(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の震度条件における液状化を判定するために、対象地盤にケーシングを挿入して、ケーシング内の試料ごとに異なった振動加速度を与えた後にその試料を採取する装置であって、
この装置は、ケーシングと、
その内部に設置した試料収納用の収納スリーブと、
ケーシング内の試料に振動を与える加振機とよりなり、
加振機は、ケーシングを地中に挿入してスリーブ内に地盤の試料を収納した後に、各試料ごとに異なった震度に相当する振動加速度をケーシング内の試料に与えることで各試料ごとに液状化の条件を与え得るように構成した、
液状化判定のための試料採取装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
試料に与える振動加速度は、ケーシングを振動させることによって与えるように構成した、
液状化判定のための試料採取装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
試料に与える振動加速度は、ケーシング内の試料を振動させることによって与えるように構成した、
液状化判定のための試料採取装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
試料に与える振動加速度は、ケーシング外の地盤を振動させることによって与えるように構成した、
液状化判定のための試料採取装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置を使用し、
ケーシングを地中に挿入して収納スリーブの内部に地盤の試料を収納し、
その後に異なった震度に相当する振動加速度をケーシング内の試料に与えることで試料に液状化の条件を与え、
その後に各々の試料を地上に回収して行うことを特徴とする、
液状化判定のための試料採取方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地盤の液状化を判定するための試料を採取する装置、および試料を採取する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液状化対策として多くの技術が開発されているが、対策を立てるためにはまず対象とする現地の液状化の予測を行う必要がある。
液状化の判定は、例えば日本建築学会「建築基礎構造設計指針（2001年版）」に記載されている内容に従って行われる。
そのためには各種地盤情報を入手する必要があり、標準貫入試験（ボーリング）を実施し、Ｎ値、土質名の他、土質試験により、ＦＣ値、液状化判定のための試料採取装置と方法ｕ値、ＶＳ値、ＶＰ値等の試験結果の数値を入力して計算を入手する。
これらの情報を基礎に、例えば道路橋示方書（２００２）によるＦＬ法、および岩崎ら（１９８０）によるＰＬ法を用いて計算を行う。
あるいは、特許文献１に示すような判定方法が公知である。
この判定方法は、まず、対象地盤の地表面上に設定した加振点で鉛直方向定常加振を行ってレーリー波を発生させる。このレーリー波の上下振幅及びレーリー波の通過時間Δｔを周波数ごとに測定点で計測する。次に、計測された通過時間Δｔを用いてレーリー波の位相速度ｃを周波数ごとに求めて分散特性を求め、かかる分散曲線から対象地盤のＳ波速度構造を決定する。次に、Ｓ波速度構造を用いて対象層を特定し、該対象層での位相速度ｃ及び対応する周波数ｆを求め、周波数ｆに対応するレーリー波の上下振幅ｗ及び位相速度ｃを用いて対象層の内部減衰ｈを所定の算出式によって算出する。次に、算出した内部減衰ｈを用いて対象層の土質性状を推定し、液状化判定の必要性を判断する、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−５５０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したような従来行われている液状化の判定手法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞前記のように判定計算の数値を得るために、標準貫入試験（ボーリング）を実施し、Ｎ値、土質名の他、土質試験により、ＦＣ値、液状化判定のための試料採取装置と方法ｕ値、ＶＳ値、ＶＰ値等の試験結果を得る必要がある。
＜２＞それらの数値や公式は過去の研究の積み重ねであるが、多くの不確定な条件を仮定せざるを得ない。そのような仮定のために例えば東北大震災においては千葉県の浦安では従来の判定では液状化しないはずの多くの地域で液状化が発生した、という問題がある。
＜３＞さらに多くの仮定のもとにした計算の結果が出たとしても、その数値をどのように液状化の判定に採用するかは、その段階でもさらに仮定が必要となる。
＜４＞模型実験による方法もあるが、やはり各種の仮定、高価な設備が必要である。
＜５＞図７に示すような特許文献１記載の方法も、計測した通過時間Δｔを用いてレーリー波の位相速度ｃを周波数ごとに求めて分散特性を求め、かかる分散曲線から対象地盤のＳ波速度構造を決定し、Ｓ波速度構造を用いて対象層を特定し、該対象層での位相速度ｃ及び対応する周波数ｆを求め、周波数ｆに対応するレーリー波の上下振幅ｗ及び位相速度ｃを用いて対象層の内部減衰ｈを所定の算出式によって算出し、算出した内部減衰ｈを用いて対象層の土質性状を推定し、液状化判定の必要性を判断する、という多くの仮定や計算に基づくものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記のような課題を解決する本発明の液状化判定のための試料採取装置は、複数の震度条件における液状化を判定するために、対象地盤にケーシングを挿入して、ケーシング内の試料ごとに異なった振動加速度を与えた後にその試料を採取する装置であって、この装置は、ケーシングと、その内部に設置した試料収納用の収納スリーブと、ケーシング内の試料に振動を与える加振機とよりなり、加振機は、ケーシングを地中に挿入してスリーブ内に地盤の試料を収納した後に、各試料ごとに異なった震度に相当する振動加速度をケーシング内の試料に与えることで各試料ごとに液状化の条件を与え得るように構成したことを特徴とするものである。
また本発明の液状化判定のための試料採取方法は、上記の装置を使用し、
ケーシングを地中に挿入して収納スリーブの内部に地盤の試料を収納し、その後に異なった震度に相当する振動加速度をケーシング内の試料に与えることで試料に液状化の条件を与え、その後に各々の試料を地上に回収して行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の液状化判定のための試料採取装置と方法は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜１＞本発明の装置や方法は、地中に挿入したケーシング内の試料、あえて液状化する条件を与えてケーシング内の試料を液状化させてしまう、という技術的思想にもとづくものである。
＜２＞このように積極的に液状化させた試料では、液状化した範囲はグサグサであって、液状化していない固く締まった健全な地層とは明らかに異なっているから、誰でもその範囲を目視や手触りで判定することができる。
＜３＞このように仮定にもとづく計算によるのではなく、現地で採取した実物によって、液状化した層の深度、範囲を判定することができるので各種の土質試験が不要であり、仮定にもとづく計算も不要であって、短時間に実物で液状化の判定をすることができる。
＜４＞建築や各種の構造物の発注者には、仮定にもとづく計算結果ではなく、実際の液状化の実物を見せて説明し説得することができるから、高い信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の液状化判定のための試料採取装置を地盤への挿入する行程の説明図。
【図２】挿入後に液状化を促進する行程の説明図。
【図３】試料に振動加速度を与える他の構造の説明図。
【図４】試料に振動加速度を与える他の構造の説明図。
【図５】採取した試料の例の説明図。
【図６】震度と振動加速度の関係を示す図。
【図７】引用文献１記載の方法の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図面を参照にしながら液状化判定のための試料採取装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【実施例】
【０００９】
＜１＞本発明の基本概念
本発明は、仮定による計算は不要であり、実際の現地の地盤に震度に相当する振動加速度を与えて、液状化するならば、その状態を深さ方向の試料として採取することができる装置と方法を提供するものである。
こうして回収した試料は、目視や手触りによって液状化の範囲が明確に判定できるから、その深度及び範囲をだれでも把握することができる。【００１０】
＜２＞採取装置
本発明の装置は、ケーシング１と、その内部に設置した、試料収納する収納スリーブ２と加振機５とで構成する。
そしてケーシング１に振動、あるいは回転、あるいはその両方を与えて、スリーブ２ごとケーシング１を地中に挿入する。
その際に、地質の種類、状態に応じて、シンウォールサンプリング、デニソン(二重管)サンプリング、コアパックサンプリングや三重管サンプリング、軟らかく締まっていない砂質土ではサンドサンプラ−という特殊なサンプリングを行うこともできる。   
シンウォールサンプリングは、Ｎ値３〜４以下の軟らかい粘性土や細粒分を多く含む砂質土用で、目的の深さまでサンプリングスリーブ２を静かに押し込んで、試料を採取する。
サンプリングスリーブ２は、長さ１．０ｍ、内径７５ｍｍのステンレス製または黄銅製の肉薄のパイプを使用することができる。   
Ｎ値４〜２０程度のやや硬質の粘性土の場合には、シンウォールチューブの外管を回転させ、周辺の土を洗掘しながら押し込むデニソン(二重管)サンプリングを採用することができる。
また砂質土や礫質土の場合には三重管サンプリングを行うことができる。  礫質土や軟岩の場合には、薄いビニールチューブに試料を入れて採取するコアパックサンプリングを行うことができる。
特に本発明の場合にはスリーブ２としてビニールチューブを使用し、その中に試料に入れて試料を採取すると、地上に回収したチューブをナイフで裂くことで、液状化した試料をそのまま目視できるので有利であるが、他の採取方法や装置を活用することも可能である。【００１１】
＜３＞二種類の振動
ケーシング１に加振機５によって縦方向の振動を与えて、ケーシング１をスリーブ２ごと地中に挿入し、スリーブ２内に地層の試料３を収納する装置はすでに公知であり、市販されている。
その場合のケーシング１の挿入するために加振機５からケーシング１に与える振動を「挿入振動」と称することにする。
本発明の装置では「挿入振動」とは別に、後述する震度に相当する振動加速度を「地震波振動」として与えることを特徴とする。
すなわち本発明の装置では、「挿入振動」と「地震波振動」の二種類の振動をケーシング１、資料３に与えることに特徴があるものである。【００１２】
＜４＞挿入振動
この挿入振動は、前記したようにケーシング１を地中に挿入するための振動であり、加振機５の規模によって異なるが、例えば株式会社ワイビーエムのＥＣＯ―１ＶIII−ＣＦでは振動数４７Ｈｚを採用している。
その他の装置としては東邦地下工機株式会社製、株式会社利根製のものが知られている。【００１３】
＜５＞地震波振動
地震波振動とは、地中の所定の深さ、例えば５ｍまで到達して挿入が終了したケーシング１に対して、ケーシング１内の試料３に与える振動加速度のことである。
その振動加速度としては、気象庁の作成した震度に応じてそれに相当する加速度を与える。（図６）
たとえば震度３（家屋が揺れ電燈等の吊り下げものは相当揺れる）に相当する振動加速度は８．０〜２５ガルである。
震度７（家屋の倒壊は３０％以上）に相当する振動加速度は４００ガル以上とされている。
これらのガルに応じた振動加速度を機械的な振動として、ケーシング１内の試料３に与えて内部に取り込んだ土砂の液状化を促進させる。
振動加速度ａ＝２πｆ・ｖ＝（２πｆ）2ｘだから、加振機の振動数ｆ、振動変位ｘ、振動速度ｖなどを調整することによって所定の振動加速度ａを得ることができる。
そして振動加速度の振動変位の方向は、縦振動、あるいは横振動、あるいは両者の合成振動のいずれかを採用することができる。
この地震波振動は、ケーシング１の挿入のための挿入振動を与える加振機とは別の加振機によって与えるか、あるいは共通の加振機によって与えることができる。【００１４】
＜６＞挿入の他の構造
上記の実施例ではケーシング１に挿入振動を与えて挿入する構造であるが、振動によらずに回転によってケーシング１を挿入することもできる。
回転だけで付着の縁切りが不十分である場合には回転と振動を組み合わせてケーシング１を挿入することもできる。【００１５】
＜７＞地震波付与の他の構造
上記の実施例ではケーシング１自体に震度に相当する振動加速度を与えてケーシング１内の試料３を振動する構造であるが、ケーシング１に振動を与えるのではなく、ケーシング１内の試料３に直接に振動加速度を与えることもできる。
その場合には、図３に示すように試料３内に長い加振用鋼棒４などを挿入し、その鋼棒４に震度に相当する振動加速度を与えることによって液状化を促進することができる。
あるいは、図４に示すように、ケーシング１の外部の地中に加振用鋼棒４を挿入し、その鋼棒に震度の相当する振動加速度を与えることによってケーシング１で液状化を促進することもできる。
いずれに場合にも縦振動に限らず、水平振動、両者の混合振動を付与することができる。【００１６】
＜８＞試料採取方法
次に上記の採取装置においてコアパックサンプリングを使用して試料３を採取する方法について説明するが、本発明の採取方法はコアパックサンプリングに限定するものではない。【００１７】
＜９＞挿入振動の付与
ケーシング１の内部に例えばビニール袋のようなスリーブ２を設置する。
ケーシング１もスリーブ２も先端を開放してある。
そしてケーシング１を、調査対象とする地盤に挿入する。
その場合にはケーシング１に縦方向の挿入振動を与えつつ、あるいは回転で、あるいは回転と振動の併用で挿入する。
ケーシング１の挿入に従って、ケーシング１内に設置したスリーブ２の内部には地盤の土がそのまま円柱状に切り取られた状態で試料３として侵入してくる。
複数の震度条件における液状化を判定したい場合には、それだけの本数のケーシング１を対象地盤に挿入する。
例えば震度３、震度４、震度５における液状化を判定したい場合には、対象地盤に３か所にケーシング１を挿入して各々の位置の試料３を採取する。【００１８】
＜１０＞地震波振動の付与
ケーシング１を所定の深さまで挿入したら、挿入を停止して先端を閉塞し、ケーシング１内の試料３に震度に応じた振動加速度を地震波振動として与えて液状化の促進を図る。
その際の震度相当の振動加速度の付与は、上記のようにケーシング１自体に振動を付与する方法、ケーシング１の内部の試料３に振動を付与する方法、ケーシング１の外部の地盤に振動を付与する方法のいずれの方法も採用することができる。
その地盤が、地震動による液状化の可能性のある層を含んでいると、スリーブ２の内部においてその範囲だけが液状化を生じることになる。
その際に付与する振動加速度は、１本目の試料３には震度３に相当する８．０〜２５ガルを、２本目の試料３には震度４に相当する２５ガル〜８０ガル・・・というように各試料３ごとに異なった振動加速度を与えて行う。【００１９】
＜１１＞試料３の回収
スリーブ２内の試料３において、液状化が生じているか否かは、地上では分からないが、そのままスリーブ２をケーシング１とともに地上に引き上げる。
深い位置まで試料３を採取する場合には、複数回に分けて資料に地震波振動を与えた後に引き上げるという作業を繰り返すが、その場合に試料３が落下しないように回収する技術はすでに公知である。
そしてケーシング１からスリーブ２を引き抜き水平に寝かして試料採取箱に設置する。
前記したように、複数個所で採取した試料３は、それぞれに異なった振動加速度が与えてある。【００２０】
＜１２＞液状化の判定
スリーブ２を地上に回収し、スリーブ２を解体する。
液状化している範囲は、他の健全な地層の範囲と明らかに異なってグチャグチャの状態である。
したがって、土質の専門知識がなくとも、肉眼によって、あるいは手触りによって液状化の深度及び範囲を把握することができる。
その際にビニール袋のスリーブ２であれば、切り開いて試料３を取り出すことができる。
スリーブ２が薄肉の鋼管である場合には内部の試料３を押し出して取り出すことができる。
こうして複数本の試料３から、対象地盤は震度３では液状化しないが、震度４では液状化する、といった結果が、仮定や推測を経ずして実物を通して把握することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１：ケーシング
２：スリーブ
３：試料
４：加振用鋼棒
５：加振機
【要約】
[要約]
[課題]仮定条件や計算を行わずに地盤の液状化を判定するための試料を採取する装置と方法を提供する。
[解決手段]
ケーシング１と、その内部に設置した試料３収納用の収納スリーブ２と、試料３に振動を与える加振機で構成する。加振機は、ケーシング１を地中に挿入してスリーブ２内に地盤の試料３を収納した後に震度に相当する振動加速度を与える。【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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【図６】
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【図７】
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