(57)【要約】【課題】ＰＣＰＴコーン先端（７）と多くの膨張袋（９）及び収縮袋（８）とを有しておりこれらの袋に接続されている流体シリンダ装置中にピストンを有するかまたは有していない自己ボーリング型プローブまたは打込み型プローブが土壌の塊に繰返し剪断応力反転を現場で課し、計器（１０）で間隙水圧を測定することによって、その土壌が液状化する可能性を定量化する、飽水土壌（６）の液状化傾向を決定する装置が提供される。【解決手段】繰返し剪断応力反転の発生中における間隙水圧の増加は、液状化の可能性を有する収縮性の土壌を示している。この様な装置は、液状化の潜在的な兆候中に直流電源（４）で電極に通電することによって、土壌の液状化を防止するために作動中の電気浸透の電位を定量化することもでき、液状化傾向測定装置（３０）の複数の膨張／収縮袋（８、９）によって土壌に課されるその後の繰返し剪断応力反転中に間隙水圧の減少を測定する。【選択図】図１
2005504904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌の液状化傾向を現場で決定する装置であって、
前記土壌に接触しており体積変化なし状態で前記土壌に繰返し載荷する複数の膨張収縮袋と、
前記土壌に接触しており前記袋に隣接している前記土壌の間隙水圧を測定する間隙水圧感知器と、
前記繰返し載荷中に前記土壌からの間隙水圧測定値を受け取るデータ収集装置と
を具備する装置。
【請求項２】
前記装置が所望の測定深さ層位まで自己ボーリングする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置が所望の測定深さ層位まで打込まれる請求項１に記載の装置。
【請求項４】
予備掘削されたボーリング孔内へ前記装置が所望の測定深さ層位まで挿入される請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数の袋に接続されている流体シリンダ中に前記装置がピストンを更に具備しており、前記土壌が体積変化なし状態で繰返し載荷されることを確実にするために、前記ピストンの運動がしぼみつつある前記袋から流体を抽出し且つふくらみつつある前記袋内へ流体を注入する請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記複数の袋に接続されており、前記袋の膨張及び収縮の変化率と、前記袋の内部における流体圧とを測定する複数の感知器を前記装置が更に含む請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記装置が二つの膨張収縮袋を有する請求項１に記載の装置。
【請求項８】
電気浸透が土壌の液状化を防止することができるか否かを現場で決定する装置であって、
前記土壌に接触しており体積変化なし状態で前記土壌に繰返し載荷する複数の膨張収縮袋と、
前記土壌に接触しており前記袋に隣接している前記土壌の間隙水圧を測定する間隙水圧感知器と、
直流電源と、
前記直流電源に接続されており、前記装置内に配置されており、且つ前記土壌に接触している電気導体アレイと、
前記装置内に配置されており且つ前記導体の少なくとも一つに隣接している間隙水圧解放口と、
前記繰返し載荷中に前記土壌からの間隙水圧測定値を受け取るデータ収集装置と
を具備する装置。
【請求項９】
前記装置が所望の測定深さ層位まで自己ボーリングする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置が所望の測定深さ層位まで打込まれる請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
予備掘削されたボーリング孔内へ前記装置が所望の測定深さ層位まで挿入される請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記複数の袋に接続されている流体シリンダ中に前記装置がピストンを更に具備しており、前記土壌が体積変化なし状態で繰返し載荷されることを確実にするために、前記ピストンの運動がしぼみつつある前記袋から流体を抽出し且つふくらみつつある前記袋内へ流体を注入する請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記複数の袋に接続されており、前記袋の膨張及び収縮の変化率と、前記袋の内部における流体圧と、印加直流電圧と、前記導体間の誘導直流電流とを測定する複数の感知器を前記装置が更に含む請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
前記装置が二つの膨張収縮袋を有する請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
前記装置が三つの電気導体を有する請求項８に記載の装置。
【請求項１６】
前記装置が二つの間隙水圧解放口を有する請求項８に記載の装置。
【請求項１７】
土壌の液状化傾向を現場で決定する方法であって、
体積変化なし状態で前記土壌に繰返し載荷することと、
前記繰返し載荷中に前記土壌の間隙水圧を測定することと、
前記繰返し載荷中に前記土壌の間隙水圧測定値を記録することと
を具備する方法。
【請求項１８】
予め決められている深さ層位で前記土壌の前記載荷及び前記測定が行われる請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
予め決められている周波数で前記土壌に繰返し載荷することと、前記周波数を記録することとを前記方法が更に含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記土壌の前記繰返し載荷における変化率を測定することと、前記変化率を記録することとを前記方法が更に含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記土壌の繰返し載荷が、隣接している二つの領域における前記土壌に課される請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
電気浸透が土壌の液状化を防止することができるか否かを現場で決定する方法であって、
体積変化なし状態で前記土壌に繰返し載荷することと、
前記繰返し載荷中に前記土壌の間隙水圧を測定することと、
前記土壌に直流電圧を印加することと、
前記繰返し載荷に曝されている前記土壌内に間隙水圧解放を与えることと、
前記繰返し載荷中に前記土壌の間隙水圧測定値を記録することと
を具備する方法。
【請求項２３】
予め決められている深さ層位で前記土壌の前記載荷及び前記測定が行われる請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
予め決められている周波数で前記土壌に繰返し載荷することと、前記周波数を記録することとを前記方法が更に含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記土壌の前記繰返し載荷における変化率を測定することと、前記変化率を記録することとを前記方法が更に含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
印加されている前記直流電圧と前記土壌中の誘導直流電流とを測定することと、前記印加されている直流電圧と前記誘導直流電流とを記録することとを前記方法が更に含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記土壌の繰返し載荷が、隣接している二つの領域における前記土壌に課される請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飽水土壌の液状化傾向を定量化し、土壌の液状化を防止するための電気浸透の電位を決定する、現場法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
土壌の液状化は、一時的なまたは繰返しの地動つまり震動によって誘発される土壌間隙水圧の増加に起因する。間隙水の増加は、おそらく地震、爆発、衝撃、及び波浪によって誘発されるのであろう。土壌の液状化は、凝集力のない飽水土壌中で発生して、建築物、ダム、土工、堤防、斜面、及びパイプラインの沈下及び／または破損をもたらすかもしれない土壌強度の喪失を引き起こす。砂及び沈泥の液状化が、世界中の殆ど総ての大地震で報告されてきた。地震またはその他の一時的なもしくは繰返しの載荷によって課される地下応力波は、飽和されている脆い細砂または沈泥の震動または振動剪断を誘発して、液状化として知られている現象を引き起こす。脆い砂及び沈泥が繰返し剪断歪み反転に曝されると、土壌の体積が収縮して、土壌中の間隙水圧が直ちに上昇する。もし間隙水圧が十分に高く上昇すると、土粒子同士の接触圧がゼロにまで低下し、土壌の塊が全剪断強度を喪失して一時的に流体の様に振る舞い、つまり、液状化が発生する。剪断強度のその様な一時的喪失は、これらの脆い砂または沈泥の堆積上に建てられている土工または構造物に壊滅的な影響を及ぼす可能性がある。大きな地滑り、建築物及び橋の沈下または傾斜、ダムまたは残渣池の不安定、並びにパイプラインの破損の総てが近年において観測されており、その様な損害を防止するかまたは減少させるために努力が注がれてきた。
【０００３】
液状化の発生をもたらす要因は、土壌の種類、粒度分布、土壌の緊密さ、土壌の透水性、剪断歪み反転の規模及び数である。中位の量の沈泥を含む細砂または凝集力のない細かい土壌が、液状化を最も受け易い。粒度が集中している土壌は粒度が分散している土壌よりも液状化を受け易く、細砂は粗砂または砂利質土壌よりも容易に液状化する傾向がある。中位の量の沈泥が細砂の液状化の受け易さを増加させると思われ、多量の沈泥を含む細砂は、液状化が依然として可能ではあるが、液状化を受けにくい。最近の証拠は、中位の量の粘土を含む砂もおそらく液状化可能であろうということを示している。
【０００４】
非常に粗い砂または砂利の中では、液状化を生じさせるのに危険なほどには間隙水圧が決して高くならないのに十分なほど自由に地下水は流れることができる。しかし、細砂及び沈泥砂の透水性は中位から低位であり、この様な透水性は誘発された間隙水圧の消散を妨げて土壌の液状化をもたらす。地震事象中に発生する土壌間隙水圧を解放することができれば、その土壌は液状化せず従って安定なままであろう。
【０００５】
液状化を最小にするかまたは防止する従来の土壌安定化方法は、次の一般的な五つの方法のうちの一つから成っている。
１）液状化の傾向がある土壌材料を取り除いて、正常な材料と取り代える。
２）下にある堅い土壌層に構造用支持物、例えば杭を装備する。
３）液状化を受けにくくするために土壌の密度を高める。
４）液状化の傾向がある土壌を強固にする。
５）土壌間隙水圧の増加を防止するために排水設備、例えば石もしくは砂利の列または水閘を装備する。
【０００６】
上記の方法は液状化に関連する損害を最小にするのに成功していることを証明したが、これらの方法は高価であり且つ現存する構造物で実行するのは困難であり、しかもこれらの方法のうちの幾つかは細粒土壌での有効性に厳しい制限がある。土壌の液状化を防止する代わりの方法は、構造物の基礎からのまたは一連の圧力解放井戸への電気浸透勾配を作動させることを伴い、その結果、土壌間隙水圧を上昇させることに対する地震震動の影響を打消し、従って、土壌剪断強度と構造安定性とを維持する。
【０００７】
電気浸透は飽和土壌中に挿入されている電極間における一定の直流電流の印加を伴い、この印加は、湧出し電極から吸込み電極へ向かう間隙流体の移動を生じさせ、その結果、土壌間隙水圧を緩和する。電気浸透は、ｌ）掘削の安定性の向上、２）杭打ち抵抗の減少、３）杭強度の向上、４）圧密つまり土槽注入による土壌の安定化、５）泥の脱水、６）地下水低下及び障壁装置、７）石油生産の増加、８）土壌からの汚染物質の除去、及び９）地震事象中における土壌の液状化防止の様な応用に使用されてきた。電気浸透は、開放流れ装置内または密閉流れ装置内に配置されている電極によって、飽和土壌の塊を横切って印加される直流電位差を使用する。この直流電位差は、湧出し電極と吸込み電極との間を流れる一定の直流電流を生じさせる。殆どの土壌中では、土粒子は負電荷を持っている。それらの負に帯電している土壌中では、湧出し電極は陽極電極であり吸込み電極は陰極電極であって、地下水は陽極電極から陰極電極へ向かって移動する。石灰質土壌の様なその他の土壌中では、土粒子は正電荷を帯びている。それらの正に帯電している土壌中では、湧出し電極は陰極電極であり吸込み電極は陽極電極であって、地下水は陰極電極から陽極電極へ向かって移動する。
【０００８】
電極の「開放」流れ装置は間隙流体の入出を可能にする。間隙水流体の電気的に誘発される輸送に起因して、土壌間隙水圧が緩和され、このことは掘削が安定化されるかまたは杭打ち抵抗が低下されることを可能にする。長期間に亙って直流電位を維持するための高い費用並びに長期間に亙って装置が作動されれば生じる乾燥及び化学反応のために、電気浸透は広範囲には使用されていない。間隙水圧の減少による短期間の安定化のためには、細砂、沈泥砂、及び沈泥の様な細粒土壌においては電気浸透が非常に有効である。
【０００９】
現存する構造物または計画されている構造物にとっては、その計画されている構造物の設計に予防処置を組み入れることができるかまたはその現存する構造物を適切に改造することができる様に、用地の液状化傾向を調べ且つ定量化する必要がある。従って、土壌が液状化する可能性を現場で測定し、どの様な載荷状態で土壌が液状化するのかを定量化し、また、電気浸透の様な液状化予防処置が適用可能であるか否かを決定する、最も信頼のおける方法に対する要求がある。
【００１０】
土壌が液状化する可能性を評価する従来の方法は、室内試験及び現場試験という基本的な二つのアプローチから成っている。この室内方法は、入手することが困難ないしは不可能な原状土試料を必要とする。この室内試験方法は、繰返し三軸試験、繰返し直接剪断試験、及び繰返し捩り三軸試験を伴う。これらの試験の総てが、土壌標本に繰返し剪断応力反転を印加する。現場応力状態、間隙比、または構造物が凝集力のない土壌中で維持されている、原状試料を入手する方法が現今ではない。従って、室内方法は土壌が液状化する可能性を評価するための定性試験にしか過ぎないと考えられる。現場法には現在のところ五種類があり、これらの方法のうちの四つは間接経験法であり、五番目の方法は土壌の剪断強度の直接現場測定であって土壌が液状化する可能性を定量化する推論法である。四つの間接経験法は、１）標準貫入試験（ＳＰＴ）、２）コーン貫入試験（ＣＰＴ）、３）ピエゾコーン貫入試験（ＰＣＰＴ）及び４）地震波試験（ＳＷＴ）である。五番目の直接現場測定は、ピエゾベーン試験（ＰＶＴ）である。
【００１１】
標準貫入試験（ＳＰＴ）アプローチは、過去の地震事象中に観測された特定の土壌における液状化の発生または非発生に関連している土壌に貫入するためのプローブの打撃数同士の間の経験的な相関関係に基づいている。コーン貫入試験（ＣＰＴ）は、ＳＰＴに比べて幾つかの利点を有しているが、ＳＰＴ試験と同様に、過去の地震事象中に観測された用地の液状化の発生または非発生にコーン貫入抵抗を関連させることを伴う。土壌中へのコーンの打込み中に間隙水圧測定値が記録されることを除いてピエゾコーン貫入試験（ＰＣＰＴ）はＣＰＴ試験に類似しているが、土壌が液状化する可能性の定量化はＣＰＴ試験に類似の経験的な関係に基づいており、このためにこのピエゾコーン貫入試験はＣＰＴ法と同様の根本的な不都合及び欠陥を有している。地震波試験（ＳＷＴ）は、過去の地震事象中に観測された用地の液状化の発生または非発生に呼応して現場で測定される様な土壌の地震波速度同士の間の経験的な関係に基づいている。
【００１２】
ピエゾベーン試験（ＰＶＴ）は、土壌中へ掘削されたボーリング孔内へ挿入されているベーンを回転させることによる、剪断作用を受けている土壌の現場での破損を伴う。この方法は主に凝集性の土壌の剪断強度を定量化するために利用されてきたが、最近では、剪断過程中に間隙水圧を測定することによって、土壌が液状化する可能性を推論するためにこの方法が適用されてきた。この方法は全く異なる応力状態にある土壌を地震中に経験される応力状態へ剪断することに基づいており、多くの場合にその土壌は直ちに破損する。従って、ＰＶＴは実際の地震事象中に経験される剪断応力反転を土壌に課さない。
【００１３】
現場圧力計試験は、土壌の変形特性と土壌の強度特性との両方の定量化に何年もの間利用されてきた。これらの装置は、掘削孔内へ挿入されるか、打ち込まれるか、または自己ボーリングしていた。自己ボーリング型圧力計は、土壌への総ての擾乱を最少にして、その結果、試験前に土壌を最少にしか変形させない。打込み型プローブの場合には、その装置の打込み中に引き起こされる土壌の擾乱を補償するために、経験的な修正係数が適用されてきた。土壌が液状化する可能性を決定することができる圧力計は、開発されてこなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、地震中に経験される様な一時的な及び繰返しの載荷中に土壌が液状化する可能性を、現場で定量化する方法に対する明白な要求がある。その様な方法は、地震中つまり剪断応力反転中に発生する応力状態に類似の応力状態に、現場の土壌を繰返し置かなければならない。また、繰返し剪断応力反転中に間隙水圧を減少させることによって土壌の液状化を防止するための、電気浸透の効果を現場で定量化する方法に対する要求もある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
複数の膨張収縮袋を有する打込み型または自己ボーリング型のプローブが現場の土壌の塊に繰返し剪断応力反転を課し、この繰返し剪断応力反転中における間隙水圧応答のその後の測定からその土壌が液状化する可能性を定量化することができる、飽水土壌が液状化する可能性を決定する方法が提供される。繰返し剪断応力反転中における間隙水圧の増加は、液状化の可能性を有する収縮性の土壌を示している。この方法は、液状化の兆候中に直流電源によって電極に通電し、且つ装置によって土壌に課されるその後の繰返し剪断応力反転中に間隙水圧の減少を測定することによって、土壌の液状化を防止するための電気浸透の電位を定量化することもできる。
【００１６】
本発明は、繰返し剪断応力反転状態、体積変化なし状態、及び間隙水非排水状態に土壌の塊を置き、且つその後の誘発間隙水圧応答を測定することによって、飽水土壌が液状化する可能性を現場で決定する方法である。繰返し剪断応力反転中における間隙水圧の増加は、液状化の可能性を有する収縮性の土壌を示している。複数の膨張収縮袋を有しており土壌の塊に繰返し応力反転を現場で課す打込み型または自己ボーリング型のプローブによって、繰返し剪断応力反転が土壌に課される。体積変化なし状態における複数の袋の同時の膨張及び収縮は、これらの袋に接続されている流体圧シリンダ中におけるピストンの上向き及び下向きの繰返し垂直運動によって達成される。この流体装置は、体積変化なし状態で複数の袋が同時に膨張及び収縮されるのを確実にする。土壌の応力状態は、袋の膨張段階中における水平最大主応力状態から変化して、袋の収縮段階中における垂直最大主応力状態へ変化する。従って、繰返し三軸室内試験が原状土の塊に対して現場で行われることを除いてその試験で課される様な剪断応力反転を、袋の影響区域内の土壌が受ける。土壌中の間隙水圧は、体積変化なし状態及び非排水状態で課されていたこの繰返し剪断応力反転載荷中に測定される。載荷の規模、繰返し剪断応力反転の数、及び間隙水圧の変化が、土壌が液状化する可能性を定量化する。
【００１７】
この装置は、ＣＰＴと同様な深さまで打込まれるか、掘削されたボーリング孔内へ挿入されるか、または土壌中へ自己ボーリングされる。自己ボーリング型装置は、最少の擾乱しか土壌に課さず、その結果、土壌が液状化する可能性を直接に測定する。打込み型装置は、打込み中に土壌を僅かに擾乱させ、そして一般に土壌をその原状状態から強固にして且つ硬化させるであろう。打込み型プローブからの結果を解釈して土壌状態の最初の原状現場状態からの僅かな変更を補償するために、経験的な相関関係が定量化される必要があるであろう。正しい深さ層位への装置の挿入中は、流体圧シリンダ中のピストンは中立位置つまり平衡位置に保たれている。測定層位に到達してしまえば、この装置の移動を防止するために、最も外側の連接棒を固定することによってこの装置は地表に固定される。データ収集が作動させられ、袋が繰返し膨張及び収縮され、土壌が液状化する可能性を定量化するために間隙水圧応答が監視される。
【００１８】
袋の膨張及び収縮を駆動するピストンは、地表からまたは電気機械的手段もしくは流体手段または装置内の孔の下方に含まれている適当な装置によって、上向き及び下向きに繰返し動かすことができる。袋の膨張及び収縮の周波数は、実際の地震事象中に土壌によって経験される剪断応力反転に類似の周波数つまり約１Ｈｚで行われる。間隙水圧は、ＰＣＰＴ設備における装置に類似の幾つかの装置かまたは差圧計の様なもっと正確な装置によって測定することができる。間隙水圧計は、歪み計、圧電装置、振動弦装置、またはコンピュータ化データ収集装置への接続及び記録のためのアナログ出力を提供するその他の装置であることができる。間隙水圧を監視することに加えて、データ収集装置は、装着型線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）によってピストン運動も同時に記録し、流体圧計によって各々の袋内の流体圧も同時に記録する。従って、コンピュータ化データ収集装置によって、載荷状態、載荷の周波数、及び間隙水圧応答の総てを同時に記録することができる。これらのデータの分析から、土壌が液状化を受ける可能性を定量化することができる。
【００１９】
従って、体積変化なし状態及び間隙水非排水状態で上記の装置によって土壌に課される繰返し剪断応力反転中における間隙水圧のその後の測定から、上記の方法及び装置によって、土壌が液状化する可能性を現場で定量化することができる。繰返し剪断応力反転中における間隙水圧の増加は、液状化の可能性を有する収縮性の土壌を示している。上記の方法及び装置は、繰返し剪断応力反転を受けている土壌の塊から間隙水圧解放電極へ向う電気浸透勾配を課すために、上記の装置内に含まれている電極を横切る直流電位差を印加することもできる。上記の装置内に含まれている圧力解放電極つまり吸込み電極は、湧出し電極つまり駆動電極に対して反対極性で通電され、圧力解放電極つまり吸込み電極は、静止水頭状態または低下水頭状態で間隙水が装置内へ入ることを可能にするための間隙水圧解放入口を含んでいる。繰返し応力反転中における電気浸透勾配による間隙水圧のその後の減少が、コンピュータ化データ収集装置によって電子的に記録され、このコンピュータ化データ収集装置は、以前に記録されたパラメータ、印加直流電圧、及び電極を横切る土壌を通って流れる誘導直流電流を含んでいる。直流電源によって電極に通電すると同時に、電気機械的手段、流体手段、または機械的手段である種々の手段によって、装置内に含まれている間隙水圧解放入口を開くことができる。その結果、特定の土壌層位の液状化を防止するための電気浸透の電位を定量化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、繰返し剪断応力反転状態、体積変化なし状態、及び間隙水非排水状態に土壌の塊を置くことによって飽水土壌の液状化傾向を現場で決定し、且つその後の誘発間隙水圧応答を測定する方法及び装置である。本発明の一つの形態が図１中に断面で図解されており、この形態は複数のねじ山を切られている外側棒１を具備する装置３０を有しており、この装置の感知器からの電子及び電力ケーブル２がコンピュータ化データ収集装置３と直流電源４との両方に外側棒の内部で接続されている。装置３０は、地表５から飽水土壌６中へ土壌の液状化傾向の測定のための特定の深さまで打込まれるかまたは自己ボーリングされる。打込み型装置３０は従来の装着型ＰＣＰＴコーン先端７をその先導点に含んでおり、自己ボーリング型装置３０は従来の自己ボーリング型土圧計において利用可能な自己ボーリング部品に類似の自己ボーリング部品をその先導点に含んでいる。装置３０は、体積変化なし状態で土壌に載荷するために膨張から収縮へ繰返し交代させられる膨張収縮袋８、９を更に含んでいる。袋８、９は、従来の固定端包装機械に類似の方法で組み立てられる。袋８、９は中央のアンビルに取り付けられており、各々の袋は膨張収縮強化ゴム部品を含んでいる。繰返し載荷を受ける土壌中の間隙水圧は、装置３０内に含まれている間隙水圧計１０によって測定される。データ収集装置は、袋８、９の膨張及び収縮と間隙水圧計１０からの誘発間隙水圧応答とを同時に記録する。それから、そのデータは従来の室内試験に関連して使用されている方法と同じ方法で分析することができる。
【００２１】
装置３０による土壌の繰返し載荷が更に図２に示されており、この図２は三つの状態、即ち、中立状態つまり平衡状態１１、袋８が完全に収縮されて袋９が完全に膨張されている状態１２、及び袋９が完全に収縮されて袋８が完全に膨張されている状態１３を図解している。中立状態つまり平衡状態１１では、袋８、９の圧力は平衡しており、袋８、９は同じ寸法及び体積である。袋８、９の繰返しの膨張及び収縮中は、最初は両方の袋８、９が中立状態つまり平衡状態１１にあり、それから最下位の袋９の膨張に等しい体積変化によって最上位の袋８が収縮され、これによって状態１２を達成する。袋の状態１２に続いて、今度は最上位の袋８が平衡姿勢１１を経てその完全膨張状態１３まで膨張され、それと同時に最下位の袋９が平衡状態１１を経てその完全収縮状態１３まで更に収縮される。状態１２では、土壌６の最大の主応力状態は完全に収縮されている袋８にすぐに隣接している垂直面であり、土壌６の最大主応力状態は完全に膨張されている袋９にすぐに隣接している水平面である。同様に状態１３では、土壌６の最大主応力状態は完全に膨張されている袋８にすぐに隣接している水平面であり、土壌６の最大主応力状態は完全に収縮されている袋９にすぐに隣接している垂直面である。従って、土壌６は袋８、９にすぐに隣接している区域内で剪断応力反転を受ける。誘発間隙水圧応答は土壌６の繰返し載荷中ずっと圧力計１０によって監視される。袋８、９の膨張及び収縮は、地震、爆破、またはその他の一時的な繰返し載荷によって誘発される波の結果として経験される様な所望回数の載荷反転まで繰返してパルス状にされる。地震事象を得るためには、袋８、９の膨張及び収縮の周波数は約１Ｈｚである必要がある。爆破を得るためには、袋８、９の膨張及び収縮の周波数は１０Ｈｚ程度である。その他の一時的載荷の周波数は０．０１Ｈｚ程度であろう。
【００２２】
袋８、９を同時に膨張及び収縮させるための本発明の一つの形態が、図３に中立状態つまり平衡状態１１で示されている。袋８、９の膨張及び収縮は、圧力シリンダ１４内に含まれており配管１５によって最上位の袋８に接続されると共に配管１６を経由して最下位の袋９にも接続されている流体によって駆動される。この流体は、駆動棒１８に接続されているピストン１７の垂直運動によって、袋８、９に対して交互に抽出及び注入される。各々の袋８、９内の圧力は、圧力計１９、２０によって夫々監視されて、データ収集装置３に記録される。ピストン１７の垂直運動は線形可変差動変圧器２１または類似の装置によって監視され、そのピストン位置がデータ収集装置３に記録される。
【００２３】
袋８、９の繰返しの膨張及び収縮の三つの状態、即ち、中立状態つまり平衡状態１１と、収縮／膨張状態１２と、膨張／収縮状態１３とが、図４に示されている。装置３０が中立状態つまり平衡状態１１にあるときは、ピストン１７は流体シリンダ１４内の大体中央に置かれている。棒１８の上向きの運動は、流体シリンダ１４内のピストン１７をその最上位位置（状態１２）へ動かす。この際、土壌６に体積変化を生じさせない同時の制御されている方法で、流体は袋８から抽出されて袋９内へ注入される。棒１８の下向きの運動は、収縮／膨張状態１２から中立状態つまり平衡状態１１を経て膨張／収縮状態１３へピストン１７を駆動する。膨張／収縮状態１３では、ピストン１７は流体シリンダ１４内でその最下位位置にある。収縮／膨張状態１２から膨張／収縮状態１３へのピストン１７の運動によって、流体は袋９から抽出されて袋８内へ注入される。中立状態つまり平衡状態１１から収縮／膨張状態１２へのピストン１７による流体変位は、中立状態つまり平衡状態１１から膨張／収縮状態１３へピストン１７によって変位させられるのと全く同じ棒１８の動きによって制御される。
【００２４】
棒１８の繰返し運動は、従来の流体サーボ制御装置またはソレノイドもしくは純粋に機械的な手段を使用する電気機械的な手段によって、地表で駆動することができる。本発明の別の形態では、棒１８の繰返し運動は、装置内に含まれており器具類及び電源によって地表から制御される流体装置または電気機械的装置によって孔の下方で作動及び制御することができる。本発明のどちらの形態においても、袋８、９の所望の膨張及び収縮と従って土壌への載荷とを達成するために、ピストン１７の行程が制御される。更に、土壌への所望の載荷速度を達成するために、ピストン１７の行程の周波数が制御される。
【００２５】
従って、載荷状態、載荷の周波数、及び間隙水圧応答の総てが、コンピュータ化データ収集装置によって同時に記録される。これらのデータの分析から、土壌が液状化を受ける傾向を定量化することができる。現場試験からのデータは、液状化についての標準室内試験で収集されるデータを分析するために使用される方法に従って分析される。
【００２６】
図５に示されており中立状態つまり平衡状態１１にある本発明の変形形態では、湧出し電極つまり駆動電極２２と、間隙水圧解放口２４付きの二つの圧力解放電極つまり吸込み電極２３とを、装置が含んでいる。駆動電極は、この場合は正と表示されている直流電源４の一つの極性に接続されている。従って、電極２２は陽極電極である。圧力解放電極２３は、直流電源４の反対の極性に接続されており、この場合は負と表示されている。従って、電極２３は陰極電極である。総ての電極２２、２３は電気的に分離されると共に装置のその他の部分から絶縁されており、これらの電極は直流電源４と飽水土壌６とに電気的に接続されているだけである。
【００２７】
袋の繰返しの膨張及び収縮の三つの状態、即ち、中立状態つまり平衡状態１１と、収縮／膨張状態１２と、膨張／収縮状態１３とが、図６に示されている。土壌の液状化傾向の試験中に、装置３０が袋８、９の膨張及び収縮によって繰返し剪断応力反転を土壌６に課す。間隙水圧計１０によって間隙水圧の上昇が検出されれば、電極２２、２３付きの装置３０は、土壌６中の更なる間隙水圧を打消すための電気浸透の電位、従ってその土壌の液状化を防止する電気浸透の能力を定量化することができる。土壌６に対する何回かの繰返し剪断応力反転載荷の後に間隙水圧計１０によって間隙水圧の上昇が検出されると直ちに、直流電源への接続によって電極２２、２３が通電され、静止水頭状態または低下水頭状態で間隙水が装置３０内へ向けられることを可能にするために間隙水圧解放口２４が装置内へ開放される。電気機械的手段、流体手段、または機械的手段である種々の手段によって、間隙水圧解放口２４を開放することができる。間隙水圧解放口２４は、その解放口に土壌が入らない様にするために多孔性の部品を含んでいる。
【００２８】
従って、載荷状態、載荷の周波数、間隙水圧応答、印加直流電圧、及び誘導電流の総てが、コンピュータ化データ収集装置によって同時に記録される。これらのデータの分析から、その特定の土壌層位の液状化を防止するための電気浸透の電位を定量化することができる。
【００２９】
従って、本発明は、目的を成し遂げ且つ言及されている目的及び利点並びにここに内在しているその他のものを達成するために十分に適合させられている。本発明の現在のところ好ましい実施の形態が開示のために与えられているが、構成の詳細、部品の配置、及び方法の段階における多数の変更が、当業者にとって容易であり、本発明の精神及び添付されている特許請求の範囲内に含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】土壌への繰返し剪断応力反転を現場で誘発し且つ間隙水圧のその後の変化を測定する、本発明の一つの形態を示す断面図である。
【図２】平衡状態と二つの極端な膨張状態及び収縮状態とにある本発明の一つの形態を示す断面図である。
【図３】中立状態つまり平衡状態で示されている複数の袋を同時に膨張及び収縮させるためのピストン棒変位を含む、本発明の一つの形態を示す断面図である。
【図４】中立状態つまり平衡状態と土壌への繰返し剪断応力反転を現場で誘発するための極端な膨張状態及び収縮状態とで示されている複数の袋を同時に膨張及び収縮させるためのピストン棒変位を含む、本発明の一つの形態を示す断面図である。
【図５】土壌への繰返し剪断応力反転を現場で誘発し、同時に一組の電気浸透電極に通電し、装置内の間隙水圧解放口を開放し、且つ間隙水圧の変化をその後に測定する、本発明の一つの形態を示す断面図である。
【図６】土壌への繰返し剪断応力反転を現場で誘発し、同時に一組の電気浸透電極に通電し、装置内の間隙水圧解放口を開放し、且つ間隙水圧の変化をその後に測定する、平衡状態と極端な膨張状態及び収縮状態とにある本発明の一つの形態を示す断面図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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