(57)【要約】【課題】一軸圧縮試験を実施することなく亀裂の影響を受け難い変形係数を評価できる岩盤評価方法を提供する。【解決手段】岩盤評価方法は、岩盤Ｇ１に配置した鉄球１８の上部に、加速度計１６ａが取付けられた円形の平板１０を配置し、平板１０を加速度計１６ｂが取付けられた打撃体（ハンマー１２）によって打撃する工程と、平板１０の質量、打撃体の質量、加速度計１６ａによって測定された加速度、加速度計１６ｂによって測定された加速度、鉄球１８の沈下量及び鉄球１８の沈下時における岩盤Ｇ１との接触半径から、岩盤Ｇ１の変形係数を算出する工程と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象岩盤に配置した鉄球の上部に、第１加速度計が取付けられた円形の平板を配置し、前記平板を第２加速度計が取付けられた打撃体によって打撃する工程と、
前記平板の質量、前記打撃体の質量、前記第１加速度計によって測定された第１加速度、前記第２加速度計によって測定された第２加速度、前記鉄球の沈下量及び前記鉄球の沈下時における前記対象岩盤との接触半径から、前記対象岩盤の第１変形係数を算出する工程と、
を備えた岩盤評価方法。
【請求項２】
前記対象岩盤に前記平板を載置して前記平板を前記打撃体によって打撃する工程と、
前記平板の質量、前記打撃体の質量、前記第１加速度計によって測定された第１加速度、前記第２加速度計によって測定された第２加速度、前記平板の沈下量及び前記平板の半径から、前記対象岩盤における第２変形係数を算出する工程と、
を備えた請求項１に記載の岩盤評価方法。
【請求項３】
平板載試験によって複数の岩盤における基準変形係数を算出する工程と、
前記基準変形係数の対数値の平均値及び標準偏差を、岩盤等級毎に算出する工程と、
前記第１変形係数、前記第２変形係数、前記平均値及び前記標準偏差を用いて、
前記対象岩盤の岩盤等級を推測する、請求項２に記載の岩盤評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、岩盤評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、岩盤から採取したボーリングコアの一軸圧縮強度を測定し、ボーリングコアに含まれる亀裂本数をパラメーターとして岩盤の変形係数を評価する岩盤物性評価方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９４０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載された岩盤物性評価方法では、岩盤の変形係数を評価するパラメーターとして、一軸圧縮強度及びボーリングコアに含まれる亀裂本数を用いているため、一軸圧縮試験を実施せずに亀裂の影響を受け難い変形係数を評価することは難しい。すなわち、亀裂が含まれていない岩盤そのものの強度を評価することが難しい。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮して一軸圧縮試験を実施することなく、亀裂の影響を受け難い変形係数を評価できる岩盤評価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】
【０００６】
請求項１の岩盤評価方法は、対象岩盤に配置した鉄球の上部に、第１加速度計が取付けられた円形の平板を配置し、前記平板を第２加速度計が取付けられた打撃体によって打撃する工程と、前記平板の質量、前記打撃体の質量、前記第１加速度計によって測定された第１加速度、前記第２加速度計によって測定された第２加速度、前記鉄球の沈下量及び前記鉄球の沈下時における前記対象岩盤との接触半径から、前記対象岩盤の第１変形係数を算出する工程と、を備えている。
【０００７】
請求項１の岩盤評価方法によると、対象岩盤（評価対象である岩盤）と平板との間に鉄球を配置し、平板を打撃体によって打撃する。鉄球と対象岩盤とは点接触しているため、平板を打撃体によって打撃すると、鉄球から対象岩盤へ局部的な荷重が作用する。荷重が作用する部分は微小部分であるため、対象岩盤には、入力された荷重に対して、亀裂のない密実な岩盤としての強度が発現する。これにより一軸圧縮試験を実施することなく、対象岩盤における亀裂の影響を受け難い第１変形係数を算出することができる。
【０００８】
請求項２の岩盤評価方法は、前記対象岩盤に前記平板を載置して前記平板を前記打撃体によって打撃する工程と、前記平板の質量、前記打撃体の質量、前記第１加速度計によって測定された第１加速度、前記第２加速度計によって測定された第２加速度、前記平板の沈下量及び前記平板の半径から、前記対象岩盤における第２変形係数を算出する工程と、
を備えている。
【０００９】
請求項２の岩盤評価方法によると、対象岩盤に平板を載置し、平板を打撃体によって打撃する。平板と対象岩盤とは面接触するため、平板を打撃体によって打撃すると、対象岩盤において、平板の下側の部分に荷重が作用する。このため、対象岩盤には、入力された荷重に対して、荷重が作用する部分に存在する亀裂の影響を受けた強度が発現する。これにより、対象岩盤における亀裂の影響を受けた第２変形係数を算出することができる。
【００１０】
請求項３の岩盤評価方法は、平板載荷試験によって複数の岩盤における基準変形係数を算出する工程と、前記基準変形係数の対数値の平均値及び標準偏差を、岩盤等級毎に算出する工程と、前記第１変形係数、前記第２変形係数、前記平均値及び前記標準偏差を用いて、前記対象岩盤の岩盤等級を推測する。
【００１１】
請求項３の岩盤評価方法によると、平板載荷試験によって複数の岩盤における基準変形係数を算出する。さらに、この基準変形係数の対数値の平均値及び標準偏差を、岩盤等級毎に算出する。これらの算出工程により、対象岩盤の岩盤等級を推測するための基準となる基準情報を得る。さらに、対象岩盤において算出された第１変形係数及び第２変形係数と、これらの基準情報とを用いることで、対象岩盤の岩盤等級を推測することができる。なお、基準変形係数を算出するための平板載荷試験は、地盤工学会による地盤の平板積荷試験方法（ＪＧＳ１５２１）に拠るものとする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る岩盤評価方法によると、一軸圧縮試験を実施することなく亀裂の影響を受け難い変形係数を評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（Ａ）は本発明の実施形態に係る岩盤評価方法において、亀裂の影響を受ける変形係数を算出するための載荷試験を示した側面図であり、（Ｂ）は亀裂の影響を受け難い変形係数を算出するための載荷試験を示した側面図である。
【図２】（Ａ）は本発明の実施形態に係る岩盤評価方法において、加速度センサが感知した加速度の経時変化を示すグラフであり、（Ｂ）は平板又は鉄球の沈下量と載荷荷重との関係を示すグラフである。
【図３】鉄球を用いた載荷試験において岩盤内に発生する内部応力と鉄球を用いない載荷試験において岩盤内に発生する内部応力とが示されたグラフである。
【図４】鉄球を用いた載荷試験において鉄球が岩盤に沈下した状態を示す側面図である。
【図５】（Ａ）は本発明の実施形態に係る岩盤評価方法において算出された、対象岩盤における亀裂の影響を受ける変形係数及び亀裂の影響を受けない変形係数を示す表であり、（Ｂ）は別の対象岩盤における亀裂の影響を受ける変形係数及び亀裂の影響を受けない変形係数を示す表である。
【図６】岩盤等級毎の基準変形係数のバラつきを示すグラフである。
【図７】（Ａ）は岩盤等級Ｂの岩盤における基準変形係数が正規分布することを示したグラフであり、（Ｂ）は岩盤等級ＣＨの岩盤における基準変形係数が正規分布することを示したグラフであり、（Ｃ）は岩盤等級ＣＭの岩盤における基準変形係数が正規分布することを示したグラフであり、（Ｄ）は岩盤等級ＣＬの岩盤における基準変形係数が正規分布することを示したグラフであり、（Ｅ）は岩盤等級Ｄの岩盤における基準変形係数が正規分布することを示したグラフである。
【図８】岩盤等級毎の基準変形係数から算出された、基準変形係数の対数値の平均値及び対数値の標準偏差を示した表である。
【図９】（Ａ）は対象岩盤の岩盤等級を推測するための評価係数を示した表であり、（Ｂ）は別の対象岩盤の岩盤等級を推測するための評価係数を示した表である。
【図１０】（Ａ）は岩盤等級Ｂの岩盤を模した試験体を示す側面図であり、（Ｂ）は岩盤等級ＣＨの岩盤を模した試験体を示す側面図であり、（Ｃ）は岩盤等級ＣＭの岩盤を模した試験体を示す側面図であり、（Ｄ）は岩盤等級ＣＬの岩盤を模した試験体を示す側面図であり、（Ｅ）は岩盤等級Ｄの岩盤を模した試験体を示す側面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る岩盤評価方法における載荷試験結果と比較例に係るロックハンマー試験結果とを示すグラフである。
【図１２】（Ａ）は岩盤等級Ｂの岩盤を模した試験体に、本発明の実施形態に係る平板載荷試験を行なっている状態を示す側面図であり、（Ｂ）は亀裂が多く表面が平滑な岩盤を模した試験体を示す側面図であり、（Ｃ）は亀裂が多く表面に凹凸が形成された岩盤を模した試験体を示す側面図であり、（Ｄ）は岩盤等級Ｄの岩盤を模した試験体を示す側面図である。
【図１３】（Ａ）は岩盤等級Ｂの岩盤を模した試験体に、本発明の実施形態に係る鉄球載荷試験を行なっている状態を示す側面図であり、（Ｂ）は亀裂が多く表面が平滑な岩盤を模した試験体を示す側面図であり、（Ｃ）は亀裂が多く表面に凹凸が形成された岩盤を模した試験体を示す側面図であり、（Ｄ）は岩盤等級Ｄの岩盤を模した試験体を示す側面図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る岩盤評価方法における平板載荷試験結果と鉄球載荷試験結果とを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜岩盤評価方法＞
本発明の実施形態に係る岩盤評価方法では、評価する対象岩盤の「変形係数」を算出する。また、算出された変形係数と、複数の岩盤（対象岩盤以外の岩盤）における変形係数から算出される「基準情報」と、を用いて対象岩盤の「岩盤等級」を推測する。すなわち、本発明の実施形態に係る岩盤評価方法によると、対象岩盤の「変形係数」と「岩盤等級」とを知ることができる。
【００１５】
本明細書においては、まず評価する対象岩盤における「変形係数」を算出する方法を説明し（＜変形係数の算出＞）、次いで、複数の岩盤における変形係数から「基準情報」を算出する方法について説明し（＜基準情報の算出＞）、その後、対象岩盤における「変形係数」と「基準情報」を用いて対象岩盤の「岩盤等級」を推測する方法を説明する（＜岩盤等級の推測＞）。また最後に、試験体を用いた本発明に係る「変形係数」を算出するための載荷試験結果と公知のロックハンマー試験結果とを比較して、本発明に係る載荷試験の有用性について検証する（＜載荷試験検証実験＞）。
【００１６】
＜変形係数の算出＞
本実施形態に係る岩盤評価方法においては、評価する対象岩盤の「亀裂の影響を受ける変形係数」と、「亀裂の影響を受け難い変形係数」とを、対象岩盤に対する載荷試験によって算出する。
【００１７】
岩盤の内部には亀裂が存在するが、当該亀裂の数量や密着度合いは岩盤毎に異なっており、例えば同じ成分の岩石で形成された岩盤であっても、亀裂の状態によって変形係数は変化する。例えば亀裂が多い岩盤の変形係数は、亀裂が少ない岩盤の変形係数より小さい。また、亀裂の密着度合いが低い（隙間が大きい）岩盤の変形係数は、亀裂の密着度合いが高い岩盤の変形係数より大きい。
【００１８】
「変形係数」とは、岩盤に載荷した際における、岩盤の単位変位に対する作用圧力を示しており、その値が大きいほうが岩盤の強度は大きい。本発明の実施形態に係る「亀裂の影響を受ける変形係数」とは、亀裂の影響により強度が低減された状態における岩盤の変形係数を示すものである。また、「亀裂の影響を受け難い変形係数」とは、亀裂が存在しないと仮定した、岩盤そのものの変形係数（亀裂の影響を考慮しない変形係数）を示すものである。
【００１９】
（亀裂の影響を受ける変形係数の算出）
図１（Ａ）には、対象岩盤Ｇ１における「亀裂の影響を受ける変形係数（以下の説明において「変形係数Ｅ１」と称す。）」を算出するための載荷試験の様子が示されている。
変形係数Ｅ１を算出するためには、まず、対象岩盤Ｇ１の上に平板１０を載置する。平板１０は半径ｒの円形の板とされ、本実施形態においては、高さ方向に十分な寸法を有する鉄製の円柱体とされている。変形係数Ｅ１は、本発明における第２変形係数の一例である。
【００２０】
なお、平板１０の高さ方向の寸法は、平板１０が打撃体としてのハンマー１２によって打撃された際に、設置面が変形しない程度の剛性を確保できる寸法であればよい。また、本実施形態において、半径ｒは約１７．５ｍｍ程度とされている。
【００２１】
平板１０の上部にはゴム板１４が載置され、平板１０が金属製のハンマー１２によって直接打撃されないように平板１０の上面を保護している。平板１０、ハンマー１２には、それぞれ加速度センサ１６ａ（第１加速度計）、加速度センサ１６ｂ（第２加速度計）が設置されている。ハンマー１２で平板１０を打撃（載荷）すると、岩盤Ｇ１には平板１０から等分布荷重が作用する。
【００２２】
ここで、平板１０の重量をｍ１、ハンマー１２の重量をｍ２、平板１０をハンマー１２で打撃した際に、平板１０に取り付けられた加速度センサ１６ａによって測定される加速度をａ１（第１加速度）、ハンマー１２に取り付けられた加速度センサ１６ｂによって測定される加速度をａ２（第２加速度）とすると、ハンマー１２による打撃荷重Ｆは、次の（１−１）式を用いて表される。
【００２３】
Ｆ＝ｍ１・ａ１＋ｍ２・ａ２    …（１−１）
【００２４】
より具体的には、平板１０をハンマー１２で打撃すると、図２（Ａ）に示すように、時系列に沿って加速度ａ１、a２が測定される。例えば時刻ｔにおいては、加速度ａ１（ｔ）、ａ２（ｔ）が測定される。このとき、時刻ｔにおける荷重Ｆ（ｔ）は、（１−１）式を書き換えて、次の（１−２）式のように表される。
【００２５】
Ｆ（ｔ）＝ｍ１・ａ１（ｔ）＋ｍ２・ａ２（ｔ）  …（１−２）
【００２６】
また、時刻ｔにおける平板１０の沈下量δ（ｔ）は、時刻ｔにおける平板１０の加速度ａ１（ｔ）を２回積分することにより、次の（２）式のように算出される。
【００２７】
δ（ｔ）＝∬{ａ１（ｔ）}ｄｔ  …（２）
【００２８】
ここで、時刻ｔにおける平板１０の沈下量δ（ｔ）及び荷重Ｆ（ｔ）を、座標（δ（ｔ），Ｆ（ｔ））としてグラフにプロットすると、図２（Ｂ）が得られる。図２（Ｂ）は、平板１０の沈下量に対する作用荷重の関係（沈下量−荷重曲線）を示している。
【００２９】
図２（Ｂ）に示された沈下量−荷重曲線の傾きｍは、平板１０の単位沈下量（Δδ）当りにおける作用荷重（ΔＦ）であり、次の（３）式で表される。
【００３０】
ｍ＝ΔＦ／Δδ  …（３）
【００３１】
平板１０から岩盤Ｇ１に加わる荷重Ｆによって、岩盤Ｇ１の内部には応力Ｐが発生する。平板１０は半径ｒの円形状とされているため、応力Ｐは作用荷重を面積で割って、次の（４）式で表される。
【００３２】
Ｐ＝Ｆ／（π・ｒ２）  …（４）
【００３３】
ここで、岩盤Ｇ１の変形係数Ｅ１（亀裂の影響を受ける変形係数）は、周知の計算式を用いて、次の（５−１）式で表される。
【００３４】
Ｅ１＝｛π・ｒ・（１−ν２）／２｝・（ΔＰ／Δδ）  …（５−１）
【００３５】
（４）式を（５−１）式に代入すると、次の（５−２）式が得られる。
【００３６】
Ｅ１＝｛π・ｒ・（１−ν２）／２｝・｛ΔＦ／（π・ｒ２・Δδ）｝  …（５−２）
【００３７】
（３）式を（５−２）式に代入すると、次の（５−３）式が得られる。
【００３８】
Ｅ１＝（１−ν２）・ｍ／２ｒ  …（５−３）
【００３９】
ここで、νは岩盤のポアソン比であり、ν＝０．３として計算される。ｒは平板１０の半径である。ｍは図２（Ｂ）に示されたグラフの傾きであり、平板１０の重量ｍ１、ハンマー１２の重量ｍ２、加速度ａ１、加速度ａ２、平板１０の沈下量Δδ及び平板１０の半径ｒを用いて、上述した手順（式（１−１）〜式（３））によって、算出される。
【００４０】
以上の工程により、「亀裂の影響を受ける変形係数Ｅ１」を算出することができる。
【００４１】
（亀裂の影響を受け難い変形係数の算出）
【００４２】
図１（Ｂ）には、対象岩盤Ｇ１における「亀裂の影響を受け難い変形係数（以下の説明において「変形係数Ｅ２」と称す。）」を算出するための載荷試験の様子が示されている。変形係数Ｅ２を算出する手順は、変形係数Ｅ１を算出する手順と同様であるが、以下の点で変形係数Ｅ１を算出する手順と異なっている。変形係数Ｅ２は、本発明における第１変形係数の一例である。
【００４３】
変形係数Ｅ２を算出するためには、対象岩盤Ｇ１と平板１０との間に、半径ｄの鉄球１８を配置する。
【００４４】
対象岩盤Ｇ１と平板１０との間に鉄球１８を配置した状態でハンマー１２によって平板１０を打撃（載荷）すると、岩盤Ｇ１には鉄球１８から集中荷重が作用する。これは、鉄球１８と岩盤Ｇ１とが点接触しているためである。
【００４５】
例えば図３には、鉄球１８を用いず、平板１０によって岩盤Ｇ１へ荷重を作用させた場合の岩盤Ｇ１内における内部応力が、平板１０の設置面からの深度毎に黒丸及び黒丸を繋いだ曲線Ｐ１で示されている。これに対して鉄球１８によって岩盤Ｇ１へ荷重を作用させた場合の岩盤Ｇ１内における内部応力は、鉄球１８の設置面からの深度毎に白丸及び白丸を繋いだ曲線Ｐ２で示されている。
【００４６】
図３に示されるように、鉄球１８によって岩盤Ｇ１へ荷重を作用させた場合、鉄球１８の設置面の直下部分における応力が大きく、直下部分より深くなるにつれ、応力は急激に小さくなる。なお、図３の横軸は、対数目盛で示されている。このため、次の（６−１）式で算出される岩盤Ｇ１の変形係数Ｅ２（亀裂の影響を受け難い変形係数）においては、鉄球１８の設置面からの深度がごく浅い部分（例えば深度が５ｍｍ程度以下）に発生する応力の影響が支配的であり、深度が深い部分の応力の影響は無視できるほどに小さい。
【００４７】
鉄球１８の設置面からの深度がごく浅い部分に含まれる岩盤は体積が小さいため、当該部分には亀裂が入っていないと想定できる。これにより、鉄球１８によって岩盤Ｇ１へ載荷した場合、亀裂の影響を受け難い変形係数Ｅ２を算出することができる。
【００４８】
Ｅ２＝｛π・Ｒ・（１−ν２）／２｝・（ΔＰ／Δδ）  …（６−１）
【００４９】
なお、（６−１）式におけるＲは、図４に示されるように、鉄球１８がΔδだけ沈下した際、鉄球１８によって岩盤Ｇ１に形成される穴の半径であり、次の（７）式を用いて算出される。
【００５０】
Ｒ＝√｛ｄ２−（ｄ−Δδ）２｝  …（７）
【００５１】
（７）式で算出されるＲを（４）式に代入することで、変形係数Ｅ２は、変形係数Ｅ１と同様の方法で算出される。なお、（１−１）式の算出に当って、鉄球１８の重量は無視できるほどに小さいものとする。
【００５２】
すなわち、変形係数Ｅ２は、平板１０の重量ｍ１、ハンマー１２の重量ｍ２、加速度センサ１６ａによって測定される加速度ａ１、加速度ａ２、鉄球１８の沈下量Δδ及び鉄球１８の沈下時における岩盤Ｇ１との接触半径Ｒから算出される。
【００５３】
なお、図５（Ａ）には、上述の載荷試験によって算出された、岩盤Ｇ１における「亀裂の影響を受ける変形係数Ｅ１」と、「亀裂の影響を受け難い変形係数Ｅ２」と、次の（８）式で示される変形係数Ｅ１及び変形係数Ｅ２の対数値の平均値Ｅ１２が示されている。また、図５（Ｂ）には、岩盤Ｇ１と異なる岩盤Ｇ２における同様の値が示されている。
【００５４】
Ｅ１２＝｛ｌｏｇ１０（Ｅ１）＋ｌｏｇ１０（Ｅ２）｝／２  …（８）
【００５５】
＜基準情報の算出＞
「基準情報」とは、対象岩盤（例えば上記の岩盤Ｇ１、Ｇ２）の岩盤等級を推測するために、推測の根拠となる基準値を岩盤等級毎に算出した値である。具体的には、複数の岩盤における変形係数から算出した、当該変形係数の「対数値の平均値」と、当該変形係数の「対数値の標準偏差」のことを指す。
【００５６】
複数の岩盤における変形係数は、一例として複数の岩盤において公知の平板載荷試験（地盤工学会による地盤の平板積荷試験方法（ＪＧＳ１５２１））を行なうことにより算出できるが、例えば「原位置岩盤試験データベース」（地盤工学会、２００８年発行）を参照することでも得ることができる。なお、以下の説明においては、複数の岩盤において公知の平板載荷試験を行なって算出された変形係数のことを、評価対象である岩盤Ｇ１、Ｇ２等の変形係数Ｅ１、Ｅ２と区別するために、特に「基準変形係数」と称す。
【００５７】
「原位置岩盤試験データベース」には、岩盤等級Ｂ、ＣＨ、ＣＭ、ＣＬ、Ｄ毎に、平板載荷試験によって得られた複数の基準変形係数が記載されている。図６には、この複数の基準変形係数が岩盤等級Ｂ、ＣＨ、ＣＭ、ＣＬ、Ｄ毎にプロットされている。
【００５８】
図６に示されるように、同じ岩盤等級でも、基準変形係数にはバラつきがある。そこで、図７（Ａ）〜図７（Ｅ）に示すように、基準変形係数の対数値を算出して解析すると、そのバラつきは正規分布する。つまり、基準変形係数の対数値は、岩盤等級毎に、一定の平均値の付近に分布する。
【００５９】
図８には、岩盤等級Ｂ、ＣＨ、ＣＭ、ＣＬ、Ｄにおける基準変形係数の対数値の平均値Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５と、基準変形係数の対数値の標準偏差σ１、σ２、σ３、σ４、σ５が示されている。なお、以下の説明において、平均値Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５をまとめてＡｎと記載し、標準偏差σ１、σ２、σ３、σ４、σ５をまとめてσｎと記載する場合がある。
【００６０】
ここで、岩盤等級Ｂ、ＣＨ、ＣＭ、ＣＬ、Ｄのそれぞれについて、「日本の岩盤分類  応用地質特別号」（日本応用地質学会、平成４年）から説明を抜粋する。
【００６１】
［岩盤等級Ｂ］
岩質堅硬で開口した（たとえ１ｍｍでも）亀裂あるいは節理はなく、よく密着している。ただし造岩鉱物および粒子は部分的に多少風化・変質がみられる。ハンマーによって打診すれば、澄んだ音を出す。
【００６２】
［岩盤等級ＣＨ］
造岩鉱物および粒子は石英を除けば風化作用を受けてはいるが，岩質は比較的堅硬である。一般に褐鉄鉱などに汚染され、節理あるいは亀裂間の粘着力はわずかに減少しており、ハンマーの強打によって割れ目に沿って岩塊が剥脱し、剥脱面には粘土質物質の薄層が残留することがある。ハンマーによって打診すれば、少し濁った音を出す。
【００６３】
［岩盤等級ＣＭ］
造岩鉱物および粒子は石英を除けば風化作用を受けて多少軟質化しており、岩質も多少軟らかくなっている。節理あるいは亀裂間の粘着力は多少減少しており、ハンマーの普通程度の打撃によって割れ目に沿って岩塊が剥脱し、剥脱面には粘土質物質の層が残留することがある。ハンマーによって打診すれば、多少濁った音を出す。
【００６４】
［岩盤等級ＣＬ］
造岩鉱物および粒子は風化作用を受けて軟質化しており、岩質も軟らかくなっている。節理あるいは亀裂間の粘着力は減少しており、ハンマーの軽打によって割れ目に沿って岩塊が剥脱し、剥脱面には粘土質物質が残留する。ハンマーによって打診すれば、濁った音を出す。
【００６５】
［岩盤等級Ｄ］
造岩鉱物および粒子は風化作用を受けて著しく軟質化しており、岩質も著しく軟らかい。節理あるいは亀裂間の粘着力はほとんどなく、ハンマーによってわずかな打撃を与えるだけで崩れ落ちる。剥脱面には粘土質物質が残留する。ハンマーによって打診すれば，著しく濁った音を出す。
【００６６】
＜岩盤等級の推測＞
本発明の実施形態に係る岩盤評価方法では、上述したように、対象岩盤（岩盤Ｇ１、Ｇ２）における「亀裂の影響を受ける変形係数Ｅ１」と「亀裂の影響を受け難い変形係数Ｅ２」とを算出するほか、これらの数値を用いて、対象岩盤の岩盤等級を推測することができる。
【００６７】
例えば、岩盤Ｇ１の岩盤等級を推測する際には、載荷試験によって算出された岩盤Ｇ１における「変形係数Ｅ１」、「変形係数Ｅ２」が、どの岩盤等級に最もよく合致するかを検証する。
【００６８】
具体的には、まず、図５（Ａ）に示される岩盤Ｇ１の「変形係数Ｅ１」、「変形係数Ｅ２」から、「変形係数Ｅ１、Ｅ２それぞれの対数値の平均値Ｅ１２」を算出する。平均値Ｅ１２は、図５（Ａ）に示されている。
【００６９】
次に、算出された平均値Ｅ１２と、図８に示された岩盤等級Ｂ、ＣＨ、ＣＭ、ＣＬ、Ｄ毎の「基準変形係数の対数値の平均値Ａｎ」（平均値Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５）及び「基準変形係数の対数値の標準偏差σｎ」（標準偏差σ１、σ２、σ３、σ４、σ５）を用いて、以下の（８−１）式に示す評価係数Ｘｎ（評価係数Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５）をそれぞれ算出する。ここで算出される評価係数Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５は、それぞれ、岩盤Ｇ１が、岩盤等級Ｂ、ＣＨ、ＣＭ、ＣＬ、Ｄに合致する程度を示す指標値である。
【００７０】
Ｘｎ＝｜（Ａｎ−Ｅ１２）／σｎ｜  …（８−１）
【００７１】
例えば、岩盤Ｇ１が「岩盤等級Ｂ」に合致する程度を示す評価係数Ｘ１は、次のようにして算出される。岩盤Ｇ１における「変形係数Ｅ１、Ｅ２それぞれの対数値の平均値Ｅ１２」は、図５（Ａ）より、３．３８と算出される。また、岩盤等級Ｂにおける「基準変形係数の対数値の平均値Ａ１」及び「基準変形係数の対数値の標準偏差σ１」は、図８より、それぞれ３．９９、０．３８と算出される。これらの数値を（８−１）式に代入したものが次の（８−２）式である。
【００７２】
Ｘ１＝｜（３．９９−３．３８）／０．３８｜＝１．６０  …（８−２）
【００７３】
すなわち、岩盤Ｇ１が岩盤等級Ｂに合致する程度を示す評価係数Ｘ１は、１．６０である（小数点３位以下切捨て）。
【００７４】
同様に、岩盤Ｇ１が「岩盤等級ＣＨ」に合致する程度を示す評価係数Ｘ２は、次のようにして算出される。岩盤Ｇ１における「変形係数Ｅ１、Ｅ２それぞれの対数値の平均値Ｅ１２」は、図５（Ａ）より、３．３８と算出される。また、岩盤等級ＣＨ」における「基準変形係数の対数値の平均値Ａ２」及び「基準変形係数の対数値の標準偏差σ２」は、図８より、それぞれ３．６０、０．４６と算出される。これらの数値を（８−１）式に代入したものが次の（８−３）式である。
【００７５】
Ｘ２＝｜（３．６０−３．３８）／０．４６｜＝０．４７  …（８−３）
【００７６】
すなわち、岩盤Ｇ１が岩盤等級ＣＨに合致する程度を示す評価係数Ｘ２は、０．４７である。
【００７７】
このようにして算出された評価係数Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５の一覧が、図９（Ａ）に示されている。評価係数Ｘｎは、「基準変形係数の対数値の平均値Ａｎ」と「変形係数Ｅ１、Ｅ２それぞれの対数値の平均値Ｅ１２」の差を「基準変形係数の対数値の標準偏差σｎ」で割った数値であり、この値が最も小さくなる岩盤等級が、岩盤Ｇ１の岩盤等級であると推測される。図９（Ａ）に示すように、岩盤Ｇ１において、評価係数が最も低い岩盤等級は岩盤等級ＣＨであり、このことから、岩盤Ｇ１の岩盤等級は岩盤等級ＣＨと推測できる。
【００７８】
このように、本発明の実施形態に係る岩盤評価方法を用いることで、対象岩盤における「亀裂の影響を受け難い変形係数」及び「亀裂の影響を受ける変形係数」を算出し、対象岩盤の地盤等級を推測することができる。また、地盤等級の推測にあたっては、載荷試験によって得られた測定値を数式に当てはめることで機械的に推測することができるため、評価者の主観による推測結果のバラつきが発生し難い。
【００７９】
なお、図５（Ｂ）に示した岩盤Ｇ２の岩盤等級を推測する方法は、岩盤Ｇ１の岩盤等級を推測する方法と同様であり説明は省略する。図９（Ｂ）に示した評価係数Ｘｎの値から、岩盤Ｇ２の岩盤等級は岩盤等級ＣＭであると推測される。
【００８０】
ここで、図５（Ａ）に示した岩盤Ｇ１における変形係数Ｅ１、Ｅ２を、図６における岩盤等級ＣＨ軸上にプロットすると、これらの変形係数Ｅ１、Ｅ２が、岩盤等級ＣＨにおける基準変形係数のバラつきの範囲に納まっていることが確認できる。
【００８１】
同様に、図５（Ｂ）に示した岩盤Ｇ２における変形係数Ｅ１、Ｅ２を、図６における岩盤等級ＣＬ軸上にプロットすると、これらの変形係数Ｅ１、Ｅ２が、岩盤等級ＣＬにおける基準変形係数のバラつきの範囲に納まっていることが確認できる。
【００８２】
なお、本実施形態において、平板１０の半径ｒは約１７．５ｍｍ程度とされている。これに対して、公知の平板載荷試験に用いる載荷板は、一般的に半径が１５０ｍｍ程度とされている。このため、本発明の実施形態に係る載荷試験においては、載荷時に岩盤から受ける反力が、公知の平板載荷試験と比較して小さい。このため、本発明の実施形態に係る載荷試験においては、岩盤から受ける反力に抵抗するための重量物を用意する必要がない。このため、試験の実施が容易である。また、重機が入れない場所でも試験を実施できる。
【００８３】
＜載荷試験検証実験＞
（検証実験１）
本発明の実施形態に係る岩盤評価方法においては、対象岩盤の変形係数を算出するために載荷試験を行なう。検証実験１においては、この載荷試験と公知のロックハンマー試験とを比較することで、本発明に係る載荷試験の有用性を検証する。
【００８４】
図１０（Ａ）には、岩盤等級Ｂの岩盤を模した試験体１が示されている。試験体１は、コンクリート床２０の上部に配置された砂岩２２である。この試験体１に対して、図１（Ａ）に示された載荷試験と同様に、加速度センサ１６ａ（図１（Ａ）参照）が取り付けられた平板１０、ゴム板１４を設置する。そして、加速度センサ１６ｂ（図１（Ａ）参照）が取り付けられたハンマー１２で平板１０を複数回打撃する。
【００８５】
この載荷試験により得られた計測値を用いて算出した変形係数が、図１１における「試験体１」と記された軸上に黒丸でプロットされている。図１１に示されるように、試験体１の変形係数は、１０００ＭＰａより大きく１０００００ＭＰａより小さい範囲に納まっている。
【００８６】
また、図１０（Ｂ）には、岩盤等級ＣＨの岩盤を模した試験体２が示されている。試験体２では、試験体１の砂岩２２の上部に平滑岩２４を載置している。この試験体２に対する載荷試験により得られた計測値を用いて算出した変形係数が、図１１における「試験体２」と記された軸上に黒丸でプロットされている。図１１に示されるように、試験体２の変形係数は、１０００ＭＰａより大きく１００００ＭＰａより小さい範囲に納まっている。
【００８７】
さらに、図１０（Ｃ）には、岩盤等級ＣＭの岩盤を模した試験体３が示されている。試験体３では、試験体１の砂岩２２の上部に非平滑岩２６を載置している。この試験体３に対する載荷試験により得られた計測値を用いて算出した変形係数が、図１１における「試験体３」と記された軸上に黒丸でプロットされている。図１１に示されるように、試験体３の変形係数は、１００ＭＰａより大きく１００００ＭＰａより小さい範囲に納まっている。
【００８８】
またさらに、図１０（Ｄ）には、岩盤等級ＣＬの岩盤を模した試験体４が示されている。試験体４では、試験体１の砂岩２２の上部に砂嚢２８を載置している。この試験体４に対する載荷試験により得られた計測値を用いて算出した変形係数が、図１１における「試験体４」と記された軸上に黒丸でプロットされている。図１１に示されるように、試験体４の変形係数は、１００ＭＰａより大きく１０００ＭＰａより小さい範囲に納まっている。
【００８９】
またさらに、図１０（Ｅ）には、岩盤等級Ｄの岩盤を模した試験体５が示されている。試験体５では、試験体１の砂岩２２の上部にゴム塊３０を載置している。この試験体５に対する載荷試験により得られた計測値を用いて算出した変形係数が、図１１における「試験体５」と記された軸上に黒丸でプロットされている。図１１に示されるように、試験体４の変形係数は、１０ＭＰａより大きく１０００ＭＰａより小さい範囲に納まっている。
【００９０】
実験１においては、図１０（Ａ）〜（Ｅ）に示された試験体１〜５に対して、上記の通り、本発明における載荷試験を行なった。そして比較例として、試験体１〜５に対して公知のロックハンマー試験を行なった。ロックハンマー試験によって算出された変形係数は、図１１におけるそれぞれの軸上に「三角印」でプロットされている。
【００９１】
図１１に示すように、本発明に係る載荷試験では、試験体１と試験体２とで、異なる変形係数が算出された。これに対して、比較例に係るロックハンマー試験では、試験体１と試験体２とで、算出された変形係数に有意差は無かった。すなわち、本発明に係る載荷試験によると、公知のロックハンマー試験と比較して、岩盤等級が異なる岩盤における変形係数を適格に算出することができる。
【００９２】
また、本発明に係る載荷試験では、試験体４における変形係数を算出できた。これに対して、比較例に係るロックハンマー試験では、試験体４における変形係数を算出できなかった。すなわち、本発明に係る載荷試験によると、公知のロックハンマー試験と比較して、変形係数が大きい岩盤だけでなく、変形係数が小さい岩盤の変形係数を算出することができる。
【００９３】
さらに、本発明に係る載荷試験では、試験体５における変形係数が、試験体１〜４における変形係数より低い値として算出された。これに対して、比較例に係るロックハンマー試験では、試験体５における変形係数が試験体３における変形係数より大きく算出された。これはゴム塊３０と岩盤等級Ｄの岩盤とは変形係数はほぼ等しいが、ゴム塊３０の方がＤ級の岩盤よりも粘性が大きいために、ロックハンマー試験ではこのような異常値を示したものと考えられる。
【００９４】
（検証実験２）
検証実験２では、本発明における２種類の載荷試験（図１（Ａ）及び図１（Ｂ））によって、「亀裂の影響を受ける変形係数」及び「亀裂の影響を受け難い変形係数」が適格に算出できるかどうかを検証する。
【００９５】
図１２（Ａ）には、図１０（Ａ）と同様の試験体１が示されている。試験体１は、亀裂の少ない、又は亀裂が密着した岩盤を模している。この試験体１に対する載荷試験（鉄球１８を用いない載荷試験。以下、「平板載荷試験」と称す）により得られた計測値を用いて算出した変形係数（以下、「平板載荷変形係数」と称す）が、図１４における「試験体１」と記された軸上に黒丸でプロットされている。
【００９６】
なお、検証実験２の説明において使用する「平板載荷試験」は、各試験体に対する本発明の実施形態に係る載荷試験（図１（Ａ））のことを示しており、公知の平板載荷試験のことではない。
【００９７】
図１２（Ｂ）には、試験体６が示されている。試験体６は、隙間のある亀裂が横方向に入った岩盤を模しており、上下方向の端面に凹凸が形成されたブロック３２を、ピラミッド状に積み重ねて形成されている。平板１０が載置されるブロック３４は、平板１０の設置面が平滑面とされている。この試験体６に対する平板載荷試験により算出された平板載荷変形係数が、図１４における「試験体６」と記された軸上に黒丸でプロットされている。
【００９８】
図１２（Ｃ）には、試験体７が示されている。試験体７は、試験体６と同様に、ブロック３２をピラミッド状に積み重ねて形成されている。平板１０が載置されるブロック３６は、平板１０の設置面に凹凸が形成されている。この試験体７に対する平板載荷試験により算出された平板載荷変形係数が、図１４における「試験体７」と記された軸上に黒丸でプロットされている。
【００９９】
図１２（Ｄ）には、図１０（Ｅ）と同様の試験体５が示されている。この試験体５に対する平板載荷試験により算出された平板載荷変形係数が、図１４における「試験体５」と記された軸上に黒丸でプロットされている。
【０１００】
図１３（Ａ）〜（Ｄ）における試験体１、６、７、５においては、これらの試験体１、６、７、５と平板１０との間に鉄球１８が配置されている。この鉄球１８が配置されている点以外は、図１２（Ａ）〜（Ｄ）における試験体１、６、７、５と同様の構成であり説明を省略する。また、図１４には、試験体１、６、７、５に対する、鉄球１８を用いた載荷試験（以下、「鉄球載荷試験」と称す）により得られた計測値を用いて算出した変形係数（以下、「鉄球載荷変形係数」と称す）が、試験体１、６、７、５と記された軸上にそれぞれ白丸でプロットされている。
【０１０１】
図１４に示すように、試験体６、７（亀裂が入った岩盤を模した試験体）に対する平板載荷試験（図１２（Ｂ）、（Ｃ））により算出された平板載荷変形係数（黒丸）は、試験体１（亀裂が少ない岩盤を模した試験体）に対する平板載荷試験（図１２（Ａ））により算出された平板載荷変形係数（黒丸）より小さい。すなわち、本発明に係る平板載荷試験では、「亀裂の影響を受ける変形係数」を測定することができる。
【０１０２】
また、図１４に示すように、試験体６（亀裂が入った岩盤を模した試験体）においては、鉄球載荷試験（図１３（Ｂ））により算出された鉄球載荷変形係数（白丸）が、平板載荷試験（図１２（Ｂ））により算出された平板載荷変形係数（黒丸）より大きい。すなわち、亀裂が入った岩盤においては、鉄球載荷試験をするほうが、平板載荷試験をする場合より、変形係数が大きく算出される。すなわち、本発明に係る鉄球載荷試験では、「亀裂の影響を受け難い変形係数」を測定することができる。
【０１０３】
なお、試験体１（亀裂が少ない岩盤を模した試験体）においては、鉄球載荷試験（図１３（Ａ））により算出された鉄球載荷変形係数（白丸）と、平板載荷試（図１２（Ａ））により算出された平板載荷変形係数（黒丸）とが、ほぼ等しい。すなわち、亀裂が少ない岩盤においては、鉄球載荷試験と、平板載荷試験とで、算出される変形係数がほぼ同様となる。
【０１０４】
また、試験体６と試験体７とでは、平板１０又は鉄球１８の設置面が平滑か凹凸か、という点で異なっているが、試験体６に対する載荷試験と、試験体７に対する載荷試験では、算出された変形係数に有意的な差は検出されなかった。すなわち、本発明に係る載荷試験では、測定面を平滑に仕上げる手間を削減することができる。
【０１０５】
なお、図１４においては、試験体１、６、７、５に対するロックハンマー試験結果が白抜きの三角印で示されている。試験体６及び試験体７におけるロックハンマー試験の結果は、「亀裂の影響を受ける変形係数」と「亀裂の影響を受けにくい変形係数」の平均的な値を示している。これに対して、本発明における鉄球載荷変形係数（白丸）が示す「亀裂の影響を受ける変形係数」と、平板載荷変形係数（黒丸）が示す「亀裂の影響を受けにくい変形係数」は、それぞれ明確に異なる値として計測されている。このように、本発明に係る岩盤評価方法によると、ロックハンマー試験と比較して岩盤の詳細な特性を評価できる。
【符号の説明】
【０１０６】
１０    平板
１２    ハンマー（打撃体）
１８    鉄球
１６ａ  加速度計（第１加速度計）
１６ｂ  加速度計（第２加速度計）
Ｅ１    変形係数（第２変形係数）
Ｅ２    変形係数（第１変形係数）
Ｇ１    岩盤（対象岩盤）
Ａｎ    基準変形係数の対数値の平均値
σｎ    基準変形係数の対数値の標準偏差
【図１】
2019200112.tif 000003
【図２】
2019200112.tif 000004
【図３】
2019200112.tif 000005
【図４】
2019200112.tif 000006
【図５】
2019200112.tif 000007
【図６】
2019200112.tif 000008
【図７】
2019200112.tif 000009
【図８】
2019200112.tif 000010
【図９】
2019200112.tif 000011
【図１０】
2019200112.tif 000012
【図１１】
2019200112.tif 000013
【図１２】
2019200112.tif 000014
【図１３】
2019200112.tif 000015
【図１４】
2019200112.tif 000016