(57)【要約】【課題】地盤のＳ波インピーダンスを求める場合に、広い敷地が不要で、測定が面倒でなく手数が掛かからず、精度の低下を招かず、地盤最表面の密度を測定する必要が無く、測定器と地盤表面との間の摩擦を測定して測定誤差が大きくなる恐れをなくす。【解決手段】地盤１２の表面に剛体盤１４を密着させこの剛体盤１４を加振器１０によって上下方向に加振した時の振動特性を測定し、この測定結果に基づいて地盤１２のＳ波インピーダンスを推定する。【選択図】図１
2014095616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤のＳ波インピーダンスを測定する方法であって、前記地盤の表面に剛体盤を密着させこの剛体盤を上下方向に加振した時の振動特性を測定し、この測定結果に基づいて前記地盤のＳ波インピーダンスを計算によって推定することを特徴とするＳ波インピーダンス測定方法。
【請求項２】
振動特性の測定は、地面の表面に加わる応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔの位相が揃う加振周波数ωsを検出し、この時の応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔの比ｐ／（ｄｕ／ｄｔ）を含む所定の近似式によりＳ波インピーダンスを推定する請求項１のＳ波インピーダンス測定方法。
【請求項３】
地盤の表面に剛体盤を密着させ、この剛体盤を加振することによって地盤のＳ波インピーダンスを測定する方法であって、
（ステップ１）地面の表面を上下方向に加振する加振周波数ωを変化させ、前記応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔの位相が揃う加振周波数ωsを検出し、この時の応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔの比ｐ／（ｄｕ／ｄｔ）をＩβとする：
（ステップ２）ステップ１で検出したＩβと、剛体盤に上下加振を与えた場合に剛体盤に働く垂直反力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔとの間の関係を示しかつポアソン比νのみの関数である近似式とを用いて、Ｓ波インピーダンスρβ（ただしρは地盤の密度、βはＳ波速度）を推定する：
以上の各ステップ１、２を有することを特徴とするＳ波インピーダンス測定方法。
【請求項４】
剛体板は剛体円盤であり、ステップ２で用いる近似式を次式、
2014095616.tif 000015
（ただしＩ1はポアソン比νのみに依存する定数である。）
とする請求項３のＳ波インピーダンス測定方法。
【請求項５】
請求項４で用いるポアソン比νを、０.４〜０.５の範囲内の固定値とする請求項３のＳ波インピーダンス測定方法。
【請求項６】
請求項１のステップ１の前に、以下のステップ１ａ、１ｂ、１ｃ、
（ステップ１ａ）地盤の表面を、十分高い加振周波数で上下方向に加振し、この時に測定対象の表面に加わる応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔを測定する：
（ステップ１ｂ）前記ステップ１ａで検出した応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔと用いて、両者の比ｐ／（ｄｕ／ｄｔ）を計算し、Ｉαとする：
（ステップ１ｃ）ポアソン比νを、ステップ１ｂで求めたＩαと、ステップ１で求めたＩβとを用いて、次の式、
2014095616.tif 000016
により推定する：
を有する請求項４のＳ波インピーダンス測定方法。
【請求項７】
ステップ１ａの十分高い加振周波数は、剛体盤の加振応力ｐが加振速度ｄｕ／ｄｔに比例する周波数である請求項６のＳ波インピーダンス測定方法。
【請求項８】
剛体盤あるいはこの剛体盤と一体の振動部に設けた応力センサーと加振速度センサーによって、地盤表面に加わる応力と加振速度を検出する請求項３のＳ波インピーダンス測定方法。
【請求項９】
請求項１のＳ波インピーダンスの測定方法の実施に用いるＳ波インピーダンス測定装置であって、
地盤表面に密着する剛体円板と、
この剛体円盤を上下方向に加振する加振器と、
前記剛体円盤の測定対象表面に対する応力ｐを検出する応力センサーおよび加振速度ｄｕ／ｄｔを検出する加振速度センサーと、
この加振器の加振周波数ωを可変とする駆動指令を出力する加振制御部と、
この駆動指令に基づいて前記加振器の加振周波数ωをフィードバック制御する駆動手段と、
前記加振周波数ωを変化させて前記応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔの位相が揃う加振周波数ωsを検出する位相検出手段と、
この時の応力ｐおよび加振速度ｄｕ／ｄｔの比ｐ／（ｄｕ／ｄｔ）をＩβとして記憶する第１のメモリーと、
前記第１のメモリーに記憶したＩβと、剛体盤に上下加振を与えた場合に剛体盤に働く垂直反力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔとの間の関係を示しかつポアソン比νのみの関数である近似式とを用いて、Ｓ波インピーダンスρβ（ただしρは地盤の密度、βはＳ波速度）を推定するρβ演算手段と、
を有することを特徴とするＳ波インピーダンス測定装置。
【請求項１０】
剛体板は剛体円盤であり、ρβ演算手段は、下記の式、
2014095616.tif 000017
（ただしνはポアソン比，Ｉ1は定数）
によりＳ波インピーダンスρβを求める、請求項９のＳ波インピーダンス測定装置。  
【請求項１１】
加振器は、コイル電流とコイル電流周波数とによって、少なくとも加振周波数を制御可能な電磁式のものである請求項９のＳ波インピーダンス測定装置。
【請求項１２】
演算手段での演算に用いるポアソン比νが、他のメモリに予め固定値として記憶されている請求項９のＳ波インピーダンス測定装置。
【請求項１３】
請求項９においてさらに、
加振周波数を十分に高くした時の応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔの比ｐ／（ｄｕ／ｄｔ）をＩαとして記憶する第２のメモリーと、
ρβ演算手段での演算に用いるポアソン比νを、以下の式によって推定するポアソン比推定手段と、
2014095616.tif 000018
を備える請求項９のＳ波インピーダンス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、実質的に無限均質媒質である地盤を地震波などが伝播する様子を推定するために用いるＳ波インピーダンスの測定方法と、この方法の実施に直接使用する測定装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
震源から発せられた地震波は、地中の複雑な構造によって反射や屈折を繰り返しながらやがて地表に達する。反射や屈折によって地震波の振幅は変化し、その大小が実際に建物に影響する地震動の大きさの大小となるため、地中を伝わりながら地震波がどのように変化するのかを見積もることが地震工学では重要である。特に構造物に作用する振動は地盤のＳ波インピーダンスと深い関係があり、地震防災のためにも重要な測定である。
【０００３】
構造物の基礎を建設する上で基本的な情報となる地盤最表層の地盤強度を測定する方法が従来より提案されている。例えば特許文献１、２があるが、これらは地盤強度や支持力などの静的な特性を測定するものである。これらは加振器から所定距離離れた複数の検出器を配置する必要が有るため、広い敷地が必要であり、住宅などが付近にある時には使用できないという問題が有る。
【０００４】
一方地震波の伝播については、前記の静的特性に代えて動的特性(インピーダンスなど)を測定することが必要であり、このためＳ波インピーダンスを測定することが提案されている（非特許文献１）。すなわち、弾性インピーダンス（Elastic  Impedance、EI）と呼ばれる地盤材料の動的特性を示す物理量を測定するものである。この方法は地下深くの構造を弾性波探査法で調べる場合に、弾性インピーダンスが予め求められているとより精度良く地下構造を推定できることから注目されている。
【０００５】
ここにインピーダンスとは、地盤の物理的性質として基本的な量である波の伝播速度（ｄｕ／ｄｔ）と密度（ρ）とを掛け合わせた量として定義され、反射や屈折で変化する地震波の振幅はこの値のみによって定まる。特に地盤のＳ波インピーダンスは、地震動で主要なＳ波（横波）に対応するインピーダンスである。
【０００６】
これについて近年、正規化エネルギー密度（Normalized  Energy  Density、NED）という物理量が提唱され（非特許文献１）、これを利用すると地盤内部の具体的な速度構造の情報が無くても、地盤の内部減衰を推定できることが明らかになった（非特許文献２）。このNEDを利用するためには少なくとも地盤最表層のＳ波インピーダンスの情報が必要であるため、これを希望の位置で測定しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３１８２８５号公報
【特許文献２】特許第３０５２２２４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Goto, H., S. Sawada and T. Hirai, Conserved quantity of elastic waves in multi-layered media: 2D SH case -Normalized Energy Density-, Wave Motion, Vol.48, No.7, pp.602-612, 2011.
【非特許文献２】Goto, H., S. Sawada, Y. Kawamura, T. Hirai and T. Akazawa, Definition of normalized energy density and its application to direct estimation od damping property, The 4th International IASPEI/IAEE Symposium on the Effects of Surface Geology on Seismic Motion, 2011.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが現在、希望の位置でＳ波インピーダンスを直接測定する方法は無いので、弾性波探査等で測定されたＳ波速度（β）の値と、密度検層などで測定された密度（ρ）とを利用し、これらを掛け合わせることで推定していた。しかしこの方法では、Ｓ波速度と密度を別々に測定する必要が有り、手数が掛かるという問題が有る。またこれらの測定量に含まれる誤差が、結果として得られるＳ波インピーダンスの誤差に積算されてしまう。そこでこれらＳ波速度（β）と密度（ρ）の観測精度を高くする必要が生じる。しかし密度については地盤最表層に対しては密度検層による測定は難しく、また通常地盤材料は乱れていて不均一であるために、地盤となっている状態での体積、重量を正確に測定して密度を高い精度で求めることは困難である。
【００１０】
さらにＳ波は、波の伝播方向（縦波方向）に対して垂直に振動する波（横波）であるため、地盤最表層のＳ波インピーダンスを測定するのであれば本来地盤表層に水平に振動を加える（加振する）ことが望ましい。しかし、水平に振動(加振)すると、振動源と地盤との間の摩擦を介して加振力が加わることになるため、地盤の物性ではなく測定器（加振部の表面）と地盤表面との間の摩擦を測定してしまい測定誤差が大きくなる可能性がある。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、静的特性の測定法のような広い敷地を必要とせず、Ｓ波速度と密度との積算によりＳ波インピーダンスを求める方法のように測定が面倒でなく手数が掛かからず、測定誤差の積算による精度の低下を招くことがなく、地盤最表面の密度を測定する必要が無く、さらに測定器と地盤表面との間の摩擦を測定して測定誤差が大きくなる恐れがないＳ波インピーダンス測定方法を提供することを第１の目的とする。またこの方法の実施に直接使用するＳ波インピーダンスの測定装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明によれば第１の目的は、地盤のＳ波インピーダンスを測定する方法であって、前記地盤の表面に剛体盤を密着させこの剛体盤を加振器によって上下方向に加振した時の振動特性を測定し、この測定結果に基づいて前記地盤のＳ波インピーダンスを推定することを特徴とするＳ波インピーダンス測定方法、により達成される。
【００１３】
またこの同じ目的は、地盤の表面に剛体盤を密着させ、この剛体盤を加振することによって地盤のＳ波インピーダンスを測定する方法であって、
（ステップ１）地盤の表面を上下方向に加振する加振周波数ωを変化させ、前記応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔの位相が揃う加振周波数ωsを検出し、この時の応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔの比ｐ／（ｄｕ／ｄｔ）をＩβとする：
（ステップ２）Ｓ波インピーダンスρβ（ただしρは地盤の密度、βはＳ波速度）を、ステップ１で検出した比ｐ／（ｄｕ／ｄｔ）＝Ｉβと、剛体盤に上下加振を与えた場合に剛体盤に働く垂直反力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔとの間の関係を示しかつポアソン比νのみの関数である近似式とを用いて推定する：
以上の各ステップ１、２を有することを特徴とするＳ波インピーダンス測定方法、
により達成される。
【００１４】
第２の目的は、請求項１のＳ波インピーダンスの測定方法の実施に用いるＳ波インピーダンス測定装置であって、
地盤表面に密着する剛体円板と、
この剛体円盤を上下方向に加振する加振器と、
前記剛体円盤の測定対象表面に対する応力ｐを検出する応力センサーおよび加振速度ｄｕ／ｄｔを検出する加振速度センサーと、
この加振器の加振周波数ωおよび加振速度ｄｕ／ｄｔを可変とする駆動指令を出力する加振制御部と、
この駆動指令に基づいて前記加振器の加振周波数ωおよび／または加振速度ｄｕ／ｄｔをフィードバック制御する駆動手段と、
前記加振周波数ωを変化させて前記応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔの位相が揃う加振周波数ωsを検出する位相検出手段と、
この時の応力ｐおよび加振速度ｄｕ／ｄｔの比ｐ／（ｄｕ／ｄｔ）をＩβとして記憶する第１のメモリーと、
前記第１のメモリーに記憶したＩβと、剛体盤に上下加振を与えた場合に剛体盤に働く垂直反力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔとの間の関係を示しかつポアソン比νのみの関数である近似式とを用いて、Ｓ波インピーダンスρβ（ただしρは地盤の密度、βはＳ波速度）を推定するρβ演算手段と、
を有することを特徴とするＳ波インピーダンス測定装置、によって達成される。  
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、地盤表面に剛体盤を密着させ、これを上下方向に加振した時の地盤表面の振動特性を測定し、この測定結果を用いて計算によって推定するが、静的特性の測定法のように広い範囲に検出センサーを配置する必要が無く、広い敷地を必要としない。従って狭い敷地での測定が可能である。またＳ波速度と密度との積算によりＳ波インピーダンスを求める方法のように手数が掛からず測定誤差の積算により精度が低下することがない。さらに加振器は地盤表面に対して垂直方向に加振するから、測定器と地盤表面との間の摩擦を測定してしまう恐れがなく、測定精度が向上する。
【００１６】
また請求項３の発明によれば、ステップ１で検出したＩβと、剛体盤に働く垂直反力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔとの間の関係を示しかつポアソン比νのみの関数である近似式とを用いて、計算によりＳ波インピーダンスを推定するので、計算が単純になる。請求項９の発明によれば、この発明に係る測定方法の実施に直接使用する測定装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例である測定方法の動作流れ図
【図２】同じく測定装置の概念図
【図３】本発明の他の実施例である測定方法の動作流れ図
【図４】同じく測定装置の概念図
【図５】地表に設置した剛体円盤の概念図
【図６】ポアソン比νに対するρβとＩβの比例係数の変化を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
請求項１の発明において振動特性の測定は、地盤の表面に加わる応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔの位相が揃う加振周波数ωsを検出し、この時の応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔの比ｐ／（ｄｕ／ｄｔ）を用いて所定の近似式によりＳ波インピーダンスを推定することができる（請求項２）。
【００１９】
請求項３において、剛体盤を剛体円盤とした場合は、ステップ２で用いる近似式を次式（ただしνはポアソン比、βはＳ波速度、ρは地盤密度、Ｉ1は定数である。）とすることができる（請求項４）。剛体盤は、円形に限らず、多角形、長方形、楕円などであってもよく、これらの場合にはこの近似式を少し変える必要がある。
【００２０】
【数１】
2014095616.tif 000003
【００２１】
請求項３で用いるポアソン比νは、予めメモリした０.４〜０.５の範囲内の固定値とすることができ、この場合は演算の誤差は十分小さく抑えつつ演算量を減らすことができ測定プロセスを大幅に簡略化することができる(請求項５）。しかしこのポアソン比νを、次のように計算により求めても良い(請求項６）。すなわち請求項３のステップ１の前に、以下のステップ１ａ、１ｂ、１ｃを加えるものである。
【００２２】
（ステップ１ａ）地盤の表面を、十分な高周波で上下方向に加振し、この時に測定対象の表面に加わる応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔを測定する：
（ステップ１ｂ）前記ステップ１ａで検出した応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔと用いて、両者の比ｐ／（ｄｕ／ｄｔ）を計算し、Ｉαとする：
（ステップ１ｃ）ポアソン比νを、ステップ１ａで求めたＩαと、請求項１のステップ１で求めたＩβとを用いて、次の式により推定する：
を設けるものである。
【００２３】
【数２】
2014095616.tif 000004
【００２４】
請求項６のステップ１ａにおいて、十分高い加振周波数は、剛体盤の加振応力が加振速度に比例する周波数とすることができる（請求項７）。すなわち後記するように、加振周波数ωが大きい時には円盤に働く応力（応力）ｐが加振速度ｄｕ／ｄｔに比例し、この比例係数がＰ波インピーダンスＩαになるような状態の周波数である。
【００２５】
このように、ポアソン比をＩα（Ｐ波インピーダンス）とＩβ（Ｓ波インピーダンス）とを用い繰り返し計算する場合には精度がさらに向上する。請求項３の（ステップ１）では、測定対象である地盤の表面に密着させた剛体盤を加振することにより測定対象表面を加振し、測定対象表面に加わる応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔとを前記剛体盤あるいはこれと一体の振動部から検出することができる（請求項８）。応力ｐはこれらに貼り付けた歪みゲージ(ロードセル)や圧電素子などにより検出することができる。また加振速度ｄｕ／ｄｔは、例えば加速度センサの出力を時間積分することにより検出できる。
【００２６】
本発明の測定装置(請求項９)において、剛体盤を剛体円盤とした時には、ρβ演算手段は、下記の式（ただしＩ1はポアソン比νのみに依存する定数）とすることができる（請求項１０）。
【００２７】
【数３】
2014095616.tif 000005
【００２８】
加振器は、コイル電流とコイル電流周波数とによって、少なくとも加振周波数ωを制御可能なものであり（請求項１１）、これと共に応力ｐあるいは振動速度ｄｕ／ｄｔを制御可能なものとするのが望ましい。加振器はこのような電磁式に限られず、例えば油圧式、機械式など、種々の方式のものを用いることができる。
【００２９】
演算手段での演算に用いるポアソン比νを、メモリに予め固定値として記憶しておくことができるが（請求項１２）、前記請求項６に示した次の式を用いて演算により求めても良い（請求項１３）。この場合にはこの式を記憶した他の演算手段を設ける。
【００３０】
【数４】
2014095616.tif 000006
【理論】
【００３１】
次に本発明が前提とする理論を図５、図６を用いて説明する。
地盤が密度ρ、Ｐ波速度α、Ｓ波速度βの弾性体からなる半無限均質媒質である場合について考える。地盤に対して鉛直下向きがｚ軸の正、地表がｚ＝０平面となるように円筒座標系（ｒ、θ、ｚ）を取り（図３）、座標の原点に半径ａの剛円盤を置く。剛円盤に調和振動ｕ（ω）を与えることを考え、以下の境界条件（１）を設定する。ここに、ｕは地盤に生じる変位、σは応力を表す。
【００３２】
【数５】
2014095616.tif 000007
【００３３】
Robertson(1966)は上の境界値問題に対する近似解について考察し、円盤に働く反力Ｐzを以下の式（２）ように与えている。この点についてはRobertsonの下記の論文に詳細に記載されている。ここに、ｖはポアソン比を表す。
Robertson, I., Forced vertical vibration of a rigid circular disc on a semi-infinite elastic solid, Proc. Camb. Phi. Soc., Vol.62, pp.547-553, 1966.）
【００３４】
【数６】
2014095616.tif 000008
【００３５】
ｐ1、ｐ2はそれぞれ実数値関数で、下記の式（３）のように級数で表現されている。
【００３６】
【数７】
2014095616.tif 000009
【００３７】
なお、Ｉnはポアソン比のみに依存する定数である。近似解にω＝０を代入すると、ｐ1＝１、ｐ2＝０となるので、式(２)は静的な解に厳密に一致するため低周波数側の精度が高い近似式であること、ωが大きくなるにつれて近似に十分な項数を要することを意味している。
【００３８】
ω＝０のときｕ以外の係数が実数であるため、剛円盤の変位ｕと反力Ｐzの位相が揃っている。そしてωの値を徐々に大きくすると、すなわち加振周波数を高くしていくと、ｐ2が値を持つようになるので、ｕとＰzの位相が揃わなくなる。ωが正の値であり、（ａω/β）3以上の項が無視できる場合を考える。この時、ｐ1とｐ2は以下の式（４）のように低次の項のみで表現できる。
【００３９】
【数８】
2014095616.tif 000010
【００４０】
この時、２πＩ2＜３Ｉ12の関係からｐ1はωに関して単調減少する。一方、ｐ2はωに関して単調増加する。すなわち、ωの値を徐々に大きくするとｐ1＝０となるようなω＝ωsが存在するということを表している。この時、式(２)にｐ1とｐ2を代入すると、次式が得られる。
【００４１】
【数９】
2014095616.tif 000011
【００４２】
ここに、（ｄｕ／ｄｔ）は加振速度の振幅値（−ｉωsｕ）を表し、Ｉβは実定数である。すなわち、Ｐz／πａ2を剛円盤に働く平均応力とすると、平均応力はρβ（ｄｕ／ｄｔ）に比例し、かつポアソン比のみに依存する係数が比例定数であることがわかる。
【００４３】
以上はRobertson(1966)による低周波数側の近似解に基づく議論であるが，高周波数側で成立する近似もある。この点についてはRobertsonの前記の論文に記載されている。
【００４４】
無次元数ａω／βに着目すると、ωを大きく高周波数とすることと円盤の半径ａを広げることとが等価であることがわかる。円盤の半径を無限大とすることは鉛直方向の１次元問題を考えることと等価であり、この時の円盤に働く応力と加振速度との間に次式（６）の関係がある。すなわち、高周波数側では円盤に働く応力σzzは加振速度に比例し、比例係数はＰ波インピーダンスＩαとなる。
【００４５】
【数１０】
2014095616.tif 000012
【００４６】
なお、ここで示した理論は半無限均質媒質を仮定したものである。実際の地盤は複雑な多層構造になっていると考えられるため、最表層のＳ波インピーダンスρβを求めるためには、短い波長に対応する測定をして、深部の影響が及ばないように配慮しなければならない。励起される波長は円盤の半径ａで無次元化される。すなわち、半径の小さな円盤を用いることで、見かけ上最表層の物理量をもつ半無限地盤とみなして、多層構造の地盤に対しても適用できると考えられる。
【００４７】
上述した理論は無次元数ａω／βに支配されるため、円盤の半径ａが変化しても対応する周波数が高周波数側にシフトするだけである。
【Ｓ波インピーダンスの測定方法】
【００４８】
本発明はこのような理論に基づいて、Ｓ波インピーダンスρβを測定する方法を以下の通り提案するものである。
【００４９】
ステップ１：（測定）十分な高周波数で上下加振を行い、円盤に働く平均応力と加振速度をそれぞれ測定する。この時の平均応力／加振速度を計算し、Ｉαとする。
ステップ２：（測定）静止状態から徐々に加振周波数を高くしていき、平均応力と加振速度の位相が揃う周波数にチューニングする。この時の平均応力／加振速度を計算し、Ｉβとする。
【００５０】
ステップ３：Ｉβ／Ｉαを計算する。これは理論的に以下の式（７）で表されるポアソン比のみの関数であるため、繰り返し計算によってポアソン比を推定する。
【００５１】
【数１１】
2014095616.tif 000013
【００５２】
ステップ４：推定したポアソン比を以下の式（８）に代入して、Ｓ波インピーダンスρβを求める。
【００５３】
【数１２】
2014095616.tif 000014
【００５４】
なお前記の式（７）は、前記の式（８）から求めたＩβと、Ｉα＝ραとを用いて導出することができる。本手法の特徴は、密度ρ、Ｐ波速度α、Ｓ波速度βを求めずに、Ｓ波インピーダンスρβを推定していることにある。途中でポアソン比を推定するが、ポアソン比は理論的に０−０．５までの値しかとらない定数であるため、誤差を抑えることができる。また、２回の測定はいずれも加振周波数が異なるだけであり、同一の装置を用いて実現できる。測定項目は円盤の振動と、地盤から受ける反力のみであり、それぞれの測定技術は十分成熟している。チューニングという簡単な技術で所定の周波数を見つけることができることも特徴である。
【００５５】
なお、一般の地盤最表層でのポアソン比は０．５に近い値をとるとされており、現実的にはポアソン比で０．４−０．５の範囲にあると考えられる。また、硬質な地盤でも０．３５に程度であると考えられる。この時、図６に示すようにρβとの比例係数は０．４７−０．６６の範囲に値をとるため、係数を中間の０．５６と仮定してＳｔｅｐ２の測定値のみから直接Ｓ波インピーダンスの近似値を推定することも考えられる。この場合，実際にポアソン比を測定して求めた場合の値と比較して最大１７％程度の誤差が見込まれるが、測定プロセスを簡略化することができる。
【実施例１】
【００５６】
図２において符号１０は加振器であり、地面１２に密着する剛体円盤１４を上下方向に加振することによって地面に垂直方向の振動を加えるものである。すなわち剛体円盤１４の上面にはこれと一体の振動部１６が起立し、この振動部１６には応力センサー１８と加振速度センサー２０とが固定されている。加振速度センサー２０は、加速度センサの出力を時間積分するものであってもよい。
【００５７】
振動部１６は、電磁コイル２２により上下に加振される鉄心とすることができる。すなわち、電磁コイル２２を加振器１０のケース内に保持し、この電磁コイル２２に供給する電流により剛体円盤１４が地面１２を加圧する圧力（応力）ｐ変えることができ、この電流の周波数を変えることにより剛体円盤１４の振動周波数ω、従って加振速度、を変化させることができる。
【００５８】
２４はこの駆動コイル２２を駆動する駆動手段であり、後記する加振制御部３２が出力する駆動指令ｘに基づいて駆動周波数ωを決定する周波数制御部２６と、周波数制御部２６の出力に基づいて駆動コイル２２を駆動するドライバー２８とを有する。周波数制御部２６は、周波数ωだけでなく加振圧力ｐ等も制御するようにしてもよい。
【００５９】
この実施例では、まず剛体円盤１４を地盤表面に密着するようにセットする（図１のステップＳ１００）。そして十分に高い周波数ωで駆動コイル２２を駆動し（ステップＳ１０２）、この時の加振速度ｄｕ／ｄｔを検出して、これらの比ｐ／（ｄｕ／ｄｔ）を演算部３４で演算しＩαとする（ステップＳ１０４）。このＩαをメモリ部３６の第２メモリ３６ｂに記憶する。ここに十分に高い周波数ωは、剛体円盤１４の加振応力(圧力）ｐが加振速度ｄｕ／ｄｔにほぼ（あるいは実質的に）比例する周波数である。
【００６０】
次に加振周波数ωを変化させて（例えば低周波側から次第に増加させて）圧力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔの位相が揃う周波数を検出する（ステップＳ１０６）。すなわち、加振器１０に設けたセンサー１４、２０が検出する応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔが、位相検出部３０に入力され、ここで応力ｐと加振速度ｄｕ／ｄｔの位相差Δθを検出する。この位相差Δθは加振制御部３２に送られ、加振制御部３２は位相差Δθを０にするための前記駆動指令ｘを駆動制御部２６に送る。
【００６１】
このようにして駆動コイル２２の周波数ωと加振圧力ｐがフィードバック制御される。位相差Δθが０になり、応力ｐと加振速度の位相が揃うと、この時の比ｐ／（ｄｕ／ｄｔ）を演算部３４で演算し、その結果をＩβとしてメモリ部３６の第１メモリに記憶するする（ステップＳ１０８）。この実施例では、メモリ部３６に記憶したＩβとＩαを用いて下記の演算を行い、そしてポアソン比推定部３８において前記した式（７）の演算を行い、ポアソン比を推定する（ステップＳ１１０）。
【００６２】
この実施例によれば、ポアソン比をインピーダンス測定地点毎に計算により求めるから、測定精度が向上する。このように求めたポアソン比を用いてρβ演算部４０で前記した式（８）の演算を行い（ステップＳ１１２）、Ｓ波インピーダンスρβを求める（ステップＳ１１４）。
【実施例２】
【００６３】
以上の実施例１ではポアソン比を演算によって求めている。しかし前記したようにポアソン比は変動幅が小さくほぼ一定値とみなせるから、固定値として予め記憶しておいてもよい。すなわち図３に示すように、前記図１におけるステップＳ１０２、Ｓ１０４を省くと共に、ステップＳ１１０では予め他のメモリ３８ａに記憶した固定値であるポアソン比を読み出して（ステップＳ１１０ａ）、ρβ演算部４０でρβの演算を行うものである（ステップＳ１１２）。
【符号の説明】
【００６４】
１０  加振器
１２  地盤
１４  剛体円盤
１８  応力センサー
２０  加振速度センサー
２４  駆動手段
２６  周波数制御部
２８  ドライバー
３０  位相検出部
３２  加振制御部
３４  演算部
３６  メモリ部
３８  ポアソン比推定手段
３８ａ  他のメモリ部
４０  ρβ演算手段
ｘ  駆動指令
α  Ｐ波速度
β  Ｓ波速度
Ｉα  Ｐ波インピーダンス
【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６】
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【図５】
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