(57)【要約】【課題】摩擦音に基づく土質の判定の精度を向上させることができる土質判定方法を提供する。【解決手段】以下の（１）〜（４）のステップを含む土質判定方法が提供される。（１）マイクを有するデバイスを土の中に挿入するステップ。（２）前記デバイスと前記土との摩擦音を前記マイクにより計測するステップ。（３）前記マイクにより計測された前記摩擦音のデータを、前記デバイスの伝達関数に基づいて補正することにより、前記摩擦音の音源のデータを導出するステップ。（４）前記音源のデータに基づいて、前記土の性質を判定するステップ。【選択図】図５
2018168655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土質判定方法であって、
マイクを有するデバイスを土の中に挿入するステップと、
前記デバイスと前記土との摩擦音を前記マイクにより計測するステップと、
前記マイクにより計測された前記摩擦音のデータを、前記デバイスの伝達関数に基づいて補正することにより、前記摩擦音の音源のデータを導出するステップと、
前記音源のデータに基づいて、前記土の性質を判定するステップと
を含む、土質判定方法。
【請求項２】
前記土の性質を判定するステップは、前記音源のデータに基づいて、前記土の粒度特性値を判定することを含む、
請求項１に記載の土質判定方法。
【請求項３】
前記土の性質を判定するステップは、前記音源のデータに基づいて、前記摩擦音の音圧を算出し、前記音圧に応じて前記土の性質を判定することを含む、
請求項１又は２に記載の土質判定方法。
【請求項４】
前記デバイスは、前記マイクを収容するコーンをさらに有し、前記コーンは、ロッドの先端に固定されており、
前記デバイスを前記土の中に挿入するステップは、前記ロッドに力を加えて前記コーンを前記土の中に貫入することを含む、
請求項１から３のいずれかに記載の土質判定方法。
【請求項５】
前記ロッドを回転させるステップと、
前記ロッドの回転中に、前記ロッドに作用する周面摩擦を計測するステップと
をさらに含み、
前記摩擦音を前記マイクにより計測するステップは、前記ロッドの回転中に実行される、
請求項４に記載の土質判定方法。
【請求項６】
マイクを有するデバイスが挿入された土の性質を判定する土質判定装置であって、
前記マイクにより計測された前記デバイスと前記土との摩擦音のデータである計測データを取得する取得部と、
前記計測データを、前記デバイスの伝達関数に基づいて補正することにより、前記摩擦音の音源のデータを導出する補正部と、
前記音源のデータに基づいて、前記土の性質を判定する判定部と
を備える、土質判定装置。
【請求項７】
マイクを有するデバイスが挿入された土の性質を判定する土質判定プログラムであって、
前記マイクにより計測された前記デバイスと前記土との摩擦音のデータである計測データを取得するステップと、
前記計測データを、前記デバイスの伝達関数に基づいて補正することにより、前記摩擦音の音源のデータを導出するステップと、
前記音源のデータに基づいて、前記土の性質を判定するステップと
をコンピュータに実行させる、
土質判定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土と土の中に挿入されたデバイスとの摩擦音に基づいて土質を判定する土質判定方法、装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
土木や建築等の分野で行われる地盤調査時には、地盤の硬さ（強さ）を計測するためにしばしばサウンディングと呼ばれる試験が実施される。サウンディングとは、ロッドの先端に取り付けられた抵抗体を土中に挿入し、抵抗体の土中への貫入時や土中での回転時等の抵抗を計測する試験である。サウンディングの方法としては、標準貫入試験、静的・動的コーン貫入試験、スウェーデン式貫入試験等の様々な方法が知られている。サウンディングでは、地盤の硬さを評価できるに留まり、例えば、粒度を判定することができない。そのため、粒度の分析を行う場合には、現地盤から土のサンプルが採取され（サンプリング）、このサンプルが実験室に持ち帰られて分析される（室内試験）のが一般的である。しかしながら、サンプリング及び室内試験を行うとなると、費用も時間もかかることになる。そのため、原位置試験により粒度等の土質を分析するための技術も提案されている（特許文献１及び非特許文献１，２等参照）。
【０００３】
特許文献１には、貫入試験に用いられるロッドの先端に取り付けられたコーンにマイクを内蔵し、ロッドが土の中に貫入されるときのコーンと土との摩擦音を検出し、この波形を解析することが開示されている。また、特許文献１では、摩擦音のスペクトルは土の平均粒径に影響を受ける点が指摘されている。
【０００４】
非特許文献１，２には、動的コーン貫入試験に用いられるロッドの先端に取り付けられたコーンにマイクを内蔵し、コーンと土との摩擦音を計測することが開示されている。非特許文献１，２では、摩擦音と細粒分又は粗粒分含有率等との関係が考察されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−２７９１３９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】水野建人、他７名，「大型動的コーン貫入試験による貫入コーンと地盤の摩擦音と地盤物性の関係の考察」，第５１回地盤工学研究発表会講演集，ＮＯ．９２，ｐｐ．１８３〜１８４，２０１６年
【０００７】
【非特許文献２】山田卓、他５名，「大型動的コーン貫入試験による地盤の液状化判定のための音を利用した粒度評価の試み」，第４９回地盤工学研究発表会講演集，ＮＯ．１０７，ｐｐ．２１３〜２１４，２０１４年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び非特許文献１，２の方法では、依然として摩擦音に基づく土質の判定の精度は十分でない。この点、本発明者らは、その原因の１つは、マイクが摩擦音の音源の波形を正確に捉えていないことにあると考えた。すなわち、マイクにより計測される波形は、マイクの応答特性の影響を受けており、音源の波形そのものではない。また、試験環境ごとにマイクやこれを含むデバイスが異なると、これらの応答特性も変化するため、結果がバラついてしまうことになる。これでは、正確な土質の判定が行えない。
【０００９】
本発明は、摩擦音に基づく土質の判定の精度を向上させることができる土質判定方法、装置及びプログラム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】
【００１０】
第１観点に係る土質判定方法は、以下のステップを含む。
（１）マイクを有するデバイスを土の中に挿入するステップ
（２）前記デバイスと前記土との摩擦音を前記マイクにより計測するステップ
（３）前記マイクにより計測された前記摩擦音のデータを、前記デバイスの伝達関数に基づいて補正することにより、前記摩擦音の音源のデータを導出するステップ
（４）前記音源のデータに基づいて、前記土の性質を判定するステップ
【００１１】
第２観点に係る土質判定方法は、第１観点に係る土質判定方法であって、上記（４）のステップは、前記音源のデータに基づいて、前記土の粒度特性値を判定することを含む。
【００１２】
第３観点に係る土質判定方法は、第１観点又は第２観点に係る土質判定方法であって、上記（４）のステップは、前記音源のデータに基づいて、前記摩擦音の前記音源での音圧を算出し、前記音圧に応じて前記土の性質を判定することを含む。
【００１３】
第４観点に係る土質判定方法は、第１観点から第３観点のいずれかに係る土質判定方法であって、前記デバイスは、前記マイクを収容するコーンをさらに有し、前記コーンは、ロッドの先端に固定されている。前記デバイスを前記土の中に挿入するステップは、前記ロッドに力を加えて前記コーンを前記土の中に貫入することを含む。
【００１４】
第５観点に係る土質判定方法は、第４観点に係る土質判定方法であって、以下のステップをさらに含む。
（５）前記ロッドを回転させるステップ
（６）前記ロッドの回転中に、前記ロッドに作用する周面摩擦を計測するステップ
上記（２）のステップは、前記ロッドの回転中に実行される。
【００１５】
第６観点に係る土質判定装置は、マイクを有するデバイスが挿入された土の性質を判定する土質判定装置であって、取得部と、補正部と、判定部とを備える。前記取得部は、前記マイクにより計測された前記デバイスと前記土との摩擦音のデータである計測データを取得する。前記補正部は、前記計測データを、前記デバイスの伝達関数に基づいて補正することにより、前記摩擦音の音源のデータを導出する。前記判定部は、前記音源のデータに基づいて、前記土の性質を判定する。
【００１６】
第７観点に係る土質判定プログラムは、マイクを有するデバイスが挿入された土の性質を判定する土質判定プログラムであって、以下のステップ（１）〜（３）をコンピュータに実行させる。
（１）前記マイクにより計測された前記デバイスと前記土との摩擦音のデータである計測データを取得するステップ
（２）前記計測データを、前記デバイスの伝達関数に基づいて補正することにより、前記摩擦音の音源のデータを導出するステップ
（３）前記音源のデータに基づいて、前記土の性質を判定するステップ
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、土の中に挿入されたデバイスに含まれるマイクにより、デバイスと土との摩擦音が計測される。そして、マイクにより計測された摩擦音のデータが、デバイスの伝達関数に基づいて補正されることにより、摩擦音の音源のデータが導出される。すなわち、マイクにより計測された摩擦音のデータから、マイクを含むデバイスの応答特性がキャンセルされる。そして、この補正後の摩擦音のデータに基づいて、土質が判定される。以上より、マイクにより計測された摩擦音のデータから、マイクを含むデバイスの応答特性の影響が排除されるため、摩擦音に基づく土質の判定の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る土質判定方法を実施するための試験装置の全体構成図。
【図２】本発明の一実施形態に係るコーンを含むデバイスの拡大断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る試験装置のブロック構成図。
【図４】本発明の一実施形態に係る摩擦音に基づく土質判定処理の流れを示すフローチャート。
【図５】音源波形データの抽出の原理を概念的に説明する図。
【図６】３種類のコーンの伝達関数を示すグラフ。
【図７】図６の３種類のコーンを用いた場合の計測波形を示すグラフ。
【図８】図６の３種類のコーンを用いた場合の音源波形を示すグラフ。
【図９】標準貫入試験による土質判定の結果と、摩擦音に基づく土質判定の結果とを比較したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る土質判定方法、装置及びプログラムについて説明する。
【００２０】
＜１．試験装置の全体構成＞
図１は、本実施形態に係る土質判定方法を実施するための試験装置１００の全体構成図である。本実施形態に係る土質判定方法は、通常の動的コーン貫入試験を含み、地盤の硬さ（強さ）を計測すると同時に、地盤の粒度分析を行う。図１に示すとおり、試験装置１００は、動的コーン貫入試験機１と、動的コーン貫入試験機１の動作を制御する制御装置２とを備えている。制御装置２は、地盤の硬さ（強さ）を表すＮ値及び周面摩擦を計測する他、動的コーン貫入試験時に土の中に挿入されるコーン１２と土との摩擦音のデータに基づいて粒度特性値を判定する。この摩擦音は、後述されるコーン１２内に収容されているマイク３により計測される。以下、試験機１及び制御装置２の構成について詳細に説明する。
【００２１】
＜２．各部の構成＞
＜２−１．動的コーン貫入試験機＞
図１に示すとおり、動的コーン貫入試験機１は、ロッド１１と、ロッド１１の先端に固定されているコーン１２を有するデバイス１０とを備えている。ロッド１１は、上下方向に延びている。コーン１２は、先端部が円錐状に尖った部材であり、円錐の頂点が下方を向くようにロッド１１の下端に連結されている。
【００２２】
また、試験機１は、ハンマー１４と、ハンマー１４を上下方向に沿って自由落下させるためのハンマーガイド１５とを備えている。ハンマー１４は、ハンマーガイド１５に沿って自由落下したときにロッド１１の上端部に下向きの力を加え、当該力によりコーン１２を土中に貫入するための打撃装置である。ハンマー１４は、上下方向に延びる中心軸を有する円柱状の部材であり、中心軸に沿って中央開口を有している。ハンマーガイド１５は、上下方向に延びる棒状の部材であり、ハンマー１４の中央開口に挿入されている。ハンマー１４の中央開口を画定する面と、ハンマーガイド１５の外周面とは実質的に摩擦なくスライドするように構成されている。また、試験機１は、ロッド１１の上端部を受け取るとともに、ハンマーガイド１５の下端部を受け取るアンビル１３を備えている。そのため、自由落下したハンマー１４はアンビル１３に衝突し、このときの衝撃力がアンビル１３を介してロッド１１へと伝達される。なお、ハンマー１４は、図示されない昇降装置により持ち上げられ、その後、自由落下させられる。昇降装置の動作は、制御装置２により制御される。試験機１は、ハンマー１４の落下回数を計測するカウンター２０を備えている。
【００２３】
また、試験機１は、トルク計測装置１６を備えている。トルク計測装置１６は、ロッド１１を回転させるとともに、ロッド１１の回転時に生じるトルクを計測する。トルク計測装置１６は、本実施形態では、ロッド１１を掴むことができるように構成されているスイベルヘッドと、ロッド１１を掴んだ状態のスイベルヘッドを回転させる油圧モーターとを有している。スイビルヘッド及び油圧モーターの動作は、制御装置２により制御される。制御装置２は、油圧モーターによりロッド１１を回転させたときの油圧力をトルクに換算し、さらにこのトルクに基づいてロッド１１に作用する周面摩擦を導出する。
【００２４】
以上のコーン１２、ロッド１１、アンビル１３、並びにハンマー１４及びハンマーガイド１５は、同軸に位置合わせされており、この順に下から上へと配置されている。また、トルク計測装置１６は、アンビル１３の下においてロッド１１を囲むように配置されている。これらの要素１１〜１６は、地面の上に設置される支持台１７と、支持台から上方へ延びるフレーム１８と、さらに支持台１７及びフレーム１８が倒れないように支える支柱１９とにより地面上で支持される。支柱１９は、フレーム１８から地面に向かって斜めに延びる棒状の部材であり、地面側の先端部が地面に打ち込まれる。
【００２５】
図２は、コーン１２を含むデバイス１０の拡大断面図である。同図に示すとおり、コーン１２には内部空間が形成されており、デバイス１０は、この内部空間に収容されているマイク３を有する。マイク３が設置されるマイク室は、コーン１２の中心軸に位置合わせされている。コーン１２は、金属製であり、本実施形態ではステンレス鋼製である。マイク３は、土の中のコーン１２と土との摩擦音を計測するための収音機であり、本実施形態ではコンデンサマイクである。また、本実施形態では、マイク３はマイク室内で固定されており、ハンマー１４の打撃による衝撃でマイク３が脱落しないよう、マイク３の収容されているマイク室内の隙間にはエポキシ樹脂が充填されている。さらに、本実施形態では、マイク３の収容されているマイク室の入口を覆うように、カバー３１がねじ３２によりコーン１２の内壁面に対し固定されている。さらに、カバー３１は、バネ３３によりコーン１２の内壁面に対しマイク室側に向かって付勢されている。
【００２６】
図２には、ロッド１１の下端部も示されている。ロッド１１は、同図に示すとおり、中空形状である。そして、ロッド１１のこの中央開口を通って、マイク３から制御装置２までケーブル３ａが延びている。ケーブル３ａは、マイク３と制御装置２とを接続する通信線であり、マイク３により計測された摩擦音のデータを制御装置２に送信する。また、試験機１は、マイクアンプ４を備えており、ケーブル３ａは、マイク３とマイクアンプ４とを接続するとともに、マイクアンプ４と制御装置２とを接続する。マイクアンプ４は、マイク３により計測された摩擦音のデータを増幅した後、制御装置２に出力する。
【００２７】
＜２−２．制御装置＞
制御装置２は、動的コーン貫入試験機１の各部の動作を制御するとともに、動的コーン貫入試験機１の各部から各種計測データを取得し、この計測データに基づいて土質を判定する装置である。図３に、試験装置１００のブロック構成図を示す。図３に示す通り、制御装置２は、表示部２１、入力部２２、記憶部２３、制御部２４及び通信部２５を有する。これらの部２１〜２５は、バス線２６を介して互いに接続されている。
【００２８】
表示部２１は、液晶ディスプレイ等で構成されており、各種画面をオペレータに対し表示するユーザーインターフェースである。入力部２２は、操作ボタンやタッチパネル等で構成されており、制御装置２及び動的コーン貫入試験機１に対するオペレータからの操作を受け付けるユーザーインターフェースである。通信部２５は、動的コーン貫入試験機１の各部との通信を可能にする通信インターフェースである。上述したマイク３及びマイクアンプ４は、ケーブル３ａを介して通信部２５に接続されている。また、上述したハンマー１４の昇降機構、カウンター２０及びトルク計測装置１６も、通信部２５に接続されている。記憶部２３は、ハードディスク、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶装置から構成されている。記憶部２３内には、制御装置２及び動的コーン貫入試験機１に後述する動作を実行させるためのプログラム６が格納されている。
【００２９】
制御部２４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等から構成されており、記憶部２３内に格納されているプログラム６を読み出して実行することにより、仮想的に打撃制御部２４ａ、トルク計測部２４ｂ、音計測部２４ｃ、補正部２４ｄ及び土質判定部２４ｅとして動作する。各部２４ａ〜２４ｅの動作については、後述する。
【００３０】
＜３．土質判定方法＞
次に、試験装置１００により実施される土質判定方法について説明する。まず、土質の判定を行う対象となる地面上に図１のように動的コーン貫入試験機１を設置し、コーン１２を土の中に挿入する。
【００３１】
続いて、オペレータが入力部２２に対し所定の操作を行うと、打撃制御部２４ａは上述した昇降機構を駆動し、ハンマー１４を所定の高さ位置からアンビル１３に向けて自由落下させる。打撃制御部２４ａは、このハンマー１４による打撃を繰り返すことにより、コーン１２に下向きの力を加え、コーン１２を徐々に土の中深くに貫入してゆく。そして、コーン１２が土の中へ所定の距離（例えば、２０ｃｍ）だけより深く潜り込む度に、ハンマー１４による打撃を休止させる。このとき、打撃制御部２４ａは、コーン１２が所定の距離だけより深く挿入されるのに要したハンマー１４の落下回数をカウンター２０から読み出し、これを記憶部２３内に記憶する。なお、コーン１２の挿入深さは、図示されない計測機器により計測されており、この計測機器による計測データが打撃制御部２４ａに送信されるものとする。計測機器は、様々な構成とすることができるが、例えば、アンビル１３に固定した冶具に固定される巻取り式変位計として実現することもできるし、ロッド１１に付されている目盛りを読み取るセンサー等として構成することができる。
【００３２】
トルク計測部２４ｂは、打撃の休止期間にトルク計測装置１６を駆動し、ロッド１１を回転させる。また、トルク計測部２４ｂは、トルク計測装置１６を介してこのときに生じるトルク（最大回転トルク等）を計測し、このトルクに基づいて地盤に対するロッド１１の周面摩擦（摩擦力、摩擦抵抗等）を計測する。トルク及び周面摩擦の値は、記憶部２３内に記憶される。トルクの計測が終わると、ハンマー１４による打撃が再開する。そして、コーン１２が土の中へ所定の深さだけさらに深く挿入されると、再び同様のトルクの計測が行われる。
【００３３】
打撃の休止期間には、トルクの計測だけでなく、コーン１２と土との摩擦音の計測も行われる。摩擦音の計測は、ロッド１１及びデバイス１０の回転中に行われる。図４は、摩擦音に基づく土質判定処理の流れを示すフローチャートである。まず、音計測部２４ｃは、マイク３を駆動して、回転中のコーン１２とその周辺の土との摩擦音をマイク３に計測させ、マイク３により計測された摩擦音の波形（以下、計測波形という）を表すデータ（以下、計測波形データという）を取得する（ステップＳ１）。計測波形データは、マイクアンプ４により増幅された後、音計測部２４ｃにより収集される。なお、以下では、増幅後の計測波形データも、単に計測波形データと呼ぶ。計測波形データは、時系列のデータであり、本実施形態では、４４．１ＫＨｚのサンプリング周期で収集される。計測波形データは、記憶部２３内に記憶される。
【００３４】
次に、補正部２４ｄは、計測波形データからデバイス１０の応答特性、すなわち、マイク３及びコーン１２の応答特性がキャンセルされるように、計測波形データを補正する（ステップＳ２）。これにより、計測波形データから、摩擦音の音源での波形（以下、音源波形という）を表すデータ（以下、音源波形データという）が抽出される。
【００３５】
図５は、音源波形データの抽出の原理を概念的に説明する図である。すなわち、マイク３で収音され、制御装置２に記録される計測波形ｂ（ｔ）は、音源波形ａ（ｔ）そのものではなく、デバイス１０の応答特性を含む波である。この関係を定式化すると、計測波形ｂ（ｔ）は、次式のとおり、音源波形ａ（ｔ）とデバイス１０のインパルス応答関数ｈ（ｔ）との畳み込み積分で表される。なお、ｔは、時間を表す。
【数１】
2018168655.tif 000003
【００３６】
ここで、計測波形ｂ（ｔ）のフーリエ変換をＢ（ｆ）とし、音源波形ａ（ｔ）のフーリエ変換をＡ（ｆ）とし、インパルス応答関数ｈ（ｔ）のフーリエ変換をＨ（ｆ）とすると、次式が成り立つ。
Ｂ（ｆ）＝Ａ（ｆ）×Ｈ（ｆ）
【００３７】
Ｈ（ｆ）は、デバイス１０の伝達関数である。なお、ｈ（ｔ）は、デバイス１０の伝達関数の時間領域での表記であり、Ｈ（ｆ）は、デバイス１０の伝達関数の周波数領域での表記である。伝達関数Ｈ（ｆ）は、周波数応答関数（振幅スペクトル）と位相スペクトルの一対のスペクトルである。なお、ｆは、周波数を表す。
【００３８】
以上の原理に鑑みて、本実施形態では、デバイス１０の応答特性を表すパラメータとしての伝達関数Ｈ（ｆ）が予め計測され、記憶部２３内に格納されている。ステップＳ２では、補正部２４ｄは、計測波形データを周波数解析し、周波数ｆを下限周波数（例えば、０ｋＨｚ〜２０Ｈｚ程度に設定することができる）から２２．１ｋＨｚまで変化させながら、この帯域での計測波形ｂ（ｔ）のフーリエ変換Ｂ（ｆ）を導出する。次に、補正部２４ｄは、記憶部２３内の伝達関数Ｈ（ｆ）を参照し、上式に基づいて音源波形ａ（ｔ）のフーリエ変換Ａ（ｆ）を導出する。続いて、補正部２４ｄは、Ａ（ｆ）を逆フーリエ変換することにより、音源波形ａ（ｔ）を導出する。
【００３９】
なお、本実施形態では、マイク３及びコーン１２を含む波動伝播系の応答特性を考慮して計測波形データが解析される。そのため、コーン１２の材質や形状、マイク３の種類等を考慮せずとも、デバイス１０の伝達関数Ｈ（ｆ）を決定しておくだけで、音源波形データを取得することができる。
【００４０】
続くステップＳ３では、土質判定部２４ｅが、音源波形データに基づいて土質を判定する。本実施形態では、土質を判定するための指標として、土の粒度特性値が判定される。粒度特性値には、粗粒分含有率、細粒分含有率及び平均粒径が含まれ、土質判定部２４ｅは、音源波形データからこれらの深度分布を導出する。
【００４１】
ここで、本発明者らが実際に行った検証実験の結果を示しながら、音源波形データから土質の判定が可能な原理について説明する。まず、本発明者らは、３種類のコーンを用意し、それぞれにコンデンサマイクを収容して、３つのデバイスを作成した（以下、これらのデバイスを、コーンＮｏ．１、コーンＮｏ．２、コーンＮｏ．３と呼ぶ）。そして、コーンＮｏ．１〜Ｎｏ．３の伝達関数Ｈ（ｆ）をそれぞれ計測したところ、図６の結果が得られた。
【００４２】
次に、同一条件の地盤を３回作成し、コーンＮｏ．１〜Ｎｏ．３をそれぞれ用いてコーンと土との間の摩擦音を計測した。より具体的には、土質、密度及び上載圧（土被り圧）の条件を揃えた地盤で模型実験を行った。土試料については、市販の珪砂５号（岐阜県土岐市産）を用いた。土層条件については、相対密度５０％の地盤を空中落下法で作成し、乾燥条件下で実験を実施した。上載圧は、５０ｋＮ／ｍ2とし、コーンの回転速度は、４５ｄｅｇ／ｓｅｃとした。このときの実験結果を図７及び図８に示す。図７（Ａ）は、コーンＮｏ．１〜Ｎｏ．３をそれぞれ用いた場合の計測波形ｂ（ｔ）のグラフであり、図７（Ｂ）は、そのスペクトルのグラフである。一方、図８は、図６の伝達関数Ｈ（ｆ）を用いて、ステップＳ２と同じ計算式で図７の計測波形データから導出した音源波形データを示す。図８（Ａ）は、コーンＮｏ．１〜Ｎｏ．３をそれぞれ用いた場合の音源波形ａ（ｔ）のグラフであり、図８（Ｂ）は、そのスペクトルのグラフである。
【００４３】
図７及び図８を比べれば分かるとおり、音源波形は、計測波形よりも音が大きく、１０００ｋＨｚ付近には、計測波形には見られないピークが現れていることが分かる。また、計測波形では、音圧レベル及びピークが現れる周波数がコーン毎に異なっているのに対し、音源波形では、特に３００Ｈｚ以上の周波数領域において、３つのコーンから得られたスペクトルの一致率が高い。従って、コーンＮｏ．１〜Ｎｏ．３の応答特性を考慮した音源波形によれば、土の性質をより正確に判定できるようになることが分かった。
【００４４】
また、本発明者らは、コーンＮｏ．２を用いて長野県諏訪市の地盤において動的コーン貫入試験を行い、コーンの貫入深さ２０ｃｍ毎に行われるトルク計測時に、コーンと土との間の摩擦音を計測した。そして、上述した方法で摩擦音の音源波形ａ（ｔ）を導出し、さらに音源波形ａ（ｔ）の音圧の実効値の深度分布を導出した。また、同一地盤で標準貫入試験を行い、Ｎ値を求めるとともに、土のサンプルを採取して分析し、粒度特性値（粗粒分含有率、細粒分含有率及び平均粒径）の深度分布を計測した。以上の２つの実験の結果を図９に示す。なお、Ｎ値、粗粒分含有率及び平均粒径のグラフ中の濃いドットのグラフが、音源波形ａ（ｔ）の音圧の実効値のグラフである。また、これらのグラフ及び細粒分含有率のグラフ中の薄いドットのグラフが、標準貫入試験の結果を示している。
【００４５】
図９から分かるように、音源波形ａ（ｔ）の音圧の実効値の深度分布の形状は、Ｎ値、粗粒分含有率及び平均粒径の深度分布とよく一致している。すなわち、Ｎ値、粗粒分含有率及び平均粒径が大きくなると、音源波形ａ（ｔ）の実効値も大きくなり、Ｎ値、粗粒分含有率及び平均粒径が小さくなると、音源波形ａ（ｔ）の実効値も小さくなる。なお、細粒分含有率は、１−粗粒分含有率で表されるため、細粒分含有率が大きくなると、音源波形ａ（ｔ）の実効値は小さくなり、細粒分含有率が小さくなると、音源波形ａ（ｔ）の実効値は大きくなる。以上より、音源波形ａ（ｔ）の実効値に応じて、Ｎ値、並びに細粒分含有率、粗粒分含有率及び平均粒径等の土の粒度特性値を判定できることが分かった。
【００４６】
以上の知見を受けて、ステップＳ３では、土質判定部２４ｅは、音源波形ａ（ｔ）の音圧の実効値を判定する。そして、土質判定部２４ｅは、音源波形ａ（ｔ）の音圧の実効値に応じて、細粒分含有率、粗粒分含有率及び平均粒径等の土の粒度特性値を判定する。なお、音源波形ａ（ｔ）の音圧の実効値を様々な粒度特性値に換算するためのパラメータは、多数の実験を通して予め求められ、記憶部２３内に格納されているものとする。
【００４７】
以上のステップＳ１〜Ｓ３は、コーン１２が土の中へ所定の深さだけより深く潜り込む度に実行される。すなわち、各深度での粒度特性値が算出され、これにより、粒度特性値の深度分布が算出される。粒度特性値の深度分布は、記憶部２３内に記憶される。
【００４８】
以上の各種計測の結果は、表示部２１上に表示される。具体的には、ステップＳ３で算出された粒度特性値の深度分布に加え、カウンター２０により計測されたＮ値の深度分布、及びトルク（周面摩擦）の深度分布が表示部２１上に表示される。オペレータは、これらの情報に基づいて土質を判定することができる。
【００４９】
＜４．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。
【００５０】
＜４−１＞
上記実施形態では、摩擦音に基づく土質判定処理は、動的コーン貫入試験とともに行われたが、標準貫入試験や静的コーン貫入試験、スウェーデン式貫入試験等の試験と組み合わせることもできる。或いは、摩擦音に基づく土質判定処理のみを独立して実施することもできる。
【００５１】
＜４−２＞
上記実施形態では、図４に示される摩擦音に基づく土質判定処理は、動的コーン貫入試験を制御する制御装置２により実行されたが、別のコンピュータにより実行されてもよい。また、摩擦音に基づく土質判定処理を実行するコンピュータは、コーン１２に内蔵することもできる。
【００５２】
＜４−３＞
上記実施形態では、デバイス１０の応答特性を表すパラメータとして、周波数領域での伝達関数Ｈ（ｆ）が予め計測され、記憶部２３内に格納されていたが、デバイス１０の時間領域での伝達関数ｈ（ｔ）を予め記憶しておくこともできる。
【００５３】
＜４−４＞
上記実施形態では、摩擦音の計測はコーン１２の回転中に行われたが、摩擦音の計測のタイミングはこの態様に限定されない。例えば、動的コーン貫入試験を終了して片付ける段階において、地中からロッド１１を引き抜く時の摩擦音を計測することもできる。
【符号の説明】
【００５４】
１  動的コーン貫入試験機
１０  デバイス
１００  試験装置
１１  ロッド
１２  コーン
２  制御装置
２４ｃ  音計測部（取得部）
２４ｄ  補正部
２４ｅ  土質判定部（判定部）
３  マイク
ａ（ｔ）  音源波形
ｂ（ｔ）  計測波形
Ｈ（ｆ）  伝達関数
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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