(57)【要約】【課題】地盤に作用する応力を、可視化することで簡単に知ることができるようにする。【解決手段】球体形状の剛性体４の外周面部に、染料或いは顔料を破壊強度が異なる複数種類のマイクロカプセル８に封入して形成される感圧発色部５を設けて感圧発色体３を形成すると共に、該感圧発色体３を地盤に埋設して、地盤に作用する応力に応じて前記マイクロカプセル８が破壊されることで発色する感圧発色部５の発色部位及び発色濃度により、地盤に作用する応力を三次元的に可視化するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に作用する応力を可視化する応力可視化システムであって、該応力可視化システムは、地盤に、該地盤に作用する応力によって発色する感圧発色体を埋設すると共に、該感圧発色体は、球体形状、或いは多面体形状、或いは柱体形状をした剛性体の外周面部に、染料或いは顔料を破壊強度が異なる複数種類のマイクロカプセルに封入して形成される感圧発色部が設けられたものとし、地盤に作用する応力に応じて前記マイクロカプセルが破壊されることで発色する感圧発色部の発色部位及び発色濃度により、地盤に作用する応力を三次元的に可視化することを特徴とする地盤における応力可視化システム。
【請求項２】
請求項１において、感圧発色体に、該感圧発色体が地盤に埋設された状態での上下方向及び水平方向の指標となるマーカーを設けたことを特徴とする応力可視化システム。
【請求項３】
請求項１または２において、感圧発色体を、地盤の水平方向及び垂直方向にマトリックス状に埋設したことを特徴とする応力可視化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、盛土等の地盤における応力可視化システムの技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄道、道路のようなものを施工する場合、例えば盛土をしたうえに施工するようなことがあり、この盛土のような地盤に実際にどのような応力が作用するかを知ることは、地盤の崩壊等を予測するために必要である。そしてこのような地盤に作用する応力を知るために、地盤の変位等に起因して発生する（または破壊する）音（ＡＥ（アコースティックエミッション）、即ち微小弾性波）を測定して地盤の変位を観測するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−８３６８５号公報
【特許文献２】特開昭６４−３９５８０号公報
【特許文献３】特開平８−６８６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、前記アコースティックエミッションを測定するには、専用のセンサーを土中に埋設し、これをモニタリングして測定することが要求されるため、装置全体が複雑で大型化するだけでなく、地盤に応力が作用した場合に、該応力の伝播状態については観測できないという問題がある。
そこで、地盤が礫や砂のように粒径が大きいものについては、これらに電子タグを取付け、応力が作用したときの変位を測定することが提唱されるが、地盤が泥土や粘土のように粒径が小さいものについては電子タグを取付けることはできないため測定することができず、ここに本発明の解決すべき課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、地盤に作用する応力を可視化する応力可視化システムであって、該応力可視化システムは、地盤に、該地盤に作用する応力によって発色する感圧発色体を埋設すると共に、該感圧発色体は、球体形状、或いは多面体形状、或いは柱体形状をした剛性体の外周面部に、染料或いは顔料を破壊強度が異なる複数種類のマイクロカプセルに封入して形成される感圧発色部が設けられたものとし、地盤に作用する応力に応じて前記マイクロカプセルが破壊されることで発色する感圧発色部の発色部位及び発色濃度により、地盤に作用する応力を三次元的に可視化することを特徴とする地盤における応力可視化システムである。
請求項２の発明は、請求項１において、感圧発色体に、該感圧発色体が地盤に埋設された状態での上下方向及び水平方向の指標となるマーカーを設けたことを特徴とする応力可視化システムである。
請求項３の発明は、請求項１または２において、感圧発色体を、地盤の水平方向及び垂直方向にマトリックス状に埋設したことを特徴とする応力可視化システムである。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の発明とすることにより、地震等により地盤に応力が作用した場合には、該地盤に作用する応力に応じて発色する感圧発色部の発色部位及び発色濃度によって、地盤に作用した応力の方向、大きさが三次元的に可視化されることになり、而して、地盤に作用した応力を極めて簡単且つ明瞭に知ることができる。しかも、このシステムは、アコースティックエミッション測定用センサーのような複雑で大型の装置を必要としないばかりか、地盤がどの様な大きさの粒子の地盤であっても採用することができて、汎用性に優れる。
請求項２の発明とすることにより、感圧発色体を地盤から取出した後であっても、地盤に作用した応力の方向を容易且つ正確に知ることができる。
請求項３の発明とすることにより、地盤に作用した応力の分布や伝播状態も可視化できることになる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】（Ａ）は感圧発色体の埋設状態を示す図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＹ−Ｙ断面図である。
【図２】（Ａ）は感圧発色体の全体図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ矢視拡大図、（Ｃ）は感圧発色部の構造を示す断面図である。
【図３】感圧発色体の発色の相対濃度と地盤に作用する応力との関係を示す図である。
【図４】他例の感圧発色部の構造を示す断面図である。
【図５】（Ａ）は他例のマーカーを示す図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ矢視拡大図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は他例の剛性体の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１において、１は鉄道線路２の路盤となる盛土（本発明の地盤に相当する）であって、該盛土１には、盛土１に作用する応力を可視化するための手段として、感圧発色体３が埋設されている。
【０００９】
前記感圧発色体３は、図２に示す如く、球体形状をした中空或いは中実の剛性体４の外周面部に、後述するように応力に応じて発色する感圧発色部５が設けられたものであって、上記剛性体４は、盛土１に応力が作用しても破損したり変形したりしないように、例えばセラミックスやステンレス等のように非腐食性物質で強固な剛性を有した素材から形成されている。
【００１０】
さらに、前記剛性体４には、盛土１に埋設された状態での感圧発色体３の上下方向の指標となる第一マーカー用突起４ａと、水平方向の指標となる第二マーカー用突起４ａとが突設されている。そして、感圧発色体３を盛土１に埋設する際に、第一マーカー用突起４ａが上方を向き、且つ、第二マーカー用突起４ｂが水平方向の何れか特定された方位（例えば南、北、東、西等）を向くようにして埋設することによって、感圧発色体３の何れの部位が何れの方向を向いて埋設されていたかを判別できるようになっている。尚、上記第一マーカー用突起４ａ及び第二マーカー用突起４ｂは、本発明のマーカーに相当する。
【００１１】
また、前記第一マーカー用突起４ａには、感圧発色体３の埋設位置を特定するためのマークＰ（数字やアルファベット、記号等）が印されており、これによって、盛土１に応力が作用したときに感圧発色体３が変位したとしても、変位前の感圧発色体３の埋設箇所を特定できるようになっている。尚、本実施の形態では、感圧発色体３の埋設位置を特定するためのマークＰを、上下方向の指標となる第一マーカー用突起４ａに印したが、水平方向の指標となる第二マーカー用突起４ｂに印しても良く、また、第一、第二マーカー用突起４ａとは別の部位にマークＰを印すように構成することもできる。
【００１２】
一方、前記感圧発色部５は、図２（Ｃ）に示す如く、剛性体４の外周面部に貼着される基材６と、該基材６上に塗布される発色剤層７から構成される。上記基材６は、シート状或いはフィルム状のものであって、例えば、紙、合成紙、プラスティックフィルム等から形成されている。
【００１３】
また、発色剤層７は、染料或いは顔料が封入された多数のマイクロカプセル８を含有する層であって、染料としては、例えば、キサンテン系、チアジン系、フェニルメタン系、インジゴイド系、アゾ系、クマリン系、アジン系、ポリメチン系、シアニン系、フタロシアニン系、アントラキノン系、ピラゾリン系、スチルベン系、キノリン系等の化合物やこれらの混合物を使用することができ、また、顔料としては、例えば、黄鉛、亜鉛黄、鉛丹、酸化鉄赤、ウルトラマリン青、フェロシアン化鉄カリ、カーボンブラック等の無機顔料、或いはアゾ系、フタロシニアン系、インジゴイド系、アントラキノン系等の有機顔料を使用することができるが、何れも白色以外の染料又は顔料が使用される。
【００１４】
前記マイクロカプセル８は、圧力を受けることにより破壊されてマイクロカプセル８内に封入された染料或いは顔料を放出するように構成されているが、該マイクロカプセル８の破壊強度は均一ではなく、種々の異なる破壊強度を有する複数種類のマイクロカプセル８が混在していて、圧力に応じてマイクロカプセル８の破壊量が増減するように構成されている。この様な破壊強度の異なるマイクロカプセル８の製造については、既に周知となっているため説明は省略するが、マイクロカプセル８の粒径や膜厚を異ならしめることによって破壊強度を調節することができる。
【００１５】
さらに、前記マイクロカプセル８の膜壁は白色不透明であって、マイクロカプセル８の破壊前に、封入されている染料或いは顔料の色が透けないようになっていると共に、破壊前のマイクロカプセル８と破壊後のマイクロカプセル８とが混在している状態では、破壊されたマイクロカプセル６から放出された染料或いは顔料の色が明瞭に顕れるようになっている。この様な白色不透明のマイクロカプセル８は、例えば、ポリ尿素樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラニン−ホルムアルデヒド樹脂、飽和ポリエステル、ポリウレタン系、エポキシ系、シリコーン系等を用いて形成することができる。また、発色剤層７には、マイクロカプセル８の保護材料として、アラビアゴムやゼラチン、でんぷん粒子等が配合されている。
【００１６】
而して、感圧発色部５は、圧力を受けることによりマイクロカプセル８が破壊され、該マイクロカプセル８から放出された染料或いは顔料によって発色することになるが、この場合、前述したように、マイクロカプセル８は異なる破壊強度を有したものが混在しているため、圧力の大きさに応じてマイクロカプセル８の破壊量が増減する、つまり、圧力の大きさに応じてマイクロカプセル８から放出される染料または顔料の放出量が増減することになる。そして、該染料或いは顔料の放出量の増減に基づいて感圧発色部５の発色濃度が濃淡変化し、これにより、感圧発色体３が受けた圧力の大きさを可視化できるようになっている。尚、図示しないが、感圧発色体３は、例えば軟性樹脂材等からなる透明なフィルム状の保護被膜で被覆されており、これにより、土中に含有される水分や物質等によって感圧発色部５が変質したり劣化したりしないように保護されている。
【００１７】
ここで、感圧発色部５の発色の相対濃度と地盤に作用する応力との関係について、図３に示すごとく、予め実験によって検量線を作成しておく。これにより、感圧発色部５の発色濃度によって、地盤に作用する応力の大きさを測定できるようになっている。
【００１８】
そして、前記感圧発色体３を用いて盛土１に作用する応力を可視化するにあたり、前記図１に示す如く、盛土１の土中に、感圧発色体３を水平方向及び垂直方向にマトリックス状に埋設しておき、そして、例えば地震が発生したような場合に、感圧発色体３の埋設箇所を掘り起こして、感圧発色部５の発色部位及び該発色部位の発色濃度を直接目視する、或いは色濃度計で発色濃度を定量する。これにより、盛土１に作用した応力の方向、大きさ、分布、伝播状態を、三次元的に可視化できるようになっている。
【００１９】
叙述の如く構成された本形態において、盛土１に作用する応力を可視化する場合には、前述したように、盛土１の土中に、感圧発色体３を水平方向及び垂直方向にマトリックス状に埋設しておくが、該感圧発色体３は、球体形状をした剛性体４の外周面部に、染料或いは顔料を破壊強度が異なる複数種類のマイクロカプセル８に封入して形成される感圧発色部５が設けられており、そして、盛土１に応力が作用した場合には、上記マイクロカプセル８が応力に応じて破壊されることにより、該応力が作用した部分の感圧発色部５が応力に応じた発色濃度で発色することになり、これにより、盛土１に作用した応力の方向、大きさが三次元的に可視化されることになる。
【００２０】
この結果、例えば地震が発生したような場合には、感圧発色体３の埋設箇所を掘り起こして、感圧発色部５の発色部位、及び該発色部位の発色濃度を目視する、或いは色濃度計で発色濃度を定量することによって、盛土１に作用した応力の方向及び大きさを、極めて簡単且つ明瞭に知ることができることになる。しかも、このシステムは、アコースティックエミッション測定用センサーのような複雑で大型の装置を必要としないばかりか、盛土１がどの様な大きさの粒子の地盤であっても採用することができて、汎用性に優れる。
【００２１】
しかも、前記感圧発色体３には、上下方向の指標となる第一マーカー用突起４ａと、水平方向の指標となる第二マーカー用突起４ｂとが設けられているから、感圧発色体３を盛土１から取出した後であっても、盛土１に作用した応力の方向を容易且つ正確に知ることができる。
【００２２】
さらに、前記感圧発色体３を、盛土１の水平方向及び垂直方向にマトリックス状に埋設したから、盛土１に作用する応力の分布状態や伝播状態も可視化されることになり、而して、将来発生する災害に備えて盛土崩壊防止等の災害対策を行なう場合に、より確実な災害対策を行うことができる。
【００２３】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、マイクロカプセルに封入される染料としては、例えばロイコ染料のように、顕色剤と反応することにより発色する染料前駆体を用いることもできる。この場合、感圧発色部５は、例えば図４に示す如く、剛性体４の外周面部に貼着された基材６の上に、顕色剤を含有する顕色剤層９が塗布され、該顕色剤層９の上に、破壊強度の異なる複数種類のマイクロカプセル８に染料前駆体が封入された発色剤層７が塗布される。そして、このものにおいては、応力に応じて破壊されたマイクロカプセル８から放出される染料前駆体と顕色剤とが反応して発色したときの発色濃度により、地盤に作用する応力が可視化されることになる。尚、この様に染料として染料前駆体を用いる場合、感圧発色部５の構造は、前記図４に示すものに限定されることなく、例えば、染料前駆体だけでなく、顕色剤も破壊強度の異なる複数種類のマイクロカプセルに封入するように構成しても良い。
【００２４】
また、上記実施の形態では、地盤に埋設された状態での感圧発色体の上下方向及び水平方向の指標となるマーカーとして、上下方向の指標となる第一マーカー用突起４ａと、水平方向の指標となる第二マーカー用突起４ｂとを別々に設けたが、これに限定されることなく、例えば、図５に示す如く、剛性体４にマーカー用突起４ｃを一つだけ設け、該マーカー用突起４ｃの位置を上下方向の指標とすると共に、マーカー用突起４ｃに水平方向の指標となるマークＡ（例えば、矢印）を印すことによって、上下方向の指標と水平方向の指標とを兼ねたマーカーにすることもできる。尚、図５中、Ｐは感圧発色体３の埋設位置を特定するためのマークである。
【００２５】
さらに、剛性体の形状としては、前記実施の形態の球体形状のものに限定されることなく、図６（Ａ）〜（Ｄ）に示す如く、八面体や十二多面体のような多面体形状の剛性体１０、１１、或いは円柱や四角柱体のような柱体形状の剛性体１２、１３であっても良い。尚、図示しないが、上記剛性体１０、１１、１２、１３にも、上下方向及び水平方向の指標となるマーカーが設けられている。
【００２６】
さらにまた、本発明は、鉄道線路の路盤となる盛土だけでなく、道路や宅地などの種々の地盤に作用する応力の可視化システムとして実施できることは、勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、盛土等の地盤に作用する応力の方向、大きさ、分布、伝播状態等を可視化する場合に利用することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１    盛土
３    感圧発色体
４    剛性体
４ａ  第一マーカー用突起
４ｂ  第二マーカー用突起
５    感圧発色部
８    マイクロカプセル
【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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