(57)【要約】【課題】地質探査などの震源に用いる地盤加振機であって、軽量で繰り返しの加振を容易に行なえる地盤加振機を提供する。【解決手段】地盤に配される流体媒体２０と、前記流体媒体２０内で放電が可能な電極３０と、前記放電により弾性波を発生させることができる電力を電極に供給する電力供給源４０とを具える。放電による衝撃で弾性波を発生させることにより、流体媒体２０、電極３０、電力供給源４０の全てを合わせても加振機を搭載したトラックに比べてはるかに軽量化することができる。また、溶融気化して消尽される材料がなく、電極３０で放電を行っているため、繰り返し放電を行って地盤に振動を与えることができる。【選択図】          図１
2004333178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に配される流体媒体と、
前記流体媒体内で放電が可能な電極と、
前記放電の衝撃で弾性波を発生させることができる電力を電極に供給する電力供給源とを具えることを特徴とする地盤加振機。
【請求項２】
地盤に設置されて、かつ前記流体媒体が貯えられる容器を具えることを特徴とする請求項１に記載の地盤加振機。
【請求項３】
前記流体媒体が地盤に形成された穴内に貯えられることを特徴とする請求項１に記載の地盤加振機。
【請求項４】
前記流体媒体と地盤との間に介在される伝達部材を具え、
この伝達部材の音響インピーダンスは、流体媒体の音響インピーダンスの値と地盤の音響インピーダンスの値との間の値を有することを特徴とする請求項１に記載の地盤加振機。
【請求項５】
前記電極は、直列に配された複数の放電ギャップを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の地盤加振機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤に振動を与える加振機に関するものである。特に、地質調査などの際、より軽量の装置構成にて地盤に適切な振動を付与することができる地盤加振機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地盤の探査法として、弾性波探査法と呼ばれるものがある。この探査法は、地盤に振動を与えて弾性波を発生させ、その弾性波が破砕帯や地質変化面、すなわち弾性波の速度が変化する面で反射または屈折して戻ってきた弾性波を検知することで地盤の地質構造を探査するものである。その際、地盤に振動を与える技術として、次のものが知られている。
【０００３】
▲１▼爆薬を用いて発破を行なう技術
これは調査を行なう地盤に爆薬をセットし、発破した際の衝撃力で弾性波を発生させる技術である。
【０００４】
▲２▼加振機搭載トラックを用いる技術（例えば非特許文献１）
これは、図６に示すように、トラック２００に加振機を装備し、この加振機のベースプレート２１０を地面に押し当て、これを油圧で振動させることにより弾性波を発生する技術である。
【０００５】
▲３▼金属細線を給電により溶融気化する技術（例えば特許文献１）
これは、衝撃力の伝達物質と金属細線とを封入したカートリッジを用い、この金属細線に給電して、金属細線が溶融気化される際の衝撃力で弾性波を発生させる技術である。
【０００６】
【非特許文献１】ＳＥＧ  Ｓｔｕｄｅｎｔ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１５年４月２４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｓｔｕｄｅｎｔｓ．ｓｅｇ．ｏｒｇ／ｋｉｄｓ／ｖｉｂ．ｈｔｍｌ＞
【特許文献１】特開２０００−５６０２９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の各技術には、次のような問題があった。
▲１▼爆薬で発破を行なう技術では、爆薬を使用するため危険を伴う。特に、都市部など、調査箇所によっては爆薬の使用が制限を受けるところもある。
【０００８】
▲２▼加振機を搭載したトラックは、装置構成が非常に大掛かりな上、極めて重たい。地盤調査に必要な振動を得るには、油圧などを利用して重量の大きいベースプレートを上下動させて振動させる必要があり、必然的にトラックの重量が大きくなる。
【０００９】
▲３▼金属細線に給電する技術では、一度給電を行なうと金属細線が溶融気化されるため、繰り返し加振を行なうには金属細線や伝達物質が封入されたカートリッジを取り替えなければならない。
【００１０】
従って、本発明の主目的は、軽量の地盤加振機を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、繰り返し地盤への加振を容易に行なうことができる地盤加振機を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流体媒体中での放電を利用することで上記の目的を達成する。
【００１２】
本発明地盤加振機は、地盤に配される流体媒体と、前記流体媒体内で放電が可能な電極と、前記放電により弾性波を発生させることができる電力を電極に供給する電力供給源とを具えることを特徴とする。
【００１３】
本発明では、放電による衝撃で弾性波を発生させることにより、流体媒体、電極、電力供給源の全てを合わせてもベースプレートを用いた加振機に比べてはるかに軽量化することができる。
【００１４】
また、溶融気化する金属細線を用いることなく、電極で放電を行っているため、溶融気化して消尽される材料がなく、繰り返し放電を行って地盤に振動を与えることができる。
【００１５】
以下、本発明をより詳しく説明する。
本発明加振機で用いる流体媒体は、電極での放電に伴って発生する弾性波を伝達できる物質であれば特に限定されない。水やゼリー状のものが利用できる。
【００１６】
この流体媒体を地盤に配する際、流体媒体が直接地盤に接しているかどうかは問わない。つまり、流体を貯えた容器を地盤に配してもよく、地盤に穴をあけて、その穴に流体媒体を貯えても良い。
【００１７】
容器を用いる場合、容器は地盤上に載せることはもちろん、容器の一部または全部を埋設してもよい。特に、単に地盤上に容器を載せる場合、地盤に穴をあける作業を行う必要がない。この容器は、基本的には放電時の衝撃に耐えうる強度を有するものであれば材質は限定されない。例えば、鋼製の容器が挙げられる。
【００１８】
容器のサイズは、流体媒体が入れられた際の重量や弾性波の伝達性を考慮すると、直径１〜２ｍ、高さ１．５〜２．５ｍ程度が好ましい。
【００１９】
一方、地盤に穴を形成し、この穴に流体媒体を貯える場合、容器を用いることなく加振を行なうことができる。経験上、穴径が大きくなるほど振動が大きくなる傾向がある。そのため、穴のサイズは必要な振動強度に応じて適宜設定すれば良いが、一般には直径１．５〜２．５ｍ、深さ１．５〜２．５ｍ程度が好ましい。必要な振動強度が小さければ、直径３０ｍｍ程度、深さ５０ｃｍ程度の穴でも利用可能である。
【００２０】
地盤に穴をあける場合、穴の開口、つまり流体媒体と大気の界面から鉛直方向に電極を出し入れできるため、電極の交換作業も容易に行なうことができる。
【００２１】
容器を用いる場合、地盤に穴をあける場合のいずれにおいても、流体媒体と地盤との間に伝達部材を介在することが好ましい。その場合、伝達物質の音響インピーダンスは、流体媒体の音響インピーダンスの値と地盤の音響インピーダンスの値との間の値を有するものとする。伝達物質の音響インピーダンスを上記のように限定することで、放電により発生した弾性波が流体媒体と地盤との界面で反射することを抑制し、より効率的に弾性波を地盤に伝達することができる。流体媒体を水とした場合、ゴム系材料が好適である。
【００２２】
この伝達物質は、流体媒体と地盤との間において、単層に配置しても多層に配置してもいずれでも良い。多層に伝達物質を配置する場合、流体媒体側（容器側）から順次音響インピーダンスが地盤に近づくように各層の伝達物質を積層することで、弾性波の伝達効率をより一層改善することができる。伝達物質を積層する場合、ゴム系材料層とアルミニウムまたはアルミニウム合金層とを積層した構成が好適である。
【００２３】
容器を用いる場合、容器の底面自体を上記の伝達物質で構成することが好適である。また、地盤の穴に直接流体媒体を貯える場合は、穴の底面や周壁に上述した音響インピーダンスを有する伝達物質を配することが好ましい。
【００２４】
電極は流体媒体内にて放電可能な放電ギャップを有する。放電ギャップで放電させることで、従来のように金属細線を用いないため、放電ごとに溶融気化して消尽する部材がなく、複数回の放電が可能になる。通常、このような構成の電極は１００回程度は放電できる寿命があり、放電の度に交換する必要はない。
【００２５】
特に、直列に配された複数の放電ギャップを有することが望ましい。複数の放電ギャップを具えることで放電抵抗をより一層増加させ、放電により消費されるエネルギー、つまり加振に利用されるエネルギーを多くすることができる。
【００２６】
電力供給源は、例えば、電源と、電源から供給された電荷を貯えるコンデンサおよびスイッチなどを含む回路とから構成される。この電力供給源から電極までは同軸ケーブルなどを介して電力を供給し、電極で放電を起こさせる。この放電はコンデンサの充電時間をインターバルとして断続的に繰り返し実施できるため、より精度の高い地質探査が可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
＜実施例１＞
（加振機の装置構成）
図１は本発明加振機の全体構成図である。この加振機は、地盤１００上に設置される容器１０と、容器１０内に貯えられる流体媒体２０と、流体媒体２０内に浸漬される電極３０と、電極３０にパルスパワーを供給する電力供給源４０とを具える。
【００２８】
容器１０は、上部が開口した有底の円筒体である。ここでは鋼製の容器を用いた。容器１０の寸法は内径１．４ｍ、高さ２ｍである。容器１０の厚みは、放電時の衝撃を考慮して５ｍｍとした。鋼製の容器において、この程度の厚みを有すれば、格別の補強を行う必要もない。容器１０の側壁には電極３０が貫通されている。この電極３０と側壁との間は水密構造に形成した。
【００２９】
容器１０内に貯えられた流体媒体２０には水を用いた。容器１０の重量は５００ｋｇ程度である。この容器に貯えられる水の重量は３０００ｋｇ近くになるが、容器は空の状態で運搬し、作業現場で注水して利用する。
【００３０】
電極３０は棒状のものを用いた。電極先端部の拡大図を図２に示す。この図に示すように、電極３０は中心電極３１と、中心電極３１の先端部以外を覆う絶縁体３２と、絶縁体３２の外周に軸方向に間隔をあけて配された環状の外周電極３３とを具える。露出された中心電極３１の先端と最も先端側の外周電極３３との間および各外周電極３３同士の間には放電ギャップ３４が形成され、この間で放電が行われる。本例では、複数の放電ギャップ３４が電極３０の軸方向に直列に配される構成とした。そして、電極３０を水平方向に配することで、各放電ギャップ３４が地盤１００に対してほぼ等距離となるように配置し、均等に弾性波が地盤側に到達するようにしている。
【００３１】
この電極３０と電力供給源４０との間は同軸ケーブル５０で接続されている。この同軸ケーブル５０は、中心から順に、導体、内部半導電層、絶縁体、外部半導電層、リターン導体、防食層、補強層を具えている。導体は電極の中心電極に、リターン導体は外周電極に接続されている。
【００３２】
電力供給源４０は、電源となるディーゼル発電機４１と、コンデンサバンク４２（ここでは０．５ｍＦ−２２ｋＶ、重量約１０００ｋｇ）およびスイッチ４３を組み合わせた回路を具えている。スイッチ４３は引き金装置４４を遠隔引き金４５で起動して作動させる。
【００３３】
以上の装置構成であれば、コンデンサバンク４２とディーゼル発電機４１を合わせても３０００ｋｇ程度で構成できる。つまり、ベースプレートを用いた典型的な加振機搭載トラックに比べれば、概算で約２０ｔｏｎ以上の軽量化が可能になる。そのため、普通免許で運転可能な汎用の４トントラックにて加振機の全ての構成部材を積載することができる。特に、トラックがクレーンを有している場合、加振位置に到着後、自身で容器１０を大地に降ろし、流体媒体である水を注入した後に直ちに放電作業が行なえる。
【００３４】
（加振方法）
このような装置において、探査を行なう地盤上に図１に示すように加振機をセットする。
【００３５】
一方で、加振された弾性波の反射波あるいは屈折波を検知する受震機（加速度センサ：図示せず）を地盤の加振機から離れた箇所にセットしておく。
【００３６】
発電機４１より電荷をコンデンサバンク４２に供給し、コンデンサバンク４２を十分に充電させる。
【００３７】
遠隔引き金４５で引き金装置４４を起動し、スイッチ４３を作動させてコンデンサバンク４２に蓄電された電荷を放出し、同軸ケーブル５０を通じて電極３０にパルスパワーを供給する。
【００３８】
電極３０の放電ギャップ３４間には流体媒体２０が入り込んでいるが、パルスパワーの供給により、電極３０の放電ギャップ３４間が絶縁破壊されてアークを発生させる。
【００３９】
このアークの発生に伴ってプラズマを発生し、その際の衝撃力により弾性波を発生させる。
【００４０】
弾性波は流体媒体２０、容器１０を介して地盤１００に伝達される。
【００４１】
伝達された弾性波は、地質の変化面で反射または屈折されるため、この反射波または屈折波を受震機で検知することで地質探査を行なうことができる。
【００４２】
＜実施例２＞
次に、容器を用いず加振を行なう具体例を図３に基づいて説明する。図３は容器を用いないで加振を行なう際の状態を示す本発明装置の概略説明図である。図１と共通する部材には同一の符号を付している。
【００４３】
この加振機も、流体媒体２０と、流体媒体２０内に浸漬される電極３０と、電極３０にパルスパワーを供給する電力供給源４０とを具える。本例では、容器を用いる代わりに地盤に直接穴６０をあけて、その穴６０に流体媒体２０を貯えた。この穴６０のサイズは、直径２ｍ、深さ２ｍである。実施例１と本例は、流体媒体を容器中に貯えるか、地盤１００の穴６０に貯えるかが相違するだけで、他の装置構成は実施例１とほぼ同様である。
【００４４】
地盤に直接穴６０をあけることで、地盤１００の表面から電極３０を導入することができる。そのため、実施例１のように容器１０と電極３０との界面を水密構造にする必要がなく、電極３０を流動媒体中に出し入れする作業も極めて容易にできる。
【００４５】
本例では、電極３０を鉛直方向に配置した。この配置により弾性波は電極３０を中心として放射状に広がるが、穴６０の形成により電極３０の外周は全て地盤１００に取り囲まれているため、効率的に弾性波を地盤１００に伝達させることができる。
【００４６】
加振方法とその際の加振機の動作も実施例１と同様であるため、説明を省略する。
【００４７】
＜実施例３＞
次に、伝達物質を用いた本発明加振機について図４に基づいて説明する。図４は、実施例１の加振機において、容器の底面を伝達物質とした加振機を示す概略構成図である。図１と共通する部材には同一の符号を付している。
【００４８】
本例は、容器１０の底部を伝達物質１１とした点を除き、他の構成は実施例１と同様のため、以下の説明は相違点を中心に行なう。
【００４９】
流体媒体２０と地盤１００との間に介在される伝達物質１１は、流体媒体２０の音響インピーダンスの値と地盤１００の音響インピーダンスの値との間の値を有する。ここでは、伝達物質１１にウレタンのシートを用いている。例えば、地盤１００の音響インピーダンスは１６×１０６Ｎ／ｓ／ｍ３、水の音響インピーダンスは１．５×１０６Ｎ／ｓ／ｍ３、ウレタンの音響インピーダンスは６×１０６Ｎ／ｓ／ｍ３である。
【００５０】
一般に、音響振動はある媒体から異なる媒体に伝達する際、媒体の境界面において音響振動の一部が反射され、残部のみが透過される。その際、音響振動の透過率は各媒体が有する音響インピーダンスにより決定される。そのため、流体媒体と地盤との間に音響インピーダンスの差を緩和する伝達物質を介在することで、弾性波が地盤に透過される割合を向上することができる。
【００５１】
ここでは、伝達物質１１としてウレタンシート単層を用いたが、さらに流体媒体側をウレタンシート、地盤側をアルミニウム板とする積層構造の伝達物質を用いても良い。アルミニウムの音響インピーダンスは地盤の音響インピーダンスとほぼ同じであり、弾性波のより効率的な地盤への伝達を実現することができる。
【００５２】
＜実施例４＞
次に、実施例１〜３とは異なる構成の電極について図５に基づいて説明する。図５は外周電極に突起部を設けた電極を示す斜視図である。
【００５３】
この電極３０は、各外周電極３３に隣接して三角形状の突起部３５を有している。この突起部３５は電極３０の径方向に突出され、かつ各突起部３５は電極軸方向の同一直線状に並列されている。突起部３５の形態は、電界を集中しやすい先鋭な形状であることが好ましい。この突起部３５を設けることで、優先的に突起部３５間で放電を発生させられるため、突起部３５を地盤１００側に向けて電極３０を配置しておけば、より効率的に弾性波を地盤１００に伝達させることができる。
【００５４】
なお、突起部を軸方向の同一直線状に配列せず、隣接する突起部を交互に周方向にずらせて設けても良い。この構成によれば、隣接する放電ギャップで発生するアーク同士が一体化し、放電発生箇所の個数が減少することを抑制して、電極の放電エネルギーを効率的に弾性波の発生に利用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明加振装置によれば、放電による衝撃で弾性波を発生させることにより、流体媒体、電極、電力供給源の全てを合わせても加振機を搭載したトラックに比べてはるかに軽量化することができる。
【００５６】
また、溶融気化する金属細線を用いることなく、電極で放電を行っているため、溶融気化して消尽される材料がなく、繰り返し放電を行って地盤に振動を与えることができる。
【００５７】
従って、本発明加振機は弾性波探査法などの地質探査において有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明加振機の全体構成図である。
【図２】図２は電極先端部の拡大図である。
【図３】図３は容器を用いないで加振を行なう際の状態を示す本発明装置の概略説明図である。
【図４】図４は、実施例１の加振機において、容器の底面を伝達物質とした加振機を示す概略構成図である。
【図５】図５は外周電極に突起部を設けた電極を示す斜視図である。
【図６】図６はベースプレートを地面に押し当てて弾性波を発生させる従来の加振機の説明図である。
【符号の説明】
１０    容器
１１    伝達物質
２０    流体媒体
３０    電極
３１    中心電極
３２    絶縁体
３３    外周電極
３４    放電ギャップ
３５    突起部
４０    電力供給源
４１    ディーゼル発電機
４２    コンデンサバンク
４３    スイッチ
４４    引き金装置
４５    遠隔引き金
５０    同軸ケーブル
６０    穴
１００    地盤
２００    トラック
２１０    ベースプレート
【図１】
2004333178.tif 000003
【図２】
2004333178.tif 000004
【図３】
2004333178.tif 000005
【図４】
2004333178.tif 000006
【図５】
2004333178.tif 000007
【図６】
2004333178.tif 000008