(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
様々な粒径が混在する地盤材料のサンプルを所定粒径範囲別の複数の構成材料に分割し，前記構成材料の各々に近赤外光を照射したときの所定波長の反射率又は透過率と当該構成材料の水分量との比例パラメタを検出し且つその比例パラメタを構成材料毎の粒径範囲に応じて重み付けした合成パラメタを作成し，計測対象の前記地盤材料に前記近赤外光を照射したときの所定波長の反射率又は透過率と前記合成パラメタとから当該地盤材料の水分量を算出してなる地盤材料の水分量計測方法。
【請求項２】
請求項１の計測方法において，前記合成パラメタを，前記各構成材料の重量比，体積比，表面積比，平均粒径，その何れかと当該構成材料の吸水率との積，又はそれらの逆数により構成材料毎の比例パラメタを重み付けして作成したものとしてなる地盤材料の水分量計測方法。
【請求項３】
請求項１又は２の計測方法において，前記地盤材料をベルトコンベアで連続的に搬送しながら前記近赤外光をベルトコンベア上の特定部位に照射し，その照射時に連続的に算出される水分量の所定時間の平均値として地盤材料の水分量を求めてなる地盤材料の水分量計測方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れかの計測方法において，前記地盤材料の水分量の管理基準値を定め，前記地盤材料の水分量の算出値又はその所定時間の平均値と管理基準値とを比較して当該地盤材料の水分量の適否を判定してなる地盤材料の水分量計測方法。
【請求項５】
様々な粒径が混在する地盤材料に近赤外光を照射して所定波長の反射率又は透過率を測定する光量測定装置，前記地盤材料のサンプルを所定粒径範囲別に分割した複数の構成材料の各々に前記近赤外光を照射したときの所定波長の反射率又は透過率と当該構成材料の水分量との比例パラメタを検出し且つその比例パラメタを構成材料毎の粒径範囲に応じて重み付けして作成した合成パラメタを記憶する記憶手段，及び計測対象の前記地盤材料に前記近赤外光を照射したときの所定波長の反射率又は透過率と前記合成パラメタとから当該地盤材料の水分量を算出する算出手段を備えてなる地盤材料の水分量計測システム。
【請求項６】
請求項５の計測システムにおいて，前記合成パラメタを，前記各構成材料の重量比，体積比，表面積比，平均粒径，その何れかと当該構成材料の吸水率との積，又はそれらの逆数により構成材料毎の比例パラメタを重み付けして作成したものとしてなる地盤材料の水分量計測システム。
【請求項７】
請求項５又は６の計測システムにおいて，前記地盤材料を連続的に搬送するベルトコンベア上の特定部位に前記光量測定装置を設け，前記近赤外光の照射時に前記算出手段により連続的に算出される水分量の所定時間の平均値として地盤材料の水分量を求める平滑化手段を設けてなる地盤材料の水分量計測システム。
【請求項８】
請求項５から７の何れかの計測システムにおいて，前記記憶手段に地盤材料の水分量の管理基準値を記憶し，前記地盤材料の水分量の算出値又はその所定時間の平均値と管理基準値とを比較して当該地盤材料の水分量の適否を判定する判定手段を設けてなる地盤材料の水分量計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地盤材料の水分量計測方法及びシステムに関し，とくに様々な粒径が混在する地盤材料の水分量を計測する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＳＧ（Ｃｅｍｅｎｔｅｄ  Ｓａｎｄ  ａｎｄ  Ｇｒａｖｅｌ），セメント改良土，コンクリート等の構造材料を使用してダム，防潮堤（堤防）等の盛土，その他の土木構造物を建設する工事において，構造物の品質（とくに強度）を管理する観点から，その構造材料に含まれる水分量を適宜計測して管理すると共に，その原材料であるＣＳＧ材，セメント改良土母材，骨材等の地盤材料（様々な粒径の泥，砂，礫その他の構成材料が混在する土木材料）に含まれる水分量を計測・管理することが求められることがある。例えば，材料合理化の観点から現場付近で調達又は発生する岩砕材料・砂材料・砂礫材料その他の地盤材料を原材料として構造材料を製造する工事現場では，その原材料の粒度や水分量にバラツキがあることから，その原材料及びそれを用いた製品（構造材料）の水分量を計測・監視して構造物の品質を管理することが必要とされる（例えば非特許文献１のＣＳＧ工事を参照）。
【０００３】
一般に様々な粒径が混在する地盤材料に含まれる水分量（含水比又は含水率）は，その地盤材料を１１０（±５）℃の恒温乾燥炉で乾燥したときに失われる質量から求めることができる（ＪＩＳＡ１２０３の含水比試験方法，非特許文献２参照）。ただし，地盤材料を乾燥炉で乾燥させるには１８〜２４時間を要するので，この方法は１回／１日程度の頻度で実施することしかできない問題点がある。より迅速に水分量を計測する方法として，地盤材料を電子レンジで乾燥させる含水比試験方法（地盤工学会基準ＪＧＳ０１２２，非特許文献３参照），及び地盤材料をフライパンで炙って直接加熱する含水比試験方法（非特許文献４参照）が実施されている。また，地盤材料に放射線（中性子線）を照射し，透過又は反射した放射線（中性子線）からＲＩ（ラジオアイソトープ）計器により水分量（含水比又は含水率）を計測する方法も実用化されている（特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−０４９９４５号公報
【特許文献２】特開２００９−１２１９３０号公報
【特許文献３】特公昭６１−０６１６２３号公報
【特許文献４】特開平０６−２２９９１７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】柳川城二「ダム事業における新技術−台形ＣＳＧダム−」建設工業調査会出版，ベース設計資料，Ｎｏ．１３６土木編，２００８年３月２０日発行，インターネット（ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｅｎｋｏｃｈｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｈｔｍｌ／１３６／ｓａ＿１３６．ｈｔｍｌ）
【非特許文献２】社団法人地盤工学会「地盤材料試験の方法と解説」，丸善出版，２００９年１１月，ｐｐ．１０４〜１０５
【非特許文献３】社団法人地盤工学会「地盤材料試験の方法と解説」，丸善出版，２００９年１１月，ｐｐ．１０６〜１０７
【非特許文献４】財団法人ダム技術センター「台形ＣＳＧダム施工・品質管理技術資料」，平成１９年９月，ｐｐ．４〜１９
【非特許文献５】ＪＩＳＡ１１０９  細骨材の密度及び吸水率試験方法
【非特許文献６】ＪＩＳＡ１１１０  粗骨材の密度及び吸水率試験方法
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし，上述した電子レンジを用いた含水比試験方法，及びフライパンを用いた含水比試験方法は，いずれも１０分〜３０分程度で水分量を計測できるものの，工事現場に供給される地盤材料から抜き取った一部分の水分量を計測することしかできず，供給される地盤材料の水分量を連続的に計測することができない問題点がある。例えば現場付近で調達又は発生する岩砕材料・砂材料・砂礫材料その他の地盤材料を用いて構造物を建設する工事では，品質管理の観点からバラツキのある地盤材料の水分量をできるだけ頻繁に計測・確認することが求められており（非特許文献１参照），調達又は発生場所から順次供給される地盤材料の水分量を連続的に計測して要求品質が常に満足されていることを監視できる技術の開発が望まれている。
【０００７】
これに対し，ＲＩ計器を用いて水分量を計測する方法は，例えば地盤材料を搬送する搬送路（投入ホッパ等）にＲＩ計器を設置することにより，工事現場に順次供給される大量の地盤材料の水分量を連続的に監視することが期待できる（特許文献１，２参照）。ただし，本発明者の予備的な実験によれば，ＲＩ計器は原則として密封状態で地盤材料の水分量を計測するため，密封された計測部に地盤材料が閉塞又は付着しやすく，その閉塞又は付着した地盤材料の水分量が常に計測されてしまう可能性があり，計測値に多くの誤差が内在している問題点がある。また，様々な粒径の構成材料が混在する地盤材料の水分量は粒度分布の変動の影響を受けるが，ＲＩ計器では粒度分布の変動を考慮して地盤材料の水分量を計測できないことも誤差の原因となる。バラツキのある地盤材料を用いて高品質の土木構造物を建設するため，大量の地盤材料の水分量を連続的に且つ精度よく計測できる技術の開発が望まれている。
【０００８】
そこで本発明の目的は，地盤材料に含まれる水分量を連続的に精度よく計測することができる方法及びシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は，近赤外光（用いた水分計測方法に着目した（特許文献３，４参照）。例えば図８に示すように，０．７μｍ〜２．５μｍ程度の波長範囲の近赤外光を水に照射すると所定波長λｉ（例えばλ１＝１．２μｍ，λ２＝１．４５μｍ，λ３＝１．９４μｍ）において吸収がおこり，その所定波長λｉの反射光又は透過光が対象中の水分量（含水比）に応じて減衰するので，その反射率又は透過率Ｓｉから対象中の水分量（含水比）を求めることができる。具体的には，（１）式に示すように所定波長λｉの反射率又は透過率Ｓｉ（以下，単に反射率Ｓｉということがある）と対象中の水分量Ｗとの比例パラメタＰ（（１）式の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を予めキャリブンレーションにより検出し，計測対象の所定波長λｉの吸収量Ｓｉを（１）式へ代入することにより水分量を算出する。或いは，水分の影響を受けにくい特定波長（参照波長）の反射率又は透過率Ｒ（以下，単に反射率Ｒということがある）を併せて求め，（２）式に示すように所定波長λｉの反射率Ｓｉと参照波長の反射率Ｒとの差に基づき比例パラメタＰ（（２）式の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ）をキャリブンレーションする。なお，（１）式及び（２）式では３つの波長λｉの吸収量Ｓｉから水分量を算出しているが，算出に用いる波長λｉの数は１つ，２つ，又は４つ以上としてもよい。
Ｗ＝ａ・Ｓ１＋ｂ・Ｓ２＋ｃ・Ｓ３＋ｄ    ……………………………………（１）
Ｗ＝ａ・ｌｎ（Ｒ／Ｓ１）＋ｂ・ｌｎ（Ｒ／Ｓ２）
＋ｃ・ｌｎ（Ｒ／Ｓ３）＋ｄ    …………………（２）
【００１０】
図７は，特許文献４の開示する近赤外線を用いた水分計測装置を示す。図示例の装置は，対象Ｎに近赤外光を照射する光源ランプ４１と，対象Ｎからの反射光を入力して（１）式又は（２）式により水分量Ｗを算出するコンピュータ１０とを有する。図示例の光源ランプ４１は，レンズ４２，フィルタホイール４３，平面鏡４５，及びレンズ４６を経由して計測対象Ｎに所定波長λｉ及び参照波長を含む近赤外光を照射する。対象Ｎからの反射光は，凹面鏡４７，凸面鏡４８，赤外線透過フィルタ４９を経由して受光素子５０に導かれ，受光素子５０において所定波長λｉ及び参照波長は反射光量に応じた電気信号（所定波長λｉ及び参照波長の反射率）Ｓｉ，Ｒに変換される。この変換された電気信号Ｓｉ，Ｒを，増幅器５１，サンプルホールド回路５２，及びＡＤ変換器５３を経由してコンピュータ１０に入力する。コンピュータ１０において，入力信号Ｓｉ，Ｒを（１）式又は（２）式へ代入することにより水分量Ｗを算出すると共に，必要に応じて温度，湿度等の補正演算を施す。
【００１１】
例えば図７に示す水分計測装置を工事現場の地盤材料の搬送路（コンベアベルト等）に設置すれば，工事現場の順次搬送される大量の地盤材料の水分量を連続的に計測することが期待できる。ただし，本発明者の予備的実験によれば，近赤外線の反射率は地盤材料の粒度分布の変動の影響を受けるため，（１）式又は（２）式で地盤材料の水分量Ｗを算出すると誤差が大きくなる問題点がある。すなわち，ダム，防潮堤（堤防），盛土その他の建設工事で用いる地盤材料は最大粒径（例えば１５０ｍｍ程度）が最小粒径（例えば０．０７５ｍｍ程度）の２０００倍にも達しうる粒径範囲の広いものであり，その最大粒径の水分量と最小粒径の水分量とを同じ比例パラメタＰ（（１）式又は（２）式の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ）で算出することは困難である。そのように粒径範囲の広い地盤材料の水分量を近赤外線の反射率によって計測するためには，粒度分布の変動を考慮して比例パラメタＰを調整することが必要である。本発明は，この着想に基づく研究開発の結果，完成に至ったものである。
【００１２】
図１のブロック図及び図２の流れ図を参照するに，本発明による地盤材料の水分量計測方法は，様々な粒径が混在する地盤材料ＮのサンプルＴを所定粒径範囲別の複数の構成材料Ｔ１，Ｔ２，……Ｔｎに分割し，構成材料Ｔｉの各々に近赤外光を照射したときの所定波長λｉの反射率又は透過率Ｓｉとその構成材料Ｔｉの水分量Ｗｉとの比例パラメタＰｉ（例えば図６に示す比例パラメタａｉ，ｂｉ，ｃｉ，ｄｉ）を検出し且つその比例パラメタＰｉを構成材料Ｔｉ毎の粒径範囲に応じて重み付け（Ｉｉ）した合成パラメタＱ（例えば図６に示す合成パラメタΣ（Ｉｉ・ａｉ），Σ（Ｉｉ・ｂｉ），Σ（Ｉｉ・ｃｉ），Σ（Ｉｉ・ｄｉ））を作成し，計測対象の地盤材料Ｎに近赤外光を照射したときの所定波長λｉの反射率又は透過率Ｓｉと合成パラメタＱとからその地盤材料Ｎの水分量Ｗを算出してなるものである。
【００１３】
また，図１のブロック図を参照するに，本発明による地盤材料の水分量計測システムは，様々な粒径が混在する地盤材料Ｎに近赤外光を照射して所定波長λｉの反射率又は透過率Ｓｉを測定する光量測定装置３４，地盤材料ＮのサンプルＴを所定粒径範囲別に分割した複数の構成材料Ｔ１，Ｔ２，……Ｔｎの各々に近赤外光を照射したときの所定波長λｉの反射率又は透過率Ｓｉとその構成材料Ｔｉの水分量Ｗｉとの比例パラメタＰｉ（例えば図６に示す比例パラメタａｉ，ｂｉ，ｃｉ，ｄｉ）を検出し且つその比例パラメタＰｉを構成材料Ｔｉ毎の粒径範囲に応じて重み付け（Ｉｉ）して作成した合成パラメタＱ（例えば図６に示す合成パラメタΣ（Ｉｉ・ａｉ），Σ（Ｉｉ・ｂｉ），Σ（Ｉｉ・ｃｉ），Σ（Ｉｉ・ｄｉ））を記憶する記憶手段１６，及び計測対象の地盤材料Ｎに近赤外光を照射したときの所定波長λｉの反射率又は透過率Ｓｉと合成パラメタＱとからその地盤材料Ｎの水分量Ｗを算出する算出手段２２を備えてなるものである。
【００１４】
好ましくは，合成パラメタＱを，各構成材料Ｔｉの重量比，体積比，表面積比，平均粒径，その何れかと当該構成材料の吸水率との積，又はそれらの逆数により構成材料Ｔｉ毎の比例パラメタＰｉを重み付けして作成したものとする。望ましい実施例では，図３及び図４に示すように，地盤材料Ｎを連続的に搬送するベルトコンベア７上の特定部位に光量測定装置３４を設け，近赤外光の照射時に算出手段２２により連続的に算出される水分量Ｗの所定時間Ｅの平均値（＝ΣＷ／Ｅ）として地盤材料Ｎの水分量Ｗを求める平滑化手段２３を設ける（図１参照）。更に望ましい実施例では，図４に示すように，記憶手段１６に地盤材料Ｎの水分量Ｗの管理基準値Ｃを記憶し，地盤材料の水分量の算出値Ｗ又はその所定時間Ｅの平均値（＝ΣＷ／Ｅ）と管理基準値Ｃとを比較して地盤材料Ｎの水分量Ｗの適否を判定する判定手段２４を設ける。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による地盤材料の水分量計測方法及びシステムは，地盤材料ＮのサンプルＴを所定粒径範囲別に分割した複数の構成材料Ｔ１，Ｔ２，……Ｔｎの各々に近赤外光を照射したときの所定波長λｉの反射率又は透過率Ｓｉとその構成材料Ｔｉの水分量Ｗｉとの比例パラメタＰｉを検出し，その比例パラメタＰｉに対して構成材料Ｔｉ毎の粒径範囲に応じた重み付けＩｉを施すことにより合成パラメタＱを作成し，計測対象の地盤材料Ｎに近赤外光を照射したときの所定波長λｉの反射率又は透過率Ｓｉと合成パラメタＱとからその地盤材料Ｎの水分量Ｗを算出するので，次の有利な効果を奏する。
【００１６】
（イ）近赤外線の所定粒径範囲別の比例パラメタＰｉをその粒径範囲に応じて重み付けした合成パラメタＱを用いることにより，粒径範囲の広い地盤材料Ｎの水分量Ｗを近赤外線によって精度よく算出することができる。
（ロ）例えば地盤材料Ｎの搬送路に本発明を適用することにより，工事現場に順次供給されるバラツキのある地盤材料Ｎの水分量Ｗを連続的に精度よく計測することができる。
（ハ）順次供給される地盤材料Ｎの水分量Ｗを連続的に計測しつつ管理基準値Ｃと比較することにより，要求品質を満足しない地盤材料Ｎの混入を監視し，既往の技術では把握することが困難であった構造物の品質不良を減少させることができる。
（ニ）また，地盤材料Ｎの水分量Ｗを連続的に計測することで水分量Ｗの変動傾向を迅速に把握し，水分量Ｗの調整等の対策を早期に講じることが可能となり，ひいては土木構造物の品質の安定性を飛躍的に向上させることができる。
（ホ）更に，地盤材料Ｎの水分量Ｗを連続的に計測することにより，地盤材料Ｎを用いる工事において必須の品質管理試験の頻度を合理的に減少させ，或いは異常値の発生に応じて品質管理試験の頻度を合理的に増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
以下，添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
【図１】本発明の水分量計測システムの一実施例のブロック図である。
【図２】本発明の水分量計測方法の流れ図の一例である。
【図３】本発明の水分量計測システムの他の実施例の説明図である。
【図４】図１の平滑化手段の作用を示す説明図である。
【図５】本発明の水分量計測方法を用いた水分量測定値と従来の含水比試験法による測定値との相関を示すグラフの一例である。
【図６】本発明による合成パラメタの作成方法の一例の説明図である。
【図７】従来の近赤外線を用いた水分計測装置の説明図である。
【図８】近赤外線を用いた水分計測の原理を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は，本発明の水分量計測システムのブロック図を示す。図示例のシステムは，地盤材料Ｎ（又はそのサンプルＴ）に近赤外光を照射して所定波長λ（例えばλ１＝１．２μｍ，λ２＝１．４５μｍ，λ３＝１．９４μｍの３つの所定波長及び参照波長）の反射率Ｓｉ，Ｒを測定する光量測定装置３４と，その反射率Ｓｉ，Ｒを入力して地盤材料Ｎの水分量Ｗを算出するコンピュータ１０とを有する。例えば図３に示すように，現場付近で調達され又は発生した岩砕材料その他の地盤材料Ｎを原材料として構造材料（ＣＳＧ，セメント改良土，コンクリート等）を製造する工事現場において，ダンプトラック等の運搬機械３で調達又は発生場所から工事現場に順次搬入される地盤材料Ｎの搬送路（例えばベルトコンベア７）上に光量測定装置３４を設置し，その光量測定装置３４で測定した反射率Ｓｉ，Ｒをコンピュータ１０へ入力して地盤材料Ｎの水分量Ｗを連続的に計測する。ただし，本発明の適用対象は岩砕材料に限らず，水分量の計測が求められる砂材料・砂礫材料その他の地盤材料Ｎにも広く適用することができる。
【００１９】
図示例の光量測定装置３４は，図７を参照して上述した従来の水分計測装置と同様の構成とすることができ，例えば０．７μｍ〜２．５μｍ程度の波長範囲の近赤外光を出力する光源ランプと，その出力光を地盤材料Ｎ（又はそのサンプルＴ）まで導く光学系と，地盤材料Ｎからの反射光中の所定波長λｉ（及び参照波長）の光量を電気信号（反射率）Ｓｉ，Ｒに変換する受光素子と，地盤材料Ｎからの反射光を受光素子まで導く光学系とを備え，その変換された電気信号Ｓｉ，ＲをＡＤ変換器経由でコンピュータ１０へ出力するものである。図示例の装置は，可視光を照射する光源ランプを用い，その光源ランプと地盤材料Ｎとの間に所定波長λｉ（及び参照波長）の近赤外光を透過させるフィルタホイール４３を設けている。ただし，本発明で用いる光量測定装置３４は図７の例に限定されず，近赤外光を用いて所定波長λｉ（及び参照波長）の反射率Ｓｉ，Ｒを測定する他の装置とすることも可能である。
【００２０】
図示例のコンピュータ１０は，キーボード等の入力装置１１と，ディスプレイ等の出力装置１２と，一次又は二次記憶装置等の記憶手段１６とを有する。記憶装置１６には，地盤材料Ｎの水分量Ｗを算出するために必要な後述する合成パラメタＱ等を記憶する。また内蔵プログラムとして，光量測定装置３４から所定波長λｉの反射率Ｓｉ，Ｒその他のデータを入力する入力手段１４と，その反射率Ｓｉ，Ｒと合成パラメタＱとから地盤材料Ｎの水分量Ｗを算出する算出手段２２と，算出した水分量Ｗ等を出力装置１２へ出力する出力手段１５とを有している。なお，図示例のコンピュータ１０は，内臓プログラムとして合成パラメタＱを作成する作成手段２１を有しているが，本発明は合成パラメタＱが記憶手段１６に記憶されていれば足り，合成パラメタ作成手段２１は本発明に必須のものではない。また，図示例の水分量計測システムは，合成パラメタＱを作成するために必要な分離装置３１，重量計測器３２，含水比試験装置３３を有しているが，合成パラメタＱが記憶手段１６に予め記憶されている場合は，これらの装置を省略できる。
【００２１】
図２は，図１のシステムを用いて地盤材料Ｎの水分量Ｗを計測する方法の流れ図を示す。以下，図２の流れ図を参照して図１のシステムを説明する。図２のステップＳ１０１〜Ｓ１０４は，コンピュータ１０の合成パラメタ作成手段２１により，粒径範囲の広い地盤材料Ｎの所定波長λｉの反射率Ｓｉ，Ｒからその地盤材料Ｎの水分量Ｗを算出するための合成パラメタＱを作成する初期処理を示す。先ずステップＳ１０１において，地盤材料ＮのサンプルＴを用い，そのサンプルＴを図１の分離装置３１によって所定粒径範囲別の複数の構成材料Ｔ１，Ｔ２，……Ｔｎに分割する。例えば分離装置３１を篩分け装置とし，サンプルＴを粒径０〜５ｍｍ，５〜１０ｍｍ，１０〜２０ｍｍ，２０〜４０ｍｍ，及び４０〜８０ｍｍの５つの構成材料Ｔ１〜Ｔ５に分割するが，各地盤材料Ｔｉの粒径範囲は，後述する同じ比例パラメタＰが適用できる範囲内において任意に設定可能である。地盤材料Ｎ（又はそのサンプルＴ）が８０ｍｍ以上の構成材料を含む場合は，８０〜１５０ｍｍの構成材料Ｔ６を含む６つの構成材料Ｔ１〜Ｔ６に分割してもよい。
【００２２】
ステップＳ１０２において，含水比試験装置３３により各構成材料Ｔｉの水分量Ｗｉを測定し，重量計測器３２により各構成材料Ｔｉの重量比（サンプルＴの全体重量に対する割合（％））を測定する。含水比試験装置３３は，上述した恒温乾燥炉，電子レンジ，又はフライパンを用いて乾燥したときに失われる質量から各構成材料Ｔｉの水分量Ｗｉを求めたものとすることができる。また，ステップＳ１０３において，光量測定装置３４により各構成材料Ｔｉに近赤外光を照射して所定波長λｉの反射率Ｓｉ，Ｒを測定し，その反射率Ｓｉ，Ｒと水分量Ｗとが上述した（１）式又は（２）式を満たすように，各構成材料Ｔｉの比例パラメタＰｉ（（１）式又は（２）式の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ）をキャリブンレーションにより検出する。図６は，サンプルＴを分割した構成材料Ｔ１，Ｔ２，……Ｔｎ毎に，（１）式又は（２）式を満たす係数ａｉ，ｂｉ，ｃｉ，ｄｉが比例パラメタＰｉとして検出できることを示している。ステップＳ１０３で検出された各構成材料Ｔｉの比例パラメタＰｉは記憶手段１６に記憶しておく。
【００２３】
次いで，ステップＳ１０４において，各構成材料Ｔｉの比例パラメタＰｉに対して構成材料Ｔｉ毎の粒径範囲に応じた重み付けＩｉを施すことにより，粒径範囲の広い地盤材料Ｎに適用可能な合成パラメタＱを作成する。例えば図６に示すように，ステップＳ１０２で測定した各構成材料Ｔｉの重量比を重み付けＩｉとし，各構成材料Ｔｉの比例パラメタＰｉ（（１）式又は（２）式を満たす係数ａｉ，ｂｉ，ｃｉ，ｄｉ）に重み付けＩｉを乗じたうえで合成することにより，合成パラメタＱ（＝Σ（Ｉｉ・ａｉ），Σ（Ｉｉ・ｂｉ），Σ（Ｉｉ・ｃｉ），Σ（Ｉｉ・ｄｉ））を作成する。表１は，地盤材料ＮのサンプルＴを粒径０〜５ｍｍ，５〜１０ｍｍ，１０〜２０ｍｍ，２０〜４０ｍｍ，及び４０〜８０ｍｍの５つの構成材料Ｔ１〜Ｔ５に分割し，各構成材料Ｔｉの比例パラメタＰｉ及び重量比（重み付け）Ｉｉを検出したうえで，図６と同様に各構成材料Ｔｉの比例パラメタＰｉと重量比Ｉｉとを乗算して作成した合成パラメタＱの一例を示す。
【００２４】
【表１】
0006050729.tif 000002
【００２５】
ステップＳ１０４において，各構成材料Ｔｉの重量比を重み付けＩｉとして各々の比例パラ１メタＰｉから合成パラメタＱを作成することにより，後述するように従来の恒温乾燥炉，電子レンジ，又はフライパンを用いた含水比試験と高い相関性のある水分量Ｗを算出することができる（図５参照）。また，合成パラメタＱによって含水比試験と高い相関性のある水分量Ｗが求まるように，各構成材料Ｔｉの比例パラメタＰｉに重量比Ｉｉと共に適当な補正係数を乗じることも有効であり，表１の合成パラメタＱはそのような補正係数を乗じて作成したものである。ただし，構成材料Ｔｉ毎の粒径範囲に応じた重み付けＩｉは質量比に限らず，含水比試験と高い相関性のある水分量Ｗが求まるように，例えば各構成材料Ｔｉの体積比，表面積比，平均粒径，又はそれらの逆数とすることも可能である。ステップＳ１０４で作成された合成パラメタＱは記憶手段１６に記憶して後述の水分量の算出（ステップＳ１０６）で使用する。
【００２６】
また，ステップＳ１０４において，各構成材料Ｔｉの重み付けＩｉに，各構成材料Ｔｉの重量比，体積比，表面積比，平均粒径と共に，各構成材料Ｔｉの吸水率を反映させることも有効である。一般的に地盤座標Ｎの各構成材料Ｔｉは，吸水率が大きいほど密度が小さいことが知られており，吸水率が内部の空隙量（保水能力）と密接な関係があることが知れられている。従って，例えば各構成材料Ｔｉの重量比（又は体積比，表面積比，平均粒径）と吸水率との積（重量比×吸水率）を重み付けＩｉとすることにより，各構成材料Ｔｉの内部の空隙量（保水能力）に応じて各構成材料Ｔｉの比例パラメタＰｉを合成することができる。この場合は，例えばステップＳ１０２において各構成材料Ｔｉの重量比（又は体積比，表面積比，平均粒径）を測定すると共に，各構成材料Ｔｉの吸水率を従来方法で測定する（非特許文献５及び６参照）。
【００２７】
また，一般的にダムや防潮堤などの建設工事に使用する地盤材料のうち粗粒材料においては，要求品質を満たす高品質（低吸水率）の材料を用いることから，相対的な吸水率は粒径０〜５ｍｍの構成材料Ｔ１が非常に大きく，粒径５ｍｍ以上の構成材料Ｔ２〜Ｔ５では極めて小さいことが知られている。従って，例えば粒径０〜５ｍｍの構成材料Ｔ１の比例パラメタＰｉのみを重量比×吸水率により重み付けし，他の構成材料Ｔ２〜Ｔ５の比例パラメタＰｉは重量比で重み付けし，それらを合成することにより，地盤材料Ｎの全体の保水量に対する粒径０〜５ｍｍの構成材料Ｔ１の保水能力の貢献度を反映した合成パラメタＱを作成することも有効である。更に，各構成材料Ｔｉの重量比（又は体積比，表面積比，平均粒径）と吸水率との積の逆数（重量比×吸水率の逆数）を重み付けＩｉとすることも考えられる。
【００２８】
なお，ステップＳ１０１〜Ｓ１０４の合成パラメタＱの作成処理は，必ずしも工事現場で行う必要はなく，例えば実験室等において地盤材料ＮのサンプルＴを用いて予め作成し，その合成パラメタＱを現場のコンピュータ１０に入力して記憶手段１６に記憶することも可能である。この場合は，ステップＳ１０１〜Ｓ１０４に代えて関係式Ｋをコンピュータ１０に入力するステップを設ければ足り，地盤材料ＮのサンプルＴから合成パラメタＱを作成するステップＳ１０１〜Ｓ１０４は省略可能である。
【００２９】
図２のステップＳ１０５〜Ｓ１０６は，記憶手段１６に記憶した合成パラメタＱに基づき，計測対象の地盤材料Ｎの水分量Ｗを算出する処理を示す。先ずステップＳ１０５において，光量測定装置３４により計測対象の地盤材料Ｎに近赤外光を照射して所定波長λｉの反射率Ｓｉ，Ｒを測定し，ステップＳ１０６において，コンピュータ１０の算出手段２２によりその反射率Ｓｉ，Ｒと合成パラメタＱとから地盤材料Ｎの水分量Ｗを算出する。図５のグラフは，地盤材料Ｎの所定波長λｉの反射率Ｓｉ，Ｒから表１の合成パラメタＱによって算出した水分量Ｗと，従来の恒温乾燥炉，電子レンジ，又はフライパンを用いた含水比試験によって求めたその地盤材料Ｎの水分量とを比較した実験結果を示す。図５の実験結果は，合成パラメタＱにより算出した水分量Ｗが，従来の含水比試験法により求めた水分量と高い相関性（相関係数＝０．９９２程度の相関性）があることを表しており，上述した合成パラメタＱを用いることにより，粒径範囲の広い地盤材料Ｎの水分量Ｗを近赤外線によって精度よく計測できることを示している。
【００３０】
また，図３に示すように，光量測定装置３４を地盤材料Ｎの搬送ベルトコンベア７上の特定部位に設置し，その光量測定装置３４の測定値（反射率Ｓｉ，Ｒ）をコンピュータ１０の算出手段２２へ入力するステップＳ１０５と，合成パラメタＱにより水分量Ｗを算出するステップＳ１０６とを繰り返すことにより，バラツキのある地盤材料Ｎの水分量Ｗを連続的に精度よく計測することができる。図４の連続計測のグラフは，ステップＳ１０５〜Ｓ１０６のサイクルの繰り返しにより連続的に計測される地盤材料Ｎの水分量Ｗの一例を示す。
【００３１】
図２のステップＳ１１０〜Ｓ１１１は，算出手段２２により連続的に算出された地盤材料Ｎの水分量Ｗをコンピュータ１０の判定手段２４に入力し，判定手段２４において，地盤材料Ｎの水分量Ｗを管理基準値Ｃと比較して水分量Ｗの適否（地盤材料Ｎの品質）を判定する処理を示す。このような管理基準値Ｃとして，例えば水分量Ｗの異なる地盤材料Ｎを用いて複数の構造材料を製造し，その構造材料の各々の強度（例えば一軸圧縮強度）を試験して要求強度を満足する水分量Ｗの上限値（又は下限値）を予め求め，その試験で求めた水分量の上限値（又は下限値）を例えばステップＳ１０１において記憶手段１６に登録しておくことができる。強度だけでなく，構造材料の密度，施工性（トラフィカビリティなど）等に基づき管理基準値Ｃを設定することもできる。
【００３２】
ステップＳ１１１において地盤材料Ｎの水分量Ｗが管理基準値Ｃから外れたときは，例えばステップＳ１１２において地盤材料Ｎの水分量Ｗを調整したうえでステップＳ１０５へ戻り，上述したステップＳ１０５〜Ｓ１１１の繰り返しによって地盤材料Ｎの水分量Ｗを再判定することができる。このように地盤材料Ｎの水分量Ｗを連続的に計測しながら管理基準値Ｃと比較することにより，要求品質を満足しない地盤材料Ｎの混入を防ぎ，従来の含水比試験方法では把握すらできなかった構造材料の品質不良を大幅に減少させ，ひいては土木構造物の品質の安定性を向上させることができる。
【００３３】
図３の実施例では，地盤材料Ｎに水及びセメント（固化材）を投入して構造材料（ＣＳＧ，セメント改良土，コンクリート等）を製造するミキサ前段のベルトコンベア７において地盤材料Ｎの水分量Ｗを図２の流れ図に沿って計測すると共に，ミキサ後段のベルトコンベア７において地盤材料Ｎを含む構造材料の水分量Ｗを図２の流れ図に沿って計測している。ミキサ８で製造する構造材料が要求品質（例えば強度）を満足するような水分量Ｗを管理基準値Ｃとしてコンピュータ１０の記憶手段１６に登録し，ミキサ前段で計測された地盤材料Ｎの水分量Ｗと管理基準値Ｃとの差に基づいてミキサ８への水及びセメントの投入量を調整することにより，要求品質を満足する構造材料を製造する。また，ミキサ前段で計測された構造材料の水分量Ｗと管理基準値Ｃとを比較し，ステップＳ１１１において構造材料の水分量Ｗが管理基準値Ｃの範囲内に納まっていることを確認する。水分量Ｗが管理基準値Ｃから外れたときは，ステップＳ１１２においてミキサ８への水及びセメントの投入量を再調整する。
【００３４】
図２のステップＳ１１１において地盤材料Ｎの水分量Ｗが管理基準値Ｃの範囲内であると判定された場合はステップＳ１１３へ進み，例えばステップＳ１０６で計測された水分量Ｗをコンピュータ１０の記憶手段１６に累積記憶したのち，ステップＳ１１４において地盤材料Ｎの水分量計測を継続するか否かを判断する。継続する場合はステップＳ１０５へ戻り，次回供給される地盤材料Ｎについて上述したステップＳ１０５〜Ｓ１１２を繰り返す。ステップＳ１１３において連続的に計測される地盤材料Ｎの水分量Ｗを記憶手段１６に累積記憶しておくことにより，次回以降のステップＳ１１０〜１１２の判定処理において，判定手段２４により供給材料Ｎの水分量Ｗの経時的変化（移動平均）を判定し，地盤材料Ｎの品質の変化を迅速に把握することが可能となる。
【００３５】
こうして本発明の目的である「地盤材料に含まれる水分量を連続的に精度よく計測することができる方法及びシステム」の提供を達成できる。
【実施例１】
【００３６】
図２のステップＳ１０７〜Ｓ１０９は，算出手段２２により連続的に算出された地盤材料Ｎの水分量Ｗをコンピュータ１０の平滑化手段２３へ入力し，平滑化手段２３において，所定時間Ｅの平均値（＝ΣＷ／Ｅ）として地盤材料Ｎの水分量Ｗを求める処理を示す。粒径範囲の広い地盤材料Ｎの場合は，程度の違いはあるが計測部位によって水分量Ｗの計測値のバラツキを避けることができず，例えば従来の含水比比試験では一定量以上の地盤材料Ｎを対象とすることで計測値のバラツキの影響を避けている。これに対して近赤外線を用いる本発明では，近赤外光を照射する局所的な部位の水分量Ｗ（例えば構成材料の１粒の水分量Ｗ）を連続的に計測することになるので，図４の連続計測のグラフに示すように，水分量Ｗの計測値のバラツキが大きくなりうる。平準化手段２３において，連続的に算出される水分量Ｗの計測値を所定時間Ｅで平均化し，その平均値（＝ΣＷ／Ｅ）を水分量Ｗとすることにより，計測値のバラツキの影響を避けることができる。
【００３７】
ステップＳ１０７において水分量Ｗの計測値を平準化するか否かを判断し，平準化するときはステップＳ１０８において所定時間Ｅの水分量Ｗの計測値を待ち合わせる。すでに所定時間Ｅの水分量Ｗの計測値が算出されているときは，ステップＳ１０９において，今回算出された水分量Ｗの計測値と記憶手段１６に記録された前回までの所定時間Ｅの水分量Ｗの計測値とを平準化手段２３へ入力し，所定時間Ｅの平均値（＝ΣＷ／Ｅ）として地盤材料Ｎの水分量Ｗを算出する。図４の移動平均のグラフは，ステップＳ１０９において算出された地盤材料Ｎの水分量Ｗの一例を示す。図４の２つのグラフの比較から，所定時間の平均値（＝ΣＷ／Ｅ）を水分量Ｗとすることにより，計測値のバラツキの影響を避けられることが分かる。
【００３８】
平準化手段２３において移動平均を求める所定時間Ｅは，例えばベルトコンベア７（図３参照）による地盤材料Ｎの１ｍ３当たりの搬送時間として，予めコンピュータ１０の記憶手段１６に登録しておくことができる。そのような搬送時間を用いることで，ステップＳ１０９において地盤材料Ｎの１ｍ３当たりの水分量Ｗを算出することができる。また，また，ステップＳ１０９において，平準化手段２３によって地盤材料Ｎの１０ｍ３ないし１００ｍ３当たりの水分量Ｗを算出し，１ｍ３当たりの水分量Ｗと１０ｍ３ないし１００ｍ３当たりの水分量Ｗとの両者を同時に出力装置１２へ出力・表示することにより，地盤材料Ｎの水分量Ｗの長期的変動傾向と短期的変動傾向との両者を同時に確認し，その両面から地盤材料Ｎの品質を管理，監視することも可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１…採取場                          ２…破砕装置
３…運搬装置                        ５…重量計測器
６…投入ホッパー                    ７…ベルトコンベア
８…ミキサ
１０…コンピュータ                  １１…入力装置
１２…出力装置                      １４…入力手段
１５…出力手段                      １６…記憶手段
２１…合成パラメタ作成手段          ２２…算出手段
２３…平滑化手段                    ２４…判定手段
３１…分離装置                      ３２…重量計測器
３３…含水比試験装置                ３４…光量測定装置
４１…光源                          ４２…レンズ
４３…フィルタホイール              ４４…モータ
４５…平面鏡                        ４６…レンズ
４７…凹面鏡                        ４８…凸面鏡
４９…赤外線透過フィルタ            ５０…受光素子
５１…増幅器                        ５２…サンプルホールド回路
５３…ＡＤ変換器
Ｎ…地盤材料                        Ｔ…地盤材料サンプル
Ｗ…水分量（含水比）                Ｉ…重み付け（係数）
Ｓ，Ｒ…反射率又は透過率
Ｃ…管理基準値                      Ｅ…所定時間
Ｐ…比例パラメタ                    Ｑ…合成パラメタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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