(57)【要約】【課題】土壌の固有熱抵抗を低コストで測定する。一般に広く普及している機器類を利用する。【解決手段】土壌の種類毎に予め求められた比抵抗と固有熱抵抗との関係１を記憶している記憶手段２と、調査現場の土壌の種類と調査現場における土壌の比抵抗の計測値とを読み込む入力手段３と、計測値を土壌の種類が一致する関係１に当てはめて固有熱抵抗を求める算出手段４とを備えている。土壌の比抵抗と固有熱抵抗との関係１を土壌の種類毎に予め求めておき、調査現場において土壌の比抵抗を実際に計測し、その計測結果を土壌の種類が一致する関係１に当てはめて調査現場の固有熱抵抗を求めるようにする。【選択図】図１
2011002448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌の比抵抗と固有熱抵抗との関係を土壌の種類毎に予め求めておき、調査現場において土壌の比抵抗を実際に計測し、その計測結果を土壌の種類が一致する前記関係に当てはめて前記調査現場の固有熱抵抗を求めることを特徴とする土壌の固有熱抵抗の測定方法。
【請求項２】
土壌の種類毎に予め求められた比抵抗と固有熱抵抗との関係を記憶している記憶手段と、調査現場の土壌の種類と前記調査現場における土壌の比抵抗の計測値とを読み込む入力手段と、前記計測値を土壌の種類が一致する前記関係に当てはめて固有熱抵抗を求める算出手段とを備えることを特徴とする土壌の固有熱抵抗測定装置。
【請求項３】
少なくとも、記憶手段に予め記憶されている土壌の種類毎に求められた比抵抗と固有熱抵抗との関係を読み込む手段、調査現場の土壌の種類と前記調査現場において新たに計測された土壌の比抵抗の計測値とを読み込む手段、前記計測値を土壌の種類が一致する前記関係に当てはめて固有熱抵抗を求める手段としてコンピュータを機能させるための土壌の固有熱抵抗測定用プログラム。
【請求項４】
土壌の比抵抗と固有熱抵抗との関係を土壌の種類毎に予め求めて第１の関係とすると共に、土壌の種類とＳ波速度との関係を地質の種類毎に予め求めて第２の関係とし、調査現場において土壌の比抵抗とＳ波速度を実際に計測し、前記Ｓ波速度の計測値を地質の種類が一致する前記第２の関係に当てはめて土壌の種類を推定すると共に、推定した土壌の種類と一致する前記第１の関係に前記比抵抗の計測値を当てはめて前記調査現場の固有熱抵抗を求めることを特徴とする土壌の固有熱抵抗の測定方法。
【請求項５】
土壌の種類毎に予め求められた比抵抗と固有熱抵抗との第１の関係および地質の種類毎に予め求められた土壌の種類とＳ波速度との第２の関係を記憶している記憶手段と、調査現場の地質の種類および前記調査現場における土壌のＳ波速度の計測値および前記調査現場における土壌の比抵抗の計測値を読み込む入力手段と、前記Ｓ波速度の計測値を地質の種類が一致する前記第２の関係に当てはめて土壌の種類を推定すると共に、推定した土壌の種類と一致する前記第１の関係に前記比抵抗の計測値を当てはめて固有熱抵抗を求める算出手段とを備えることを特徴とする土壌の固有熱抵抗測定装置。
【請求項６】
少なくとも、記憶手段に予め記憶されている土壌の種類毎に求められた比抵抗と固有熱抵抗との関係である第１の関係および地質の種類毎に予め求められた土壌の種類とＳ波速度との関係である第２の関係を読み込む手段、調査現場の地質の種類および前記調査現場において新たに計測された土壌のＳ波速度の計測値および前記調査現場において新たに計測された土壌の比抵抗の計測値を読み込む手段、前記Ｓ波速度の計測値を地質の種類が一致する前記第２の関係に当てはめて土壌の種類を推定すると共に、推定した土壌の種類と一致する前記第１の関係に前記土壌の比抵抗の計測値を当てはめて固有熱抵抗を求める手段としてコンピュータを機能させるための土壌の固有熱抵抗測定用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌の固有熱抵抗の測定方法、測定装置および測定用プログラムに関する。さらに詳しくは、本発明は、調査現場において簡易に計測することが可能な土壌の比抵抗に基づいて土壌の固有熱抵抗を求める土壌の固有熱抵抗の測定方法、測定装置および測定用プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
土壌の固有熱抵抗は地中に埋設する送電線のサイズを決定するパラメータの１つであり、特に変電所のケーブル引出部等の埋設されたケーブルが密集する場所等では土壌の固有熱抵抗の把握が非常に重要である。土壌の固有熱抵抗は、熱電対などのセンサとヒータを地中に埋設し、ヒータによって加熱された土壌の温度をセンサで計測し、その温度の上昇の仕方に基づいて求められる。一般的に行なわれているのは、地面に掘ったボーリング孔にマイクロヒータと熱電対を入れて埋める手法である。なお、ヒータと熱電対を内蔵した探針本体を土中に埋め込む測定器が提案されているものの（特開平１１−２３５０３号）、市販品として普及しておらず一般的な使用には至っていない。なお、熱伝導率測定センサーとして、ニードル方式のプローブを有するものが市販されている（例えば、クリマテック株式会社、ＣＨＦ−ＴＰ０８）が、プローブを固い地面に突き刺すのは困難であり、調査現場での使用には採用することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２３５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の一般的に行なわれているボーリング孔を掘ってセンサとヒータを埋設する方法では、計測毎に地面にボーリング孔を掘らなければならず、且つセンサとヒータを埋設すると共に計測終了後にはこれらを埋め戻さなければならないため、計測に手間が掛かってコストが高くなる。
【０００５】
本発明は、一般に広く普及している手法で計測が可能であり、しかも簡単に低コストで土壌の固有熱抵抗を求めることが可能な土壌の固有熱抵抗測定方法、測定装置および測定用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】
【０００６】
本発明者らは、土壌の比抵抗、飽和度、固有熱抵抗等の物理量の関係について鋭意研究を行なった結果、飽和度と比抵抗との間には相関性があり、且つ飽和度と固有熱抵抗との間にも相関性があることを知見した。そして、かかる知見に基づいて更に研究を進めることで、土壌の比抵抗と固有熱抵抗との間にも相関性が成立することを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【０００７】
即ち、請求項１記載の土壌の固有熱抵抗測定方法は、土壌の比抵抗と固有熱抵抗との関係を土壌の種類毎に予め求めておき、調査現場において土壌の比抵抗を実際に計測し、その計測結果を土壌の種類が一致する関係に当てはめて調査現場の固有熱抵抗を求めるものである。
【０００８】
また、請求項２記載の土壌の固有熱抵抗測定装置は、土壌の種類毎に予め求められた比抵抗と固有熱抵抗との関係を記憶している記憶手段と、調査現場の土壌の種類と調査現場における土壌の比抵抗の計測値とを読み込む入力手段と、計測値を土壌の種類が一致する関係に当てはめて固有熱抵抗を求める算出手段とを備えるものである。
【０００９】
さらに、請求項３記載の土壌の固有熱抵抗測定用プログラムは、少なくとも、記憶手段に予め記憶されている土壌の種類毎に求められた比抵抗と固有熱抵抗との関係を読み込む手段、調査現場の土壌の種類と調査現場において新たに計測された土壌の比抵抗の計測値とを読み込む手段、計測値を土壌の種類が一致する関係に当てはめて固有熱抵抗を求める手段としてコンピュータを機能させるものである。
【００１０】
また、本発明者らは、土壌の弾性波速度についても鋭意研究を行なった結果、土壌の種類とＳ波速度との間にも相関性が成立することを知見し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１１】
即ち、請求項４記載の土壌の固有熱抵抗の測定方法は、土壌の比抵抗と固有熱抵抗との関係を土壌の種類毎に予め求めて第１の関係とすると共に、土壌の種類とＳ波速度との関係を地質の種類毎に予め求めて第２の関係とし、調査現場において土壌の比抵抗とＳ波速度を実際に計測し、Ｓ波速度の計測値を地質の種類が一致する第２の関係に当てはめて土壌の種類を推定すると共に、推定した土壌の種類と一致する第１の関係に比抵抗の計測値を当てはめて調査現場の固有熱抵抗を求めるものである。
【００１２】
また、請求項５記載の土壌の固有熱抵抗測定装置は、土壌の種類毎に予め求められた比抵抗と固有熱抵抗との第１の関係および地質の種類毎に予め求められた土壌の種類とＳ波速度との第２の関係を記憶している記憶手段と、調査現場の地質の種類および調査現場における土壌のＳ波速度の計測値および調査現場における土壌の比抵抗の計測値を読み込む入力手段と、Ｓ波速度の計測値を地質の種類が一致する第２の関係に当てはめて土壌の種類を推定すると共に、推定した土壌の種類と一致する第１の関係に比抵抗の計測値を当てはめて固有熱抵抗を求める算出手段とを備えるものである。
【００１３】
さらに、請求項６記載の土壌の固有熱抵抗測定用プログラムは、少なくとも、記憶手段に予め記憶されている土壌の種類毎に求められた比抵抗と固有熱抵抗との関係である第１の関係および地質の種類毎に予め求められた土壌の種類とＳ波速度との関係である第２の関係を読み込む手段、調査現場の地質の種類および調査現場において新たに計測された土壌のＳ波速度の計測値および調査現場において新たに計測された土壌の比抵抗の計測値を読み込む手段、Ｓ波速度の計測値を地質の種類が一致する第２の関係に当てはめて土壌の種類を推定すると共に、推定した土壌の種類と一致する第１の関係に土壌の比抵抗の計測値を当てはめて固有熱抵抗を求める手段としてコンピュータを機能させるものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の土壌の固有熱抵抗測定方法、請求項２記載の土壌の固有熱抵抗測定装置および請求項３記載の土壌の固有熱抵抗測定用プログラムによれば、調査現場の比抵抗を計測することでその土壌の固有熱抵抗を求めることができる。比抵抗の計測は複数の電極を地面に差し込むことで行なわれるので、ボーリング孔を掘って埋め戻すような面倒な作業がなく、簡単な作業で計測が行なわれる。また、地面に差し込んだ電極間に電流を流して電極間の電位差を計測するだけで比抵抗を計測できるので、迅速に計測できる。さらに、比抵抗の計測は広く一般的に普及しており、計測器の入手が容易である。これらのため、広く普及した手法を利用して、低コストで土壌の固有熱抵抗を求めることができる。
【００１５】
また、請求項４記載の土壌の固有熱抵抗測定方法、請求項５記載の土壌の固有熱抵抗測定装置および請求項６記載の土壌の固有熱抵抗測定用プログラムによれば、上記の効果に加えて、調査現場において作業員がボーリング孔を掘削せずに、土壌の種類を調べなくても土壌の固有熱抵抗を測定することができるという効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の土壌の固有熱抵抗測定装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の土壌の熱抵抗の測定方法の第１の実施形態を示すフローチャートである。
【図３】土壌の比抵抗と固有熱抵抗との関係を示す図である。
【図４】実験に使用したサンプルホルダを示し、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線（水平面）に沿う断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線（垂直面）に沿う断面図である。
【図５】飽和度と比抵抗との関係を示す図である。
【図６】飽和度と固有熱抵抗との関係を示す図である。
【図７】本発明の土壌の固有熱抵抗測定装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図８】本発明の土壌の熱抵抗の測定方法の第２の実施形態を示すフローチャートである。
【図９】Ｓ波速度と５０％粒径との関係を示す図である。
【図１０】Ｓ波速度と間隙率との関係を示す図である。
【図１１】Ｐ波速度とＳ波速度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の構成を図面に示す形態に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
まず最初に、本発明の土壌の固有熱抵抗測定装置の第１の実施形態について説明する。図１に本発明の土壌の固有熱抵抗測定装置を示す。土壌の固有熱抵抗測定装置（以下、単に熱抵抗測定装置という）は、土壌の種類毎に予め求められた比抵抗と固有熱抵抗との関係１を記憶している記憶手段２と、調査現場の土壌の種類と調査現場における土壌の比抵抗の計測値とを読み込む入力手段３と、計測値を土壌の種類が一致する関係１に当てはめて固有熱抵抗を求める算出手段４とを備えるものである。この熱抵抗測定装置は、本発明の土壌の固有熱抵抗測定用プログラム５をコンピュータ上で実行することによっても実現される。本実施形態では、土壌の固有熱抵抗測定用プログラム（以下、単に測定用プログラムという）５をコンピュータ上で実行する場合を例に挙げて説明する。
【００１９】
土壌の熱抵抗測定プログラム５を実行するための本実施形態の熱抵抗測定装置の全体構成を図１に示す。この熱抵抗測定装置は、制御部６、記憶部（記憶手段）２、入力部（入力手段）３、表示部７を備え相互にバス等の信号回線１２により接続されている。
【００２０】
制御部６は記憶部２に記憶されている測定用プログラム５によって熱抵抗測定装置全体の制御並びに固有熱抵抗の算出等に係る演算を行うものであり、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）である。記憶部２は少なくともデータやプログラムを記憶可能な装置であり、例えばハードディスクである。
【００２１】
入力部３は少なくとも作業者の命令等を制御部６等に与えるためのインターフェイスであり、例えばキーボードである。表示部７は制御部６の制御により文字や図形等の描画・表示を行うものであり、例えばディスプレイである。
【００２２】
熱抵抗測定装置の制御部６には、測定用プログラム５を実行することにより、記憶手段２に予め記憶されている土壌の種類毎に求められた比抵抗と固有熱抵抗との関係１を込み込む手段としての関係読込部８、調査現場の土壌の種類と調査現場において新たに計測された土壌の比抵抗の計測値とを読み込む手段としての計測データ読込部９、計測値を土壌の種類が一致する関係１に当てはめて固有熱抵抗を求める手段としての算出部（算出手段）４が構成される。
【００２３】
熱抵抗測定装置には、受信装置１０がバス等の信号回線等により接続されており、例えば調査現場で新たに計測される比抵抗の計測値はこの受信装置１０を介して熱抵抗測定装置に供給され、記憶部２に記憶される。ここで、例えば調査現場に設置した比抵抗計測器１１と受信装置１０とを通信回線１３によって接続し、比抵抗計測器１１の計測値を自動的に受信装置１０に供給するようにしても良いし、作業者の送信操作によって比抵抗計測器１１の計測値を受信装置１０に供給するようにしても良い。あるいは、作業者が入力部３を操作して比抵抗計測器１１の計測値を直接入力し、記憶部２に記憶させるようにしても良い。
【００２４】
調査現場の土壌の種類は、例えば作業者が入力部３を操作して直接入力し、記憶部２に記憶させる。土壌の種類は調査現場で判別できる。
【００２５】
比抵抗と固有熱抵抗との関係１は、例えば実験を行なって求められ、予め記憶部２に記憶されている。作業者は、少なくとも調査現場の土壌と同じ種類の土壌について比抵抗と固有熱抵抗との関係１を求めておく。比抵抗と固有熱抵抗との関係１を図３に示す。本実施形態では、土壌の種類として、例えば豊浦砂（標準砂）、珪砂５号、珪砂３号、シルト、粘土について比抵抗と固有熱抵抗の関係１を求めている。また、この関係１の実験式を数式１に、各実験式の定数ａ，ｎを表１にそれぞれ示す。ここで、ｇは固有熱抵抗、ρは比抵抗、ａ，ｎは土壌による定数である。
【００２６】
＜数１＞    ｇ＝ａρｎ
【００２７】
【表１】
2011002448.tif 000003
【００２８】
次に、本発明の土壌の固有熱抵抗測定方法について説明する。この土壌の固有熱抵抗測定方法（以下、単に熱抵抗測定方法という）は、例えば図２に示すように、比抵抗と固有熱抵抗との関係１を土壌の種類毎に予め求めておき（ステップＳ２１）、調査現場において土壌の比抵抗を実際に計測し（ステップＳ２２）、その計測結果を土壌の種類が一致する関係１に当てはめて調査現場の固有熱抵抗を求める（ステップＳ２３）ものである。
【００２９】
まず最初に、予め実験を行なって比抵抗と固有熱抵抗との関係１を土壌毎に求めておき、記憶部２に記憶しておく（ステップＳ２１）。本実施形態では、実験結果に基づいて横軸を比抵抗（Ωｍ）、縦軸を固有熱抵抗（℃ｃｍ／Ｗ）としたグラフ（図３）を作成し、このグラフに基づいて比抵抗と固有熱抵抗との関係１である実験式を求め、この実験式及びその定数を記憶部２に記憶しておく。例えば作業者が入力部３を使用して関係１を入力し、記憶部２に記憶させておく。なお、図３において、実線は土壌毎の累乗近似式を示している。
【００３０】
次に、制御部６の計測データ読込部９は、調査現場で新たに計測された比抵抗の計測値と土壌の種類を記憶部２から読み込む（ステップＳ２２）。ここで、計測データ読込部９は、比抵抗の計測値と土壌の種類が既に記憶部２に記憶されている場合には直ぐにステップＳ２２を実行する。一方、比抵抗の計測値と土壌の種類が記憶部２に記憶されていない場合には入力待ちの状態となり、比抵抗の計測値と土壌の種類の両方が記憶部２に記憶されてからステップＳ２２を実行する。そして、計測データ読込部９は読み込んだ計測値と土壌の種類を算出部４に供給する。
【００３１】
算出部４は土壌の種類が一致する関係１を記憶部２から読み込み、計測データ読込部９から供給された計測値をこの関係１に当てはめて固有熱抵抗を求める（ステップＳ２３）。具体的には、土壌の種類が一致する定数ａ，ｎを記憶部２から読み込み、定数ａ，ｎと比抵抗ρの計測値を数式１に代入することで固有熱抵抗ｇを算出する。
【００３２】
そして、算出された固有熱抵抗ｇは記憶部２に記憶されると共に、表示部７に表示される（ステップＳ２４）。その後、測定用プログラム５は終了する。
【００３３】
なお、２回目以降の測定では、比抵抗と固有熱抵抗との関係１が既に記憶部２に記憶されているので、ステップＳ２１を飛ばしてステップＳ２２から実行される。
【００３４】
本発明は、例えば変電所のケーブル引出部等の埋設されたケーブルが密集する場所、大電力を必要とする変電所から変電所までの経路や変電所から需要家までの経路、下水道管などの熱を発する埋設物が近傍にある区間等の土壌の固有熱抵抗の測定に使用される。
【００３５】
本発明では、調査現場の土壌の比抵抗を計測することでその土壌の固有熱抵抗を求めることができるので、簡単な作業で迅速に土壌の固有熱抵抗を求めることができる。そのため、低コストで土壌の固有熱抵抗を求めることができる。また、比抵抗計測器１１は広く一般的に普及しており、入手が容易である。したがって、一般に広く普及している機器類を利用して土壌の固有熱抵抗を求めることが可能になる。
【００３６】
次に、本発明の土壌の固有熱抵抗測定装置の第２の実施形態について説明する。なお、上述の実施形態と同一の部材・構成要素には同一の符号を付してある。図７に本発明の土壌の固有熱抵抗測定装置（熱抵抗測定装置）を示す。熱抵抗測定装置は、土壌の種類毎に予め求められた比抵抗と固有熱抵抗との関係（第１の関係）１および地質の種類毎に予め求められた土壌の種類とＳ波速度との関係（第２の関係）３１を記憶している記憶手段２と、調査現場の地質の種類および調査現場における土壌のＳ波速度の計測値および調査現場における土壌の比抵抗の計測値を読み込む入力手段３と、Ｓ波速度の計測値を地質の種類が一致する第２の関係３１に当てはめて土壌の種類を推定すると共に、推定した土壌の種類と一致する第１の関係１に比抵抗の計測値を当てはめて固有熱抵抗を求める算出手段４とを備えるものである。この熱抵抗測定装置は、本発明の土壌の固有熱抵抗測定用プログラム５をコンピュータ上で実行することによっても実現される。本実施形態では、土壌の固有熱抵抗測定用プログラム（以下、単に測定用プログラムという）５をコンピュータ上で実行する場合を例に挙げて説明する。
【００３７】
土壌の熱抵抗測定プログラム５を実行するための本実施形態の熱抵抗測定装置の全体構成を図７に示す。この熱抵抗測定装置は、制御部６、記憶部（記憶手段）２、入力部（入力手段）３、表示部７を備え相互にバス等の信号回線１２により接続されている。
【００３８】
制御部６は記憶部２に記憶されている測定用プログラム５によって熱抵抗測定装置全体の制御並びに固有熱抵抗の算出等に係る演算を行うものであり、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）である。記憶部２は少なくともデータやプログラムを記憶可能な装置であり、例えばハードディスクである。
【００３９】
入力部３は少なくとも作業者の命令等を制御部６等に与えるためのインターフェイスであり、例えばキーボードである。表示部７は制御部６の制御により文字や図形等の描画・表示を行うものであり、例えばディスプレイである。
【００４０】
熱抵抗測定装置の制御部６には、測定用プログラム５を実行することにより、記憶手段２に予め記憶されている土壌の種類毎に求められた比抵抗と固有熱抵抗との関係である第１の関係１および地質の種類毎に予め求められた土壌の種類とＳ波速度との関係である第２の関係３１を読み込む手段としての関係読込部８、調査現場の地質の種類および調査現場において新たに計測された土壌のＳ波速度の計測値および調査現場において新たに計測された土壌の比抵抗の計測値を読み込む手段としての計測データ読込部９、Ｓ波速度の計測値を地質の種類が一致する第２の関係３１に当てはめて土壌の種類を推定すると共に、推定した土壌の種類と一致する第１の関係１に土壌の比抵抗の計測値を当てはめて固有熱抵抗を求める手段としての算出部（算出手段）４が構成される。
【００４１】
熱抵抗測定装置には、受信装置１０がバス等の信号回線等により接続されており、例えば調査現場で新たに計測される土壌の比抵抗の計測値およびＳ波速度の計測値はこの受信装置１０を介して熱抵抗測定装置に供給され、記憶部２に記憶される。ここで、例えば調査現場に設置した比抵抗計測器１１および弾性波探査用測定器３２と受信装置１０とを通信回線１３によって接続し、比抵抗計測器１１の計測値および弾性波探査用測定器３２によるＳ波速度の計測値（以下、単に弾性波探査用測定器３２の計測値という）を自動的に受信装置１０に供給するようにしても良いし、作業者の送信操作によって比抵抗計測器１１の計測値および弾性波探査用測定器３２の計測値を受信装置１０に供給するようにしても良い。あるいは、作業者が入力部３を操作して比抵抗計測器１１の計測値および弾性波探査用測定器３２の計測値を直接入力し、記憶部２に記憶させるようにしても良い。
【００４２】
ここで、弾性波としてはＳ波の他にＰ波もあるが、本実施形態でＳ波を使用するのは以下の理由による。即ち、Ｐ波速度は土壌が含む水分量（含水率）に強く依存し、少しでも不飽和（空気が入ってくる）になると土壌の種類によらず音速（３４０ｍ／ｓ）に近い値になるので土壌の種類の判別には不向きである。特に、調査現場において土壌の固有熱抵抗を調査する地点は地下水面より上部の不飽和地盤であるケースが多く、Ｐ波は土壌種類の判定に不向きである。ただし、水で飽和している土壌を対象にする場合には、Ｐ波の使用も可能である。
【００４３】
これに対し、Ｓ波速度は土壌の含水率への依存は低く、土壌の粒径や間隙率に依存する。図９に土壌を伝播するＳ波速度と土壌の粒径（５０％粒径（ｍｍ））との関係を示す。乾燥状態と飽和度２０％状態について実験を行った結果である。図９からも明らかなように、Ｓ波速度は土壌の粒径に依存し、しかもこの傾向は乾燥状態と飽和度２０％状態とでは大きな違いがない。また、図１０に土壌を伝播するＳ波速度と土壌の間隙率（％）との関係を示す。乾燥状態と飽和度２０％状態について実験を行った結果である。図１０からも明らかなように、Ｓ波速度は土壌の間隙率に依存し、しかもこの傾向は乾燥状態と飽和度２０％状態とでは大きな違いがない。
【００４４】
以上より、Ｓ波速度に基づいて土壌の種類の判別が可能である。即ち、土壌の間隙率や粒径は同じ種類の土壌（例えば粘性土、砂質土、礫質土など）であってもその土壌の属する地質（例えば有楽町層、七号地層、東京層、江戸川層、上総層など）が異なれば変わるが、土壌の間隙率や粒径の大小関係は地質が異なっても変わらない。例えば、関東平野は有楽町層、七号地層、東京層、江戸川層、上総層で構成されており、有楽町層→七号地層→東京層→江戸川層→上総層の順に堆積年代が古く、より締まった地層となっている。そして、土壌（粘性土、砂質土、礫質土）の間隙率や粒径は地質（有楽町層、七号地層、東京層、江戸川層、上総層）毎に変わるが、間隙率や粒径の大小関係（粘性土＜砂質土＜礫質土）は地質が異なっても変わらない。Ｓ波速度は土壌の間隙率や粒径に依存する。したがって、土壌のＳ波速度も、たとえ同種の土壌であっても地質が異なれば変わるが、Ｓ波速度の大小関係（粘性土＜砂質土＜礫質土）は地質が異なっても変わらない。そのため、各地質毎に土壌の種類とＳ波速度との関係（第２の関係３１）を予め求めておけば、地質の種類がわかり、Ｓ波速度がわかることで、土壌の種類を判別することができる。本実施形態はこの原理を利用して調査現場の土壌の種類を推定するものである。
【００４５】
調査現場の地質の種類は、例えば作業者が入力部３を操作して直接入力し、記憶部２に記憶させる。
【００４６】
比抵抗と固有熱抵抗との関係である第１の関係１は、例えば実験を行なって求められ、予め記憶部２に記憶されている。作業者は、少なくとも調査現場の地質を構成する土壌と同じ種類の土壌について比抵抗と固有熱抵抗との第１の関係１を求めておく。比抵抗と固有熱抵抗との第１の関係１を図３に示す。本実施形態では、土壌の種類として、例えば豊浦砂（標準砂）、珪砂５号、珪砂３号、シルト、粘土について比抵抗と固有熱抵抗の第１の関係１を求めている。また、この第１の関係１の実験式を数式２に、各実験式の定数ａ，ｎを表２にそれぞれ示す。ここで、ｇは固有熱抵抗、ρは比抵抗、ａ，ｎは土壌による定数である。
【００４７】
＜数２＞    ｇ＝ａρｎ
【００４８】
【表２】
2011002448.tif 000004
【００４９】
土壌の種類とＳ波速度との関係である第２の関係３１は、例えば実験を行なって求められ、予め記憶部２に記憶されている。作業者は、少なくとも調査現場の地質と同じ地質について土壌の種類とＳ波速度との第２の関係３１を求めておく。
【００５０】
ここで、土壌の種類とＳ波速度との関係を図１１および表３に示す。図１１および表３は地質を構成する土壌の種類毎のＰ波速度とＳ波速度との関係を示すが、これらから土壌の種類とＳ波速度との間には相関関係があることがわかる。例えば、有楽町層であれば、Ｓ波速度（ｍ／Ｓ）は、粘性土：１３５、砂質土：１９０、礫質土：３０８である。これらの値と調査現場におけるＳ波速度の計測値とを比較し、一致するもの、あるいは許容できる範囲で一番近いものを当該調査現場の土壌と推定する。
【００５１】
【表３】
2011002448.tif 000005
【００５２】
なお、図１１および表３は全て地下水面以下の飽和地盤を対象に実験を行ったものであり、この場合にはＰ波速度についても、Ｓ波速度と同様に、土壌の種類との間に相関関係がある。
【００５３】
次に、土壌の固有熱抵抗測定方法について説明する。この熱抵抗測定方法は、例えば図８に示すように、土壌の比抵抗と固有熱抵抗との関係を土壌の種類毎に予め求めて第１の関係１とすると共に、土壌の種類とＳ波速度との関係を地質の種類毎に予め求めて第２の関係３１とし（ステップＳ４１）、調査現場において土壌の比抵抗とＳ波速度を実際に計測し（ステップＳ４２）、Ｓ波速度の計測値を地質の種類が一致する第２の関係３１に当てはめて土壌の種類を推定すると共に、推定した土壌の種類と一致する第１の関係１に比抵抗の計測値を当てはめて調査現場の固有熱抵抗を求める（ステップＳ４３）ものである。
【００５４】
まず最初に、予め実験を行なって比抵抗と固有熱抵抗との第１の関係１を土壌毎に求めておき、記憶部２に記憶しておく。同様に、予め実験を行って土壌の種類とＳ波速度との第２の関係３１を地質の種類毎に求めておき、記憶部２に記憶しておく（ステップＳ４１）。
【００５５】
次に、制御部６の計測データ読込部９は、調査現場で新たに計測された比抵抗の計測値およびＳ波速度の計測値と調査現場の地質の種類を記憶部２から読み込む（ステップＳ４２）。ここで、計測データ読込部９は、比抵抗の計測値とＳ波速度の計測値と地質の種類が既に記憶部２に記憶されている場合には直ぐにステップＳ４２を実行する。一方、比抵抗の計測値とＳ波速度の計測値と地質の種類が記憶部２に記憶されていない場合には入力待ちの状態となり、比抵抗の計測値とＳ波速度の計測値と地質の種類の全てが記憶部２に記憶されてからステップＳ４２を実行する。そして、計測データ読込部９は読み込んだ計測値と地質の種類を算出部４に供給する。
【００５６】
算出部４は地質の種類が一致する第２の関係３１を記憶部２から読み込み、計測データ読込部９から供給されたＳ波速度の計測値をこの第２の関係３１に当てはめて土壌の種類を推定すると共に、推定した土壌の種類と一致する土壌種類の第１の関係１を記憶部２から読み込み、計測データ読込部９から供給された比抵抗の測定値をこの第１の関係１に当てはめて固有熱抵抗を求める（ステップＳ４３）。具体的には、土壌の種類が一致する定数ａ，ｎを記憶部２から読み込み、定数ａ，ｎと比抵抗ρの計測値を数式２に代入することで固有熱抵抗ｇを算出する。
【００５７】
そして、算出された固有熱抵抗ｇは記憶部２に記憶されると共に、表示部７に表示される（ステップＳ４４）。その後、測定用プログラム５は終了する。
【００５８】
なお、２回目以降の測定では、比抵抗と固有熱抵抗との第１の関係１および土壌の種類とＳ波速度との第２の関係３１が既に記憶部２に記憶されているので、ステップＳ４１を飛ばしてステップＳ４２から実行される。
【００５９】
本発明では、調査現場の土壌の比抵抗とＳ波速度を計測することでその土壌の固有熱抵抗を求めることができるので、簡単な作業で迅速に土壌の固有熱抵抗を求めることができる。そのため、低コストで土壌の固有熱抵抗を求めることができる。また、比抵抗計測器１１および弾性波探査用測定器３２は広く一般的に普及しており、入手が容易である。したがって、一般に広く普及している機器類を利用して土壌の固有熱抵抗を求めることが可能になる。
【００６０】
また、本実施形態では第２の関係３１に基づいて土壌の種類を推定することができるので、調査現場において作業員がボーリング孔を掘削せずに、土壌の種類を調べなくても土壌の固有熱抵抗を測定することができる。
【００６１】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【実施例１】
【００６２】
土壌の物性値として比抵抗，飽和度，固有熱抵抗の相関性を調べる室内試験を行なった。土壌試料として、以下の５種類の人工土壌試料を使用した。
・豊浦標準砂（平均粒径：約０．２ｍｍ）
・５号珪砂（平均粒径：約０．５ｍｍ）
・３号珪砂（平均粒径：約１．２ｍｍ）
・シルト（平均粒径：約０．０１ｍｍ）
・木節粘土（平均粒径：約０．００１ｍｍ）
【００６３】
試験は人工土壌試料をサンプルホルダに入れて行なった。試験に使用したサンプルホルダを図４に示す。サンプルホルダは例えばアクリル板を箱状に組み立てたものであり、その寸法は、例えば縦：１２ｃｍ、横：１２ｃｍ、高さ：５ｃｍとなっている。
【００６４】
サンプルホルダには、比抵抗を計測するための左右一対の電流電極１４ａ，１４ｂ及び左右一対の電位電極１５ａ，１５ｂが取り付けられている。また、サンプルホルダの側面には、熱抵抗を計測するために熱抵抗測定用プローブを挿入する孔１８が設けられている。
【００６５】
比抵抗の計測は以下のようにして行なわれる。サンプルホルダの両側面には左右一対の電流電極１４ａ，１４ｂが取り付けられている。また、底板の両側部近傍には左右一対の電位電極１５ａ，１５ｂが取り付けられている。電流電極間１４ａ，１４ｂに矩形波の電流を流し、その際に生じる電位差を電位電極１５ａ，１５ｂを用いて計測することで、土壌試料の比抵抗を計測する。計測には、例えば応用地質株式会社製のミニオームの使用が可能である。
【００６６】
固有熱抵抗の計測は以下のようにして行なわれる。サンプルホルダの側面に設けられたプローブ挿入用の孔１８から熱抵抗測定用プローブを差し込み、当該プローブに一定の熱量を加えることで試料を加熱し、その温度変化を観察することで温度の上昇の仕方（温度の傾き）から試料の固有熱抵抗を求める。計測には、クリマテック株式会社製の土壌熱伝導率測定器（ＴＰ０８）の使用が可能である。
【００６７】
（サンプルホルダ重量の計測）
サンプルホルダ自体の重量ｍｈ０（単位：ｇ）を計測した。この時、サンプルホルダの中には何も入れない状態であり、また熱抵抗測定用プローブは装着した状態にした。
【００６８】
（乾燥試料の作成）
（１）乾燥試料の作成手順を説明する。まず、サンプルホルダに乾燥試料を入れる。間隙率の計測等の観点から、試料はサンプルホルダいっぱいまで入れるようにする。
【００６９】
試料は間隙・空隙ができないように締め固めながら作成した。そのため、試料をサンプルホルダに１〜１．５ｃｍ程度入れて、鉛の分銅と、金属のヘラで填圧を十分に行った。この填圧作業を４〜５回程度に分けて繰り返し、サンプルホルダいっぱいより、やや多い程度まで試料を詰めた後、サンプルホルダの上端、試料の厚さにして、５ｃｍになるようにプラスチック製のヘラで調整し、試料上面を平坦に整えた。
【００７０】
（２）次に、(１)の状態における重量ｍｈ（単位：ｇ）を計測した。そして、得られた値を用いて、数式３を用いて試料の間隙率φを算出した。ここで、Ｖはサンプルホルダの体積（単位：ｃｍ３）、ρｓは土粒子の密度（単位：ｇ／ｃｍ３）である。
【００７１】
【数３】
2011002448.tif 000006
【００７２】
（含水状態の試料の作成）
（１）含水状態の試料の作成について説明する。まず、サンプルホルダを十分に満たすことのできる量よりやや多めの試料を、あらかじめ乾燥重量を計測済みのボウルに入れた。ボウルごと試料の重量を計測し、ボウルの重量を差し引いた試料の重量を記録した。その試料に一定量ｍｗ（単位：ｇ）の蒸留水を加えた。試料に加える水の量については、間隙率の大きさ等に応じて、設定飽和度になる程度の量だけ加えるようにし、その重量を記録した。
【００７３】
（２）次に、試料と蒸留水が均一になるようにボウル内で混ぜ合わせた。ここで、混ぜ合わせた試料の重量を改めて計測し記録した。
【００７４】
（３）その後、混ぜ合わせた試料をサンプルホルダに入れた。乾燥試料と同様に、１〜１．５ｃｍ程度入れて、鉛の分銅と、金属のヘラで填圧を十分に行った。この填圧作業は試料の含水状態によって作業性が大きく異なった。そのため、必要に応じて厚さ・回数を調整し、４〜５回程度に分けて繰り返した。サンプルホルダいっぱいより、やや多い程度まで試料を詰めた後、サンプルホルダの上端、試料の厚さにして、５ｃｍになるようにプラスチック製のヘラで調整し、試料上面を平坦に整えた。
【００７５】
（４）次に、サンプルホルダごと重量ｍｈｓを計測し、上記(２)において計測しておいた混ぜ合わせた際の、砂と蒸留水の重量比から、サンプルホルダに入った砂と蒸留水の量をそれぞれ求めた。そして、数式４，５を用いて試料の含水比ｗ及び飽和度Ｓｒを算出した。ここで、Ｖｗは試料に加えた水の体積（単位：ｃｍ３）である。
【００７６】
【数４】
2011002448.tif 000007
【数５】
2011002448.tif 000008
【００７７】
（完全飽和した試料の作成）
（１）完全飽和した試料の作成手順について説明する。まず、サンプルホルダに蒸留水を２ｃｍ程度入れた。そこに試料を水中落下させながら１〜１．５ｃｍ程度堆積させた。
【００７８】
（２）次に(１)の試料をデシケータの中にいれ、真空脱気を行った（７分程度）。この作業により不要な気泡等を取り除き、完全に飽和した試料を作成した。デシケータから出したサンプルホルダの試料を、鉛の分銅と、金属のヘラで填圧を十分に行った。
【００７９】
（３）その後、(１)(２)を必要な回数（３〜４回程度）繰り返した。
【００８０】
（４）サンプルホルダの高さの８割程度まで試料が達した後、１晩程度デシケータの中にいれ、真空脱気を行った。この際、別の容器（ビーカー等）に蒸留水で満たした試料を同時に脱気しておいた。
【００８１】
（５）１晩程度脱気を行ったサンプルホルダを、デシケータから出し、鉛の分銅と、金属のヘラで填圧を十分に行った。更に、サンプルホルダを十分に満たすまで、別の容器で脱気した試料を加えて、サンプルホルダの上端を超えるまで填圧を行い、５ｃｍになるようにプラスチック製のヘラで調整し、試料上面を平坦に整えた。
【００８２】
（６）サンプルホルダごと重量ｍｈｓを計測し、完全飽和状態の試料の重量として記録した。
【００８３】
（７）各種計測を終了した後、試料をあらかじめ乾燥重量を計測済みのボウルに、サンプルホルダから移し入れた。その際、試料が残らないように蒸留水をかけながら、すべてをボウルに流し入れた。その後、試料をボウルごと１１０℃の乾燥炉に入れて乾燥させた。乾燥させた試料の重量を計測し、完全飽和状態の試料の重量との差から、試料の含水比ｗ及び飽和度Ｓｒを算出し記録した。
【００８４】
（混合試料の作成）
混合試料の作成手順を説明する。間隙率による各物性の変化をみるために、粒径の大きい３号珪砂に対して、粒径の小さい豊浦標準砂を混ぜ合わせた試料を作成した。作成方法は、サンプルホルダに詰める前に、或いは、ボウルに試料を作成する前に、設定した配合比率になるように、それぞれの重量を量り、比率を合わせるようにした。その後の作成方法は、上述の乾燥試料の作成と含水状態の試料の作成に準じて行った。粒径の大きい３号珪砂と、粒径の小さい豊浦標準砂は分離しやすいため、極力均等になるようにサンプルホルダに詰めるように努めた。
【００８５】
次に、計測手順について説明する。
（飽和度と物性値との相関性の計測）
上述の５種類の人工土壌試料を用いて、それぞれの試料において含水量を変化させることで土壌水分飽和度の異なる試料を作成し、試験を行った。飽和度は、乾燥状態（０％）、２０％程度、４０％程度、６０％程度、８０％程度、及び飽和状態（１００％）の６種類作成した。
【００８６】
まず、乾燥状態における計測を行い、その後、含水状態の試料の計測で説明した要領で乾燥試料に水を加えて飽和度２０％程度の試料を作成して計測を行い、計測終了後その試料をボウルに戻し、水を加えることで今度は飽和度４０％程度の試料を作成して計測していくという要領で、飽和度８０％程度までの計測を順次行った。最後に、デシケータを用いて試料を飽和させ（１晩程度）、完全飽和状態における試料の計測を行った。また、試料に応じて設定飽和度を追加して測定を行った。
【００８７】
（データの再現性に関する検討方法）
各条件での計測を行う際には、一連の計測を終えた試料を取り出し、それを再び入れ直して一連の計測を行った。ひとつの試料につき３回繰り返すことで再現性のあるデータが得られているか確認を行いながら計測を行った。
【００８８】
完全飽和状態の試料においては、真空脱気作業を伴い、多くの時間を要することから、１回のみの計測とした。
【００８９】
（比抵抗の計測方法）
サンプルホルダにおける電極１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂの電線を、比抵抗計測装置（Mini-OHM、応用地質製）に接続させ、試料の比抵抗を計測した。計測は３回程度行い、その平均値を値として採用した。ただし、試料の乾燥のため試料に電気が流れないような場合には、計測は行わなかった。計測機材の仕様を表４に示す。
【００９０】
【表４】
2011002448.tif 000009
【００９１】
（熱抵抗の計測方法）
サンプルホルダの孔１８から差し込んでいるプローブを熱伝導率計に接続させ、熱伝導率を計測した。計測は３回程度行い、その平均値を採用した。なお、計測条件（加熱時間、加熱の強さ）については、試料の種類、飽和度等に応じて適した設定にしてから計測を行った。計測機材の仕様を表５に示す。
【００９２】
【表５】
2011002448.tif 000010
【００９３】
次に、飽和度をパラメータとした各種物性値の計測結果について説明する。
（飽和度と比抵抗との関係）
それぞれ設定した飽和度において、計測した比抵抗値を表６〜表１４に示す。表６は再生砂（ＲＣ−１０）についての計測値、表７は洗い砂についての計測値、表８は３号珪砂についての計測値、表９は５号珪砂についての計測値、表１０は豊浦標準砂についての計測値、表１１は８号珪砂についての計測値、表１２はロームについての計測値、表１３はシルトについての計測値、表１４は木節粘土についての計測値である。なお、ＶｓはＳ波速度、ρは比抵抗、ｋは熱伝導率、ｇは熱抵抗である。また、図５に飽和度と比抵抗の関係を示す。いずれの試料においても、飽和度と比抵抗には両対数上で明瞭な負の相関が見られた。
【００９４】
【表６】
2011002448.tif 000011
【表７】
2011002448.tif 000012
【表８】
2011002448.tif 000013
【表９】
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【表１０】
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【表１１】
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【表１２】
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【表１３】
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【表１４】
2011002448.tif 000019
【００９５】
全試料で比較すると、飽和度と比抵抗は両対数上で粒径が小さくなるに従い低くシフトし、同じ飽和度の条件では３号珪砂が最も比抵抗が高く、５号珪砂、豊浦標準砂、シルト、粘土の順に低くなっている。
【００９６】
（飽和度と固有熱抵抗との関係）
それぞれ設定した飽和度において計測した熱伝導率と、その値から導いた固有熱抵抗を、上記表６〜表１４に示す。また、図６に飽和度と固有熱抵抗の関係を示す。いずれの試料にも、飽和度と固有熱抵抗には負の相関がみられ、飽和度が０〜２０％までは固有熱抵抗は急激に低下するが、それより飽和度が高くなると熱抵抗の低下は緩やかとなる。
【００９７】
全試料で比較すると、飽和度が０〜２０％では試料による相違が見られるが、飽和度２０％以上になるとほぼ同じ値となる。
【００９８】
次に、比抵抗と熱抵抗との相関性について検討する。上記表６〜表１４及び図３に比抵抗と熱抵抗の相関を示す。上記表６〜表１４及び図３からも明らかなように、固有熱抵抗と比抵抗とには明瞭な正の相関性が見られ、試料の粒径が小さくなるに従い両対数上で下側にシフトする。砂試料とシルト・粘土試料との間で差が大きい。
【００９９】
以上の室内試験の結果、物理探査法で得られる物性値（比抵抗）と固有熱抵抗との第１の関係１は以下のようにまとめられる。
（１）比抵抗は固有熱抵抗と良好な相関性を示し、比抵抗の低下に伴い熱抵抗は増加する傾向がある。
（２）試料によって、比抵抗と固有熱抵抗の相関性は異なる。
（３）同じ固有熱抵抗値に対し砂試料の方がシルト・粘土試料より比抵抗は１オーダー以上高い。
【０１００】
以上より、土壌の種類が特定できれば、電気探査法による比抵抗分布から熱抵抗分布を算出できることを確認できた。
【０１０１】
次に、比抵抗ρと固有熱抵抗ｇとの関係より、横軸を比抵抗、縦軸を固有熱抵抗の両対数グラフにプロットして試料ごとに累乗近似式を求め(図３)、数式６の実験式を得た。ここで、ａ，ｎは土壌に依存する定数である。
【０１０２】
＜数６＞    ｇ＝ａρｎ
【０１０３】
両対数上でいずれの試料も正の相関性があり、土壌の構成粒子が小さくなるにしたがい、左上側にシフトする傾向がみられる。定数ａは砂試料で１．６５〜６．０５、粘土・シルトで１１．９〜１２．５を示し、両者に大きな相違が見られる。一方、定数ｎは砂試料で０．３１３〜０．４５１、シルト・粘土で０．４７７〜０．５６２を示し、定数ａに対し相違は小さい。土壌の種類を識別することで、数式６を使用して固有熱抵抗を求めることができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１  比抵抗と固有熱抵抗との関係（第１の関係）
２  記憶手段
３  入力手段
４  算出手段
５  固有熱抵抗測定用プログラム
８  関係読込部
９  測定データ読込部
３１  第２の関係
【図１】
2011002448.tif 000020
【図２】
2011002448.tif 000021
【図３】
2011002448.tif 000022
【図４】
2011002448.tif 000023
【図６】
2011002448.tif 000024
【図７】
2011002448.tif 000025
【図８】
2011002448.tif 000026
【図９】
2011002448.tif 000027
【図１０】
2011002448.tif 000028
【図１１】
2011002448.tif 000029
【図５】
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