(57)【要約】      （修正有）【課題】回転貫入試験により測定値から土の一軸圧縮強さを推定する方法の提供。【解決手段】先端にスクリューポイント３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、スクリューポイント３の寸法に基づいてスクリューポイント３の表面に作用する水平せん断応力τｈと回転トルクＴとの関係式を求め、貫入ロッドに負荷する荷重Ｗがゼロの状態では、水平せん断応力τｈとスクリューポイントの表面に作用するせん断応力τとが一致することにより、関係式に基づいてスクリューポイント３の表面に作用するせん断応力τとゼロ荷重状態の回転トルクとの関係式を求め、関係式にモールの応力円の理論を適用することにより、土の一軸圧縮強さを算出する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端にスクリューポイント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、
スクリューポイントの寸法に基づいてスクリューポイントの表面に作用する水平せん断応力τｈと回転トルクＴとの関係式を求め、貫入ロッドに負荷する荷重Ｗがゼロの状態では、当該水平せん断応力τｈとスクリューポイントの表面に作用するせん断応力τとが一致することにより、前記関係式に基づいてスクリューポイントの表面に作用するせん断応力τとゼロ荷重状態の回転トルクＴ０との関係式を求め、当該関係式にモールの応力円の理論を適用することにより、土の一軸圧縮強さｑｕを算出することを特徴とする一軸圧縮強さの推定方法。
【請求項２】
前記ゼロ荷重状態の回転トルクＴ０は、荷重Ｗの変化に対する回転トルクＴの変化の割合に基づいて推定することを特徴とする請求項１に記載の一軸圧縮強さの推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転貫入試験による測定値に基づいて、土の一軸圧縮強さを推定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、一軸圧縮強さは、主に飽和した粘性土の強度指標として広く用いられており、非特許文献１に示す「日本工業規格Ａ１２１６
土の一軸圧縮試験」によって計測される。この試験は、ひずみ制御式圧縮装置を用いてサンプリングした共試体を圧縮し、共試体の軸ひずみを測定しながら、１分間に共試体高さの１％の圧縮ひずみが生じる速度で載荷を行い、荷重を測定する。測定した軸ひずみと荷重から、圧縮応力と圧縮ひずみの関係を表す曲線を求め、この曲線の最大値を一軸圧縮強さとするものである。
【０００３】
【非特許文献１】日本工業規格Ａ１２１６  土の一軸圧縮試験
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の一軸圧縮試験においては、土のサンプリングや専用装置の準備等、手順が多く、算出に手間がかかる問題を有していた。
【０００５】
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一軸圧縮強さを推定する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】
【０００６】
本発明は、先端にスクリューポイント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、スクリューポイントの寸法に基づいてスクリューポイントの表面に作用する水平せん断応力τｈと回転トルクＴとの関係式を求め、貫入ロッドに負荷する荷重Ｗがゼロの状態では、当該水平せん断応力τｈとスクリューポイントの表面に作用するせん断応力τとが一致することにより、前記関係式に基づいてスクリューポイントの表面に作用するせん断応力τとゼロ荷重状態の回転トルクＴ０との関係式を求め、当該関係式にモールの応力円の理論を適用することにより、土の一軸圧縮強さｑｕを算出することを特徴とする。
【０００７】
また、前記ゼロ荷重状態の回転トルクＴ０は、荷重Ｗの変化に対する回転トルクＴの変化の割合に基づいて推定することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、貫入試験による測定値である荷重及び回転トルクを試験パラメータとして用いるだけで土の一軸圧縮強さを算出することができるので、試料のサンプリングや、専用の試験装置を用いた室内実験が不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（貫入試験）
まず、図１乃至図３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、試験深度区間０．２５ｍに対して最大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、図１及び図３に示すように、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（Ｓ０１）。このとき、貫入量Ｓtが２５ｃｍに達していない場合（Ｓ０２）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（Ｓ０３）。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。
【００１０】
また、図２及び図３に示すように、最大荷重１ｋＮを載荷した状態において（Ｓ０４）、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（Ｓ０５）。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（Ｓ０６）、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、図１に示すように、測定ポイントは、１乃至６箇所となる。
【００１１】
ところで、上記貫入試験による測定値は、ロッド２の周面摩擦による影響を受けているため、スクリューポイント３に作用する荷重Ｗ及び回転トルクが測定できていない。そこで、０．２５ｍ貫入する毎に貫入ロッド１を１ｃｍ引き上げて回転させ（Ｓ０７）、このときの回転トルクＴｍを測定し（Ｓ０８）、元の位置へ戻す（Ｓ０９）。この回転トルクＴｍは、ロッド２の周面摩擦の算定に用いる。算定方法としては、ロッド２に作用する鉛直及び水平方向の周面摩擦をそれぞれＷｆ、Ｔｆとした場合、スクリューポイント３に作用する荷重Ｗ及び回転トルクＴは、貫入ロッド１全体に作用する荷重Ｗａ及びＴａを用いて次式で表される。
Ｗａ＝Ｗｆ+Ｗ、Ｔａ＝Ｔｆ+Ｔ
したがって、スクリューポイント３に作用する荷重Ｗ及び回転トルクＴは、次式で表される。
Ｗ＝Ｗａ−Ｗｆ、Ｔ＝Ｔａ−Ｔｆ
以下の説明においては、貫入ロッド１の回転トルクＴは、ロッド２の周面摩擦を考慮したものとする。
【００１２】
また、上記貫入試験は、貫入ロッド１の一回転あたりの回転トルクＴについて、最大値Ｔｍａｘ、最小値Ｔｍｉｎ及び平均値Ｔ(−)も測定している。
【００１３】
（土の一軸圧縮強さの推定方法）
本発明に係る土の一軸圧縮強さの推定方法は、スクリューポイント３の寸法に基づいてスクリューポイント３の表面に作用する水平せん断応力τｈと回転トルクＴとの関係に基づくものである。図４に示すスクリューポイント３は、ＪＩＳ規格に基づいて寸法が設定されたものであり、円錐部５と円柱部６から成る。土への回転貫入おいては、これら各部５，６には水平方向へ一定のせん断応力τｈが作用するため、各部５，６で発生するトルクＴ１，Ｔ２は数式１及び数式２で表される。
【数１】
2014134067.tif 000003
【数２】
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【００１４】
なお、上記の数式１及び数式２において、
τｈ：スクリューポイント表面で水平方向に働くせん断応力
Ｔ１：円錐部５で発生するトルク
Ｔ２：円柱部６で発生するトルク
Ｌ１：円錐部５の長さ、
Ｌ２：円柱部６の長さ
Ｄ：スクリューポイントの直径
θ：スクリューポイントの先端角度
である。
【００１５】
数式１及び数式２にＪＩＳ規格のスクリューポイントの寸法を代入すると次のようになる。
Ｔ１＝０．０８８τｈ
Ｔ２＝０．０４３τｈ
Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２＝０．１３１τｈ・・・・（数式３）
【００１６】
Ｔは上記貫入試験によって測定される回転トルクＴであり、数式３を水平せん断応力τｈについて解くと次式のようになる。
τｈ＝７．６Ｔ・・・・（数式４）
【００１７】
図５は、回転貫入時にスクリューポイント３に作用する応力の模式図を示すものである。スクリューポイント３に荷重Ｗを載荷した状態で回転トルクＴをかけると、円錐部５の表面には上下方向にせん断応力τｖが発生する。したがって、式４に示すように、τｈとτｖを合成したものが円錐部５の表面に働く最大せん断応力τとなる。
【数５】
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【００１８】
数式５によれば荷重が０（ゼロ）のとき、τｖ＝０となり、水平せん断応力τｈと最大せん断応力τは一致する。上記数式４は、次式のように置き換えることができる。
τ＝７．６Ｔ０・・・・数式６
なお、荷重が０のときの回転トルクＴをゼロ荷重トルクＴ０と称呼する。
【００１９】
ところで、上記貫入試験では、ゼロ荷重トルクＴ０を測定することは困難である。なぜならば、スクリューポイント３は、ドリル状に成形されたものであるから、ゼロ荷重状態で回転させても前進し地中へ貫入する。これでは、スクリューポイント３の表面に上下方向のせん断応力τｖが発生してしまうので、上記の数式６が成立しなくなる。そこで、ゼロ荷重トルクＴ０は、実測でなく推定する。推定方法としては、図６に示すように、上記貫入試験により取得した荷重Ｗ及び回転トルクＴの変化の割合ｄＴ／ｄＷから近似線を求め、その切片からゼロ荷重トルクＴ０を推定することができる。
【００２０】
本発明に係る一軸圧縮強さの推定は、ゼロ荷重トルクＴ０とモールの応力円の理論を用いる。モールの応力円の理論とは、飽和粘性土において一軸圧縮強さｑｕを非排水せん断強さＳｕの半分として定義したものである。
ｑｕ  ＝Ｓｕ／２
【００２１】
また、粘性土の場合には、スクリューポイント３表面の土は、一軸圧縮試験と同様に、非排水状態でせん断されていると考えられるから、スクリューポイント３表面の最大せん断応力τと非排水せん断強さＳｕとの間には、相関関係が成り立つと予測できるので、最大せん断応力τと非排水せん断強さＳｕが一致すると仮定する。
τ＝Ｓｕ
【００２２】
さらに、上記貫入試験では１回転あたりの最大トルクＴmaxを測定しており、ゼロ荷重トルクＴ０の推定において当該最大トルクＴmaxを用いることにより、最大せん断応力τはピーク値となり、つまり最大値が算出されていることになる。したがって、次式が成り立つ。
ｑｕ＝２Ｓｕ＝２τ＝１５．２Ｔ０
【００２３】
以上のように、一軸圧縮強さの推定方法によれば、貫入試験により測定した回転トルクＴを試験パラメータとして用いるだけで、一軸圧縮強さｑｕを算出することができる。このため、従来のように、試料をサンプリングし室内実験で算出する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る一軸圧縮強さの推定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の第１実施例を示す図である。
【図２】本発明に係る一軸圧縮強さの推定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の第２実施例を示す例である。
【図３】本発明に係る一軸圧縮強さの推定方法に用いる試験パラメータを測定するための貫入試験の手順を示すフローチャートである。
【図４】スクリューポイントの構成を示す図である。
【図５】スクリューポイントに作用する応力を示す模式図である。
【図６】回転貫入試験により所得した荷重と回転トルクの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１  貫入ロッド
２  ロッド
３  スクリューポイント
４  錘
５  円錐部
６  円柱部
【図３】
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【図４】
2014134067.tif 000007
【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図６】
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