(57)【要約】【課題】膨張性地盤対策用基礎構造の効果を試験的に確認することができ、信頼性の高い対策を実現するための膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法を提供する。【解決手段】膨張性を示す地盤１の表面に粒状体２ａを敷設して構築される膨張性地盤対策用基礎構造Ａの効果を確認する方法であって、膨張性を示す地盤１から取得した膨張土の上に粒状体２ａを模したガラスビーズからなるガラスビーズ層を積層して試験体を製作し、試験体の側方を拘束した状態で試験体を水に浸漬させるとともに、試験体に上方から段階的に載荷圧を付加し、試験体の高さが載荷前の初期高さと同じになる載荷圧を求め、該載荷圧を膨張圧とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張性を示す地盤の表面に粒状体を敷設して構築される膨張性地盤対策用基礎構造の効果を確認する方法であって、
膨張性を示す地盤から取得した膨張土の上に前記粒状体を模したガラスビーズからなるガラスビーズ層を積層して試験体を製作し、
前記試験体の側方を拘束した状態で前記試験体を水に浸漬させるとともに、前記試験体に上方から段階的に載荷圧を付加し、前記試験体の高さが載荷前の初期高さと同じになる載荷圧を求め、該載荷圧を膨張圧とすることを特徴とする膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法。
【請求項２】
膨張性を示す地盤の表面に凹所を形成するとともに該凹所に粒状体を充填して構築される膨張性地盤対策用基礎構造の効果を確認する方法であって、
膨張性を示す地盤から取得した膨張土で前記粒状体を模したガラスビーズからなるガラスビーズ層を挟み込むように試験体を製作し、
前記試験体の側方を拘束した状態で前記試験体を水に浸漬させるとともに、前記試験体に上方から段階的に載荷圧を付加し、前記試験体の高さが載荷前の初期高さと同じになる載荷圧を求め、該載荷圧を膨張圧とすることを特徴とする膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物などの構造物を膨張性地盤上に構築した膨張性地盤対策用基礎構造の効果を確認する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば東南アジアやアフリカ、中東地域などの乾燥、準乾燥地域では、モンモリロナイト等の膨張性の粘土鉱物を含む膨張土が堆積し、雨期に浸水・吸水に伴って膨張、乾期に排水・乾燥に伴って収縮する膨張土（膨張性を示す地盤）が広範囲に存在している。
【０００３】
このような膨張土の上に住宅や工場などの構造物を構築した場合には、雨期と乾期の膨張土の膨張と収縮による地盤変形に伴って、構造物に不同浮上りや不同沈下が生じ、構造物の壁や床スラブにひび割れが生じるなどの被害が多々発生してしまう。
【０００４】
このため、従来、以下の３つの手法を単独あるいは組み合わせ、膨張土対策を講じた上で、構造物を構築するようにしている。
【０００５】
第一に、構造物下方の膨張性を示す地盤をすべて良質土に置換した後、構造物を直接基礎支持形式で構築する。あるいは、膨張性を示す地盤をすべてセメント又は石灰によって固化処理した後、構造物を直接基礎支持形式で構築する。
【０００６】
第二に、膨張性を示さない良質な地盤の支持層まで杭を打設し、この杭によって地盤の膨張時の浮上り力に抵抗することで、構造物に有害な変形が生じないようにする（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
第三に、地盤が膨張した際に浮上った地表部の土を空隙部分に貫入（収容）させ、膨張力が構造物に直接作用しないように緩衝する治具を地表部に敷設しておき、この治具の上に構造物を直接基礎支持形式で構築する。
【０００８】
しかしながら、上記の第一の膨張土対策においては、その地層の全てを良質土に置換、あるいはセメントや石灰を撹拌混合して固化処理するため、膨張性を示す地層の厚さが大きくなるほどに工期が長期化し、高コスト化する。例えば、平面的に大規模な工場などを構築する際に、３ｍ以上の膨張性を示す地層を処理する必要が生じると、工期が非常に長期化し、且つ莫大なコストが必要になってしまう。
【０００９】
また、上記の第二の膨張土対策においては、構造物全体を杭で支持することで、膨張土の膨張・収縮による構造物の浮上りや沈下を効果的に防止することが可能である反面、大掛かりな対策であるが故に、杭に依らない直接基礎形式と比較し、やはり工期やコストが大幅に増大する。このため、中小規模の建物などの構造物への適用は事実上不可能になってしまう。
【００１０】
さらに、上記の第三の膨張土対策においては、専用治具が高コストであり、且つ構造物を構築する現場、地域、特に発展途上国によっては容易に専用治具を入手することができず、適用できない場合が多い。また、専用治具を全面に設置することは多大な労力と手間が必要になるため、平面的に大規模な工場などへの適用が難しい。
【００１１】
これに対し、本願の出願人は、膨張性地盤上に礫等を敷き均し、また、膨張性地盤に溝（凹所）を形成して礫等を充填して緩衝層／膨張抑制層を設けてなる膨張性地盤対策用基礎構造に関する特許出願を既に行っている。この膨張性地盤対策用基礎構造によれば、従来と比較し、安価に構造物の膨張土対策を講じることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１７４９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
一方、本願の出願人による上記の膨張性地盤対策用基礎構造は、従来と比較し、安価に構造物の膨張土対策を講じることができ、信頼性の高い膨張土対策であることが確認できてはいるが、実現場で採用するためには、その効果の確認方法、言い換えれば、施工管理の方法を確立しておく必要がある。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑み、膨張性地盤対策用基礎構造の効果を試験的に確認することができ、信頼性の高い対策を実現するための膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法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】
【００１５】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１６】
本発明の膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法は、膨張性を示す地盤の表面に粒状体を敷設して構築される膨張性地盤対策用基礎構造の効果を確認する方法であって、膨張性を示す地盤から取得した膨張土の上に前記粒状体を模したガラスビーズからなるガラスビーズ層を積層して試験体を製作し、前記試験体の側方を拘束した状態で前記試験体を水に浸漬させるとともに、前記試験体に上方から段階的に載荷圧を付加し、前記試験体の高さが載荷前の初期高さと同じになる載荷圧を求め、該載荷圧を膨張圧とすることを特徴とする。
【００１７】
本発明の膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法は、膨張性を示す地盤の表面に凹所を形成するとともに該凹所に粒状体を充填して構築される膨張性地盤対策用基礎構造の効果を確認する方法であって、膨張性を示す地盤から取得した膨張土で前記粒状体を模したガラスビーズからなるガラスビーズ層を挟み込むように試験体を製作し、前記試験体の側方を拘束した状態で前記試験体を水に浸漬させるとともに、前記試験体に上方から段階的に載荷圧を付加し、前記試験体の高さが載荷前の初期高さと同じになる載荷圧を求め、該載荷圧を膨張圧とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法によれば、膨張性地盤対策用基礎構造の効果を試験的に確認することができ、信頼性の高い膨張性地盤対策を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る膨張性地盤対策用基礎構造を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法において、採取した膨張土による膨張圧を測定する方法を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法を用いて、第１実施形態に係る膨張性地盤対策用基礎構造の粒状体、置換高さの違いによる効果を確認した結果を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る膨張性地盤対策用基礎構造を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法で用いる試験体を製作する方法を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法を用いて、第２実施形態に係る膨張性地盤対策用基礎構造の粒状体、溝幅の違いによる効果を確認した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図１から図４を参照し、本発明の第１実施形態に係る膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法について説明する。
【００２１】
ここで、本実施形態は、東南アジアやアフリカ、中東地域などの乾燥、準乾燥地域で広範囲に存在するモンモリロナイト等の膨張性の粘土鉱物を含む膨張土（膨張性を示す地盤）の上に、建物などの構造物を構築するための膨張性地盤対策用の基礎の構造に関し、特にこの膨張性地盤対策用の基礎構造の効果を確認する方法に関するものである。
【００２２】
また、本実施形態は、図１に示すように、膨張性地盤１の表面をライムストーンなどの砕石（粒状体）２ａで置換して緩衝層２（及びコンクリート層などの膨張抑制層３）を形成し、膨張性地盤１が床スラブなどに及ぼす影響を低減する膨張性地盤対策用基礎構造Ａの効果を確認する方法に関するものである。
【００２３】
なお、本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造Ａにおいては、膨張性地盤１に膨張が生じるとともに、膨張圧を緩衝層２（及び膨張抑制層３）で吸収、低減でき、基礎構造Ａで支持した上部構造に膨張圧が作用することを防止できる。
【００２４】
このような膨張性地盤対策の効果を確認する本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造Ａの効果確認方法は、膨張性地盤１から採取した実際の膨張土と、砕石（粒状体）を模擬したガラスビーズとを用いる室内試験方法であり、試験により得られる膨張量と膨張圧から床や基礎に与える影響を把握するためのものである。
【００２５】
具体的に、本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造Ａの効果確認方法においては、まず、膨張性地盤１の膨張特性（膨張量と膨張圧）を、ASTM D4546-96(Standard Test Methods for One-Dimensional Swell or Settlement Potential of Cohesive Soils, Method A)に従って取得する。
【００２６】
この膨張性地盤の膨張特性取得工程では、実際の膨張性地盤１から採取したサンプル（乱さずに採取した試料）から所定の大きさ、例えば直径５ｃｍ、高さ２ｃｍの試験体を切り出す。なお、後工程で使用する試験体も同様に切り出す。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、試験体４を側方が拘束できる金属製で円筒状の収容器５内にセットするとともに、この収容器５を容器状のセル６内に設置する。そして、収容器５内の試験体４の上部に、例えば載荷板、ピストンなどを備えた載荷手段７を設置し、この載荷手段７によって試験体４に非常に小さい荷重（例えば５ｋＰａ程度）Ｐ１を載荷する。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、荷重Ｐ１が変わらない状態を保ちつつ、セル６に水Ｗを入れて収容器５とともに試験体４を水Ｗに浸漬させ、膨張土１の試験体４の膨張を促し、同時に載荷手段７の変位測定点の変位を読みとる。これにより、極低圧での膨張量（Free Swell）（％）を取得する。
【００２９】
図２（ｃ）に示すように、載荷手段７によって段階的に荷重Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・を増加してゆく。このとき、膨張土の試験体４は圧密により収縮し、高さが減少する。試験体４の高さが初期高さより低くなるまで、載荷圧を段階的に付加し、試験体４の高さが初期高さと同じになる載荷圧を求め、この載荷圧を膨張圧（Swelling Pressure）とする。
【００３０】
次に、図３（ａ）に示すように、別の試験体４を側方が拘束できる金属製で円筒状の収容器５内にセットするとともに、砕石（粒状体）２ａを模擬したガラスビーズ８ａを収容器５内に入れ、試験体４の上にガラスビーズ層８を積層する。そして、収容器５内のガラスビーズ層８の上部に載荷手段７を設置し、この載荷手段７によってガラスビーズ層８及び試験体４に非常に小さい荷重（例えば５ｋＰａ程度）Ｐ１を載荷する。
【００３１】
図３（ｂ）に示すように、荷重Ｐ１が変わらない状態を保ちつつ、セル６に水Ｗを入れて収容器５とともにガラスビーズ層８及び試験体４を水Ｗに浸漬させ、膨張土１の試験体４の膨張を促し、同時に載荷手段７の変位測定点の変位を読みとる。これにより、極低圧での膨張量（Free Swell）（％）を取得する。
【００３２】
図３（ｃ）に示すように、載荷手段７によって段階的に荷重Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・を増加してゆく。このとき、膨張土の試験体４及びガラスビーズ層８は圧密により収縮し、高さが減少する。試験体４及びガラスビーズ層８からなる供試体（試験体）９の高さが初期高さより低くなるまで、載荷圧を段階的に付加し、供試体９の高さが初期高さと同じになる載荷圧を求め、この載荷圧を膨張圧（Swelling Pressure）とする。
【００３３】
また、砕石２ａの大きさの効果と緩衝層２の厚さの効果を確認するために、ガラスビーズ８ａの径とガラスビーズ層８の厚さをパラメータとして上記の載荷試験を実施する。本実施形態では、例えば、径が１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ（３水準）のガラスビーズ８ａを用い、さらに１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ（３水準）とガラスビーズ層８の厚さを変えて繰り返し上記の載荷試験を実施し、それぞれの試験ケースでの載荷圧（膨張圧）を求める。
【００３４】
そして、ガラスビーズ８ａの径を変えた場合と、ガラスビーズ層８の厚さを変えた場合の極低圧での膨張量（Free Swell）と、載荷試験で得られた膨張圧（Swelling Pressure）の関係を求める。この関係によって、本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造Ａの効果を定量化し、確認することが可能になる。言い換えれば、試験結果に基づいて膨張性地盤対策用基礎構造Ａの仕様を決めることが可能になる。
【００３５】
ここで、膨張性地盤１から採取した膨張土サンプルから１８個の試験体４を作製し、９個を対策なしの状態、残りの９個を対策工あり（本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造Ａ）の状態の膨張特性を取得し、対策工の効果を確認した結果について説明する。
【００３６】
図４は試験結果を示している。
この図では、縦軸を試験により取得した膨張量とし、横軸を膨張圧として示したものである。また、１つのプロットが１つの試験体４から得られた結果の組であり、塗り潰したマークは対策工なしの場合、白抜きのマークは対策工ありの場合の膨張特性を示している。
【００３７】
まず、使用した膨張性地盤１の膨張特性が膨張量で２．５〜４％程度、膨張圧で５５〜１２５ｋＰａ程度であるのに対し、ガラスビーズ８を用いて上部置換タイプの対策工を模擬した試験方法（本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法）によって得られた値は膨張量０〜２．５％、膨張圧１０〜７５ｋＰａであり、十分に対策工による効果を確認できることが実証された。
【００３８】
図４（ａ）からガラスビーズ径の対策効果に与える影響を確認できる。
すなわち、ガラスビーズ径が大きいほど、膨張率、膨張圧ともに小さい値が得られており、砕石（粒状体）の径は大きいほど効果的であることが実証された。
【００３９】
図４（ｂ）は同じデータをガラスビーズ厚で比較した結果を示している。
この図からガラスビーズ厚さが１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍと異なっていても、膨張特性に有意な違いが得られないことが確認され、緩衝層２を厚くしても効果が大きくならないことが確認された。すなわち、緩衝層８は粒径の数倍の厚さがあれば効果を発揮すると言える。
【００４０】
このように、本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法を用い、ガラスビーズ８ａの径を変えた場合と、ガラスビーズ層８の厚さを変えた場合の極低圧での膨張量（Free Swell）と、載荷試験で得られた膨張圧（Swelling Pressure）の関係を求めることにより、膨張性地盤対策用基礎構造Ａの効果を定量化し、確認することができるとともに、試験結果に基づいて膨張性地盤対策用基礎構造Ａの仕様を決められることが実証された。
【００４１】
したがって、本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法によれば、上部置換タイプの膨張性地盤対策の効果を試験的に確認することができ、信頼性の高い膨張性地盤対策を実現することが可能になる。
【００４２】
次に、図５から図８を参照し、本発明の第２実施形態に係る膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法について説明する。
【００４３】
ここで、本実施形態は、図５に示すように、膨張性地盤１に溝（凹所）１０を設け、この溝にライムストーンなどの砕石（粒状体）２ａを充填して緩衝層２（及びコンクリート層などの膨張抑制層３）を形成し、膨張性地盤１が床スラブなどに及ぼす影響を低減する膨張性地盤対策用基礎構造Ｂの効果を確認する方法に関するものである。
【００４４】
なお、本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造Ｂにおいては、膨張性地盤１に膨張が生じるとともに、膨張圧を緩衝層２（及び膨張抑制層３）で吸収、低減でき、基礎構造Ｂで支持した上部構造に膨張圧が作用することを防止できる。
【００４５】
このような膨張性地盤対策の効果を確認する本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造Ｂの効果確認方法は、第１実施形態と同様、膨張性地盤１から採取した実際の膨張土と、砕石（粒状体）を模擬したガラスビーズとを用いる室内試験方法であり、試験により得られる膨張量と膨張圧から床や基礎に与える影響を把握するためのものである。よって、本実施形態では、第１実施形態と同様の構成に対して同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４６】
本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造Ｂの効果確認方法においては、図６に示すように、円筒状の成形容器１１に膨張土を入れて円盤状に成形した後、円盤状の膨張土の成形体１２を成形容器１１から取り出し、その中央部分を所定の幅寸法で直径方向に切断する。
【００４７】
切断部１３を除去し、平面視略半円状の一対の試験片１４、１５を形成し、中央に溝（凹所）１６が形成されるようにして成形容器１１の中に戻す。
【００４８】
そして、一対の試験片１４、１５の間に形成された溝１６にガラスビーズ８ａを詰めることにより、膨張土でガラスビーズ層８を挟み込んだ形の本実施形態の溝掘り置換タイプの膨張性地盤対策用基礎構造Ｂの試験体１７を製作する。
【００４９】
次に、図７（ａ）に示すように、試験体１７を側方が拘束できる金属製で円筒状の収容器５内にセットする。そして、収容器５内の試験体１７の上部に載荷手段７を設置し、この載荷手段７によって試験体１７に非常に小さい荷重（例えば５ｋＰａ程度）Ｐ１を載荷する。
【００５０】
図７（ｂ）に示すように、荷重Ｐ１が変わらない状態を保ちつつ、セル６に水Ｗを入れて収容器５とともに試験体１７を水Ｗに浸漬させ、試験体１７の膨張土の膨張を促し、同時に載荷手段７の変位測定点の変位を読みとる。これにより、極低圧での膨張量（Free Swell）（％）を取得する。
【００５１】
図７（ｃ）に示すように、載荷手段７によって段階的に荷重Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・を増加してゆく。このとき、試験体１７は圧密により収縮し、高さが減少する。試験体１７の高さが初期高さより低くなるまで、載荷圧を段階的に付加し、試験体１７の高さが初期高さと同じになる載荷圧を求め、この載荷圧を膨張圧（Swelling Pressure）とする。
【００５２】
また、砕石２ａの大きさの効果と緩衝層２の厚さの効果を確認するために、ガラスビーズ８ａの径とガラスビーズ層８の厚さをパラメータとして上記の載荷試験を実施する。本実施形態では、例えば、径が１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ（３水準）のガラスビーズ８ａを用い、さらに５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ（３水準）と溝幅（ガラスビーズ層８の幅）を変えて繰り返し上記の載荷試験を実施し、それぞれの試験ケースでの載荷圧（膨張圧）を求める。
【００５３】
そして、ガラスビーズ８ａの径を変えた場合と、ガラスビーズ層８の溝幅を変えた場合の極低圧での膨張量（Free Swell）と、載荷試験で得られた膨張圧（Swelling Pressure）の関係を求める。この関係によって、本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造Ｂの効果を定量化し、確認することが可能になる。言い換えれば、試験結果に基づいて膨張性地盤対策用基礎構造Ｂの仕様を決めることが可能になる。
【００５４】
ここで、膨張性地盤１から採取した膨張土サンプルから２３個の試験体を作製し、１４個を対策なしの状態、残りの９個を対策工あり（本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造Ｂ）の状態の膨張特性を取得し、対策工の効果を確認した結果について説明する。
【００５５】
図８は試験結果を示している。
この図では、縦軸を試験により取得した膨張量とし、横軸を膨張圧として示したものである。また、１つのプロットが１つの試験体から得られた結果の組であり、塗り潰したマークは対策工なしの場合、白抜きのマークは対策工ありの場合の膨張特性を示している。
【００５６】
まず、使用した膨張性地盤１の膨張特性が膨張量で３〜５％程度、膨張圧で１００〜１７５ｋＰａ程度であるのに対し、ガラスビーズ８を用いて溝部置換タイプの対策工を模擬した試験方法（本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法）によって得られた値は膨張量２〜３．５％、膨張圧２０〜１１５ｋＰａであり、十分に対策工による効果を確認できることが実証された。
【００５７】
図８（ａ）からガラスビーズ径の対策効果に与える影響は確認できなかった。
【００５８】
図８（ｂ）は溝の幅を変えた場合の結果を示している。
この図から溝の幅が対策効果に与える影響も明確には認められない。すなわち、水平方向へ若干の膨張を許すことができれば、鉛直方向の床などへの影響を低減することができると言える。
【００５９】
このように、本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法を用い、ガラスビーズ８ａの径を変えた場合と、溝の幅を変えた場合の極低圧での膨張量（Free Swell）と、載荷試験で得られた膨張圧（Swelling Pressure）の関係を求めることにより、膨張性地盤対策用基礎構造Ｂの効果を確認することができることが実証された。
【００６０】
したがって、本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法によれば、溝掘り置換タイプの膨張性地盤対策の効果を試験的に確認することができ、信頼性の高い膨張性地盤対策を実現することが可能になる。
【００６１】
以上、本発明に係る膨張性地盤対策用基礎構造の効果確認方法の第１、第２実施形態について説明したが、本発明は上記の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範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１    膨張性を示す地盤（膨張土）
２    緩衝層
２ａ  砕石（粒状体）
３    膨張抑制層
４    試験体
５    収容器
６    セル
７    載荷手段
８    ガラスビーズ層
８ａ  ガラスビーズ
９    供試体（試験体）
１０  溝（凹所）
１１  成形容器
１２  成形体
１３  切断部
１４  試験片
１５  試験片
１６  溝
１７  試験体
Ａ    膨張性地盤対策用基礎構造
Ｂ    膨張性地盤対策用基礎構造
Ｗ    水
【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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