(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度検層を行う地盤内に、その深度方向に沿って所定間隔をあけて、その各上下面に、振動子面が深度方向に平行となるように圧電振動子が取り付けられた複数個の計測点ブロックを埋設し、深度方向に隣接して配置された前記計測点ブロックの対向した一対の圧電振動子を発振部と受振部として構成し、一方の圧電振動子から、深度方向に隣接した圧電振動子に向けて発生させたせん断波振動を、前記計測点ブロック間の地盤中を伝播させ、対向する受振部の圧電振動子で振動を検知する間の波動到達時間を計測し、該到達時間計測を、深度方向に位置する前記複数個の計測点ブロック間において順次実施し、各計測点ブロック間のせん断波速度を算出するようにしたことを特徴とする地盤深度方向せん断波速度の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地盤深度方向せん断波速度の測定方法に係り、基礎地盤が浅い場合や挟み層が介在している地盤におけるせん断波速度分布を高い精度で求めることができる地盤深度方向せん断波速度の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地盤の速度検層において、せん断波速度（Ｖｓ）を求めるにはＳ波検層が行われている。速度検層では地表面に振源を設置し、ボーリング孔内で測定を行うダウンホール方式が簡便であり、Ｓ波検層では特に地表面に振源としての厚板を密着させてその厚板の側面を水平方向からハンマーで叩く板たたき法が一般に採用されている。この板たたき法では発生Ｓ波を深度２０〜３０ｍ程度まで伝播させることにより、その深度範囲での速度検層を行うことができる。
【０００３】
一方、土の動的性質を知るための室内土質試験として、試験体内の高周波の波動伝播を利用した試験法が知られている。たとえば、超音波パルス法は円筒形状試験体の上下端にパルス発振器とパルス受振器とを設置し、発振器からＳ波に相当するせん断波を発振させ、受振器でこの波動を受振するものである。そしてその到達時間とによりせん断波速度（Ｖｓ）を求めることができる。また、発振器、受振器としてベンダエレメント（圧電セラミックス振動子）を用いた土のせん断剛性の測定法も提案されている（特開平１０−１６０７１５号公報）。この測定法のための測定装置では円筒形状または円環状のスリーブを利用して作製された試験体の上下端にベンダエレメントをそれぞれ取り付け、一方を発振部、他方を受振部として機能させ、試験体内を伝播するせん断波の速度を測定するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のダウンホール方式では、比較的浅い深度での測定において振源を測定用のボーリング孔の軸上に設置できない。このため振動の伝播経路が直線と見なせず、屈折波は伝播されてしまい、正確な測定が行えないと言う問題がある。また、このときの振動周波数は振源が人為的なものであるため、ｆ＝５０〜２００Ｈｚ程度であり、分解能を高めるためにさらに高周波数の振動による測定が望まれている。
【０００５】
高周波振動を検層に使用する点では上述の超音波パルス、ベンダエレメントの採用も考えられる。しかし、上述の測定装置は対象となる規格化された試験体に組み込むことを目的としているため、単に試験体の上下端に発振部と受振部とを取り付ける構造となっている。これに対して実際の地盤を対象とする場合には測定対象地盤全体や、薄い挟み層や地表面からのごく浅い地盤位置等において、対象となる地盤の構成にあわせて部分的な箇所の高精度のＳ波検層を行いたいという要請がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、実際の地盤のせん断波速度測定において、測定対象地盤全体や局所的なせん断波速度の測定が行えるようにした地盤深度方向せん断波速度の測定方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は速度検層を行う地盤内に、その深度方向に沿って所定間隔をあけて、その各上下面に、振動子面が深度方向に平行となるように圧電振動子が取り付けられた複数個の計測点ブロックを埋設し、深度方向に隣接して配置された前記計測点ブロックの対向した一対の圧電振動子を発振部と受振部として構成し、一方の圧電振動子から、深度方向に隣接した圧電振動子に向けて発生させたせん断波振動を、前記計測点ブロック間の地盤中を伝播させ、対向する受振部の圧電振動子で振動を検知する間の波動到達時間を計測し、該到達時間計測を、深度方向に位置する前記複数個の計測点ブロック間において順次実施し、各計測点ブロック間のせん断波速度を算出するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の地盤深度方向せん断波速度の測定方法の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は基礎地盤１上に広がる速度検層対象地盤２を示している。この地盤は本実施の形態では所定サイクルの盛立、締固め工程を経て図示した盛土高まで盛り立てられている。この形成地盤中の所定位置には図示したように鉛直方向に沿って所定間隔をあけてせん断波速度の計測点ブロック１０が埋設されている。この計測点ブロック１０は各計測対象層にせん断波発振部Ｓ及びせん断波受振部Ｒを配設するためのベース部材である。各計測点ブロックからは信号線１５が導出され、地上の制御部２０まで延長されている。
【００１０】
本実施の形態では、図２（ａ）、（ｂ）に示した２タイプの計測点ブロック１０が使用されている。図２（ａ）は直方体状のアクリル製ベースブロック１１の一面に圧電セラミックス振動子１２（以下、発振部Ｓ及び受振部Ｒの振動子１２を区別して示す場合、符号１２Ｒ、１２Ｓとして区別して記す。）が固着された計測点ブロック１０を示している。この振動子１２は図３各図内に符号を付したように、その一端１２ａがベースブロック１１に固定支持された梁長さｌのバイモルフタイプの片持ち梁形状をなし、２枚の振動子１２を板厚ｔとなるように一体的に積層した構造からなる。
【００１１】
この振動子１２の両面に所定の電圧Ｖを印加すると、逆圧電効果により、片持梁の先端１２ｂで次式で示す変位ｕを生じることが知られている。
【００１２】
ｕ＝Ｋ・ｄ３１・（ｌ／ｔ）２・Ｖ      …（式１）
ここで、Ｋ：定数，ｄ３１：圧電定数
【００１３】
そして地盤中に振動子面が深度方向と平行となるように埋設された計測点ブロック１０の振動子１２に図３（ａ）、（ｃ）に示したように正逆交番電圧Ｖを印加することにより、振動子１２Ｓの近傍地盤にＳ波（せん断波）に相当する交番振動を加えることができる。
【００１４】
一方、この埋設された振動子１２Ｒが地盤から所定の振動を受けて片持ち梁が変位する（撓む）と、圧電効果によりその変位方向（図３：素子内矢印方向）に電気分極が生じ、その撓み量に比例した電圧が発生する。したがって、同一形状の計測点ブロック１０を、振動子１２同士が対向するように地盤内に配置し、一方の計測点ブロック１０の振動子１２Ｓを発振部とし、他方の計測点ブロック１０の振動子１２Ｒを受振部とすることができる。両者間の地盤を媒体として波動（Ｓ波）を伝播させ、この２つの振動子１２Ｓ、１２Ｒ間の距離に対して波動の到達時間ｔを求めることで、この地盤位置でのせん断波速度（Ｖｓ）を算出することができる。なお、図３各図では振動子１２の先端１２ｂ近傍に接続するように回路が示されているが、実際には電源からのリード線はベースブロック１１内で振動子１２の端子（図示せず）に接続されている。
【００１５】
図２（ｂ）は図示したベースブロック１１上下面にそれぞれ振動子１２Ｓ、１２Ｒが固着された中間計測点ブロック１０を示している。この中間計測点ブロック１０は、例えば図１に示したように、地盤中の中間位置に埋設され、ブロック上面１１ａに設けられた振動子１２Ｓが上方へ進行する波動の発振部として動作するとき、下面１１ｂに設けられた振動子１２Ｒが下方から進行してくる波動の受振部として動作するように回路設計されている。したがって、図１に示したように地盤の鉛直方向に数個の中間計測点ブロック１０Ａ〜１０Ｄを埋設することにより、地盤の深度方向にほぼ一直線に配設された２個の中間計測点ブロック１０Ｂ、１０Ｃにおいて、中間計測点ブロック１０Ｂと、その上方に所定距離だけ離れた中間計測点ブロック１０Ｃとの地盤間において対向した一対の振動子１２Ｓ、１２Ｒが発振部と受振部とを構成し、中間計測点ブロック１０Ｂ、１０Ｃ間において、地盤の深度方向のせん断波速度を連続的に求めることができる。
【００１６】
ここで、図４を参照して一対の振動子１２Ｓ、１２Ｒ間において、発振部で正弦波動を発振する回路構成と、受振部までのせん断波の到達時間を求めるための回路構成について説明する。図４において、制御部２０内のパルス発生器２１で発生させた矩形波電圧はパワーアンプ２２を経て増幅され、発振部としての計測点ブロック１０の振動子１２Ｓに印加される。これにより振動子１２Ｓは所定周波数で振動を開始し、振動子１２の周囲地盤２にＳ波に相当する振動の波動が伝播する。これと同時に振動開始を示すショットマークが記録部２５に送られる。この波動は所定距離Ｌだけ離れた上方の地盤内に埋設されている計測点ブロック１０まで伝播し、計測点ブロック１０の受振部としての振動子１２Ｒの周囲の地盤を振動させ、地盤振動を介して振動子１２Ｒを振動させる。これによって生じた振動子１２Ｒの変位（撓み）により交番電圧が生じ、その電圧データは記録部２５に出力される。記録部ではショットマークと到達波動時刻との差分が求められ、波動到達時間ｔが算出される。この一連の計測を行うのに際し、ノイズ除去のために公知のフィルタを介在させたり、複数回のサンプリングに対してスタッキング処理を行い、データの精度を高めることが好ましい。
【００１７】
図５各図は実際の地盤構成に対応させて計測点ブロック１０Ａ〜１０Ｅを埋設し、各計測点ブロック１０間でのＳ波検層を順次行った状態を示した地盤模式断面図である。なお、同図では図の簡単化のために各計測点ブロック１０と接続された機器およびその配線の図示を省略している。
同図（ａ）に示したように、地盤２中には薄い層からなる挟み層３がある。挟み層３の上下境界面には中間計測点ブロック１０Ｃ、１０Ｄが埋設され、この挟み層３部分のせん断波速度が算出されるようになっている。
まず、Ｓ波検層は、検層対象地盤２の下端に設置された計測点ブロック１０Ａの振動子１２Ｓを発振部とし、その上方に埋設された中間計測点ブロック１０Ｂの下面の振動子１２Ｒを受振部として実行される。この地盤間で波動伝播時間を計測した後に、中間計測点ブロック１０Ｂの上面の振動子１２Ｓを発振部とし、挟み層３の下面境界に位置する中間計測点ブロック１０Ｃの下面振動子１２Ｒを受振部として同様のＳ波検層を行う。以後挟み層３、挟み層３の上層の表層４のＳ波検層を行うことにより、数層に区分された地盤全体のせん断波速度を求めることができる。
なお、これらの計測区間の切替はあらかじめ制御部において設定することができる。また、手動操作によって計測区間の切替を行ってもよい。発振部、受振部は前述したように同一構成の振動子を用いているため、計測シーケンスの設定において地表面側から地盤深部に向かって振動を伝播させ、また地表面側から深部に向かって計測するようにすることも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上に述べたように、地盤の鉛直方向に所定の間隔をあけて埋設した複数の圧電振動子を利用してＳ波検層を行うようにしたことにより、任意深度における地盤せん断波速度の測定を容易に実施できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による地盤深度方向せん断波速度の測定方法の一実施の形態を示した模式地盤断面図。
【図２】本発明の地盤深度方向せん断波速度の測定方法に用いる計測点ブロックの一実施の形態を示した斜視図。
【図３】圧電振動子の動作状態を示した状態説明図。
【図４】計測点ブロックの計測機器の構成を模式的に示した構成図。
【図５】本発明の測定方法によりＳ波検層を行う際の測定状態を示した状態説明図。
【符号の説明】
２  検層対象地盤（地盤）
３  挟み層
１０  計測点ブロック
１１  ベースブロック
１２，１２Ｓ，１２Ｒ  振動子
２０  制御部
２１  パルス発生器
２２  アンプ
２５  記録部
【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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