JPS62290B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、土木工事の設計・旋工上、或いは
地辷り・斜面崩壊などの災害防止対策上必要な地
盤の剪断特性即ち、内部摩擦角φ、粘着力Ｃの値
を試錐孔内の自然条件下で直接的に求めるための
試験方法に関するものである。

従来、土木工事、とりわけ建物・橋梁・ダムな
どの基礎地盤、港湾施設・沈埋トンネル・パイプ
ラインその他の埋立地や海域における支持地盤、
道路・鉄道・上下水道などの埋設管・盛土その他
の軟弱土質地域における構造物支持地盤などの調
査・設計・施工においては、これら対象地盤のも
つ力学的性質、特に剪断特性としてのφとＣの値
を把握することが最も重要な事項とされており、
また、地辷りや斜面崩壊についても、その安定性
を検討する上ではφおよびＣの値を知ることが必
須条件である。しかし、現在のところ、ごく軟弱
な粘土について各種ベーン試験により、Ｃの値を
求める方法はあるが、一般的な土質や風化岩の自
然条下における原地盤で、φおよびＣの値を精度
よく測定する試験方法は確立されていない。そこ
でサンプラーなどによる採取試料の室内土質試
験・岩石試験が行なわれている。これには一面剪
断試験（φ、Ｃ測定）、二面剪断試験（Ｃ測定）、
三軸圧縮試験（φ、Ｃ測定）などがあるが、砂
層・砂礫層・砂礫混り粘性土・風化岩などでは自
然状態のままの不撹乱試料を採取することが困難
であり、実際上充分な試験はできない。

また、標準貫入試験のＮ値との相関実験式やイ
スキメーによるプルサウンデイング、ヘリカルサ
ウンデイングまたはコーンペネトロメーターなど
の原位置サウンデイング試験から、種々の実験式
によつてφやＣの値が推定的に決められている
が、これらは主として間接的な試験方法であり、
ばらつきも多く、信頼性が乏しい欠点がある。

そのほか、試錐孔内に水圧加圧式パツカーを挿
入して孔壁を圧着し、これを孔軸に沿い上方に引
抜く場合の剪断抵抗力即ち、剪断破壊強度の測定
を加圧段階ごとに実施して加圧力と剪断破壊強度
の関係からφおよびＣを測定する試験方法が開発
されているが、この方法では引抜のためパツカー
圧着位置が漸次上方に移動して同一地点の測定が
できないこと、パツカー上部に起こる応力分布が
成層状態により、またパツカーの圧着力の相異に
より複雑に変化し、測定値に大きいバラツキを生
じること、孔壁の乱れや加圧による圧密と上部へ
の押圧し変形によつてパツカー上端部に異常の反
力を発生すること、孔口地表面における引抜のた
めの反力がとりにくく装置が大型化することなど
の難点がある。

また、大変位や地辷りなどの解析上重要とされ
ている剪断破壊後の残留剪断強度、およびその場
合のφ、Ｃの値が測定できないなどの欠点があ
り、充分な試験による信頼性の高い結果は期待し
難い。

本発明は上述の各種試験方法における欠点・問
題点を解決するために開発したものであり、その
特徴とするところは 試料を採取しなくても、或いは採取できなく
ても、自然状態の地盤に対して直接試験が可能
である。

各加圧段階ごとに同一地点で試験ができ、試
験中加圧断面に変化がない。

試験パツカーの上下に保持パツカーを附帯さ
せることにより、孔壁の保持と、圧密変位や地
盤内に発生する加圧応力の異状分布を防止し平
均化が行えるので、信頼性の高い結果が期待で
きる。

最大剪断強度と残留剪断強度の測定が可能で
あり、それぞれのφおよびＣの値が求められ
る。

試験装置が簡略化され、操作が簡単となるほ
か、特に孔口地表面に反力設備を必要としな
い。

試験パツカー部の取替えにより、ごとく軟弱
な地盤から、亀裂の発達した風化岩などにも適
用可能である。

などが挙げられる。

以下に本発明の原理、試験装置構成および操作
例、試験結果の解析について述べる。

(1) 本発明の原理 第１図は本発明の原理を模式的に示したもので
ある。本図中１は加圧パツカーで２になる加圧板
を表面に附帯し、３は捩り棒（ロツド）である。
これを試錐孔内の所定試験位置に挿入し、水圧
（または気体圧、油圧）などによりPnなる圧力で
加圧パツカーを膨張させ、加圧板を孔壁に圧着し
た場合に、孔壁地盤の圧着面付近に生じる半径方
向応力は σｎ＝Pn＋Po−Pgn ここに σｎ：孔壁周辺の地盤内半径方向応力（Kg／
cm²） Pn：加圧パツカーへの給圧（Kg／cm²） Po：地下水位を考慮した静水圧（Kg／cm²） Psn：パツカーゴムの単位面積当り反力
（Kg／cm²） である。いま、この加圧パツカーに、捩り棒を介
してMnなる回転モーメントを与えたとすると、
加圧板に接する孔壁面の地盤内に剪断歪力が発生
し、その中心に対する合計モーメントは上記の回
転モーメントとつり合う。すなわち、孔壁面の単
位面積に生じる剪断歪力は τｎ＝Ｃ＋σｎ・tanφ ここに τｎ：孔壁面に沿う地盤内単位面積当りの剪
断歪力（Kg／cm²） Ｃ：孔壁面に沿う地盤内単位面積当りの粘着
力（Kg／cm²） φ：孔壁周辺地盤の内部摩擦角（度） であり、加圧板外周の膨張半径をγｎ、長さを
とすると Mn＝∫^２〓_０τｎ・・γｎ・ｄθ ＝２π・γｎ・・τｎ ＝２π・γｎ・・（Ｃ＋σｎ・tanφ） の関係が成立する。そこで、回転モーメントを与
えるトルクを歪制御または応力制御によつて漸次
増加させると、弾性限度以上の剪断歪力によつて
孔壁面周辺の地盤は剪断破壊される。この場合、
加圧パツカーの圧力を同一地層内で試験位置をず
らせながら段階的に増加させて加圧板を圧着し、
回転モーメントを与えて剪断破壊を生ぜしめた場
合の剪断破壊強度（最大剪断歪力）をそれぞれτ
_１，τ_２、……τ_o、回転モーメントをM₁，M₂…
…Ｍ_o、その時の加圧板外周膨張半径をγ_１，γ
_２……γ_oとすると M₁＝２πγ_１・・τ_１ ＝２πγ_１・・（Ｃ＋σ_１・tanφ） M₂＝２πγ_２・・τ_２ ＝２πγ_２・・（Ｃ＋σ_２・tanφ） 〓 Ｍ_o＝２πγ_o・・τ_o ＝２πγ_o・・（Ｃ＋σ_o・tanφ） の関係式が得られる。すなわち τ_o＝Ｃ＋σ_o・tanφ＝Ｍ_ｏ／２π・γ_ｏ・ 〔ｎ＝１、２……〕 である。この式でＭ_oはトルク（外力×回転半
径）から、γ_oは加圧パツカーの加圧板外周半径
の測定からそれぞれ知れる量であり、従つてτ_o
とσ_oとの関係は試験結果から容易に求められ
る。このτ_oとσ_oとの関係式はσ_oを横軸に、τ_o
＝Ｍ_o／２π・γ_o・を縦軸とした場合の一つの
直線式を表わしており、その直線の傾斜からtan
φが、また、σ_o＝０すなわち縦軸τ_oと直線の交
点からＣの値がそれぞれ求められることになる
〔第２図〕。

また、加圧パツカーの回転による加圧板の回転
変位をδ_oとすると、δ_oをパラメーターとしたτ
_oとδ_oとの関係曲線（実際の試験では各加圧段階
でPnを一定とするのでσ_oは一定となる）におい
て、τ_oの最大値は最大剪断破壊強度τ_{o naX}
を、剪断破壊を起こした後のほぼ一定となつた部
分の剪断強度は残留剪断強度τ_{o res}を与える
〔第３図〕。

以上のように本発明の原理は加圧状態にあるパ
ツカー加圧板を孔壁に圧着し、これに回転モーメ
ントを与えて捩ることにより、孔壁地盤の最大剪
断破壊強度、残留剪断強度を測定してφおよびＣ
の値を求めるものである。

(2) 試験装置構成および操作例 第４図は本発明の主体である加圧回転パツカー
部を示す。また、第５図および第６図は試験孔内
にこの加圧回転パツカーをセツトした場合の各部
装置例を模式的に表わし、試験方法を説明したも
のである。

第４図の加圧回転パツカー部を構成する各部分
の名称および作動状況は次の如くである。

１は加圧・回転パツカーであり、４なるゴムス
リーブおよび５なる加圧板を外周に附帯する。加
圧板５は６板に分割されており、その表面は６な
る凹凸状の削溝を有している。

また、これらの加圧板が回転により横方向にず
れることを防止するため、孔９に円棒７をピスト
ン状に挿入する。円棒７は８なる座板を介しゴム
スリーブ４を貫通して加圧板５に固定される。

なお、加圧・回転パツカー１は導水兼用の回転
ロツド１１、回転ジヨイント１２と一体となつて
回転するようネジ止めされている。

２は上部加圧固定パツカーであり、１１の導水
兼用回転ロツドとはスラストベアリング２２によ
り分離され自由である。２４はこのパツカーに附
帯するゴムスリーブである。

３は下部加圧・固定パツカーで、１１は導水兼
用回転ロツド（下部延長ロツド）とはボールベア
リング２５により分離され自由である。

２７はこのパツカーに附帯するゴムスリーブ
で、また、３６はパツカー下端保護キヤツプであ
る。

１９は非回転の外管（ケーシングパイプ）で、
下端において加圧・固定パツカー２にネジ止め固
定される。

１７は上下可動の内管（ロツド）で１６なるロ
ツドカツプリングにより上下可動桿１４に接続さ
れる。

１４の上下可動桿は、外管１９に取付けた回転
抑止板２０と接するボールベアリング１８を附帯
しており、上下移動が低摩擦で自由であるが回転
は抑止される。さらに、１４の下部は回転ジヨイ
ント１２の中に挿入され、１２に削開された斜溝
１５の中に凸起させたボールベアリング１５を附
帯する。従つて、１４の上下可動桿が上方に移動
すると１２なる回転ジヨイントおよびこれに接続
固定された加圧・回転パツカー１は右方回転を起
こすことになる。

２８はナイロンチユーブであり、地表ポンプか
ら送られた圧力水（気体または油に変えることも
可）を通し、２９なる分岐管によつて、一方は２
なる上部加圧・固定パツカーの溝２３を通して２
４なるゴムスリーブを膨張させて孔壁に圧着固定
させる。同時に他方は回転のために螺線状の弛み
をもたせたナイロンチユーブ３０を通して導水兼
用回転ロツド１１内に導き、加圧・回転パツカー
１に穿孔された導水孔１９、ピストン孔９を通し
てゴムスリーブ４を膨張させ、加圧板５を孔壁に
圧着させるとともに、導水兼用回転ロツド下端の
閉塞ネジ２１の中央導水ナイロンチユーブ３１を
介して３ある下部加圧・固定パツカー内の溝２６
を通して２７なるゴムスリーブを膨張させ孔壁に
圧着固定させる。

３２は加圧・回転パツカーの膨張、従つて加圧
板の外径を測定する変位トランスジユーサー（例
えば摺動抵抗型、差動トランス型など）である。
このリード線（ケーブル）は３４なる水中ソケツ
トを介し地表へのケーブル３５に接続される。

３７は間隙水圧トランスジユーサーであり、半
導体圧力変換器、ボーラストーンを一体として取
付金具３９によりゴムスリーブを貫通して加圧板
５に表面保護金網３８と共に取付ける。

このリード線は、回転ロツド内に挿入されシリ
コン樹脂によつて防水的に固められた温度補償回
路部３３を経て、さらに水中ソケツト３４を介し
て地表へのケーブル３５に接続される。

間隙水圧の測定は、パツカー加圧前においては
静水圧を、加圧段階においては過剰間隙水圧の変
化をみるものである。

第５図は、試錐孔内に加圧・回転パツカー部を
挿入し、水圧送水ポンプ５１によりナイロンチユ
ーブ２８を通して分岐管２９に圧力水を送り、加
圧・回転パツカー１、加圧・固定パツカー２，３
のゴムスリーブを膨張させ、加圧板、ゴムスリー
ブをそれぞれ孔壁地盤に圧着固定させ、この状態
で、１７の内管（ロツド）を上方に引揚げ、これ
によつて回転ジヨイント１２，導水兼用回転ロツ
ド１１とネジ止め一体となつた加圧・回転パツカ
ーに回転モーメントを与えるための地表装置例を
示したものである。

４１は試錐の孔口付近に挿入されたドライブパ
イプ、４２はロツド・ホルダーである。

４３は、油圧式センターホールジヤツキ、４４
はギヤー式油圧ポンプを示す。なおこれらは荷重
状態により、スクリユージヤツキなどに置き替え
ることもできる。

４５は内管（ロツド）の止め金具で、センター
ホールジヤツキ上に設置し、チヤツクネジ４６に
より内管に固定する。

４７は、センターホールジヤツキの油圧測定ト
ランスジユーサーであり、半導体圧力変換器で圧
力変化を電気信号としてとり出すものである。

４８は内管にネジ止め固定された変位測定用ア
ームであり、内管の上下移動量をダイヤルゲージ
４９に伝え、ダイヤルゲージに内臓する変位トラ
ンスジユーサー（差動トランスなど）によつて電
気信号として外部に取出す。

５０は外管上端に設置する架台であり、センタ
ーホールジヤツキ４３を定量する。

５１の水圧送水ポンプは加圧・回転パツカー部
に圧力水を送るものであり、送・排水目盛付円筒
５２と、レシーバー５３および水圧ゲージ５４を
附帯する。なお、このポンプは減圧装置付きガス
ボンベなどに替えることも可能である。

５５は変位量、圧力を直読測定する増巾器であ
り、それぞれ検出回路を保護し、また５６なる記
録器（打点式など）に接続して値を自記させる。

以上の試験装置 成における操作は次のようで
ある。

加圧・回転パツカー部１、２、３を外管１９
に接続し、かつ外管を継ぎ足して試錐孔内所定
位置に挿入後、ロツド・ホルダーで保持すると
ともに、内管１７を継ぎ足して、ロツド・カツ
プリング１６にネジ込み固定する。

外管上端に架台５０をのせ、更にセンターホ
ール・ジヤツキ４３を置き、内管を止め金具４
５で固定するとともに、ダイヤルゲージ４９、
油圧測定トランスジユーサー４７および油圧ポ
ンププ４４のホースを取付ける。

水圧送水ポンプにパツカー送水用ナイロンチ
ユーブを接続する。

増巾器５５、記録器５６を接続し、かつダイ
ヤルゲージ４９（内管の移動量従つて加圧・回
転パツカーの回転変位δ測定用）、油圧測定用
トランスジユーサー４９（内管引揚圧従つて加
圧・回転パツカーの剪断力γ測定用）、加圧・
回転パツカーの膨縮変位トランスジユーサー３
２（加圧板外径ｄ測定用）、間隙水圧トランス
ジユーサー３７（間隙水圧Ｕ測定用）のケーブ
ル端子をそれぞれ増巾器５５に接続結線する。

各部電気回路、ダイヤルゲージの検正を行い
測定にかかる。

水圧ポンプ５１を稼動して所定の水圧となる
よう、加圧・回転パツカー１、加圧・固定パツ
カー２，３を膨張させ、加圧板により地盤を圧
着する。この時の水圧ゲージ５４の指針を読取
り、同時に加圧板外径ｄ値と間隙水圧Ｕ値の変
化をある時間記録させる。なお、加圧・固定パ
ツカー２，３の孔壁圧着は、加圧・回転パツカ
ー１の周辺部における応力分布を一様な状態に
保つ。

次に油圧ポンプ４４を稼動し、センターホー
ルジヤツキ４３によつて内管を上方にほぼ１
mm／minの速度を保持するようダイヤルゲージ
４９の動きで歪制御を行いながら引揚げる。こ
の時、加圧・回転パツカー１に附帯する加圧板
は、地盤を圧着した状態で、斜溝１３による右
方への回転モーメントが加わるため回転変位を
生じる。この変位がある限度を超えると、加圧
板に接する近傍の地盤内に円筒状の剪断破壊領
域が発生する。

このような剪断破壊に至るまで、およびその
後の過程に地盤反力、回転変位および過剰間隙
水圧に推移状態はセンターホールジヤツキに取
付けられた油圧測定トランスジユーサー４７の
電気信号ｅ〓、ダイヤルゲージ４９および間隙
水圧トランスジユーサー３７のそれぞれの電気
信号ｅ〓、ｅ_Uとして把えられ、記録される。

以上の測定操作が終了した時点で、加圧・回
転パツカー部を上位に移動させて固定し、再び
パツカーの加圧力を次の段階の水圧に上昇させ
て同様な測定を実施する。

このパツカー加圧段階は地盤内の同一地層に
ついて３〜５種の圧力で行う。なお、加圧力を
零とした場合も同時に測定し、装置各部の自
重、摩擦力によるτ_p〜δ_oの関係を求め上記測
定値を補正する。

第６図は、比較的浅部の地層について地表試験
装置を簡略化した場合の例を示したものである。

即ち、この例では、加圧・回転パツカーを直接
内管を介して地表把手により捩るものである。１
７は内管で、これに二本のアーム６０，６２を備
えた固定環５９をチヤツク５６によりネジ止め固
定する。この上部にボールベアリング５８により
自由に回転する捩り把手桿５７を置き、把手桿と
固定環のアーム６０の間に検力計（プルービング
リング）を取付けることによつて、把手桿に加え
られた人力による回転力を内管に伝えることがで
きるようにしたものである。この場合は第５図の
回転ジヨイントは不要であり、ロツドカツプリン
グ４０に取り換える。６２は回転変位を測定する
ための固定環のアームであり、架台５０の支持桿
６４に取付けたダイヤルゲージ６３に接触させて
内管の回転変位従つて加圧・回転パツカー加圧板
の回転変位を測定する。なお、検力計６１および
変位用ダイヤルゲージ６３はそれぞれトランスジ
ユーサーにより変化量を電気信号として取出し、
加圧板外径、間隙水圧の電気信号とともに増巾し
て記録計に自記させることが可能である。

なお、この試験装置による場合も、その操作は
先の例と同様、パツカーの加圧力を段階的に変
え、その都度試験位置をずらせて測定する。

(3) 試験結果の解析 前項２に記述した試験装置構成の試験操作によ
る測定結果から、孔壁地盤の圧着による半径方向
力δ_o、地盤内の最大剪大破壊強度τ_{o nax}、残
留剪断強度τ_{o res}と剪断破壊に至る過程および
その後の孔壁地盤変位δ_oが求められ、また間隙
水圧Ｕの動態も同時に知ることができる。そこ
で、本発明の原理の項１において記述した解析方
法、すなわち第２図σ_o〜τ_oの関係、第３図σ_o
をパラメーターとしたδ_o〜τ_oの関係から、最大
剪断破壊強度τ_{o nax}に対する地盤の内部摩擦角
φ、粘着力Ｃと、残留剪断強度τ_{o res}に対する
φ′、C′がそれぞれ求められる。なお、この場合
のφ、Ｃおよびφ′C′は室内三軸内圧縮試験の
〔CU〕試験によつて求められる値に対比されるも
のである。

また、間隙水圧の動態は有効圧力を解析検討す
る場合の参考資料として役立てることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の試験方法原理図、第２図・
第３図は試験結果の解析説明図、第４図は本発明
の主体である加圧・回転パツカー部を、第５図・
第６図は試験装置の構成および操作例を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 気体圧・水圧または油圧などの流体圧により
   半径方向に自由に膨縮するゴムスリーブ式パツカ
   ーの外表面に数個に分割した凹凸状の削溝を有す
   る円弧状加圧板を円筒状に配列し、この加圧板
   を、パツカーゴムスリーブ内部で放射状に伸縮可
   能な加圧板と同数のピストン状円棒にパツカーゴ
   ムスリーブを夾み込む形で取付ネヂにより固定
   し、全体としてゴムスリーブ式パツカーとピスト
   ン式パツカーを一体化して、加圧回転パツカーを
   構成させる。 この加圧回転パツカーを所定深度の試錐孔内に
   挿入し、孔壁地盤に加圧板を特定圧力で圧着した
   後、加圧回転パツカー部、従つて加圧板に回転モ
   ーメントを与えて円周方向に捩り、加圧板と接す
   る地盤内に円筒状の剪断破壊を発生させ、この場
   合の回転変位に対する最大剪断強度、残留剪断強
   度を計測する。 同様な操作を段階的な半径方向加圧力の下でそ
   れぞれ実施して、加圧力を剪断強度との関係を求
   め、これから自然条件下における地盤の内部摩擦
   角φ、粘着力Ｃの値を解柝決定する試験方法。