(57)【要約】      （修正有）【課題】回転貫入試験による測定値から地盤の極限支持力ｑｔを推定可能な地盤の評価方法を提供する。【解決手段】先端に貫入体を有する貫入ロッド１を地中に回転貫入し、段階的に貫入ロッド１に負荷する荷重を変化させながら、貫入ロッド１の回転トルクＴを測定する貫入試験において、貫入ロッド１が所定の深度区間を貫入するのに要する貫入エネルギーを説明変数として含む回帰分析を実行することにより、目的変数である地盤の極限支持力を推定する地盤の評価方法による。この評価方法による推定値は、実測値に近く、信頼性の高いものとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に貫入体を有する貫入ロッドを地中に回転貫入し、段階的に貫入ロッドに負荷する荷重Ｗを変化させながら、貫入ロッドの回転トルクＴを測定する貫入試験において、
貫入ロッドが所定の貫入量を貫入するのに要する貫入エネルギーＥｄを説明変数として含む回帰分析を実行することにより、目的変数である地盤の極限支持力ｑｔを推定することを特徴とする地盤の評価方法。
【請求項２】
対象地盤の土質が砂の場合、貫入エネルギーＥｄを説明変数とし、目的変数を地盤の極限支持力ｑｔとする単回帰分析を実行することにより、地盤の極限支持力ｑｔを推定することを特徴とする請求項１に記載の地盤の評価方法。
【請求項３】
対象地盤の土質が砂以外の場合、貫入エネルギーＥｄ、および貫入ロッドの貫入量Ｓｔの変化率に対する貫入エネルギーＥｄの変化率で定義されるパラメータＣｎｌを説明変数とし、目的変数を地盤の極限支持力ｑｔとする重回帰分析を実行することにより、地盤の極限支持力ｑｔを推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の地盤の評価方法。
【請求項４】
貫入エネルギーＥｄは、貫入ロッドの貫入深さに応じた土被り圧によって補正した補正貫入エネルギーＥ’ｄであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の地盤の評価方法。
【請求項５】
貫入ロッドの回転トルクＴの変動に基づいて土質を判定しながら、地盤の極限支持力ｑｔを推定することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の地盤の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫入体を地中に回転貫入する試験によって得られる測定値から地盤の強度を評価する地盤の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から地盤の強度を示す指標の一つとして地盤の許容応力度ｑａがある。この許容応力度ｑａを求めるための試験方法として平板載荷試験が知られている。この平板載荷試験は、その試験方法が地盤工学会基準ＪＧＳ１５２１（非特許文献１）で規格化されており、現地で地耐力を測定する試験である。
【０００３】
試験装置としては、支持層の上に直径３０ｃｍの鉄板を敷き、これに反力装置やジャッキを取り付け、架台を組む。その上に重量物（例えば重機など）を載せ、時間の経過と地盤の強度を測定するものである。
【０００４】
試験方法としては、載荷板への載荷は荷重制御方式によるものとし、段階的に載荷圧力ｐを増加させ、そのときの沈下量Ｓを測定することにより、載荷圧力ｐと沈下量Ｓの関係を示す曲線を求めるものである。
【０００５】
地盤の許容応力度ｑａは、次式により求められる。
ｑａ＝ｑｔ＋１／３・Ｎ’・ｙ２・Ｄｆ  （式１）
ｑｔ：平板載荷試験による降伏荷重Ｐｙの１／２の数値又は極限荷重Ｐｕの１／３の数値のいずれか小さい数値（ｋＮ／ｍ２）
Ｎ’：基礎荷重面下の地盤の種類に応じた係数
ｙ２：基礎荷重面より上方にある地盤の平均単位体積重量又は水中単位体積重量（ｋＮ／ｍ２）
Ｄｆ：基礎に近接した最低地盤面から基礎荷重面までの深さ（ｍ）。なお、ｑａの算出時は原則Ｄｆ=０とする。
【０００６】
ここで、降伏荷重Ｐｙ又は極限荷重Ｐｕは、載荷圧力ｐ〜沈下量Ｓ曲線によって求められるものであり、算定方法については公知であるから詳細は割愛する。降伏荷重Ｐｙ又は極限荷重Ｐｕに基づいて地盤の極限支持力ｑｔが求められ、Ｄｆ=０により、式１に基づいて地盤の許容応力度ｑａ=地盤の極限支持力ｑｔとなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】地盤工学会基準  ＪＧＳ１５２１  平板載荷試験
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記平板載荷試験においては、手順が多くかつ複雑であり、地盤の極限支持力ｑｔの算出に手間がかかる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、回転貫入試験による測定値から地盤の極限支持力ｑｔを推定可能な地盤の評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、先端に貫入体を有する貫入ロッドを地中に回転貫入し、段階的に貫入ロッドに負荷する荷重Ｗを変化させながら、貫入ロッドの回転トルクＴを測定する貫入試験において、貫入ロッドが所定の貫入量を貫入するのに要する貫入エネルギーＥｄを説明変数として含む回帰分析を実行することにより、目的変数である地盤の極限支持力ｑｔを推定することを特徴とする地盤の評価方法によって解決できる。
【００１１】
なお、対象地盤の土質が砂の場合、貫入エネルギーＥｄを説明変数とし、目的変数を地盤の極限支持力ｑｔとする単回帰分析を実行することにより、地盤の極限支持力ｑｔを推定することが好ましい。
【００１２】
なお、対象地盤の土質が砂以外の場合、貫入エネルギーＥｄ、および貫入ロッドの貫入量Ｓｔの変化率に対する貫入エネルギーＥｄの変化率で定義されるパラメータＣｎｌを説明変数とし、目的変数を地盤の極限支持力ｑｔとする重回帰分析を実行することにより、地盤の極限支持力ｑｔを推定することが好ましい。
【００１３】
なお、貫入エネルギーＥｄは、貫入ロッドの貫入深さに応じた土被り圧によって補正した補正貫入エネルギーＥ’ｄであることが好ましい。
【００１４】
なお、貫入ロッドの回転トルクＴの変動に基づいて土質を判定しながら、地盤の極限支持力ｑｔを推定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転貫入試験により取得した測定値に基づいて１又は複数のパラメータを定義し、これを回帰分析することにより、容易に地盤の極限支持力ｑｔを推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る地盤の評価方法に用いる試験パラメータを取得するための回転貫入試験を示す図である。
【図２】本発明に係る地盤の評価方法において土質判別に用いる試験パラメータを示すグラフである。
【図３】本発明に係る地盤の評価方法において地盤の極限支持力を推定するために用いる試験パラメータを示す第１のグラフである。
【図４】本発明に係る地盤の評価方法において地盤の極限支持力を推定するために用いる試験パラメータを示す第２のグラフである。
【図５】本発明に係る地盤の評価方法による地盤の極限支持力の推定と実測値の比較結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（貫入試験方法）
まず、図１は、本発明に用いる試験パラメータ（回転トルクＴ）を取得するための貫入試験を示す。この貫入試験は、ロッド２の先端に、貫入体の一例であるスクリューポイント３を備えて成る貫入ロッド１を地中に回転貫入するものであり、所定の貫入量として０．２５ｍ毎に最大７段階（２５０Ｎ，３７５Ｎ，５００Ｎ，６２５Ｎ，７５０Ｎ，８７５Ｎ，１ｋＮ）の荷重Ｗを錘４により載荷しながら、貫入ロッド１の１回転あたりの回転トルクＴ及び貫入量Ｓｔを測定する。具体的には、まず、初期荷重２５０Ｎを貫入ロッド１に載荷した状態で１回転貫入させる。このとき、貫入量Ｓtが０．２５ｍに達していない場合には、次の荷重３７５Ｎを貫入ロッド１に載荷して１回転貫入させる。１回転毎に荷重１２５Ｎを加算し、累積貫入量ΣＳｔが０．２５ｍに到達するまで回転貫入する。
【００１８】
また、最大荷重１ｋＮを載荷した状態において、累積貫入量ΣＳtが０．２５ｍに到達していない場合は、最大荷重１ｋＮを載荷した状態で累積貫入量ΣＳｔが０．２５ｍに到達するまで回転貫入を繰り返す。そして、最初の試験深度区間（深度０ｍ〜０．２５ｍ）の測定が終了すると、回転貫入を停止し、次の試験深度区間（深度０．２５ｍ〜０．５ｍ）を測定する。このような場合には、試験区間における測定ポイントは、７箇所以上となる。反対に、最大荷重１ｋＮを載荷する前に累積貫入量ΣＳｔが０．２５ｍに到達した場合には、測定ポイントは、１乃至６箇所となる。
【００１９】
（土質判定方法）
土質判定方法としては、上記貫入試験による測定値に基づいて、試験パラメータとしてｄＴ／ｄＷＤを設定する。この試験パラメータｄＴ／ｄＷＤは、回転トルクＴの増分／荷重Ｗの増分を、スクリューポイント３の最大直径Ｄで除して正規化したものであり、無次元数である。これは、荷重Ｗの変化に対する回転トルクＴの変化の割合であり、図２には、荷重Ｗと回転トルクＴの関係を示す近似線の傾きを表す。この近似線の傾きは、砂質土及び粘性土によって、次のような特徴を示す。粘性土では、荷重Ｗの増加に対して回転トルクＴ／Ｄが一定若しくは減少する一方、砂質土では、荷重Ｗの増加に対して回転トルクＴ／Ｄが増大する。このため、砂質土及び粘性土を明確に判別することができる。
【００２０】
（パラメータの定義）
以下、本発明である地盤の評価方法において、地盤の極限支持力ｑｔを推定するのに有効な試験パラメータについて説明する。
【００２１】
上記貫入試験による測定項目を用いて、各荷重段階での貫入エネルギー(ΔＥ)を次式（２）により算出する。
ΔＥ＝πＴ・Δｎｈｔ+Ｗ・ΔＳｔ  （式２）
Ｔ：補正トルク
Δｎｈｔ：半回転数
Ｗ：補正荷重
ΔＳｔ：貫入量
【００２２】
また、所定の貫入量を貫入するのに要する貫入エネルギーはＥｄと表記し、本実施形態においては、貫入量０．２５ｍ毎に貫入するのに要する貫入エネルギーをＥ０．２５と表記する。
【００２３】
さらに、貫入エネルギーＥｄに深度を考慮して補正した補正貫入エネルギーは、Ｅ’ｄと表記し、貫入量０．２５ｍ毎に貫入するのに要する補正貫入エネルギーをＥ’０．２５と表記する。この補正貫入エネルギーＥ’ ０．２５は、次式（３）により算出する。
Ｅ’０．２５=ＣＮ・Ｅ０．２５    （式３）
ＣＮ：√（９８／σ'ｚ）
σ'ｚ：有効土被り圧
【００２４】
上記パラメータのほかに、地盤の極限支持力ｑｔを推定するのに有効な試験パラメータとして、貫入ロッドの貫入量Ｓｔの変化率に対する貫入エネルギーＥｄの変化率で定義されるパラメータを非線形度Ｃｎｌと表記する。
【００２５】
非線形度Ｃｎｌについて、具体的には、各測定区間における最終荷重段階までのΔＥの合算をΣΔＥとする。さらに、最終荷重段階までの総沈下量Ｓｔを最大沈下量の０．２５ｍを用いて正規化したものをΣΔＳｔ／０．２５とする。
【００２６】
図３にΔＥ〜 ΔＳｔ関係の一例を示す。ΔＥ〜 ΔＳｔの関係は非線形となるため、この関係を次式（４）のように仮定する。
ΣΔＥ=α（ΣΔＳｔ／０．２５）β    （式４）
【００２７】
式（４）の両辺にｌｏｇをとることによって、次式（５）を得る。
ｌｏｇΣΔＥ=ｌｏｇβ（ΣΔＳｔ／０．２５）＋ｌｏｇα （式５）
【００２８】
図４にｌｏｇΣΔＥ〜ｌｏｇβ（ΣΔＳｔ／０．２５）関係を示す。これより、ｌｏｇΣΔＥとｌｏｇβ（ΣΔＳｔ／０．２５）の関係が線形となっていることが判る。このことから、ｌｏｇΣΔＥ〜ｌｏｇβ（ΣΔＳｔ／０．２５）関係の近似線の傾きｂを非線形度Ｃｎｌとする。
【００２９】
（地盤の極限支持力ｑｔの推定方法）
本発明の地盤の極限支持力ｑｔの推定方法は、回帰分析手法によるものである。これは、目的変数が既知のサンプルについて、適宜に設定した説明変数を適用して回帰分析を行い、目的変数と説明変数間の関係を規定する回帰式を算出し、この式に基づいて、目的変数が未知のサンプルについて、目的変数の値を予測するものである。説明変数が１個の場合を単回帰分析と呼び、複数個ある場合を重回帰分析と呼ぶ。また、回帰分析において、未知のサンプルの予測信頼度は、回帰式の良否による。回帰式の回帰精度は、決定係数Ｒ２（相関係数Ｒの２乗）で評価され、この値が１に近づくほど良好な回帰式となり、０に近づくほど粗悪な回帰式となる。
【００３０】
そこで、極限支持力ｑｔの推定においては、所定の調査場所で平板載荷試験を実施することにより極限支持力ｑｔを実測し、これを目的変数として設定した。一方、説明変数には、貫入エネルギーＥ０．２５を設定した。
【００３１】
上記各説明変数と目的変数の相関を分析したところ、上記貫入試験方法により砂質土と判別された地盤では、説明変数を貫入エネルギーＥ０．２５とする単回帰分析を実行した場合、回帰精度が良好なものであった。なお、説明変数としては、貫入エネルギーＥ０．２５よりも補正貫入エネルギーＥ’０．２５を用いるほうが好ましい。
【００３２】
次に、貫入エネルギーＥ０．２５を用いた単回帰分析により、極限支持力ｑｔの回帰式は、次式（６）となった。
ｑｔ=７２Ｅ’０．２５  （式６）
【００３３】
なお、極限支持力ｑｔに対し、さらに安全面を考慮したものとして許容応力度ｑａｄを得るべく、（式６）に低減係数０．６０を設定した結果、次式（７）となった。
ｑａｄ=４３Ｅ’０．２５  （=０．６０×ｑｔ）  （式７）
【００３４】
一方、上記貫入試験方法により砂質土以外と判別された地盤では、説明変数を補正貫入エネルギーＥ０．２５及び非線形度Ｃｎｌとする重回帰分析を実行した場合、回帰精度が良好なものであった。なお、説明変数としては、貫入エネルギーＥ０．２５よりも補正貫入エネルギーＥ’０．２５を用いるほうが好ましい。
【００３５】
次に、補正貫入エネルギーＥ’０．２５及び非線形度Ｃｎｌを用いた重回帰分析により、極限支持力ｑｔの回帰式は、次式（８）となった。
ｑｔ=３５Ｅ’０．２５＋５９Ｃｎｌ  （式８）
【００３６】
なお、極限支持力ｑｔに対し、さらに安全面を考慮したものとして許容応力度ｑａｄを得るべく、（式８）に低減係数０．６８を設定した結果、次式（９）となった。
ｑａｄ=２４Ｅ’０．２５＋４０Ｃｎｌ  （=０．６８×ｑｔ）（式９）  
【００３７】
図５は、平板載荷試験により算出した極限支持力ｑｔと、前述した地盤の極限支持力ｑｔの推定方法により推定したｑｔ及びｑ’ｔを示すものである。平板載荷試験の極限支持力ｑｔと本発明により推定したｑｔとを比較すると近い数値を示しており、本発明によれば、地盤の極限支持力ｑｔを精度良く推定できていることがわかる。
【符号の説明】
【００３８】
１  貫入ロッド
２  ロッド
３  スクリューポイント
４  錘
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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