JPH07268895A - 岩石コア変形性計測方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 孔井から採取した岩石コアを用いて、その岩
石コアを採取した岩盤の変形性評価を高精度、簡便に行
うための手段を提供する。 【構成】 圧力容器１に岩石コア３を収容し、その周囲
に油による液圧を作用させた加圧下において、圧力容器
１内で少なくとも６方向に向けてその内壁から接触子１
２を突出させた差動トランス変位センサ５により、岩石
コア３の三次元方向変位を高精度に、かつ簡便に検出す
る。それらの差動トランス変位センサ５から得られる変
位データに基づき、上記岩石コアを採取した岩盤の変形
性、先行地圧特性を三次元的に評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、土木・鉱山分野の岩盤
内応力評価や岩盤特性評価、地球物理分野の地殻応力評
価などにおいて、孔井から採取した岩石コアを用いて簡
便に特性評価するのに有効な岩石コアの変形性を計測す
る方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】土木・鉱山分野の岩盤内応力評価や岩盤
特性評価、例えばトンネルなど岩盤内空間の支保設計や
施工評価を目的とした岩盤変形性やその地圧の評価、或
いは地球物理分野の地殻応力評価などにおいて、岩盤の
変形性やその先行地圧を評価する場合、従来から岩石コ
ア表面や孔井内岩石壁面にひずみゲージを接着して岩石
のひずみを計測する方法が多く実用に供されている。

【０００３】しかしながら、従来のひずみゲージを用い
て岩石のひずみを計測する方法は、計測誤差を生じて高
精度の計測値を得ることが困難であるため、岩盤の変形
性やその先行地圧特性を高精度に評価することができな
かつた。即ち、このひずみゲージを用いる計測法では、
ゲージを接着剤によって岩石コア表面や孔井内岩石壁面
などの岩石表面に直接貼付するため、この接着剤が岩石
表面の微小亀裂に充填されてしまったり、或いはゲージ
・シート自体が変形してしまつたり、更にはこのように
ゲージ素線が三次元的に変形してもこの変形が補正され
ることなく、ある一方向にのみしか計測できなかったり
するなどの計測上の誤差要因が、多く存在する。また、
この計測法では、三次元応力下でのひずみゲージのヒス
テリシス（回復ひずみ挙動）の影響などの、岩石の変形
メカニズムを支配する変形性の評価においても、充分な
精度解析に基づく検討が困難であるなどの不都合が存在
した。

【０００４】このような問題に対処し、本発明者は、先
に、特開平１−１９９１３０号として、高精度に３次元
地圧を計測し、評価するための新しい方法を提案してい
る。その方法自体は、高精度に３次元地圧を計測するた
めに有効なものであるが、岩芯に球状孔底を有する孔井
を穿ってそこに変位計を固定するなど、簡便さに欠ける
ところがあるため、簡便に実用に供し得るようにするた
めの改良が望まれていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、孔井から採取した岩石コアを用いて、その
岩石コアを採取した岩盤の変形性を高精度に、しかも簡
便に計測できるようにした岩石コア変形性計測方法及び
その装置を提供することにある。本発明のさらに具体的
な解決課題は、既提案の方法のように、岩芯に球状孔底
を有する孔井を穿ってそこに変位計を固定するなどの工
程を省略し、簡便に実用に供し得るようにするための改
良を加えた岩石コア変形性計測方法及びその装置を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の岩石コア変形性計測方法は、圧力容器内に収
容された岩石コアにその周囲から液圧を加え、この液圧
による加圧下において、上記岩石コア表面の三次元方向
変位を、上記圧力容器の内壁から接触子を突出させた多
数の差動トランス変位センサにより、上記岩石コアを採
取した岩盤の変形性、先行地圧特性を評価するための岩
石コアの変位データとして検出することを特徴とするも
のである。

【０００７】また、本発明の岩石コア変形性計測装置
は、岩盤の孔井から採取された岩石コアを内部に収容す
るための圧力容器と、上記圧力容器内に液圧を負荷する
液圧負荷装置と、上記圧力容器の内壁からそれに収容さ
れた上記岩石コアの表面に多方向から接触させる接触子
を突出させ、それらの接触子のそれぞれに、その変位を
岩石コア表面の変位として検出する差動トランスを設け
た多数の差動トランス変位センサとを備えたことを特徴
とするものである。

【０００８】

【作用】圧力容器に孔井から採取した岩石コアを収容し
て、その岩石コアの表面に周囲から液圧を加え、この液
圧による加圧下において、上記岩石コア表面に接触する
接触子の変位を差動トランス変位センサにより検出すれ
ば、その岩石コア表面の三次元方向の変位データを高精
度に、しかも簡便に計測することができ、その変位デー
タに基づいて、上記岩石コアを採取した岩盤の変形性、
先行地圧特性を有効に評価することが可能になる。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明にかかる岩石コア変形性計測
装置及びそれを用いた岩石コア変形性の計測方法につい
て、具体的に説明する。図１は、本発明に係る岩石コア
変形性計測装置の実施例を示すものである。この岩石コ
ア変形性計測装置は、岩盤の孔井から採取された岩石コ
ア３を内部に収容するための上蓋２を有する圧力容器１
と、その圧力容器１内に油による液圧を負荷する液圧負
荷装置４と、圧力容器１の内壁の多面に設けられて岩石
コア３の各表面の変位を検出する多数の差動トランス変
位センサ５とを備えている。

【００１０】上記圧力容器１は、底部が逆円錐台形状の
円筒状凹部を備え、岩石コア変形性の計測に際しては、
この凹部に、計測に供される岩石コア３が収容される。
この岩石コア３を凹部に収容するに際しては、端部を円
錐台形状とした円柱状の岩石コア３を、その周囲を防油
性の樹脂膜からなるメンブレイン７により覆い、そのメ
ンブレイン７で覆った岩石コア３の上面の一部小面積を
圧力容器１の上蓋２に接着して上記凹部に収容し、この
凹部と岩石コア３の外周とにより囲まれる空間８に圧力
媒体としての油が満たされる。上記凹部を上方から閉鎖
する上蓋２は、油の洩れが生じないように密封状態に保
持される。岩石コア３の周囲を覆うメンブレイン７は、
作動油が岩石コア３に直接接触してその内部に侵入し、
真の加圧力に対する変位が計測できなくなるのを防止す
るものである。

【００１１】上記差動トランス変位センサ５は、圧力容
器１内において少なくとも６方向に向けて取りつけ、岩
石コア３を加圧した際のコア表面の垂直方向変位を計測
するもので、圧力容器１の壁面に差動トランス１１を有
する支持筒１０を液密に固定し、この支持筒１０から上
記岩石コア３の表面に向けて接触子１２を突出させ、ス
プリング１３による一定の力で岩石コア３の表面に添付
した金属箔１４に圧接するように構成している。従っ
て、岩石コア３の変位に伴う上記接触子１２の変位は差
動トランス１１により電気信号に変換して出力される。

【００１２】ここで、差動トランス変位センサを取りつ
ける６方向とは、例えば、図１のように、岩石コアの軸
方向であるＺＺ方向、これに直交するＸＸ方向、ＸＸ方
向及びＺＺ方向のぞれぞれに直交するＹＹ方向、ＺＺ方
向及びＸＸ方向を含む平面内においてそれらの方向と４
５度の角度をなすＺＸ方向、ＸＸ方向及びＹＹ方向を含
む平面内においてそれらの方向と４５度の角度をなすＸ
Ｙ方向、並びにＹＹ方向及びＺＺ方向を含む平面内にお
いてそれらの方向と４５度の角度をなすＹＺ方向などで
ある。

【００１３】このような６方向に差動トランス変位セン
サ５を取りつけると、接触子１２が岩石コア３の表面に
垂直に６方向からスプリング１３により圧接された状態
になる。ところで、上記接触子１２は、上記メンブレイ
ン７により覆われた岩石コア３の表面を圧接するように
介装されるのではなく、それが圧接される部位はメンブ
レイン７で覆わずに金属箔１４を添付して、その金属箔
１４を圧接するように介装される。これは、岩石コア３
の表面を覆うメンブレイン７によって加圧力に対する真
の変位を計測することができなくなるのを防止するため
である。

【００１４】次に、本装置を用いて行う岩石コア変形性
計測方法等について説明する。計測に供される岩石コア
３は、岩盤の変形性、先行地圧特性等を評価しようとす
る岩盤から採取する。そして、このような岩石コア３
を、上記差動トランス変位センサ５を所要の表面にスプ
リング１３で圧接させて圧力容器１の凹部内に収容し、
液圧負荷装置４により上記空間８に圧油を供給する。そ
れに伴って、岩石コア３の表面には三次元方向変位を生
じ、その変位は上記各接触子１２によりそれぞれ高精度
に検出され、差動トランス１１を介して電気信号として
それぞれ取り出される。このような圧力容器１内の油の
加圧に伴う岩石コア３の変形計測は誤差評価や精度解析
ができる条件下で高精度に実現できる。

【００１５】上記岩盤の孔井から採取された岩石コア３
は、先行地圧によって受けていた圧力（履歴地圧）から
解放される一方、その内部に残留変位を残存している。
そのため、液圧負荷装置４による加圧時にその加圧力と
岩石コア３の表面の変位の関係を求めると、供給される
作動油の加圧力が低い領域では、岩石コア３内の上記残
留変位に起因してその変位は小さいが、加圧力がある圧
力値以上に高くなるとその加圧力に対する変位の変化率
が一定値を示すようになる。即ち、上記履歴地圧に起因
してある圧力値以上の加圧領域では加圧力と変位とは比
例関係を有し、その圧力値が見かけの履歴地圧に相当す
る。また、上記加圧力と変位との関係から残留変位も容
易に知ることができる。

【００１６】このようにして計測した圧力容器１の圧力
と差動トランス変位センサ５による６方向の変位との相
関に基づき、岩石コア３の形状効果を補正した上で、三
次元的な変形性を評価し、さらにその変形率の変化や非
弾性変形挙動の分析により、先行地圧が岩盤の変形性に
影響を及ぼした圧力状態を、高精度に、しかも簡便に解
析評価することができる。

【００１７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明方法及び
装置によれば、孔井から採取した岩石コアを用い、その
表面の加圧下における垂直方向三次元方向変位を圧力容
器内壁の差動トランス変位センサにより検出して、その
岩石コアを採取した岩盤の変形性を知るための変位デー
タを高精度に、しかも簡便に計測することができ、その
計測結果に基づいて岩石コアを採取した岩盤の先行地圧
特性なども高精度、簡便に評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る岩石コア変形性計測装置の実施例
を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 圧力容器 ３ 岩石コア ４ 液圧負荷装置 ５ 差動トランス変位センサ １１ 差動トランス １２ 接触子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧力容器内に収容された岩石コアにその周
   囲から液圧を加え、この液圧による加圧下において、上
   記岩石コア表面の三次元方向変位を、上記圧力容器の内
   壁から接触子を突出させた多数の差動トランス変位セン
   サにより、上記岩石コアを採取した岩盤の変形性、先行
   地圧特性を評価するための岩石コアの変位データとして
   検出することを特徴とする岩石コア変形性計測方法。
2. 【請求項２】岩盤の孔井から採取された岩石コアを内部
   に収容するための圧力容器と、 上記圧力容器内に液圧を負荷する液圧負荷装置と、 上記圧力容器の内壁からそれに収容された上記岩石コア
   の表面に多方向から接触させる接触子を突出させ、それ
   らの接触子のそれぞれに、その変位を岩石コア表面の変
   位として検出する差動トランスを設けた多数の差動トラ
   ンス変位センサと、を備えたことを特徴とする岩石コア
   変形性計測装置。