JPH11152984A - 孔底の中空円筒試験体を利用したプレッシャーメータ試験法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 任意の応力下における地盤の変形特性を原位
置で精度良く評価できるようにする。 【解決手段】 調査対象である地盤１にボーリンク孔２
をあけ、そのボーリング孔２の孔底の地盤１から中空円
筒試験体３を切り出し、該中空円筒試験体３の軸方向へ
の変形を拘束する荷重を拘束手段９により作用させなが
ら、加圧手段６により中空円筒試験体３の外周面と中央
小孔５の内周面とに径方向への外圧Ｐ _out・内圧Ｐ_inを
かけ、該外圧Ｐ_out・内圧Ｐ_inの大きさをそれぞれ変化
させたときの中空円筒試験体３の径方向の変位を圧力を
変えない方で計測し、該変位と外圧Ｐ_out・内圧Ｐ_in の
大きさとの関係から地盤１の変形特性を求めるようにし
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物の設計・施
工のために行う地盤調査において、地盤の変形特性を測
定するのに用いられるプレッシャーメータ試験法に関す
る。更に詳述すると、本発明は孔底に設けられた中空円
筒試験体を利用するプレッシャーメータ試験法の改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】岩盤などの地盤の変形特性を把握するた
め、原位置試験が行われる。原位置試験は、実地に即し
たデータを得るため、原位置で掘削された地盤を試験体
として用い、当該原位置にて行われる。

【０００３】この原位置試験の一つであるプレッシャー
メータ試験は、ボーリング孔内に加圧体を挿入すること
によって行うことができるものである。この場合、ボー
リング孔壁を加圧あるいは減圧し、該孔壁の変位を計測
して応力とひずみとの関係を求めている。この場合、孔
壁に載荷している圧力と孔壁の変位の関係について線形
弾性理論に基づく解析を行い、孔壁の地盤要素のせん断
応力とせん断ひずみとの関係を求めている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ボーリ
ング孔壁を加圧・減圧するときの圧力と孔壁における変
位との関係については、ある特定の応力（初期の地盤応
力または地圧）下における変形特性しか調べることがで
きないという問題を有している。

【０００５】また、圧力をかける孔壁面で地盤の変位を
計測するために誤差（孔壁とゴム膜のなじみに起因する
ベッディング・エラーなど）が含まれた計測しかできな
い。

【０００６】そこで本発明は、任意の応力下における地
盤の変形特性を原位置で精度良く評価することができる
孔底の中空円筒試験体を利用したプレッシャーメータ試
験法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の発明のプレッシャーメータ試験法で
は、調査対象地盤にボーリング孔をあけ、そのボーリン
グ孔の孔底の地盤から中空円筒試験体を成形し、該中空
円筒試験体の軸方向への変形を拘束する荷重を拘束手段
により作用させながら、加圧手段により中空円筒試験体
の外周面と中央小孔の内周面とに径方向への外圧・内圧
をかけ、この外圧・内圧の大きさをそれぞれ独立に変化
させたときの中空円筒試験体の径方向の変位を圧力を変
化させない方で計測し、該変位と圧力との関係を用いて
地盤の変形特性を求めるようにしている。

【０００８】プレッシャーメータ試験法によると、孔壁
に載荷している圧力ｐと孔壁の変位ｕ_c との関係が求め
られる。これを例えば線形弾性理論に基づく通常の解析
により、孔壁の地盤要素のせん断応力（ｐ−ｐ₀） 〜せ
ん断ひずみ（孔壁ひずみとも呼ばれる：ε_c＝ｕ_c／
ｒ₀）との関係に直す。ここで、ｐ₀は初期の地盤圧力、
ｒ ₀ は初期のボーリング孔半径である。このようにして
求められる応力〜ひずみ関係は、地盤内部の初期応力
（地圧）の拘束圧に対するもので、他の拘束圧に対する
関係は得られない（地盤の応力〜ひずみ関係は圧密応力
つまり拘束圧によって異なる）。しかし、請求項１記載
の発明によると、最初に内圧Ｐ_inと外圧Ｐ_outとを等し
くして試験体を圧密することができる。したがって、圧
密終了後に、内圧Ｐ_inまたは外圧Ｐ_outを独立に変化さ
せれば（Ｐ_in≠Ｐ_out）、任意の拘束圧下におけるプレ
ッシャーメータ試験が可能となる。そこで、孔底の中空
円筒試験体に対し、軸方向への動きを拘束しながら、平
面ひずみ条件下で、径方向の圧力を変化させた時の該方
向への変化の様子を計測し、試験体軸に直交する面内の
変形特性が求められる。この場合、中空円筒試験体はボ
ーリング孔の孔底の地盤を成形して設けられたものであ
り、この試験体に関して得られた特性がそのままその地
盤の性状として用いられ得る。

【０００９】請求項２記載の孔底の中空円筒試験体を利
用したプレッシャーメータ試験法では、ボーリング孔の
内周面と中空円筒試験体との間にスリットを設け、該ス
リットと中央小孔とに加圧手段を形成する加圧部材を設
けている。したがって中空円筒試験体に対し、外側と内
側とから、等方的な外圧及び内圧をかけることができ
る。またスリットに設けられた加圧部材は該スリットの
中でボーリング孔の内周面によって支持されるため、内
周面からの反作用を受け、中空円筒試験体に対しより有
効な外圧をかけることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

【００１１】図１から図４に、本発明の孔底の中空円筒
試験体を利用したプレッシャーメータ試験法の一実施形
態を示す。この試験法では、原位置のボーリング孔２の
孔底に成形された地盤１から成る中空円筒試験体３に対
し、軸方向の変位を拘束しながら径方向へ加圧・減圧
し、そのときの変位を計測して変位と圧力の大きさとの
関係を得る。そこでまず、本発明の孔底の中空円筒試験
体を利用したプレッシャーメータ試験を行うための構成
について説明する。

【００１２】この孔底の中空円筒試験体を利用したプレ
ッシャーメータ試験を行うには、まず、図２に示すよう
に、原位置においてボーリングにより地盤１を鉛直下に
削孔し円柱状のボーリング孔２を設ける。ボーリング孔
２の孔底は、必要に応じて研磨する。そしてこのボーリ
ング孔２の内周面を孔底側に向けて鉛直方向へ延長する
ようにスリット状に溝掘りして円柱形状の試験体を成形
し、更にこの試験体の中央に鉛直方向へ中央小孔５を掘
削して図３に示すような中空円筒試験体３とする。この
場合、ボーリング孔２と中空円筒試験体３との間のスリ
ット４の溝幅や、中央小孔５の径は特に限定されること
はない。ただし本実施形態では、スリット４の幅や中央
小孔５の径は加圧部材７及び変位計測手段８を収容する
のに必要十分なものとされている。

【００１３】次にスリット４と中央小孔５とに加圧手段
６を設ける。加圧手段６は中空円筒試験体３の外周面と
内周面とに外圧Ｐ_out 及び内圧Ｐ_inを加え径方向へ変位
させるものである。本実施形態では、この加圧手段６
は、袋状のゴム膜（ゴムスリーブ）・メンブレンなどか
ら成る加圧部材７と、この加圧部材たるメンブレン７の
中に圧力流体を供給する圧力源などから構成されてい
る。このメンブレン７は、スリット４及び中央小孔５に
それぞれ設けられている。このメンブレン７は、空気な
どの気体が注入可能な注入口を備え、気体圧力により中
空円筒試験体３に径方向への外圧Ｐ_out 及び内圧Ｐ_inを
与えている。また、気体を加圧して送り込む加圧装置
（図示省略）がそれぞれのメンブレン７に個別に設けら
れ、スリット４のメンブレン７と中央小孔５のメンブレ
ン７とで圧力を独立変化させることができるようにされ
ている。尚、圧縮気体により外圧Ｐ_out 及び内圧Ｐ_inを
加える代わりに、水などの液体を用いても外圧Ｐ_out及
び内圧Ｐ_inを加えることができる。

【００１４】更に、中空円筒試験体３に軸方向への荷重
をかける拘束手段９がこの中空円筒試験体３の上方に設
けられ、荷重を作用させることにより外圧Ｐ_out または
内圧Ｐ_inを変化させる時の中空円筒試験体３の軸方向へ
の変形を拘束している。この拘束手段９は特定のものに
限定されることはないが、例えば本実施形態では中空円
筒試験体３に軸方向の荷重をかけるセンターホールジャ
ッキが用いられている。このセンターホールジャッキ
は、中空円筒試験体３の上部に併せて設けられるキャッ
プ１１を介して中空円筒試験体３に荷重を付与してい
る。また拘束手段９は、中空円筒試験体３へ荷重をかけ
る際の反力を受け得るように地盤１に固定して設けられ
る。本実施形態では図４に示すようにボーリング孔２の
内周面の一部にケーシング１０を取り付け、このケーシ
ング１０を用いてセーターホールジャッキなどの拘束手
段９を固定させるようにしている。

【００１５】上述のように設けられた各装置を用い原位
置においてプレッシャーメータ試験を行う。まず、中空
円筒試験体３に対して拘束手段９によって荷重を作用さ
せるのと同時に、加圧手段６を用いてメンブレン７へ気
体を送り込み中空円筒試験体３に等方的な外圧Ｐ_out 及
び内圧Ｐ_inを与える。この時、中空円筒試験体３は軸方
向に変形しても構わない。この後、中空円筒試験体３の
軸方向の変形を拘束した状態で、この外圧Ｐ_out または
内圧Ｐ_inの一方の大きさを変化させ、その圧力の大きさ
に対する中空円筒試験体３の側面における変位を変位計
測手段８により計測する。そして、圧力と変位との相関
関係をグラフなどに表し、地盤の変形特性を求める。こ
こで、変位計測手段８としては、特定の計測システムに
限定されることはなく、例えば作動トランス型やひずみ
ゲージ型あるいはポテンショメータ型などの変位計を用
いて直接変位を測定しても良いし、レーザ型や渦電流型
などの非接触型変位計を用いて間接的に変位を計測する
ようにしても良い。

【００１６】以上のようにして試験を行う孔底の中空円
筒試験体を利用したプレッシャーメータ試験法による
と、軸方向への変形を拘束しながら外圧Ｐ_out または内
圧Ｐ_inの一方を変化させた時の中空円筒試験体の径方向
の変位を、圧力を変化させていない側で計測するので、
ベッディング・エラーの影響を受けずに、原位置で高精
度な変位計測をすることができる。しかも複数の深度で
試験を実施すれば、地盤の変形特性の深度分布を原位置
にて高精度に評価することができる。

【００１７】尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施
の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明
の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１記載の発明の孔底の中空円筒試験体を利用したプレッ
シャーメータ試験法では、ボーリング孔の孔底に成形し
て設けられた中空円筒試験体を、軸方向への変形を拘束
しながら、加圧手段により外圧・内圧を独立に作用させ
て径方向へ変位させ、圧力を変化させていない側で変位
を測定するようにしているので、あらゆる応力下におけ
る圧力と変位との関係がベッディング・エラーなどを含
まずに精密に求められる。したがって、この試験法で
は、中空円筒試験体はボーリング孔の孔底の地盤を成形
することにより設けられたものであり、この試験体に関
して得られた特性がそのままその地盤の性状として用い
られ得る。

【００１９】また、請求項２記載の発明の孔底の中空円
筒試験体を利用したプレッシャーメータ試験法では、ボ
ーリング孔内周面と中空円筒試験体との間にスリットを
設け、該スリットに加圧手段を形成する加圧部材を設け
るようにしているので、加圧部材をボーリング孔内周面
で受け支えることができる。したがって、加圧部材を受
け支える部材を特に設けていなくても、加圧手段を用い
て中空円筒試験体に圧力を作用させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の孔底の中空円筒試験体を利用したプレ
ッシャーメータ試験法で利用されるボーリング孔及び孔
底に設けられる中空円筒試験体を示す原位置地盤の縦断
面図である。

【図２】原位置地盤に掘削されたボーリング孔を示す縦
断面である。

【図３】ボーリング孔とその孔底に成形された中空円筒
試験体とを示す縦断面図である。

【図４】中空円筒試験体への荷重の反力をボーリング孔
の壁面で受ける様子を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 地盤 ２ ボーリング孔 ３ 中空円筒試験体 ４ スリット ５ 中央小孔 ６ 加圧手段 ７ 加圧手段を構成するメンブレン（加圧部材） ９ 拘束手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 調査対象地盤にボーリング孔をあけ、そ
   のボーリング孔の孔底の地盤から中空円筒試験体を成形
   し、該中空円筒試験体の軸方向への変形を拘束する荷重
   を拘束手段により作用させながら、加圧手段により前記
   中空円筒試験体の外周面と中央小孔の内周面とに径方向
   への外圧・内圧をかけ、この外圧・内圧の大きさをそれ
   ぞれ独立に変化させたときの前記中空円筒試験体の径方
   向の変位を圧力を変化させない方で計測し、該変位と前
   記圧力との関係を用いて地盤の変形特性を求めることを
   特徴とする孔底の中空円筒試験体を利用したプレッシャ
   ーメータ試験法。
2. 【請求項２】 前記ボーリング孔の内周面と中空円筒試
   験体との間にスリットを設け、該スリットと前記中央小
   孔とに前記加圧手段を形成する加圧部材を設けることを
   特徴とする請求項１記載の孔底の中空円筒試験体を利用
   したプレッシャーメータ試験法。