JPH0654268B2 - ３次元地圧評価方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、岩盤内の3次元地圧の評価方法に関するもの
である。

〔従来の技術〕

岩盤内の地圧計測は、地下トンネル、地下発電所、石油
地下備蓄所等の構築物の設計や地殻変動等の予測のため
の基礎となるデータを提供するため、その計測技術の確
立が強く望まれている。原位置岩盤の地圧計測法として
は、応力解放法及び水圧破砕法が今日一般に採用されて
いる。

水圧破砕法は、岩盤中に穿孔した孔井に水圧を負荷して
孔壁に亀裂を生じさせて、この時の圧力と亀裂の方向か
ら地圧を決定するものであるが、この方法では3次元地
圧は評価できず、又、測定値のばらつきが大きいという
欠点がある。

応力解放法の1例として、孔井内に変位計を設置し、オ
ーバーコアリング時における孔井の軸と直角な面内の変
位を測定し、これにより地圧を評価する方法が知られて
いる。しかしながら、この変位計を用いる方法は、孔井
軸に直角な平面内の2次元評価を与えるものであり、3次
元評価を行うためには、多軸方向の孔井において計測す
る必要がある。

又、応力解放法としては、オーバーコアリング時におけ
る孔底面の歪を歪ゲージで測定する方法も知られてい
る。しかしながら、このような歪ゲージによる地圧測定
法においては、一般的に不均質な岩盤表面上に添付した
歪ゲージにより計測するため、計測データは孔壁面近傍
の鉱物粒子の性質や成長した微小クラックに支配されて
多くの誤差を含む。従って、信頼性の高い評価結果を得
るためには数多くの実験による統計的処理を必要とす
る。

一方、原位置から採取した岩芯の微小クラックの解放歪
を歪ゲージで測定し、これから採取場所の地圧を評価す
る方法（Differential Strain Analysis）も提案され
ている。この方法においては、岩芯から立方体のサンプ
ルを切り出し、その隣接する三面に歪ゲージを貼付し、
サンプルに封圧を加えてその時の封圧−歪曲線を測定
し、これよりクラック歪を決定する。この方法は、封圧
付加による岩芯の変形を岩芯表面の歪ゲージにより測定
するため、計測データの信頼性に問題がある。

〔目 的〕

本発明は上記のような従来技術の問題点が克服された地
圧評価方法を提供するものであり、従来法と比べ短時
間、低コストでしかも信頼性の高い3次元地圧評価方法
を提供することを目的とする。

〔構 成〕

本発明によれば、岩盤又は岩芯に球状孔底を有する孔井
を穿ち、オーバーコアリングによる応力解放又は封圧負
荷により該球状孔底を変形せしめるとともに、該変形時
における該球状孔底の少なくともXX,YY,ZZ,XY,YZ及びZX
の半径方向の変位を測定することを特徴とする３次元地
圧評価方法が提案される。

本発明を次に図面により詳細に説明する。

第1図は、原位置の岩盤1の地圧を決定する本発明の方法
を実施するための説明図である。この方法においては、
先ず、岩盤1を穿孔して、球状底面7持つ孔井2を形成す
る。次に、オーバーコア6を設けることにより、球状底
面7に作用している応力を解放し、この際の球状底面7の
変位を少なくとも半径方向XX,YY,ZZ,XY,YZ,ZXにわたっ
て測定する。ここで、ZZ方向は孔井2の軸方向を示し、X
X,YY方向はZZ方向と垂直な面における２つの互いに直交
する方向であり、XY,YZ及びZX方向はそれぞれ、XX-YYを
含む平面における対角方向(XX又はYYと45゜の角度をな
す方向),YY-ZZを含む平面における対角方向、及びZZ-XX
を含む平面における対角方向を示す。

球状底面7の上記した少なくとも6方向における変位測定
は、第1図に示した変位計4により好適に行うことができ
る。この変位計4の概略を説明すれば、孔井2に挿入可能
な径をもつ本体の先端を球面状に形成し、これに少なく
とも6個の開口を設ける。各開口には接触子3aが球面の
半径方向に褶動可能に配設されている。これらの開口
は、変位計4を本体の球面中心が孔井2の球状孔底7の中
心と一致するように設定した場合に、接触子3aの半径方
向の変位が前記したXX,YY,ZZ,XY,YZ及びZX方向となるよ
うに位置している。

接触子3aの各々は開口から常時突出する方向に偏奇して
おり、従って変位計4を孔井2内に設定した場合、接触子
3aは孔井2の球状孔底7と一定圧で圧接するよう保持され
る。符号5は装置全体を孔井2に固定させるための固定金
具である。各接触子3aは連結ロッド3bを介して差動変圧
器型変位計3に連結されている。尚、接触子3aの半径方
向の変位は適宜の案内部材(図示せず)により本体の軸と
平行な方向の変位に変換される。上記のようにして、球
状孔底7の前記した6方向の変位は接触子3aを経て差動変
圧器型変位計3により感知され、リード線8を経て適宜の
手段により計測される。

以上のようにして得られた球状孔底の各方向における変
位から岩盤1の3次元地圧を従来慣用の方法に従い計算す
ることができる。

本発明は、又、盤内地圧を原位置から採取した岩芯を用
いて、岩芯採取の際に履歴地圧に相当する残留変位が岩
芯の変形に蓄えられる現象を利用して評価する方法を提
供するものである。この方法を第2図を用いて説明す
る。

先ず原位置から採取した円柱状岩芯10に球状孔底17を持
ち、且つ岩芯軸と同軸した孔井11を穿孔する。勿論、原
位置で既に孔井11を設けた岩芯を採取してそのまま用い
ることもできる。開口面に鋼製エンドピース12を接着
し、圧力容器13に装着した後カバー13aで覆う。13bはパ
ッキングである。次いで、岩芯10の周囲14に封圧を付加
し、この時の球面孔底17の変位を第1図の実施例と同様
な少なくとも6つの半径方向について測定する。この測
定は、第1図の場合と同様な変位測定装置4を用いて行う
ことができる。以上のような測定結果から各方向におけ
る変位-封圧曲線を設ける。

第3図は典型的な変位-封圧曲線の例を示すもので、低封
圧領域では、履歴地圧の解放に伴う残留変位に帰因して
変位は小さい。封圧が高まるに連れ変位の変化勾配は一
定値を示すようになる。この変曲点Iは岩芯の履歴試圧
に起因するものであり、変曲点Iにおける封圧Pは見掛け
履歴地圧に相当する。直線部分の勾配は岩芯の弾性係数
を表す。又、弾性的変位と実際の変位との差Dは履歴地
圧による残留変位を表わす。

上記した各半径方向における封圧-変位曲線から得られ
るP又はDを用い、コア形状として圧力状態を境界条件と
して数値解析に基づいて履歴地圧に換算し、従来公知の
変換式に従って、岩芯を採取した原位置の岩盤内三次元
地圧を決定することができる。

〔効 果〕

本発明の評価法を用いることにより、圧力状態の変化に
伴う岩盤内あるいは岩芯内の球状孔壁の変位を六方向ま
たはそれ以上計測することができ、岩盤内の異方性、弾
性係数などの物理的性質や地圧の三次元評価が可能とな
る。また、原位置岩盤における圧力解放による評価結果
を岩芯を用いた実験によって簡便に検証できる。さら
に、この装置を岩盤内の孔井に設置することによって長
期間の三次元変形モニターが可能となり、一個の装置に
よって得られる情報は倍増する。

本発明は、以上に説明したように、原位置岩盤あるいは
採取岩芯の球状孔底面における多軸方向の変位を計測す
ることにより、三次元の地圧や変形性評価を可能にした
ものである。このため、三次元地圧評価の簡略化、岩盤
の原位置計測コストの低廉化、、さらには、計測データ
の信頼性向上の効果をもつものである。

【図面の簡単な説明】

第1図は本発明による原位置の岩板地圧決定方法を実施
するための説明図、第2図は原位置から採取した岩芯を
用いて地圧を決定する本発明の方法を実施するための説
明図、及び第3図は第2図の方法により得られる変位-封
圧曲線を例示した図である。 1,10……岩盤、2,11……孔井、4……変位計、6……オー
バーコア、7,17……球状孔底、13……圧力容器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】岩盤又は岩芯に球状孔底を有する孔井を穿
   ち、オーバーコアリングによる応力解放又は封圧負荷に
   より該球状孔底を変形せしめるとともに、該変形時にお
   ける該球状孔底の少なくともXX,YY,ZZ，XY,YZ及びZXの
   半径方向の変位を測定することを特徴とする3次元地圧
   評価方法。