震波に近い継続時間の長い人
工地震波（地動）を発生できる。

従って、本装置を地盤の液状化実験に使用した場合に
は、より確実に液状化抵抗力を評価できるうえに、液状
化対策工の効果を確実に評価できる。

また、耐震実験用に本装置を用いた場合には、単に地中
で火薬を爆発させた場合に比べて低い振動数の人工的な
地震波が発生するから、試験体に共振を発生できるうえ
に、地盤の減衰定数を正確に算定できる。

（ロ）火薬の爆発エネルギーを制御することにより、任
意の圧力と振動数とを有する地震波を容易に発生させる
ことができる。

（ハ）火薬を使用することにより、簡単に大きなエネル
ギーを発生できる。

（ニ）装薬管１本当たりの爆発室の形成数を増やした
り、格納容器内に格納する装薬管の本数を増やすことに
より、継続時間の長い地震波を得ることができる。

従って、従来の格納容器として鋼管を使用して地震波を
発生する技術のように格納容器の大きさに制限を受けな
い。

（ホ）本発明は、爆圧口をゴムチューブで包囲し、爆圧
でゴムチューブを膨張させることにより、地盤に爆発力
を伝達させるものである。

そのため、爆発力を、広い面積のゴムチューブにより、
効率的に地盤に伝達することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図：本発明に係る人工地震波発生装置の斜視図 第２図：その縦断面図 第３図：人工地震波の発生状態の説明図 第４図：装薬管を複数用いた場合の他の実施例の説明図 第５、６図：圧縮空気を用いて地震波を発生させる実施
例の説明図 第７、８図：圧縮空気を用いて地震波を発生させるその
他の実施例の説明図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村松 正重 神奈川県横浜市旭区白根町47−１ 大成建 設寮 (56)参考文献 特開 昭60−161582（ＪＰ，Ａ) 特公 昭50−24682（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】格納容器の側壁には開口群を開設し、 前記格納容器の側面には前記開口群を包囲して可撓性を
   有する拡縮ゴムを外装し、 前記格納容器内には複数の爆発室を有する装薬管を１本
   または複数本格納してなる、 人工地震波発生装置