JPH08285747A - 軟質岩盤用の孔内せん断試験方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的軟質な岩盤であっても、せん断プレー
トを確実にボーリング孔壁に圧着でき、そのため試験の
信頼性が向上し、また試験対象岩盤の挙動を把握できる
ようにする。 【構成】 ボーリング孔２２内に挿入するプローブ２４
の両側部にせん断プレート３０を設け、垂直圧用ジャッ
キ３２によって外向きの荷重を加えて歯が孔壁に食い込
むようにせん断プレートを孔壁に圧着し、プローブに連
結した引抜き用ロッド２６に地上のせん断圧用ジャッキ
２８によって引抜き荷重を加えるせん断試験装置本体部
１０と、両ジャッキを加圧制御する圧力制御部１２と、
プローブ軸方向の応力を計測する計測部１４を有する。
せん断プレート外表面に圧力センサを設けて孔壁との圧
着圧力を測定し、引抜き用ロッドの変位量を測定する変
位計を設け、引抜き用ロッドの変位とプローブ軸方向の
応力を連続的に計測可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比較的低強度の軟質岩
盤に適した孔内せん断試験技術に関し、更に詳しく述べ
ると、せん断プレートに圧力センサを設けて孔壁との圧
着圧力を直接測定できるようにすると共に、せん断応力
とせん断変位とを同時に連続的にモニタできるようにし
た孔内せん断試験方法及び装置に関するものである。こ
の技術は、特にしらすやまさ等の比較的低強度の軟質岩
盤を対象とする各種建造物の設計に用いる地盤定数を得
るのに有用である。

【０００２】

【従来の技術】岩盤を対象とする各種土木構造物の設計
において、原位置における岩盤の強度・変形などの力学
特性を適切に評価することは重要であり、このためにせ
ん断試験及び平板載荷試験が実施されている。しかし、
これらの原位置試験は大掛かりであり、実施に際して多
大の経費と時間を要するし、そのために試験回数が制限
され、対象とする岩盤全体の力学的特性を評価すること
は容易ではない。

【０００３】そこで、このような欠点を解消するため、
ボーリング孔内において岩盤の強度・変形を測定する技
術が開発された。従来の孔内せん断試験装置は、ボーリ
ング孔内に挿入するプローブの両側部にせん断プレート
を配設し、垂直圧用ジャッキによって外向きの荷重を加
えて、せん断プレートの外表面に突設した歯が孔壁に食
い込むようにせん断プレートを孔壁に圧着し、プローブ
に連結した引抜き用ロッドに地上のせん断圧用ジャッキ
によって引抜き荷重を加え、プローブ軸方向の応力をロ
ードセルで計測することにより、せん断破壊点及びその
時のせん断応力を求めるように構成されている。

【０００４】このような装置によるせん断試験の実施に
際しては、あらかじめせん断プレートを岩盤（孔壁）に
圧着すること（即ち、せん断プレートに突設した歯が完
全に岩盤に食い込み、緩みが無いようにすること）が重
要である。これは、歯で囲まれた岩盤をせん断破壊さ
せ、そのときの応力をもってせん断強度とするものであ
り、歯の先端を結ぶ面が強制せん断面となることを仮定
しているからである。せん断プレートの圧着に必要な圧
力（圧着圧力）は岩盤の強度に依存し、岩盤強度が大き
くなるにつれて圧着圧力も大きくなる。従って、試験に
際しては、適切な圧着圧力の設定が必要となる。この圧
着圧力の決定に当たっては、対象としている岩石の一軸
圧縮強度が有効な指標になるとされ、利用されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】試験対象が硬い岩盤の
ような場合は、一般に孔壁面が綺麗であり、せん断プレ
ートの面積も小さくてよいし、圧着圧力の目安となる一
軸圧縮強度によって、ほとんどばらつきなくせん断プレ
ートを孔壁に圧着させることができると考えられてい
る。

【０００６】しかし、試験対象がしらすやまさ等の比較
的低強度の軟質岩盤（例えば、一軸圧縮強度が５kgf/cm
² 以下、粒度組成は均質で細粒なもの）の場合には、圧
着圧力の設定が極めて難しい。また、たとえ適切な圧着
圧力を設定しても、ボーリング孔壁が乱れているため
（凹凸がある）、せん断プレートがきちんと孔壁に圧着
しない可能性があった。更に、硬い岩盤用のような面積
の小さなせん断プレートを軟質岩盤にそのまま用いたの
では載荷する応力の制御が難しく、測定する応力の分解
能が高くないなどの欠点もあった。

【０００７】本発明の目的は、しらすやまさ等の比較的
低強度の軟質岩盤であっても、せん断プレートを確実に
ボーリング孔壁に圧着することができ、且つその圧着状
態を直接確認できるため試験の信頼性が向上し、また試
験対象岩盤の挙動を把握できるような軟質岩盤用の孔内
せん断試験技術を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、軟質岩盤中に
形成されているボーリング孔内に挿入するプローブの両
側部にせん断プレートを配設し、垂直圧用ジャッキによ
って外向きの荷重を加えて、せん断プレートの外表面に
突設した歯が孔壁に食い込むようにせん断プレートを孔
壁に圧着し、プローブに連結した引抜き用ロッドに地上
のせん断圧用ジャッキによって引抜き荷重を加えるせん
断試験方法において、せん断プレートの外表面の複数本
の歯の間の位置でのせん断プレート外表面と孔壁との圧
着圧力を測定するとともに、引抜き用ロッドの変位とプ
ローブ軸方向の応力とを連続的に計測するようにした軟
質岩盤用の孔内せん断試験方法である。

【０００９】また本発明は、ボーリング孔内に挿入する
プローブの両側部にせん断プレートを配設し、垂直圧用
ジャッキによって外向きの荷重を加えて、せん断プレー
トの外表面に突設した歯が孔壁に食い込むようにせん断
プレートを孔壁に圧着し、プローブに連結した引抜き用
ロッドに地上のせん断圧用ジャッキによって引抜き荷重
を加えるせん断試験装置本体部と、前記両ジャッキを加
圧制御する圧力制御部と、プローブ軸方向の応力を計測
する計測部とを備えた装置である。本発明の特徴は、せ
ん断プレートの外表面の複数本の歯の間の位置に圧力セ
ンサを設けて、せん断プレート外表面と孔壁との圧着圧
力を測定可能とすると共に、引抜き用ロッドの変位量を
測定する変位計を設けて、引抜き用ロッドの変位とプロ
ーブ軸方向の応力とを連続的に計測可能とし、軟質岩盤
に適用可能とした点にある。

【００１０】ここでせん断プレートは、例えば円筒面状
とし、線状の歯を２又は３段に配置して、プローブ軸方
向及びせん断プレート突出方向に対して互いに垂直な方
向の枢軸を設けて円筒面座で支持し、孔壁面に沿うよう
に揺動可能とする。球面座で支持するように構成しても
よい。せん断プレートの外表面に形成する歯は、高さ２
〜３mm、先端角ほぼ３０度の断面三角形状とし、プロー
ブ円周方向、即ちプローブ軸方向に対して直角方向に延
びるように形成する。また圧力センサは、その表面がせ
ん断プレートの外表面に対してほぼ面一となるように、
せん断プレートに埋設するのが好ましい。

【００１１】

【作用】垂直圧用ジャッキによってせん断プレートに外
向きの荷重を加えると、せん断プレートは移動して孔壁
に当接し、やがて歯が孔壁に食い込むように圧着する。
この時のせん断プレートと孔壁との圧着圧力は、圧力セ
ンサで直接検出できる。そのため、せん断プレートの孔
壁への圧着状態、歯が孔壁に完全に貫入したことを確実
に検知でき、せん断試験の精度並びに信頼性が向上す
る。また、引抜き用ロッドの変位とプローブ軸方向の応
力とを連続的に計測することで、せん断破壊時の岩盤の
挙動を把握でき、解析時の情報量が増え、より正確な基
礎的設計データを得ることができる。

【００１２】せん断プレートを揺動可能に支持すること
で、せん断プレートは凹凸のある孔壁面に倣って揺動し
正対する。歯は、その高さを高くし、先端角ををきつく
することで、岩盤に食い込み易くなり、岩盤を傷め難く
なる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明に係る軟質岩盤用の孔内せん断
試験装置の一実施例を示す全体構成図であり、図２はそ
のプローブの一部破断斜視図である。本装置は主とし
て、せん断試験装置本体部１０と、ジャッキを加圧制御
する圧力制御部１２と、プローブ軸方向の応力、せん断
プレートと孔壁との圧着応力、引抜き用ロッドの変位量
などを計測する計測部１４とからなる。

【００１４】せん断試験装置本体部１０は、例えばしら
すやまさ等の比較的低強度の軟質岩盤２０に掘削したボ
ーリング孔２２内に、地上から挿入するプローブ２４
と、プローブ２４内に設けた軸方向の応力を計測するロ
ードセル２５と、該プローブ２４の上端に連結した引抜
き用ロッド２６と、地上に位置して前記引抜き用ロッド
２６に引抜き荷重を加えるせん断圧用ジャッキ２８を具
備している。プローブ２４の両側部にせん断プレート３
０を外向きに出入自在に配設し、該せん断プレート３０
の背後に垂直圧用ジャッキ３２を設ける。せん断プレー
ト３０の外表面には、断面三角形状でプローブ軸方向に
対して直角方向に延びるように形成した線状の歯３４を
２段又は３段（この実施例では２段）形成し、両方の歯
３４の間の位置に圧力センサ３６を設ける。せん断プレ
ート３０は、プローブ軸方向及びせん断プレート突出方
向に対して互いに垂直な方向の枢軸３８を設け、円筒面
座で若干（約５度程度の範囲内で）あおり角θが変えら
れるように揺動自在に支持する（図３参照）。

【００１５】比較的低強度の軟質岩盤に適するように、
せん断プレート３０は、幅１８mm、長さ５０mmと縦長の
円筒面状となっており、１０mmの間隔をおいて２段に歯
３４を設ける。歯３４の断面は、図４に示すように三角
形状であり、高さ２〜３mm、先端角約３０度となってい
る。そして圧力センサ３６は、その表面がせん断プレー
ト３０の外表面に対してほぼ面一となるように（もしく
は若干圧力センサの表面が突出するように）、せん断プ
レート３０に埋設する。圧力センサ３６は、例えばロー
ドセルなどでよい。

【００１６】垂直圧用ジャッキ３２は、プローブ軸方向
に対して垂直方向に伸縮するようにプローブ２４内に設
置されており、図３に示すように、シリンダ４０とピス
トン４２が嵌合し、それらの両端にせん断プレート３０
が取り付けられている。一方の送油口４４からシリンダ
とピストン後端面との間の空間に油を圧送することによ
って、ピストン４２が押し出され、逆に他方の送油口４
６からシリンダ内周面とピストン外周面との間の環状空
間に油を圧送することによって、ピストンが押し込まれ
る。これによってせん断プレート３０が出入することに
なる。

【００１７】図１に示すように、圧力制御部１２は、２
台の油圧ポンプ５０，５１及び圧力計５２，５３からな
り、それぞれ垂直圧用ジャッキ３２とせん断圧用ジャッ
キ２８に接続されて、それらの動作を制御する。

【００１８】計測部１４は、各種のセンサ及び計器類か
らの信号が入力するスイッチボックス６０、スイッチボ
ックス６０からのアナログ信号をデジタル信号に変換し
てデータのサンプリングと収録を行うデータ収録装置６
２、データ解析や解析結果の記録・表示を行うパーソナ
ルコンピュータ６４などを備えている。スイッチボック
ス６０への入力信号としては、せん断プレート３０に埋
設されている圧力センサ３６からの圧力信号、両油圧ポ
ンプ５０，５１に付設した圧力計５２，５３からの油圧
信号、ロードセル２５からの圧力信号、引抜き用ロッド
２６の変位を示す変位計６６からの変位信号などがあ
る。変位計６６は、ここでは電気式ダイヤルゲージであ
り、マグネットベース６８に下向きに搭載され、該マグ
ネットベース６８を基準梁７０に磁気的に吸着させるこ
とで固定する。そして、電気式ダイヤルゲージの先端可
動片を引抜き用ロッド２６に取り付けたバイスグリップ
７２に当接させる。

【００１９】次に、このせん断試験装置の使用方法並び
に動作について説明する。まずプローブ２４をボーリン
グ孔２２内の所定の位置に挿入し、地表の孔口にはせん
断用ジャッキ２８等の装置を設置する。勿論、油圧ポン
プ５０，５１などとの配管、及び測定部１４との配線な
どを行う。試験の準備が完了したなら、油圧ポンプ５０
からプローブ内の垂直圧用ジャッキ３２に作動油を圧送
してせん断プレート３０に外向きの荷重を加える。該せ
ん断プレート３０は外向きに移動して孔壁に当接する。
更に外向きに力が加わると、せん断プレート３０は孔壁
の形状に倣って傾きを変えて、全面で孔壁に圧接する。
その状態で、外表面に突設した歯３４が孔壁に食い込む
ように、更にせん断プレート３０を孔壁に圧着する。そ
の際、圧力センサ３６によりせん断プレート外表面と孔
壁との間の実際の圧着圧力を測定し、それによってせん
断プレート外表面が孔壁面に直接確実に圧着したか否か
を把握できる。

【００２０】図４に示すような状態になって、圧着が確
認されたならば、他方の油圧ポンプ５１によってせん断
用ジャッキに作動油を圧送し、プローブ２４に連結した
引抜き用ロッド２６に引抜き荷重を加える。その際、変
位計６６によって引抜き用ロッド２６の変位を計測し続
け、同時にロードセル２５によってプローブ軸方向の応
力も計測し続ける。すると、図４の破線で示すように歯
で囲まれた岩盤（強制せん断面を破線で示す）をせん断
破壊させる。この方法によって、図５に示すようなせん
断変位−せん断応力の関係を示す曲線が得られる。この
曲線を解析することで、岩盤の挙動を把握することがで
きるし、勿論、せん断破壊点及びその時のせん断応力も
求めることができる。

【００２１】以上、本発明の好ましい一実施例について
詳述したが、本発明はかかる構成のみに限定されるもの
ではない。図６のＡに示すように、せん断プレート３０
の外表面の両歯３４の間の部分の厚さ（径方向の寸法）
が、残りの部分の厚さより厚く設計しておけば、孔壁へ
の圧着時に、中央部のみが圧着し、両側は非接触（隙間
ｇができる）となる。非接触の部分の破壊は、垂直応力
がゼロであるため、測定結果に影響を与えることはな
い。歯の段数は、２段に限らず、図６のＢに示すように
３段でもよい。せん断プレート３０の外表面に３段にわ
たって歯３４を設け、それらの間に圧力センサ３６を設
ける。ここでは圧力センサ３６を２個組み込んでいる
が、どちらか１個のみでもよい。更に、引抜き用ロッド
の変位を測定する変位計としては、実施例に示した電気
式ダイヤルゲージの他、差動トランスや歪ゲージ式変位
計なども使用可能である。

【００２２】

【発明の効果】本発明は上記のように、せん断プレート
の外表面に設けた複数本の歯の間の位置に圧力センサを
設けて、せん断プレート外表面と孔壁との圧着圧力を測
定可能とすると共に、引抜き用ロッドの変位量を測定す
る変位計を設けて、引抜き用ロッドの変位とプローブ軸
方向の応力とを連続的に計測可能としたので、比較的低
強度の軟質岩盤であっても、歯をボーリング孔壁に食い
込ませてせん断プレートを確実に孔壁に圧着することが
でき、且つその圧着状態を直接確認できるため試験の信
頼性が向上するし、また、せん断破壊点及びその時のせ
ん断応力のみならず、解析によって試験対象岩盤の挙動
を把握でき、より信頼性の高いデータが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るせん断試験装置の一実施例を示す
全体構成図。

【図２】それに用いるプローブの一例を示す一部破断斜
視図。

【図３】プローブの要部の断面図。

【図４】せん断プレートと孔壁との圧着状態を示す説明
図。

【図５】せん断変位−せん断応力の関係を示す曲線図。

【図６】せん断プレートの他の例と孔壁との圧着状態を
示す説明図。

【符号の説明】

１０ せん断試験装置本体部 １２ 圧力制御部 １４ 計測部 ２２ ボーリング孔 ２４ プローブ ２５ ロードセル ２６ 引抜き用ロッド ２８ せん断圧用ジャッキ ３０ せん断プレート ３２ 垂直用ジャッキ ３４ 歯 ３６ 圧力センサ ６６ 変位計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武内 俊昭 東京都千代田区九段北４丁目２番６号 応 用地質株式会社内 (72)発明者 鈴木 清高 東京都千代田区九段北４丁目２番６号 応 用地質株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軟質岩盤中に形成されているボーリング
   孔内に挿入するプローブの両側部にせん断プレートを配
   設し、垂直圧用ジャッキによって外向きの荷重を加え
   て、せん断プレートの外表面に突設した歯が孔壁に食い
   込むようにせん断プレートを孔壁に圧着し、プローブに
   連結した引抜き用ロッドに地上のせん断圧用ジャッキに
   よって引抜き荷重を加えるせん断試験方法において、せ
   ん断プレートの外表面の複数本の歯の間の位置でのせん
   断プレート外表面と孔壁との圧着圧力を測定すると共
   に、引抜き用ロッドの変位とプローブ軸方向の応力とを
   連続的に計測することを特徴とする軟質岩盤用の孔内せ
   ん断試験方法。
2. 【請求項２】 ボーリング孔内に挿入するプローブの両
   側部にせん断プレートを配設し、垂直圧用ジャッキによ
   って外向きの荷重を加えて、せん断プレートの外表面に
   突設した歯が孔壁に食い込むようにせん断プレートを孔
   壁に圧着し、プローブに連結した引抜き用ロッドに地上
   のせん断圧用ジャッキによって引抜き荷重を加えるせん
   断試験装置本体部と、前記両ジャッキを加圧制御する圧
   力制御部と、プローブ軸方向の応力を計測する計測部と
   を備えた装置において、せん断プレートの外表面の複数
   本の歯の間の位置に圧力センサを設けて、せん断プレー
   ト外表面と孔壁との圧着圧力を測定可能とすると共に、
   引抜き用ロッドの変位量を測定する変位計を設けて、引
   抜き用ロッドの変位とプローブ軸方向の応力とを連続的
   に計測可能としたことを特徴とする軟質岩盤用の孔内せ
   ん断試験装置。
3. 【請求項３】 高さ２〜３mm、先端角ほぼ３０度の断面
   三角形状をなし、プローブ円周方向に形成した線状の歯
   を、せん断プレートの外表面に２段又は３段に配置し、
   且つプローブ軸方向及びせん断プレート突出方向に対し
   て互いに垂直な方向の枢軸を設けてせん断プレートを円
   筒面座で支持して、孔壁面に沿うように揺動可能とした
   請求項２記載の孔内せん断試験装置。
4. 【請求項４】 圧力センサの表面をせん断プレートの外
   表面に対してほぼ面一となるように、圧力センサをせん
   断プレートに埋設した請求項３記載の孔内せん断試験装
   置。