(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬液注入した薬液注入地盤を模して供試体を作製する工程（ａ）と、
前記供試体を、薬液の溶脱を促進するための促進倍率を用いて定められる所定の流速の流体中に、前記流体が前記供試体の周囲を流れるように設置し、所定の試験期間が経過した後に、前記供試体の特性値を測定する工程（ｂ）と、
を具備し、前記供試体の特性値を、前記促進倍率および前記試験期間により定まる換算経過期間の経過後における薬液注入地盤の特性値とすることにより、換算経過期間の経過後の薬液注入地盤の特性値を求めることを特徴とする薬液注入地盤の経年劣化調査方法。
【請求項２】
前記流体の流速は層流条件を満たすように定められることを特徴とする請求項１記載の薬液注入地盤の経年劣化調査方法。
【請求項３】
前記特性値が、薬液濃度を含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の薬液注入地盤の経年劣化調査方法。
【請求項４】
薬液注入した薬液注入地盤を模して供試体を作製する工程（ａ）と、
前記供試体を、薬液の溶脱を促進するための促進倍率を用いて定められる所定の流速の流体中に設置し、所定の試験期間が経過した後に、前記供試体の特性値を測定する工程（ｂ）と、
を具備し、前記供試体の特性値を、前記促進倍率および前記試験期間により定まる換算経過期間の経過後における薬液注入地盤の特性値とすることにより、換算経過期間の経過後の薬液注入地盤の特性値を求め、
前記流体の流速を、薬液注入地盤内に想定される固結体の周囲を通過する地下水の質量と固結体の質量の比と、前記供試体の質量との積を、前記供試体の表面積と前記流体の密度との積で割った値に、前記促進倍率を掛けた値とすることを特徴とする薬液注入地盤の経年劣化調査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薬液注入地盤の経年劣化調査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱地盤等において、工事を行なう際に地盤を安定化させるための補助工法や、地震動による液状化を防止するための対策工法として、薬液注入工法が用いられている。薬液注入工法では、地盤中にシリカ系の薬液などの注入材を注入することにより、透水係数を小さくしたり、強度を高めたりして軟弱な地盤を改良する。
また、このような薬液注入工法による地盤改良の効果を確認するための従来技術としては、標準貫入試験等が知られている。標準貫入試験については、特許文献１などにその例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０２４７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
薬液等の注入材を用いた改良地盤については、薬液が地下水によって溶脱し、強度が維持されずに劣化する場合がある。そのため、改良地盤を短期的でなく長期的に使用する場合には、劣化の程度を予測し把握する必要がある。しかしながら、従来実施されてきた各種の試験は、薬液の溶脱による地盤の経年劣化の調査に必ずしも適したものとはいえなかった。
【０００５】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、地下水による薬液の溶脱をモデル化し、これを反映した地盤の経年劣化を調査できる薬液注入地盤の経年劣化調査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した目的を達成するための第１の発明は、薬液注入した薬液注入地盤を模して供試体を作製する工程（ａ）と、前記供試体を、薬液の溶脱を促進するための促進倍率を用いて定められる所定の流速の流体中に、前記流体が前記供試体の周囲を流れるように設置し、所定の試験期間が経過した後に、前記供試体の特性値を測定する工程（ｂ）と、を具備し、前記供試体の特性値を、前記促進倍率および前記試験期間により定まる換算経過期間の経過後における薬液注入地盤の特性値とすることにより、換算経過期間の経過後の薬液注入地盤の特性値を求めることを特徴とする薬液注入地盤の経年劣化調査方法である。
【０００７】
前記流体の流速は層流条件を満たすように定められることが望ましい。
また、前記特性値は、薬液濃度を含むことが望ましい。
第２の発明は、薬液注入した薬液注入地盤を模して供試体を作製する工程（ａ）と、前記供試体を、薬液の溶脱を促進するための促進倍率を用いて定められる所定の流速の流体中に、前記流体が前記供試体の周囲を流れるように設置し、所定の試験期間が経過した後に、前記供試体の特性値を測定する工程（ｂ）と、を具備し、前記供試体の特性値を、前記促進倍率および前記試験期間により定まる換算経過期間の経過後における薬液注入地盤の特性値とすることにより、換算経過期間の経過後の薬液注入地盤の特性値を求め、前記流体の流速を、薬液注入地盤内に想定される固結体の周囲を通過する地下水の質量と固結体の質量の比と、前記供試体の質量との積を、前記供試体の表面積と前記流体の密度との積で割った値に、前記促進倍率を掛けた値とすることを特徴とする薬液注入地盤の経年劣化調査方法である。
【０００８】
本発明では、薬液注入した地盤を模して供試体を作製し、所定の流速の流体中に供試体を設置して劣化を促進させる。そして、所定の試験期間が経過した後、供試体の劣化程度を測定して、促進倍率と試験期間により定まる換算経過期間が経過した後の実際の薬液注入地盤の劣化程度を求める。これにより、地下水による薬液の溶脱に伴う薬液注入地盤の経年変化がモデル化され、これを反映した劣化の程度を予測し把握することができる。
また、流速を層流条件を満たすように定めることにより、地盤中の地下水の状態をよりよく模擬した試験を行うことができ、劣化の程度が精度よく把握できる。さらに、特性値として薬液濃度を測定することにより、地盤の様々な特性に影響する薬液濃度の経年変化を予測できる。加えて、流体の流速を、薬液注入地盤内に想定される固結体の周囲を通過する地下水の質量と固結体の質量の比と、供試体の質量との積を、供試体の表面積と流体の密度との積で割った値に、促進倍率を掛けた値とすることにより、流体の流速が、実際の薬液注入地盤と相似な現象を起こす流速を基準とし、これに促進倍率をかけたものとなるので、劣化の程度がより精度よく把握できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、地下水による薬液の溶脱をモデル化し、これを反映した地盤の経年劣化を調査できる薬液注入地盤の経年劣化調査方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】小型の供試体３を用いた実験の概要を示す図
【図２】固結体１１の周囲を通過する地下水のイメージを示す図
【図３】一軸圧縮強度、シリカ濃度と換算経過期間との関係を示す図
【図４】大型の供試体２７を用いた実験の概要を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。本発明の実施の形態として、小型の供試体３を用いた実験の例と、大型の供試体２７を用いた実験の例について説明する。
【００１２】
まず、本発明の第１の実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。第１の実施の形態は、小型の供試体３を用いた実験を行う例である。
【００１３】
図１は、小型の供試体３を用いた実験の概要を示す図である。図１の（ａ）図は、供試体３が設置された水槽１の斜視図である。図１の（ｂ）図は、供試体３の斜視図である。
【００１４】
供試体３を用いた実験では、まず、図１の（ａ）図に示すような水槽１を準備する。水槽１は、例えば、縦５３ｃｍ、横７５ｃｍのサイズの平面の非金属性のものとする。また、注水管５が水槽１の上方に設けられ、排水管７が水槽１の下部に設けられる。水槽１には、注水管５から矢印Ａに示すように流体である水９が注水される。水９は、水槽１内を所定の流速で流れ、排水管７から矢印Ｂに示すように排水される。水槽１内の水９の流速は、注水・排水量の制御により制御される。当該流速は層流条件下とするとともに、促進倍率を用いて定められる。流速の決定方法については後述する。また、水９は適当な温度に定めておく。例えば水温を２０℃とする。
【００１５】
また、図１の（ｂ）図に示すような供試体３を作製する。供試体３は、薬液注入した地盤を模してシリカ系の薬液を注入し作製する。供試体３は、例えば、半径ｒ＝２．５ｃｍ、高さｈ＝１０ｃｍの円柱形の小型モールドを用いて作製される。供試体３の相対密度（間隙比）は、例えば、対象とする地盤の間隙比に合わせて定められる。なお、供試体３の作製の際には薬液注入した実際の地盤から採取したものを用いてもよい。試験前の供試体３の薬液濃度や一軸圧縮強度などの特性値は、予め測定等して把握しておく。
【００１６】
以下に、水９の流速の求め方を説明する。図２は、実際の薬液注入地盤内に想定される、薬液による固結体１１の周囲を通過する地下水のイメージを示す図である。固結体１１は球形とする。固結体１１の体積をＶ、表面積をＳ、質量をＭとし、想定される地下水の流速をｖとすると、図２の矢印Ｄに示すように固結体１１の周囲を通過する地下水の流量Ｑ＝Ｓ×ｖとなる。通過流量の質量換算値Ｑ×ρｗ（固結体１１の周囲を通過する地下水の質量）と固結体１１の質量Ｍとの比を無次元値Ｒとすると、Ｒ＝Ｑ×ρｗ／Ｍとなる。ρｗは水の密度である。
【００１７】
図１の（ｂ）図に示す供試体３の体積をＶ’、表面積をＳ’、質量をＭ’とする。供試体３の周囲を通過する水９の通過流量の質量換算値Ｑ’× ρｗと供試体質量Ｍ’の比を、前記無次元値Ｒと同一とする相似則を適用すると、Ｑ’＝Ｒ×Ｍ’／ρｗとなり、供試体３を用いた実験で実際の地盤と相似な現象を起こすのに必要な流速ｖ’＝Ｑ’／Ｓ’＝Ｒ×Ｍ’／（Ｓ’× ρｗ）となる。
【００１８】
供試体３を用いた実験では、薬液の溶脱を促進するために、水９の流速を、現場と相似な現象を起こすのに必要な流速ｖ’のｎ倍として、劣化促進実験を行なう。ｎは薬液の溶脱を促進するための促進倍率である。
即ち、水９の流速は、固結体１１の周囲を通過する地下水の質量と固結体１１の質量の比Ｒと、供試体３の質量Ｍ’との積を、供試体３の表面積Ｓ’と水９の密度ρｗとの積で割った値ｖ’に、促進倍率ｎを掛けた値と定められる。
【００１９】
劣化促進実験では、上記作製された供試体３を、流速ｖ’×ｎの水９が流れる水槽１内に、供試体３の全体が水９の中に没するように水浸させ、供試体３の薬液の溶脱を促進させる。そして、所定の試験期間が経過した後に、供試体３の特性値を測定する。特性値は、一軸圧縮強度、薬液濃度等である。測定した供試体３の特性値を、促進倍率ｎおよび試験期間によりｎ×（試験期間）で定まる換算経過期間の経過後における、実際の薬液注入地盤の特性値とすることにより、換算経過期間経過後の実際の薬液注入地盤の特性値を求める。
【００２０】
図３は、供試体３の特性値として得られた、一軸圧縮強度、薬液濃度（シリカ濃度）と換算経過期間（換算経過日数）との関係を示す図である。供試体３を用いて所定の促進倍率で行なった実験により把握した、換算経過期間と供試体３の特性値との関係は、例えば図３に示すようなグラフに整理される。
【００２１】
図３の（ａ）図は、供試体３の一軸圧縮強度と、換算経過期間との関係を模式的に示す図である。データ１３は相対密度８０％の、データ１５は相対密度６０％の、データ１７は相対密度４０％の供試体３の劣化促進試験結果から得られた値を示す。各一軸圧縮強度は、換算経過期間経過した時点における実際の薬液注入地盤の一軸圧縮強度を推定した値になる。
【００２２】
図３の(ｂ)図は、供試体３のシリカ濃度と、換算経過期間との関係を模式的に示す図である。データ１９は相対密度８０％の、データ２１は相対密度６０％の、データ２３は相対密度４０％の供試体３の劣化促進試験結果から得られた値を示す。各シリカ濃度は、換算経過期間経過した時点における実際の薬液注入地盤のシリカ濃度を推定した値になる。
【００２３】
図３からは、換算経過期間が大きくなるにつれて、シリカ濃度および一軸圧縮強度が低下する傾向が見られる。このように、シリカ濃度の低下と、一軸圧縮強度の低下との関連性が示唆される。上述した実験方法は、薬液の溶脱により地盤の強度等が変化する状態がモデル化されており、薬液注入地盤の経年変化の把握に有効であると考えられる。
【００２４】
このように、本実施の形態によれば、薬液注入した地盤を模して供試体を作製し、促進倍率を用いて定めた流速の流水中に供試体を設置して劣化を促進させる。そして、所定の試験期間が経過した後、供試体の劣化程度を測定して、促進倍率と試験期間により定まる換算経過期間が経過した後の実際の薬液注入地盤の劣化程度を求める。これにより、地下水による薬液の溶脱に伴う薬液注入地盤の経年変化の程度を予測し、把握することができる。また、流速を層流条件を満たすように定めることにより、地盤中の地下水の状態をよく模擬したものとなるので、精度よく劣化の程度を把握でき、特性値として薬液濃度を測定することにより、地盤の様々な特性に影響する薬液濃度の経年変化を予測できる。さらに、流体の流速を、薬液注入地盤内に想定される固結体の周囲を通過する地下水の質量と固結体の質量の比と、供試体の質量との積を、供試体の表面積と流体の密度との積で割った値に、促進倍率を掛けた値とすることにより、流体の流速が、実際の薬液注入地盤と相似な現象を起こす流速を基準とし、これに促進倍率をかけたものとなるので、劣化の程度がより精度よく把握できる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、供試体の特性値として、一軸圧縮強度、薬液濃度等を測定したが、特性値はこれらに限らない。例えば透水係数や供試体の体積などでもよい。また、供試体の薬液濃度ならびに排水等の水中の薬液濃度を測定することにより、薬液が水中に溶脱した溶脱率を測定してもよい。さらに、必要に応じて、水浸直後や所定の試験期間経過後に、供試体の状況を写真やスケッチにより記録し、薬液の溶脱範囲などを観測してもよい。
【００２６】
さらに、本実施の形態では、上面が開口した箱型の水槽中に所定の流速の層流を形成して供試体を設置したが、これに限らず、例えば、管状体の内部に所定の流速の層流を形成して供試体を設置してもよい。また、供試体の形状や大きさは上述したものに限らない。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図４を参照して説明する。第２の実施の形態は、大型の供試体２７を用いた実験を行う例である。
図４は、大型の供試体２７を用いた実験の概要を示す図である。図４は、供試体２７が設置された水槽２５の斜視図である。
【００２８】
供試体２７を用いた実験では、まず、図４に示すような水槽２５を準備する。水槽２５は、例えば、縦１１５ｃｍ、横１３５ｃｍのサイズの平面の非金属性のものとする。また、注水管５、排水管７と同様の注水管２９、排水管３１が設けられる。第１の実施の形態と同様、水３３は、水槽２５内を層流条件下かつ促進倍率ｎを用いて定められる所定の流速で流れるように調節される。
【００２９】
また、図４に示すような供試体２７を作製する。供試体２７は、供試体３と同様に、薬液注入した地盤を模して作製される。本実施形態では、供試体２７は、球状の薬液固結土であり、半径を、例えば２０ｃｍ程度とする。
【００３０】
水３３の流速については、前述したものと同様、図４に示す供試体２７の体積をＶ’’、表面積をＳ’’、質量をＭ’’とし、供試体２７の周囲を通過する水３３の通過流量の質量換算値Ｑ’’×ρｗと供試体質量Ｍ’’の比を、前述の比Ｒと同一とする相似則を適用すると、Ｑ’’＝Ｒ×Ｍ’’／ρｗとなり、供試体２７を用いた模型実験で実際の薬液注入地盤と相似な現象を起こすのに必要な流速ｖ’’＝Ｑ’’／Ｓ’’＝Ｒ×Ｍ’’／（Ｓ’’×ρｗ）となる。
【００３１】
供試体２７を用いた実験でも、薬液の溶脱を促進するために、水３３の流速を、現場と相似な現象を起こすのに必要な流速ｖ’’のｎ倍として、劣化促進実験を行なう。
【００３２】
供試体２７を用いた実験も第１の実施の形態と同様の手順で行われる。即ち、供試体２７を、流速ｖ’’×ｎの水３３が流れる水槽２５内に、供試体２７の全体が水３３の中に没するように水浸させて、薬液の溶脱を促進させる。そして、所定の試験期間が経過した後に、供試体２７の特性値を測定する。測定した供試体２７の特性値を、促進倍率ｎおよび試験期間によりｎ×（試験期間）で定まる換算経過期間の経過後における、実際の薬液注入地盤の特性値とすることにより、換算経過期間経過後の実際の薬液注入地盤の特性値が求められる。これにより、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３３】
なお、小型の供試体３を用いた前述の実験により適当な促進倍率を選定し、選定した促進倍率にて大型の供試体２７を用いた上記の実験を行ってもよい。この場合、複数の水槽１にて、異なる促進倍率に応じた異なる流速にて前述と同様の実験を行い、実験結果に対する検討を行い、供試体の劣化を促進させるために適切な促進倍率ｎを選定する。その後に、選定した促進倍率ｎに応じた流速にて大型の供試体２７を用いた上記と同様の実験を行う。なお、促進倍率ｎは、発明者らの知見によれば、ｎ＝１０程度が望ましく、この場合、より精度よく実際の薬液注入地盤の経年劣化を予測できる。
【００３４】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００３５】
１、２５………水槽
３、２７………供試体
５、２９………注水管
７、３１………排水管
９、３３………水
１１………固結体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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