(57)【要約】【課題】地盤又は法面の剪断強度定数（内部摩擦角と粘着力）を現位置で簡便に推定できるようにする。【解決手段】掘削孔に挿入されたロッドの外周に、片側をロッドに固定された複数の耐引張部材６０３Ａと、該耐引張部材６０３Ａに固着される複数の抵抗体６０５Ａとにより、掘削孔内で流体圧により半径方向の膨張圧を作用させながら、ロッドを地上から低速回転することにより、掘削孔の側壁を円周方向に破壊させ、破壊時のトルクを測定することにより、地盤の剪断強度である内部摩擦角と粘着力を同時に求める。【選択図】図２４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削孔（Ｈ）に挿入されたロッド（２００）の外周に配置され、片側をロッド（２００）に固定された複数の耐引張部材（６０３Ａ）と、該耐引張部材（６０３Ａ）に固着される複数の抵抗体（６０５Ａ）とにより、掘削孔（Ｈ）内で流体圧により半径方向の膨張圧を作用させながら、ロッド（２００）を地上から低速回転することにより、掘削孔（Ｈ）の側壁（ｈ）を円周方向に破壊させ、破壊時のトルクを測定することにより、地盤の剪断強度である内部摩擦角と粘着力を同時に求めることを特徴とする地盤の現位置剪断強度測定方法。
【請求項２】
掘削孔（Ｈ）に挿入されたロッド（２００）の外周に縦長に複数配置された膨張部材（６０２）と、該膨張部材（６０２）を覆うように配置され、片側をロッド（２００）に固定された複数の耐引張部材（６０３）と、該耐引張部材（６０３）に固着される複数の抵抗体（６０５）とにより、掘削孔（Ｈ）内で流体圧により半径方向の膨張圧を作用させながら、ロッド（２００）を地上から低速回転することにより、掘削孔（Ｈ）の側壁（ｈ）を円周方向に破壊させ、破壊時のトルクを測定することにより、地盤の剪断強度である内部摩擦角と粘着力を同時に求めることを特徴とする地盤の現位置剪断強度測定方法。
【請求項３】
中空のロッド（２００）に連結され、流体圧によって径外方向に膨張する膨張部材（６０２）が表面に複数配置される支持部材（６０１）と、回転時に回転力をロッド（２００）に伝達するとともに、膨張部材（６０２）に回転力が作用しないように膨張部材（６０２）を保護し、かつ、膨張部材（６０２）を覆うように支持部材（６０１）に固着される耐引張部材（６０３）と、耐引張部材（６０３）を覆う伸縮性を有する被覆部材（６０４）と、該被覆部材（６０４）の外周面（６０４ａ）に所定の間隔をおいて配置され、耐引張部材（６０３）に固着される複数の抵抗体（６０５）とで構成される検知部（６０）を備えた地盤の剪断強度測定装置を用いて、地盤の剪断強度を測定する方法であって、
地盤に掘削した掘削孔（Ｈ）における所定位置の土の地層に、前記検知部（６０）を配置するとともに、外部から供給される流体圧によって、前記膨張部材（６０２）を径外方向に膨張させて、前記土の地層の側壁（ｈ）に所定の一定圧力で密着させ、外部から供給される回転力によって、前記土の地層の側壁（ｈ）に所定の一定圧力で密着した状態の検知部（６０）を低速回転させて、前記土の地層を剪断し、剪断した際のトルク値を測定し、流体圧に応じた前記土の地層の剪断強度を求めるようにしたことを特徴とする地盤の現位置剪断強度測定方法。
【請求項４】
前記所定位置の土の地層において、所定位置で前記検知部（６０）にかける流体圧を段階的に変化させて複数回の試験を行い、剪断した際のトルクのピーク値を測定して、土の剪断強度定数である内部摩擦角と粘着力を同時に求めるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の地盤の現位置剪断強度測定方法。
【請求項５】
前記膨張部材（６０２）の内部を水で充填した後、該膨張部材（６０２）に流体圧を作用して、回転前および回転剪断時の膨張部材（６０２）に出入りする水の体積を外部で測定することにより、回転前の流体圧負荷時の土の圧縮特性および回転剪断時の土の変形特性を求めるようにしたことを特徴とする請求項３または４に記載の地盤の現位置剪断強度測定方法。
【請求項６】
前記所定位置の土の地層は、ロッド（２０，２００）の先端部に取り付けられるスクリューポイント（２１）または超硬の付いたビット刃（２１０）が地盤に貫入し、異なる二つ以上の荷重をロッド（２０，２００）にかけて、所定の距離離れた第１および第２の測定地点にロッド（２０，２００）を回転させながら貫入させて回転数を測定するとともに、貫入速度を測定することにより、比較的軟弱な地層として特定するようにしたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の地盤の現位置剪断強度測定方法。
【請求項７】
回転力と軸荷重を供給するための外力供給部（５０）と、
流体圧を供給するための圧力供給部（５０１）と、
該圧力供給部（５０１）から供給される流体圧によって膨張して、地盤に掘削した掘削孔（Ｈ）における所定位置の土の地層の側壁（ｈ）に一定の圧力で密着するように構成される検知部（６０、６０Ａ）と、
前記土の地層に所定の一定圧力で密着させた状態の検知部（６０、６０Ａ）を、外力供給部（５０）から供給される回転力によって回転させた場合の、土の地層が剪断する際のトルク値を測定する測定部（７０）と、
流体圧とトルク値とから剪断強度を求める演算部とを備えたことを特徴とする地盤の現位置剪断強度測定装置。
【請求項８】
前記検知部（６０Ａ）は、筒状の支持部材（６０１Ａ）と、片側が支持部材（６０１Ａ）に固定された複数の耐引張部材（６０３Ａ）と、該耐引張部材（６０３Ａ）を覆う伸縮性を有する被覆部材（６０４Ａ）と、該被覆部材（６０４Ａ）の外周面に所定の間隔をおいて配置され、耐引張部材（６０３Ａ）に固着される複数の抵抗体（６０５Ａ）とを備えたことを特徴とする請求項７に記載の地盤の現位置剪断強度測定装置。
【請求項９】
前記検知部（６０）は、中空のロッド（２００）に連結され、各側面に、流体圧によって径外方向に膨張する膨張部材（６０２）が配置される支持部材（６０１）と、回転時に検知部（６０）表面に作用する回転力をロッド（２００）に伝達するとともに、膨張部材（６０２）に回転力が作用しないように膨張部材（６０２）を保護し、膨張部材（６０２）を覆うように支持部材（６０１）に固着される耐引張部材（６０３）と、各耐引張部材（６０３）を覆う伸縮性を有する被覆部材（６０４）と、該被覆部材（６０４）の外周面（６０４ａ）に所定の間隔をおいて配置され、耐引張部材（６０３）に固着される複数の抵抗体（６０５）とを備えたことを特徴とする請求項７に記載の地盤の現位置剪断強度測定装置。
【請求項１０】
前記支持部材（６０１Ａ）には、先端部側の周面から先端部にかけて水抜き孔（６０１２Ａ）が形成されることを特徴とする請求項８に記載の地盤の現位置剪断強度測定装置。
【請求項１１】
前記抵抗体（６０５Ａ）には、水圧を検知するための孔（６０５４Ａ）と、該孔（６０５４Ａ）からの水圧を受けるように、前記ロッド（２００）の回転方向とは反対側に水圧センサ（６０５３Ａ）が取り付けられることを特徴とする請求項８に記載の地盤の現位置剪断強度測定装置。
【請求項１２】
前記耐引張部材（６０３、６０３Ａ）は、ニードル織からなる布、または、硬質なポリエステルフィルムで作製されることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の地盤の現位置剪断強度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤又は法面の成層構造における土質を評価するための地盤の現位置剪断強度測定方法および地盤の現位置剪断強度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、雨量の多い時や地震が発生した時に発生する地滑りの可能性を評価する地盤の剪断強度測定装置として、地盤をボーリングして採取した土（試料）を三軸圧縮試験装置にセットして、該試料に所定条件に基づいて三軸、即ち軸方向、径方向からそれぞれ圧縮することで、試料が変形に至る応力から地滑りに対するその試料を評価して、試料を採取した地盤の評価を行うようにしているのが現況である。
【０００３】
この三軸圧縮試験装置としては、例えば、上面及び下面の両開口部が円盤状の上蓋及び下蓋で密封されて、内部に圧力室が形成される円筒体と、試料（現地から採取した土）を載置するための載置台と、上蓋の中央部に貫設されたピストンを介して軸方向に応力を生じさせる載荷装置と、該ピストンに対する載荷装置の荷重を測定する測定装置と、前記圧力室に側方向に応力を生じさせる圧力供給装置と、載置台から排出される間隙水に係る圧力を測定する間隙水圧測定装置とを備えているものが公知になっている（特許文献１参照）。
【０００４】
このように構成された三軸圧縮装置では、圧力室に水を満たした状態にすると共に、圧力供給装置によって側方向の圧力を加えて、試料の圧密状況を形成する。この圧密状況下において、載荷装置によって軸方向の荷重を加えて、軸方向応力のピーク値を計測する。異なる側方向の圧力によって３つ以上の試験を行い、側方向の圧力と軸方向応力のピーク値をプロットすることによって、採取した土の剪断強度定数（内部摩擦角と粘着力）を求めることができる。
【０００５】
また、軟弱地盤を対象として、掘削したボーリング孔の底壁に、歯形や溝形を切り込んだ円筒管の下端を、流体圧によって圧着するとともに、該円筒管を人力で回転させて、ボーリング孔の孔底を剪断破壊させる。この際、流体圧を段階的に変化させたそれぞれの状態で、破断回転トルク値を測定し、圧着圧力と破断回転トルク値とから地盤の剪断強度定数（内部摩擦角と粘着力）を求める剪断強度測定装置が公知になっている（特許文献２参照）。
【０００６】
また、数個の円弧状の加圧板を円筒状に配列したゴムスリーブ式パッカーを、掘削した試錐孔の孔内に挿入し、ゴムスリーブ式パッカーを流体圧をかけて孔壁に圧着した状態で回転させてトルクを測定することにより、圧着圧力と破断回転トルク値とから地盤の剪断強度定数（内部摩擦角と粘着力）を求める剪断強度測定装置が公知になっている（特許文献３参照）。
【０００７】
また、地盤の支持強度を測定するものとして、ボーリング装置を用いた標準貫入試験、スウェーデン式サウンディング試験、動的コーン貫入試験、コーン貫入試験などが一般的に知られている。これらの試験は、打撃、回転、鉛直荷重などにより、ロッドを地盤に貫入させ、貫入時の打撃回数、回転数、貫入抵抗を測定することにより、地盤の硬軟を測定する試験である。これらの測定値から、地盤の剪断強度定数（内部摩擦角と粘着力）のどちらか片方を推定する換算式が複数提案されており、公知となっている。
【０００８】
スウェーデンサウンディング試験機は、ドリルの刃状を呈したスクリューポイントと称される抵抗体をロッドの先端部に設けて、該ロッドを地盤に対して鉛直方向に突き立てると共に、該ロッドに錘を載せつつ回転させながら地盤に貫入させ、一定貫入量ごとのロッドの回転数を測定しながら地盤の硬軟を調査するものである。この種の装置として、流体圧シリンダに設定された複数の所定圧力をロッドに順次加えることによって、ロッド貫入時の作業効率を改善しようとするものが公知になっている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−５３０４２号公報
【特許文献２】特公昭６３−４３５２６号公報
【特許文献３】特公昭６２−２９０号公報
【特許文献４】特開平１０−１２１４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、三軸圧縮装置を用いて地盤の剪断強度を求める場合、ボーリングにより、試験に必要な試料を採取しなければならない。試料の採取には、多大な手間とコストがかかる他、礫混じり粘性土の地盤では試料が採取できない場合がある。また、試料を採取する際に地盤を乱すために、正確に現地地盤の剪断強度定数を求められないという問題がある。
【００１１】
また、ボーリング孔底における剪断試験装置の場合、ボーリング孔底を整形し崩れた土を完全に取り除く必要があるが、視認ができない地盤の深い箇所でどのように孔底を整形するかは示されておらず、深い深度での試験は困難であると考えられる。また、試験に先行してボーリングを行う必要があり、多大な手間とコストがかかるという問題がある。
【００１２】
また、数個の円弧状の加圧板を円筒状に配列したゴムスリーブ式パッカーを用いて剪断強度定数を求める試験の場合、回転力を複数の可動する円棒で受け持つ構造となっており、回転剪断中に礫などの硬い材料の抵抗があると、円棒が変形して、試験終了後にパッカーの流体圧を減少させた際に元の位置にもどらなくなるため、その後の試験が困難になると考えられる。また、外周面に設置されたゴムスリープ式パッカーは孔壁に直接接しており、回転時に孔壁に礫などの硬い材料があると、強い引張り応力を受けて容易に破断するものと考えられる。このため、礫が存在しない軟弱な粘性土への適用に限られるだけでなく、円棒で回転力を受け持つ構造であることから、小型化が困難であり、直径６６ｍｍ以上のボーリング孔のような大きな孔を用いての試験に適用が限られるものと考えられる。
【００１３】
また、ボーリング装置を用いた標準貫入試験、スウェーデン式サウンディング試験、動的コーン貫入試験、コーン貫入試験のように、一般的なサウンディング試験機を用いて、地盤の剪断強度定数（内部摩擦角と粘着力）を推定する場合、地盤を粘性土または砂質土のどちらかであると仮定し、Ｎ値または換算Ｎ値から粘着力または内部摩擦角のどちらか一方だけを推定する換算式しかなく、粘土分から砂分までを含む一般的な土に対して内部摩擦角と粘着力の両方を同時に推定する方法は示されていない。
【００１４】
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、地盤又は法面の剪断強度定数である内部摩擦角と粘着力の両方を簡便に推定できる地盤の現位置剪断強度測定装置および地盤の現位置剪断強度測定方法を提供することを課題とする。ここで、「簡便に推定できる」とは、直径６６ｍｍ以上のボーリング孔に限らず、より軽量な掘削機で掘削可能な直径３５ｍｍ以上のサウンディングによる掘削孔を用いて、深度２０ｍまでの地層の剪断強度定数を求めることを意味する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る地盤の現位置剪断強度測定方法は、掘削孔Ｈに挿入されたロッド２００の外周に配置され、片側をロッド２００に固定された複数の耐引張部材６０３Ａと、該耐引張部材６０３Ａに固着される複数の抵抗体６０５Ａとにより、掘削孔Ｈ内で流体圧により半径方向の膨張圧を作用させながら、ロッド２００を地上から低速回転することにより、掘削孔Ｈの側壁ｈを円周方向に破壊させ、破壊時のトルクを測定することにより、地盤の剪断強度である内部摩擦角と粘着力を同時に求めることを特徴とする。
【００１６】
別の発明に係る地盤の現位置剪断強度測定方法は、掘削孔Ｈに挿入されたロッド２００の外周に縦長に複数配置された膨張部材６０２と、該膨張部材６０２を覆うように配置され、片側をロッド２００に固定された複数の耐引張部材６０３と、該耐引張部材６０３に固着される複数の抵抗体６０５とにより、掘削孔Ｈ内で流体圧により半径方向の膨張圧を作用させながら、ロッド２００を地上から低速回転することにより、掘削孔Ｈの側壁ｈを円周方向に破壊させ、破壊時のトルクを測定することにより、地盤の剪断強度である内部摩擦角と粘着力を同時に求めることを特徴とする。
【００１７】
かかる構成によれば、掘削孔Ｈにおける所定の位置の土の地層の側壁ｈに、流体圧を耐引張部材６０３，６０３Ａおよび被覆部材６０４，６０４Ａに供給して膨張させて密着させる。すなわち、被覆部材６０４、６０４Ａの外周面が側壁ｈに所定の圧力で均一に密着する。この状態で、ロッド２００を低速で回転させると、耐引張部材６０３，６０３Ａから側壁ｈに回転力が伝達される。この回転力が所定値に達した時点で、土の地層が大きく変形して剪断される。つまり、土の地層を剪断した際のトルク値によって、現位置における、流体圧（側壁ｈに径外方向に作用する垂直応力）に応じた、土の地層の剪断強度が求められる。
【００１８】
また、本発明によれば、中空のロッド２００に連結され、流体圧によって径外方向に膨張する膨張部材６０２が表面に複数配置される支持部材６０１と、回転時に回転力をロッド２００に伝達するとともに、膨張部材６０２に回転力が作用しないように膨張部材６０２を保護し、かつ、膨張部材６０２を覆うように支持部材６０１に固着される耐引張部材６０３と、耐引張部材６０３を覆う伸縮性を有する被覆部材６０４と、該被覆部材６０４の外周面６０４ａに所定の間隔をおいて配置され、耐引張部材６０３に固着される複数の抵抗体６０５とで構成される検知部６０を備えた地盤の剪断強度測定装置を用いて、地盤の剪断強度を測定する方法であって、地盤に掘削した掘削孔Ｈにおける所定位置の土の地層に、前記検知部６０を配置するとともに、外部から供給される流体圧によって、前記膨張部材６０２を径外方向に膨張させて、前記土の地層の側壁ｈに所定の一定圧力で密着させ、外部から供給される回転力によって、前記土の地層の側壁ｈに所定の一定圧力で密着した状態の検知部６０を低速回転させて、前記土の地層を剪断し、剪断した際のトルク値を測定し、流体圧に応じた前記土の地層の剪断強度を求める。
【００１９】
かかる構成によれば、掘削孔Ｈにおける所定の位置の土の地層の側壁ｈに、流体圧を膨張部材６０２に供給して膨張させて密着させる。すなわち、検知部６０の外周面が側壁ｈに所定の圧力で均一に密着する。この状態で、ロッド２００を低速で回転させると、耐引張部材６０３から側壁ｈに回転力が伝達される。この回転力が所定値に達した時点で、土の地層が大きく変形して剪断される。つまり、土の地層を剪断した際のトルク値によって、現位置における、流体圧（側壁ｈに径外方向に作用する垂直応力）に応じた、土の地層の剪断強度が求められる。
【００２０】
また、本発明によれば、前記所定位置の土の地層において、所定位置で前記検知部６０にかける流体圧を段階的に変化させて複数回の試験を行い、剪断した際のトルクのピーク値を測定して、土の剪断強度定数である内部摩擦角と粘着力が同時に求められる。
【００２１】
かかる構成によれば、流体圧の大きさと測定されたトルクのピーク値から求められる剪断強度をプロットし、その近似直線の傾きと切片を求め、クーロンの破壊基準に基づいて、土の内部摩擦角と粘着力が同時に求められる。この場合の内部摩擦角と粘着力は全応力強度である。
なお、ここでいう、「所定位置の土の地層」とは、回転剪断する地層を意味する。また、「所定位置で流体圧を段階的に変化させる」の「所定位置」とは、回転剪断する地層における所定の深さを意味する。また、「所定位置で流体圧を段階的に変化させる」とは、流体圧を変化させると同時に深さを変更することと、同じ深さの位置（位置を変えない）で、段階的に流体圧を増加させて回転剪断することとを含むものとする。
【００２２】
また、本発明によれば、前記膨張部材６０２の内部を水で充填した後、該膨張部材６０２に流体圧を作用して、回転前および回転剪断時の膨張部材６０２に出入りする水の体積を外部で測定することにより、回転前の流体圧負荷時の土の圧縮特性および回転剪断時の土の変形特性を求めるような構成を採用することもできる。
【００２３】
この場合、回転前に膨張部材６０２にかける流体圧を段階的に増加させ、供給される水の体積から膨張部材６０２の直径の増加量、すなわち孔の径外方向への変形量を求める。段階的に変化させた流体圧と孔の変形量を片対数目盛にプロットし、近似曲線の変曲点の流体圧を求めることによって、地盤の圧縮性の指標である圧密降伏応力の値を求めることができる。
【００２４】
また、回転剪断時に供給されている水の体積を外部で測定することで、回転剪断時の土の変形特性が求められるようになる。土には、密度が大きい土では剪断時に体積膨張し、密度が緩い土では体積圧縮する変形特性（ダイレタンシー特性）がある。回転剪断時に膨張部材６０２から水が排水されれば、比較的よく締まった土、水が供給されればあまり締まっていない土であると判別できる。回転剪断時の変形特性を求めることで、例えば、砂層の液状化強度を推定するような構成を採用することもできる。
【００２５】
また、回転剪断する所定位置の土の地層を特定する場合における、本発明の地盤の剪断強度測定方法は、前記所定位置の土の地層を、ロッド２０，２００の先端部に取り付けられるスクリューポイント２１または超硬の付いたビット刃２１０が地盤に貫入し、異なる二つ以上の軸荷重をロッド２０，２００にかけて、所定の距離離れた第１および第２の測定地点にロッド２０，２００を一定回転速度で回転させながら貫入させて回転数を測定するとともに、貫入速度を測定することにより、比較的軟弱な地層として特定するような構成を採用することもできる。
【００２６】
例えば、比較的硬い地層では、小さな軸荷重をロッド２０，２００にかけて、測定地点に貫入させた場合の回転数は、大きな軸荷重をロッド２０，２００にかけて、測定地点に貫入させた場合の回転数よりもかなり大きな値を示す。一方、貫入により流動化するような飽和した軟弱な地盤では、粘性の効果により、大きな軸荷重をロッド２０，２００にかけて、測定地点に貫入させた場合の回転数と小さな軸荷重をロッド２０，２００にかけて、測定地点に貫入させた場合の回転数の差が小さくなる。そこで、大きな軸荷重をロッド２０，２００にかけて、第１の測定地点に貫入させた場合の回転数が、小さな軸荷重をロッド２０，２００にかけて、第２の測定地点に貫入させた場合の回転数よりも小さな値を示す場合は、その土の地層が比較的硬度のある地層であると判断される。一方、大小の軸荷重における回転数にほとんど差がない場合は、その土の地層が比較的軟弱で飽和した地層であると判断される。
【００２７】
また、本発明にかかる地盤の現位置剪断強度測定装置は、回転力と軸荷重を供給するための外力供給部５０と、流体圧を供給するための圧力供給部５０１と、該圧力供給部５０１から供給される流体圧によって膨張して、地盤に掘削した掘削孔Ｈにおける所定位置の土の地層の側壁ｈに一定の圧力で密着するように構成される検知部６０と、前記土の地層に所定の一定圧力で密着させた状態の検知部６０を、外力供給部５０から供給される回転力によって回転させた場合の、土の地層が剪断する際のトルク値を測定する測定部７０と、流体圧とトルク値とから剪断強度定数を求める演算部とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
かかる構成によれば、圧力供給部５０から供給される流体圧によって、検知部６０を径外方向に膨張させて土の地層の側壁ｈに一定の圧力で密着させるとともに、検知部６０を密着させた状態で、外力供給部Ｙから供給される外力で検知部６０を回転させて、測定部７０でトルク値を測定し、演算部によって、トルク値と流体圧とで、剪断強度を求めることができる。
【００２９】
また、本発明によれば、前記検知部６０Ａは、筒状の支持部材６０１Ａと、片側が支持部材６０１Ａに固定された複数の耐引張部材６０３Ａと、該耐引張部材６０３Ａを覆う伸縮性を有する被覆部材６０４Ａと、該被覆部材６０４Ａの外周面に所定の間隔をおいて配置され、耐引張部材６０３Ａに固着される複数の抵抗体６０５Ａとを備えるような構成を採用することもできる。
【００３０】
かかる構成によれば、耐引張部材６０３Ａは、支持部材６０１Ａの回転によって引っ張られることに加えて、回転時における検知部６０Ａの表面に作用するトルクをロッド２００に伝達する。すなわち、耐引張部材６０３Ａの膨張により、側壁ｈの周囲の地盤に径外方向への拘束圧をかけながら、側壁ｈに回転力を作用させることができる。また、伸縮性を有する被覆部材６０４Ａは、膨張時および回転時に、耐引張部材６０３Ａの位置を固定するように、自身の伸縮性を持って、耐引張部材６０３Ａを覆っている。また、各抵抗体６０５Ａは、耐引張部材６０３Ａを膨張させた回転前のスタンバイ状態で、側壁ｈに突き刺さって、検知部６０Ａの表面と側壁ｈの境界ですべりを生じさせないように、摩擦抵抗を増加させる。これにより、回転と同時に側壁ｈの周囲に剪断変形を発生させることができる。この剪断変形発生時の回転トルクを測定部７０で測定し、そのピーク値から検知部６０Ａの表面の回転方向の応力を算定することにより、試験時の流体圧に応じた剪断強度が得られる。流体圧を変化させて、同様に剪断強度を求め、流体圧から算出される側壁ｈへの垂直応力とトルクのピーク値から算出される剪断強度から、クーロンの破壊基準に基づいて剪断強度定数である内部摩擦角と粘着力を同時に求めることができる。
【００３１】
また、本発明によれば、前記検知部６０は、中空のロッド２００に連結され、各側面に、流体圧によって径外方向に膨張する膨張部材６０２が配置される支持部材６０１と、回転時に検知部６０表面に作用する回転力をロッド２００に伝達するとともに、膨張部材６０２に回転力が作用しないように膨張部材６０２を保護し、膨張部材６０２を覆うように支持部材６０１に固着される耐引張部材６０３と、各耐引張部材６０３を覆う伸縮性を有する被覆部材６０４と、該被覆部材６０４の外周面６０４ａに所定の間隔をおいて配置され、耐引張部材６０３に固着される複数の抵抗体６０５とを備えるような構成を採用することもできる。
【００３２】
この場合、耐引張部材６０３は、膨張部材６０２の膨張および支持部材６０１の回転によって引っ張られることに加えて、回転時における検知部６０の表面に作用するトルクをロッド２００に伝達するとともに、膨張部材６０２に回転に伴う引張りやねじれが作用しないように、膨張部材６０２を保護する。すなわち、膨張部材６０２の膨張により、側壁ｈの周囲の地盤に径外方向への拘束圧をかけながら、礫などの硬い材料を含む地盤であっても膨張部材６０２を破損することなく、側壁ｈに回転力を作用させることができる。また、伸縮性を有する被覆部材６０４は、膨張部材６０２の膨張時および検知部６０の回転時に、耐引張部材６０３と膨張部材６０２の位置を固定するように、自身の伸縮性を持って、耐引張部材６０３を覆うため、回転を止め、膨張部材６０２を収縮させた試験終了時に各部材の位置が試験開始前と同じ位置に戻る。また、各抵抗体６０５は、膨張部材６０２を膨張させた回転前のスタンバイ状態で、側壁ｈに突き刺さって、検知部６０の表面と側壁ｈの境界ですべりを生じさせないように、摩擦抵抗を増加させる。これにより、回転と同時に側壁ｈの周囲に剪断変形を発生させることができる。この剪断変形発生時の回転トルクを測定部７０で測定し、そのピーク値から検知部６０の表面の回転方向の応力を算定することにより、試験時の流体圧に応じた剪断強度が得られる。流体圧を変化させて、同様に剪断強度を求め、流体圧から算出される側壁ｈへの垂直応力とトルクのピーク値から算出される剪断強度から、クーロンの破壊基準に基づいて剪断強度定数である内部摩擦角と粘着力を同時に求めることができる。
【００３３】
また、本発明によれば、前記支持部材６０１Ａには、先端部側の周面から先端部にかけて水抜き孔６０１２Ａが形成されることが好ましい。
【００３４】
水抜き孔６０１２Ａを形成する理由としては、耐引張部材６０３Ａに流体圧を作用させたときの検知部６０Ａの直径の拡大量をビューレット５０３で測定される水の注入量から正確に推定するためである。経路内に空気が含まれていると、流体圧を作用させたときに空気が圧縮され、正確に水の注入量を計測することができず、検知部６０Ａの直径を推定することができない。トルクのピーク値から地盤の剪断強度を推定する際には、検知部６０Ａの直径の値を用いて補正する必要があり、検知部６０Ａの直径を推定できなければ、土の内部摩擦角および土の粘着力を正確に測定できなくなる。
【００３５】
また、本発明によれば、前記抵抗体６０５Ａには、水圧を検知するための孔６０５４Ａと、該孔６０５４Ａからの水圧を受けるように、前記ロッド２００の回転方向とは反対側に水圧センサ６０５３Ａが取り付けられることが好ましい。
【００３６】
かかる構成によれば、検知部６０Ａにかけた流体圧から、水圧センサで測定された土の間隙水圧を減じた値と、トルクピーク値から求められる剪断強度をプロットすることにより、有効応力強度の内部摩擦角と粘着力を求めることができる。また、検知部６０Ａを膨張させたときの土の圧密中の間隙水圧を測定することもできる。
【００３７】
また、本発明によれば、前記耐引張部材６０３、６０３Ａは、ニードル織からなる布、または、硬質なポリエステルフィルムで作製されるような構成を採用することもできる。
【発明の効果】
【００３８】
以上説明したように、本発明によれば、掘削孔に耐引張部材を挿入して、該耐引張部材を掘削孔内で流体圧によって膨張させ、その半径方向の膨張圧を掘削孔内で作用させながら、耐引張部材を低速回転力させることによって、土の地層を剪断し、剪断した際のトルク値を測定するようにしたので、流体圧とトルク値の関係から土の地層の剪断強度定数を容易に求めることができる。
【００３９】
また、本発明によれば、掘削孔に膨張部材を挿入して、該膨張部材を掘削孔内で流体圧によって膨張させ、その半径方向の膨張圧を掘削孔内で作用させながら、膨張部材を低速回転力させることによって、土の地層を剪断し、剪断した際のトルク値を測定するようにしたので、流体圧とトルク値の関係から土の地層の剪断強度定数を容易に求めることができる。
【００４０】
また、径外方向への圧力を作用させる膨張部材を支持部材の周りに複数配置するとともに、回転力を耐引張部材で受け持つ構造にすることにより、検知部の直径を小さくすることが可能となったため、直径の大きなボーリング孔でなく、スウェーデンサウンディング試験機等の小さな直径の孔を用いて、簡便に現位置において剪断強度定数を求めることができる。また、礫などの硬い材料を含む地盤であっても、検知部が破損することなく、孔壁に圧力を作用させながら、回転剪断の試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】地盤調査装置を示す側面図。
【図２】図１の正面図。
【図３】図１の背面図。
【図４】図１の平面図。
【図５】（ａ）は、スクリューポイントが取り付けられたロッドを示す断面図、（ｂ）は、超硬の付いたビット刃が取り付けられたロッドを示す断面図。
【図６】図１の地盤調査装置の動作説明図。
【図７】本発明の第１実施形態に係る剪断強度測定装置の流体供給部を示す概略構成図。
【図８】同実施形態に係る剪断強度測定装置の回転機構部とトルク値の測定部を示す概略斜視図。
【図９】図８の回転機構部の動作説明図。
【図１０】（ａ）は、剪断強度測定装置の検知部を示す断面斜視図、（ｂ）は、検知部の分解斜視図。
【図１１】検知部の断面図。
【図１２】地盤調査装置による調査結果を示す図。
【図１３】検知部の脱気処理および水の充填作業と、流体供給装置から剪断強度測定装置のチューブに水を充填する際の作業とを説明する図。
【図１４】（ａ）は、検知部を掘削孔に貫入させた状態を示す図、（ｂ）は、掘削孔の所定位置に停止させて、検知部の膨張部材を膨張させて、掘削孔の側壁に膨張部材の外周面を密着させるとともに、抵抗体を圧入させた状態を示す図。
【図１５】（ａ）は、図１４（ｂ）の状態の検知部を回転させる際の概略説明図、（ｂ）は、回転によって土の地層が剪断される状態を示す概略説明図。
【図１６】（ａ）は、回転中のトルク値の変化を示した図、（ｂ）は、横軸に流体圧、縦軸に剪断強度をとって、内部摩擦角と粘着力を求めるための図。
【図１７】（ａ）は、ロッドの先端部に接続される検知部の平面図、（ｂ）は、図１７（ａ）の正面図。
【図１８】本発明の第２実施形態に係る剪断強度測定装置の支持部材を示す図。
【図１９】同実施形態に係る剪断強度測定装置の耐引張部材を示す図。
【図２０】同実施形態に係る剪断強度測定装置の抵抗体を示す図。
【図２１】同実施形態に係る剪断強度測定装置の取付板を示す図。
【図２２】同実施形態に係る剪断強度測定装置の抵抗体に水圧センサを取り付けた状態を示す図。
【図２３】支持部材に耐引張部材を取り付けた状態を示す斜視図。
【図２４】支持部材と耐引張部材との間に流体を供給していない状態を示す平断面図。
【図２５】支持部材と耐引張部材との間に流体を供給して膨張させた状態を示す平断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の一実施形態に係る地盤の現位置剪断強度測定方法につき図１〜図２５を参照して説明する。
第１実施形態に係る地盤の現位置剪断強度測定方法について説明する前に、その前提として、土の軟弱地層を調査する地盤調査装置Ｘおよび地盤調査方法について、図１〜図６を参照して説明する。該地盤調査装置Ｘは、図１〜図４に示すように、移動可能に構成された架台１と、該架台１に立設された縦長の枠体５と、該枠体５に上下動自在に設けられた移動体１０と、枠体５に取り付けられたシリンダ１５と、該シリンダ１５に流体圧を供給する加重手段Ｂと、シリンダ１５に取り付けられた移動体１０を上下動させるための移動手段Ｃと、該移動体１０に設けられた、先端部にスクリューポイント２１が取り付けられた中空のロッド２０と、先端部に、超硬の付いたビット刃（以下、コンクリート用ドリルビットという）２１０が取り付けられた中空のロッド２００（図５（ｂ）参照）と、該両ロッド２０，２００うちいずれを選択しても回動できるように構成される回動手段Ｄと、加重手段Ｂ、移動手段Ｃ及び回動手段Ｄを制御する制御手段Ｅとから構成されている。なお、支持手段Ａは、架台１、枠体５、移動体１０、後述のモータ４０の回転軸との連結部から構成されている。
【００４３】
架台１は、図４に示すように、前後に車輪２が設けられた平面視矩形状の台車からなり、後述する下枠７に対して着脱可能な構成になっている（図示せず）。
【００４４】
枠体５は、図１〜図４に示すように、平面視略正方形状の上枠６及び下枠７と、該上端部が上枠６の左右の両側に溶着されると共に、下端部が下枠７の左右の両側に溶着された左右一対の側部支柱８と、上端部が上枠６の後部に溶着されると共に、下端部が下枠７の後部に溶着された後部支柱９とを備えている。
【００４５】
移動体１０は、図１に示すように、側面視コ字形状を呈している。また、移動体１０は、チェーン１９の一部の各環に接続された正面視矩形状の基部１１と、該基部１１の上端部及び下端部から水平方向に折り曲げられた折曲部１２とを有している。そして、移動体１０は、チェーン１９の移動に従動し、下側の折曲部１２にロッド２０，２００を回転させるためのモータ（回動手段）４０が取り付けられている。
【００４６】
シリンダ１５は、図６に示すように、内部が油収容室１６と空気収容室１７の二つの室に構成され、上下方向に伸縮ロッド１８が貫通して、図１〜図４に示すように、該伸縮ロッド１８の上端部及び下端部にそれぞれ支持板２２が取り付けられ、該支持板２２にスプロケット２３が回転自在に設けられている。そして、該両スプロケット２３には、環状のチェーン１９が捲回されると共に、該チェーン１９に移動体１０の基部が固着されている。
【００４７】
加重手段Ｂは、図１〜図４及び図６に示すように、内部に所定量の油が収容され、シリンダ１５に油又は空気のいずれかを供給するタンク２５と、該タンク２５に空気を供給するコンプレッサ２６と、該コンプレッサ２６の圧力を調整するレギュレータ２７と、タンク２５及びシリンダ１５にそれぞれ設けられ、タンク２５及びシリンダ１５の流体圧を切り換えるための一対の三方弁２８ａ，２８ｂと、タンク２５の下流側に設けられたニードル弁２９及び二方弁３０とを備えている。なお、図１〜図４においては、コンプレッサ２６とレギュレータ２７は図示していないが、市販のものを作業現場に別途搬入するため省略している。
【００４８】
移動手段Ｃは、図１〜図４に示すように、左右の側部支柱８に、その長さ方向に沿って設けられたレール３５と、移動体１０の上下の折曲部１２に架設された支持板３６と、該支持板３６の上部及び下部にそれぞれ回転自在に取り付けられ、レール３５を滑動する複数のローラ３７とを有している。
【００４９】
ロッド２０は、図５（ａ）に示すように、先端部にスクリューポイント２１が設けられた掘削用ロッド２０ａと、所定の降下位置において掘削用ロッド２０ａに接続される複数の連結用ロッド２０ｂとから構成されている。また、ロッド２００は、図５（ｂ）に示すように、コンクリート用ドリルビット２１０が取り付けられた掘削用ロッド２００ａと、所定の降下位置において掘削用ロッド２００ａに接続される複数の連結用ロッド２００ｂとから構成されている。
【００５０】
回動手段Ｄは、図１〜図４に示すように、鉛直方向のロッド２０，２００の基端部と、水平方向に導出されたモータ４０の回転軸（図示せず）と、モータ４０に設けられたギアボックス（減速機構部）４１と、モータ４０の回転数を制御するインバータ（図示せず）と、ロッド２０，２００の基端部、モータ４０の回転軸、ギアボックス４１とを連結するコレット（図示せず）と、ロッド２０，２００の回転数を検出する検出器（図示せず）とを備えている。
【００５１】
制御手段Ｅは、マイクロコンピュータが搭載されると共に、降下距離（貫入深さ）、降下時間、モータ４０（ロッド２０，２００）の回転数、土壌の硬さ（Ｎ値）を図表にて表示する表示装置（液晶画面）が備えられた制御盤４５からなり、枠体５に取り付けられている。そして、コンプレッサ２６、レギュレータ２７、各三方弁２８ａ，２８ｂ、ニードル弁２９、二方弁３０、モータ４０のそれぞれが、所要の動作が行われるようプログラムされている。
【００５２】
スクリューポイント２１の直径は、例えば２０〜４０ｍｍ、コンクリート用ドリルビット２１０の直径は、例えば、２２〜４０ｍｍ、コンプレッサ２６の空気圧は６〜７ｋｇ／ｍ2、スクリューポイント２１またはコンクリート用ドリルビット２１０の回転は、０〜６０ｒｐｍとする。
【００５３】
なお、軟弱な地層では、スクリューポイント２１またはコンクリート用ドリルビット２１０の降下速度が速くなるが、この降下速度を常時測定し、所定速度よりも速くなった場合、シリンダ１５の空気圧および油圧を制御してロッド２０，２００にかかる荷重をゼロにして、スクリューポイント２１またはコンクリート用ドリルビット２１０の降下を停止させる。これにより、比較的層厚が薄く軟弱な地層でも一気に貫通してしまうことなく、精密な測定ができる。
【００５４】
また、スクリューポイント２１またはコンクリート用ドリルビット２１０を低速回転（毎分３０回転）で貫入させている理由は、貫入部位の地層を推察するためである。すなわち、荷重が大きく回転数も大きくしてしまえば、軟弱な地層を通り越してしまうためである。
【００５５】
また、スクリューポイント２１、コンクリート用ドリルビット２１０に、大小の異なる荷重をかける理由について以下に説明する。例えば、比較的硬い地層では、小さな軸荷重をロッド２０，２００にかけて、測定地点に貫入させた場合の回転数は、大きな軸荷重をロッド２０，２００にかけて、測定地点に貫入させた場合の回転数よりもかなり大きな値を示す。一方、貫入により流動化するような飽和した軟弱な地盤では、粘性の効果により、大きな軸荷重をロッド２０，２００にかけて、測定地点に貫入させた場合の回転数と小さな軸荷重をロッド２０，２００にかけて、測定地点に貫入させた場合の回転数の差が小さくなる。そこで、大きな軸荷重をロッド２０，２００にかけて、第１の測定地点に貫入させた場合の回転数が、小さな軸荷重をロッド２０，２００にかけて、第２の測定地点に貫入させた場合の回転数よりも小さな値を示す場合は、その土の地層が比較的硬度のある地層であると判断する一方、大小の軸荷重における回転数にほとんど差がない場合は、その土の地層が比較的軟弱で飽和した地層であると判断するために、大小の異なる荷重をかけるのである。
【００５６】
つぎに本実施形態に係る剪断強度測定装置Ｙについて図７〜図１７を参照して説明する。該剪断強度測定装置Ｙは、図７〜図１１に示すように、流体圧および回転力を供給するための外力供給部５０と、該外力供給部５０から供給される流体圧によって径外方向に膨張して、地盤に掘削した掘削孔Ｈにおける所定位置の土の地層の側壁ｈに一定の圧力で密着するように構成される検知部６０と、土の地層を剪断した際のトルク値を測定する測定部７０と、外力供給部５０の流体圧の供給工程、および、測定部７０の測定工程を制御する制御盤（図示せず）と、流体圧とトルク値とから土の剪断強度定数（内部摩擦角および粘着力）を求める演算部（図示せず）とを備えている。
【００５７】
外力供給部５０は、流体圧を検知部６０に供給する図７に示す流体圧供給部５０１と、回転力を検知部６０に供給する図８および図９に示す回転機構部５２０とを備えている。
【００５８】
流体圧供給部５０１は、図７に示すように、上部に配置された上側の第１三方弁５０２の第１ポートａに、一端部（上端部）が接続された透明のガラス製の管体（以下、ビューレットという）５０３と、上側の第１三方弁５０２の第２ポートｂに、上側の第２三方弁５０４の第１ポートａにバルブＱを介して接続されたコンプレッサ５０５と、上側の三方弁５０２の第３ポートｃに真空レギュレータ５０７、真空タンク５０８を介して接続された水タンク５０９と、真空タンク５０８に接続された真空ポンプ５１０とを備えている。
【００５９】
ビューレット５０３は、外周面の正面側に目盛りが付されており、内径が１５ｍｍ、断面積が１．７９ｃｍ2で、０．５６ｃｍが１ｃｍ3に相当する。
【００６０】
一方、コンプレッサ５０５に内設された下側の三方弁５０６の第１ポートａに、ビューレット５０３の他端部（下端部）が接続され、下側の三方弁５０６の第２ポートｂに、水タンク５０９が接続されて、下側の三方弁５０６の第３ポートｃに、チューブＴを介して検知部６０が接続されている。
【００６１】
回転機構部５２０は、図８および図９に示すように、図５（ａ），（ｂ）に示すロッド２０，２００に固定されるコレット５２１と、後述するコレット５２１の小径部５２１ａに外挿されて同心状に配置され、内部にコレット５２１の小径部５２１ａを回転支持する軸受け（ベアリング）５２２が内設された中空軸５２３と、該中空軸５２３の外周面の上端部に固着された環状の回転テーブル５２４と、該回転テーブル５２４に直立して取り付けられ、後述する測定部７０の歪計７０１を押圧する鉄製の押圧棒５２５と、中空軸５２３のウォームギヤ５２３ａに減速機構部５２７を介して連結され、回転テーブル５２４を回転させるモータ５２６とを備えている。そして、回転機構部５２０は、地盤調査装置Ｘの移動体１０と同一構成の移動体１００に搭載される。また、回転テーブル５２４の回転速度は、減速機構部５２７によって、１０分間の時間をかけて一周するように減速されている。この低速度回転によって検知部６０を回転させて、土の地層を剪断する。なお、図９においては、説明しやすくするために、図８に示す減速機構部５２７は省略している。
【００６２】
コレット５２１は、上述した中空軸の軸受け５２２に回転支持される小径部５２１ａと、ロッド２０，２００の外周面に固定される一対の円弧状の固定部材５２１０，５２１０が内設された大径部５２１ｂとを備えている。そして、コレット５２１は、回転テーブル５２４の回転とは無関係であり、軸受け５２２によって単に回転支持されている。
【００６３】
したがって、測定時、モータ５２６が駆動されると、中空軸５２３および回転テーブル５２４が回転するとともに、押圧棒５２５が歪計７０１の側面を押圧する一方、コレット５２１および歪計７０１は、所定の位置で停止した状態になっている。この停止状態の歪計７０１に押圧棒５２５が押圧することになる。図１４（a）に示すように、掘削孔Ｈの側壁ｈに検知部６０の抵抗体６０５が密着していない状態では、ロッド２０，２００が回転しても抵抗がないため、歪計７０１には力がほとんど作用せず、トルクはゼロとして検出される。一方、図１４（ｂ）に示すように、検知部６０が膨張して側壁ｈに密着した状態では、ロッド２０，２００の回転に抵抗が発生し、その抵抗が押圧棒５２５から歪計７０１に伝達される。つまり、掘削孔Ｈの内部で検知部６０が回転するときの抵抗、すなわちトルクを地上において測定することができる。
【００６４】
検知部６０は、図１０（ａ），（ｂ）および図１１に示すように、図５（ａ），（ｂ）に示すロッド２０，２００に連結され、各側面６０１ａに、流体圧によって径外方向に膨張する膨張部材６０２が配置される角柱状又は円柱状の支持部材６０１と、回転時に検知部６０の表面に作用する回転力をロッド２０，２００に伝達するとともに、膨張部材６０２に回転力が作用しないように膨張部材６０２を保護し、膨張部材６０２を覆うように支持部材６０１に固着される耐引張部材６０３と、各耐引張部材６０３を覆う伸縮性を有する被覆部材６０４と、該被覆部材６０４の外周面に所定の間隔をおいて配置され、耐引張部材６０３に固着される複数の抵抗体６０５とを有している。
【００６５】
支持部材６０１は、図１０（ａ）に示すように、断面が三角形状を呈している。また、支持部材６０１は、一端部に中空ロッド２０，２００が接続される接続部６０１０と、他端部に円錐形状のガイド体６１またはスクリューポイント２１またはコンクリート用ドリルビット２１０が接続される接続部６０１０とを有している。そして、図１１に示すように、支持部材６０１の内部には、膨張部材６０２に流体を供給するための供給管６０１１が内挿されており、該供給管６０１１は、流体圧供給部５０１からの水を供給するチューブＴに接続される。また、ロッド２０，２００の回転方向に沿うように、支持部材６０１の各側面６０１ａの長辺に耐引張部材６０３の一端部が固着されている。また、支持部材６０１の軸方向に沿うように、被覆部材６０４の外周面６０４ａに等間隔に抵抗体６０５が配置されている。なお、支持部材６０１の形状は、図示に限定されるものではなく、円形、非円形のいずれであってもよい。
【００６６】
耐引張部材６０３は、ニードル織りされた布で作製されている。また、耐引張部材６０３は、ニードル織りされた布に限定されるものではなく、厚みが薄く、曲げ剛性がなく、引張強度が大きく、引張応力に対して伸縮しにくい材料であればよく、例えば、硬質なポリエステルフィルム（厚さ０．３〜２ｍｍ）であってもよい。そして、耐引張部材６０３は、膨張部材６０２の膨張および支持部材６０１の回転によって引っ張られることに加えて、回転時における検知部６０の表面に作用する回転力をロッド２０，２００に伝達するとともに、膨張部材６０２に回転に伴う引張りやねじれが作用しないように、膨張部材６０２を保護する。すなわち、膨張部材６０２の膨張により、側壁ｈの周囲の地盤に径外方向への拘束圧をかけながら、回転力を耐引張部材６０３で受け持つことによって、礫などの硬い材料を含む地盤であっても膨張部材６０２を破損することなく、側壁ｈに回転力を作用させることができる。また、伸縮性を有する被覆部材６０４は、膨張部材６０２の膨張時および検知部６０の回転時に、耐引張部材６０３と膨張部材６０２の位置を固定するように、自身の伸縮性を持って、耐引張部材６０３を覆うため、回転を止め、膨張部材６０２を収縮させた試験終了時に各部材の位置が試験開始前と同じ位置に戻る。また、各抵抗体６０５は、膨張部材６０２を膨張させた回転前のスタンバイ状態で、側壁ｈに突き刺さって、検知部６０の表面と側壁ｈの境界ですべりを生じさせないように、摩擦抵抗を増加させる。これにより、回転と同時に側壁ｈの周囲に剪断変形を発生させることができる。この剪断変形発生時の回転トルクを測定部７０で測定することにより、試験時の流体圧に応じた剪断強度が得られる。流体圧を変化させて、同様に剪断強度を求め、流体圧から算出される側壁ｈへの垂直応力とトルクのピーク値から算出される剪断強度から、クーロンの破壊基準に基づいて剪断強度定数を求めることができる。
【００６７】
測定部７０は、図８および図９に示すように、コレット５２１の大径部５２１ｂの外周面に取り付けられ、内部に歪みゲージ７０１０が内設された歪計７０１と、回転テーブル５２４の外周面に沿って上下に所定の間隔（絶縁距離）をおいて配置されるとともに、歪計７０１の歪みゲージ７０１０の＋端子および−端子に電気的に接続された銅製の一対の＋電極７０２ａおよび−電極７０２ｂと、押圧棒５２５が歪計７０１を押圧した際に変化する歪みゲージ７０１０の抵抗値を、トルク値に変換して記録するデータロガー７０３とを備えている。
【００６８】
歪計７０１は、図８に示すように、アルミ製でコ字形状に作製されており、図９に示すように、内部に歪みゲージ７０１０が介挿されている。そして、測定時、歪みゲージ７０１０は、押圧棒５２５によって平面視略Ｖ字形状に押圧され、この際の抵抗値を、後述するデータロガー７０３のＡ／Ｄ変換器７０３０で電気信号に変換するとともに、トルク値（バイナリデータ）に変換して記録する。
【００６９】
データロガー７０３は、図９に示す剪断強度測定装置Ｙ側の制御盤８０に搭載されており、上述したように歪計７０１の歪みゲージ７０１０の変化する抵抗値を電気信号に変換し、さらにトルク値（バイナリデータ）に変換して、表示装置（液晶画面）に表示する一方、データをメモリ（図示せず）に記憶させる。
【００７０】
制御盤８０は、図９に示すように、流体供給部５０１および測定部７０の制御であり、回転機構部５２０の制御、すなわちロッド２０，２００の回転、ロッド２０，２００に対する貫入力、ロッド２０，２００の引き抜き作業（検知部６０の昇降動作を含む）における工程は、地盤調査装置Ｘ側の制御盤４５において行われる。
【００７１】
演算部は、図示していないが、パーソナルコンピュータであり、データロガー７０３により記録されたトルクのピーク値から剪断強度を算出し、３つの異なる流体圧とそれに対応する剪断強度をプロットし、その近似直線の傾きと切片の値を表示する。クーロンの破壊基準から、この直線の傾きが、土の内部摩擦角を示し、切片が土の粘着力を示す。これらのデータによって、斜面の安定性に関する設計に用いる剪断強度定数を決定することができる。
【００７２】
つぎに本実施形態に係る地盤調査装置Ｘを用いた地盤調査方法、および、剪断強度測定装置Ｙを用いた剪断強度測定方法について説明する。
【００７３】
まず、全体の作業工程について説明する。地盤調査装置Ｘによって地盤調査を開始し、軟弱地層を検出した後、コンクリート用ドリルビット２１０によって、掘削孔Ｈの側壁ｈを整形する。つぎに、地盤調査装置Ｘの移動体１０を取り外し、剪断強度測定装置Ｙの移動体１００に取り換えて、剪断強度測定装置Ｙの剪断強度を求めるようにする。
【００７４】
まず、地盤調査方法について説明する。降下距離０ｃｍの地点では、一方の三方弁２８ａのａ−ｂ間の流路が開放されるとともに、他方の三方弁２８ｂのａ−ｃ間の流路が大気解放され、タンク２５内部に空気圧力が供給されて、油がニードル弁２９、二方弁３０を介してシリンダ１５に供給され、シリンダ１５の空気収容室１７の空気圧が５００Ｎ減圧される。この空気圧の数値は、モータ４０や移動体１０の重量に相当し、この重量が減圧されるのでロッド２０，２００に係る加重は「０」になり、ロッド２０，２００が降下せずに停止状態（以下、スタンバイ状態という）になる。
【００７５】
そして、空気収容室１７の減圧と同時に、ロッド２０，２００の降下距離が測定されるとともに、ロッド２０，２００の降下速度の測定が開始される。降下距離は、ロッド２０，２００が上昇した下側のスプロケット２３の中心位置を開始位置とし、この開始位置から降下する距離を測定する。一方、降下速度は、チェーン１９の各環が近接スイッチＳの検知部を通過する毎に近接スイッチＳはオンすることになるが、このオン−オン期間の時間をチェーン１９の環間の距離で除して降下速度に換算する。
【００７６】
例えば、少し降下した地点（例えば降下距離２０ｃｍの地点）では、一方の三方弁２８ａのａ−ｂ間の流路が閉鎖されて、他方の三方弁２８ｂのａ−ｃ間の流路が開放され、空気収容室１７に空気圧が供給され、二方弁３０、ニードル弁２９を介してシリンダ１５の油がタンク２５に戻され、他方の三方弁２８のａ−ｂ間の流路が閉鎖されて、シリンダ１５の空気圧が元に戻る。つまり、モータ４０や移動体１０の重さ（４５０Ｗ）がロッド２０，２００に加重されるようになる。
【００７７】
例えば、さらに降下した地点（例えば降下距離２０〜４０ｃｍの地点）では、一方の三方弁２８ａのａ−ｃ間の流路の開放が維持されると共に、他方の三方弁２８ｂのａ−ｂ間の流路の閉鎖が維持されて、シリンダ１５の空気圧が徐々に加圧されると同時に、加重が所定の値に達すると、ロッド２０，２００が低速回転（毎分３０回転以下）を開始して、ロッド２０，２００が加圧に対応して貫入されていく。
【００７８】
そして、さらなる貫入によって、例えば、スクリューポイント２１またはコンクリート用ドリルビット２１０が軟弱層に到達すると、ロッド２０，２００の降下速度が所定時間よりも速くなる。この際、ロッド２０，２００の低速回転が維持されている。この理由としては、スクリューポイント２１またはコンクリート用ドリルビット２１０が、軟弱層を貫通してその下の硬固な地層に一気に到達するのを防止するためで、軟弱層において、空洞化などの状態を高分解能で検知するためである。
【００７９】
また、例えば、スクリューポイント２１またはコンクリート用ドリルビット２１０が岩盤などの硬固な地層に到達すると、ロッド２０，２００への加重が規定の最大荷重を加えても、スクリューポイント２１またはコンクリート用ドリルビット２１０の降下が停止する場合がある。停止する時間が所定時間よりも長い場合、ロッド２０，２００の回転数を徐々に上げてさらに貫入を行う。それでも、ロッド２０，２００の降下の停止が継続すると、貫入が不可能と判定し、ロッド２０，２００の地盤からの引き抜きが行われて、作業終了になる。
【００８０】
上述した地盤調査方法に基づいて、地盤における第１、第２測定地点のそれぞれにおいて測定を行う。まず、第１測定地点において、スクリューポイント２１またはコンクリート用ドリルビット２１０に、荷重１０００Ｎ〜２５００Ｎ（好ましくは１２００Ｎ）をかけて、３０ｒｐｍで回転させつつ貫入させる。また、第１測定地点から１〜２ｍ程度離れた第２測定地点において、荷重３００Ｎ〜１０００Ｎ未満（好ましくは８００Ｎ）をかけて、３０ｐｍで回転させつつ貫入させる。そして、第１および第２測定地点において測定した回転数から、稲田式を用いて換算Ｎ値を求め、グラフ化する（図１２参照）。
【００８１】
図１２において、１２００Ｎの荷重のスクリューポイント２１またはコンクリート用ドリルビット２１０の実線の曲線を第１曲線ｍとし、８００Ｎの荷重のスクリューポイント２１またはコンクリート用ドリルビット２１０の鎖線の曲線を第２曲線ｎとする。深度が浅いところでは、第１曲線ｍ及び第２曲線ｎが略重なるように推移している。その後、第１曲線ｍより第２曲線ｎの換算Ｎ値が小さくなる区間Ｐがあるが、この区間Ｐが軟弱地層を示している。
【００８２】
つぎに、地盤調査装置Ｘによって検出された土の地層（軟弱地層）における剪断強度を求める方法について説明する。まず、測定前の準備作業について説明する。第１、第２測定地点の掘削孔Ｈの側壁ｈを整形する。すなわち、コンクリート用ドリルビット２１０のロッド２００に取り換えて、掘削孔Ｈを再度掘削する。これによって、掘削孔Ｈの開口端部から閉塞端部（最深部）に至るまで、同一内径の掘削孔Ｈが確実に形成される。
【００８３】
一方、真空ポンプ５１０をオン、水タンク５０９のバルブ５０９ａを閉にし、上側の第１三方弁５０２のａ−ｃ間の流路を開放して、ビューレット５０３と真空タンク５０８とを連通させて、水タンク５０９内部の空気を吸引する。その後、水タンク５０９内部を大気開放するとともに、水タンク５０９のバルブ５０９ａを閉から開にして、下側の三方弁５０６のａ−ｂ間の流路を開放して、ビューレット５０３と水タンク５０９のバルブ５０９ａを連通させて、水タンク５０９の水をビューレット５０３の下部から所定位置まで吸引する。
【００８４】
つぎに、上側の第２三方弁５０４のａ−ｃ間の流路を開放（大気開放）して、上側の第１三方弁５０２のａ−ｂ間の流路を開放して、ビューレット５０３とコンプレッサ５０５を連通して、下側の三方弁５０６のａ−ｃ間の流路を開放して、ビューレット５０３と検知部６０を連通させて、検知部６０に連結されるチューブＴにビューレット５０３の水を供給する。
【００８５】
そして、図１３に示すように、水の入った第１容器８５に、複数本のロッド２００を浸漬するとともに、ビューレット５０３側にチューブＴを連結し、予めチューブＴの内部を水で充填する。チューブＴの内部に空気が入らないように第１容器８５の水の中で各ロッド２００に順次、チューブＴを挿通する。次に、チューブＴが最後に挿通されたロッド２本を地盤調査装置Ｘにセットする。ロッド２００の本数およびチューブＴの長さは、剪断強度を測定する地層の深さに応じて決定される。例えば、測定箇所の深さが地上から１０ｍであれば、それに応じて１０ｍ分のロッド２００に水で充填されたチューブＴが挿通され、うち２本が地盤調査装置Ｘにセットされた状態になる。
【００８６】
一方、図１３に示すように、水の入った第２容器８７を、チューブを介して検知部６０の膨張部材６０２に連結する。第２容器８７を手で圧縮したり、開放したりして、検知部６０の膨張部材６０２の内部の空気を完全に水と置換する。次に、検知部６０と水で充填されたチューブＴの先端を、水の入った第３容器８６に浸漬し、水中で接続する。次に検知部６０を、地盤調査装置Ｘにセットされたロッド２００に接続するとともに、検知部６０にガイド体６１を接続する。以上の行程により、ビューレット５０３からチューブＴおよび検知部６０の膨張部材６０２までの内部が完全に水で充填される。この状態で、検知部６０を地盤内の所定の深度まで挿入する。地盤調査装置Ｘに始めにセットされた２本以外のロッド２００は、検知部６０の挿入前に、水で充填されたチューブＴが挿通された状態であり、検知部６０を地盤の所定の深度まで挿入する段階で、順次、既に地盤調査装置Ｘにセットされたロッド２００の上部に接続される。
【００８７】
上述したビューレット５０３からチューブＴおよび検知部６０の膨張部材６０２までの内部を完全に水で充填する理由は、膨張部材６０２に流体圧を作用させたときの検知部６０の直径の拡大量をビューレット５０３で測定される水の注入量から正確に推定するためである。経路内に空気が含まれていると、流体圧を作用させたときに空気が圧縮され、正確に水の注入量を計測することができず、検知部６０の直径を推定することができない。トルクのピーク値から地盤の剪断強度を推定する際には、検知部６０の直径の値を用いて補正する必要があり、検知部６０の直径を推定できなければ、土の内部摩擦角および土の粘着力を正確に測定できなくなる。
【００８８】
これ以降は、剪断強度の測定作業に移行する。まず、上側の第１三方弁５０２のａ−ｂ間の流路を開放して、ビューレット５０３とコンプレッサ５０５を連通させて、下側の三方弁５０６のａ−ｃ間の流路を開放して、ビューレット５０３と検知部６０を連通させて、コンプレッサ５０５の圧力を調整して、検知部６０の膨張部材６０２にビューレット５０３の水を供給して、該膨張部材６０２を膨張させる。膨張部材６０２の膨張により検知部６０は、土の地層の硬さに応じて、直径が３７〜６０ｍｍ程度に膨張する。
【００８９】
十分な流体圧を膨張部材６０２に作用させると、膨張した被覆部材６０４の外周面６０４ａが掘削孔Ｈの側壁ｈに均一に密着する。この際、図１５（ａ）に示すように、検知部６０の抵抗体６０５が側壁ｈに圧入されるようになり、膨張部材６０２および各抵抗体６０５が側壁ｈを径外方向に押圧して、側壁ｈの周辺地盤が圧密する。膨張部材６０２に作用する流体圧を一定に保つと、徐々に圧密が進行した後、ビューレット５０３の水位の変動が停止する。流体圧作用前の水位からの変動量を読み取ることにより、検知部６０の直径を推定することができる。
【００９０】
上述したように、膨張した際の検知部６０の直径は、供給される水の体積から推定できるので、供給される水の体積が少ない場合、土の地層が比較的硬いと推測される。一方、供給される水の体積が多い場合、土の地層が比較的軟弱であると推測される。また、流体圧を段階的に上昇させ、検知部６０の直径の拡大量、すなわち側壁ｈの直径の拡大量を流体圧に対してプロットし、その近似曲線の変曲点を求めることによって、土の圧縮性の指標である圧密降伏応力を推定することもできる。
【００９１】
所定の流体圧によってビューレット５０３の水位の変化が停止した状態でロッド２００を低速度で回転させる、すなわち回転テーブル５２４を１０分間かけて１周させる。膨張部材６０２による径外方向の一定の応力が側壁ｈに作用した状態で、ロッド２００の一定速度の回転により検知部６０が密着した側壁ｈに回転方向の剪断変形が発生する。このとき抵抗体６０５が側壁ｈに圧入されているため、被覆部材６０４と側壁ｈの境界のすべりを防止している。図１５（ａ）は回転前の状態であり、径外方向に延出される４つの直線ａ〜ｄは、土の剪断状態を理解するための仮想線である。図１５（ｂ）に示すように、検知部６０の回転により、上述した４つの直線ａ〜ｄが円弧状に大きく湾曲する現象が生じる。この４つの直線ａ〜ｄは、回転剪断により、被覆部材６０４に近い部分ほど大きく湾曲している。また、抵抗体６０５を基点にして円弧状に描かれる破線ｅ〜ｇに示すように、剪断面が発生する。この現象が土の剪断破壊である。そして、この時のトルク値をデータロガー７０３で測定し、表示装置（液晶画面）にグラフ化して表示する。なお、ロッド２００を回転する際のインバータは、地盤調査装置Ｘのインバータを使用する。
【００９２】
その後、上側の第１三方弁５０２のａ−ｃ間の流路を開放して、ビューレット５０３と真空ポンプ５１０を連通させる一方、下側の三方弁５０６のａ−ｃ間の流路を開放して、ビューレット５０３と検知部６０を連通させて、検知部６０の膨張部材６０２を真空引きする。膨張部材６０２内部の水がビューレット５０３に戻り、検知部６０は収縮する。これで一回目の測定作業が終了する。そして、同様のトルク値の測定作業を、検知部６０の位置を同一地層内で深さ方向に２５ｃｍずつずらし、膨張部材６０２にかける流体圧を３段階（例えば、５０ｋＰａ、１００ｋＰａ、１５０ｋＰａ）に変更して３回行う。すなわち、最初に測定した測定位置から上方または下方に向かって測定地点を深さ方向に変更して、合計３箇所でのトルク値を測定する。軟弱地層の層厚が小さく、同一地層内で深さを変えて試験ができない場合には、一つの掘削孔Ｈにおいて、まず小さな流体圧をかけながら回転剪断を行い、トルク値にピークが検出できれば、一旦回転を止め、同じ位置において流体圧を増加させて、更に回転剪断を行い、同様にトルク値のピーク（初めのピーク値よりも大きなピーク値が得られる）を測定する。同様に、同じ位置および深さで、流体圧を３段階以上変えて、流体圧に応じたトルクのピーク値を測定する。
【００９３】
そして、各測定地点で測定したトルク値を、図示しない演算部としてのパソコンでグラフ化して、表示装置（液晶画面）に表示する。図１６（ａ）は、回転中のトルク値の変化を示したものである。回転角度がある大きさに達すると、トルク値はピーク（ｖ）を迎え、その後減少する。トルク値が減少したときには、図１５（ｂ）の破線のような剪断帯が形成されることになる。このトルクのピーク値（ｖ）と検知部６０の直径から側壁ｈに作用している剪断応力を算定する。すなわち、算定した剪断応力が膨張部材６０２から側壁ｈにかかる径外応力に対する剪断強度となる。次に、図１６（ｂ）に示すように、横軸に流体圧、縦軸に剪断強度とし、３つのデータをプロットし、近似曲線の傾きと剪断強度の切片を求める。この傾きと切片に、検知部６０の形状にかかわる係数（約０．５）をかけることにより、それぞれ内部摩擦角と粘着力（ｋＰａ）が算出される。また、回転角度が大きい範囲でトルク値が減少して一定となった値（ｗ）を用いて、同様の手順で内部摩擦角と粘着力を求めることにより、再滑動斜面や地震時の斜面安定問題に利用する残留強度に関する強度定数を求めることもできる。
【００９４】
そして、回転剪断時にビューレット５０３の水位を連続計測することにより、検知部６０の直径の変化を算出し、回転剪断時の土の変形特性を求めることもできる。比較的よく締まった土では、回転剪断時に土の体積が膨張し、結果として側壁ｈの直径が減少する。すなわち、ビューレット５０３の水位が上昇する。一方、緩い土では土の体積が収縮し、側壁ｈの直径が拡大するとともに、ビューレットの水位が減少する。このような剪断時の土の変形特性をダイレタンシーとよび、本発明により、土のダイレタンシー特性を推定することもできる。ダイレタンシー特性を求めることにより、例えば、地震時の砂層の液状化強度を推定することもできる。
【００９５】
このように、前記第１実施形態によれば、地盤に掘削した掘削孔Ｈにおける所定位置の土の地層に、外部から供給される流体圧によって径外方向に膨張して土の地層の側壁ｈに所定の圧力で密着する膨張部材６０２を有する検知部６０を配置するとともに、外部から供給される回転力によって、土の地層の側壁ｈに所定の一定圧力で密着した状態の膨張部材６０２を低速回転させて、土の地層を剪断し、剪断した際のトルク値を測定するようにしたので、流体圧とトルク値とから土の地層の剪断強度定数である内部摩擦角と粘着力を同時にかつ容易に求めることができる。
【００９６】
なお、前記第１実施形態では、ロッド２００の先端部に検知部６０を接続するようにしたが、スクリューポイント２１およびコンクリート用ドリルビット２１０で掘削した後、ロッド２００の先端部に、等間隔（１２０度毎）に３枚の羽根９１が配置された図１７に示すベーン９０を接続するようにしてもよい。この場合、内部摩擦角度がない粘土地盤の場合であれば、粘着力のみを求めることができる。
【００９７】
また、前記第１実施形態の場合、略水平な地盤を調査対象としているが、法面を調査対象とすることもできる。但し、この場合、法面において、地盤調査装置Ｘを鉛直に設置し、支持できる架台を設置する必要がある。
【００９８】
また、前記剪断強度測定装置は、急勾配の法面であっても、該法面に対してロッド２００を直角に簡単にセットできて、調査することができる。
【００９９】
そして、前記第１実施形態においては、地盤又は法面の剪断強度定数である内部摩擦角と粘着力の両方を簡便に推定できる地盤の現位置剪断強度測定装置および地盤の現位置剪断強度測定方法について説明したが、土の地層を剪断するときに間隙水圧が発生することが一般的に知られている。この間隙水圧を考慮して、斜面を設計する場合、全応力解析と有効応力解析のどちらかが用いられるのである。
【０１００】
全応力解析は、剪断時に発生する間隙水圧の推定が困難な場合に用いられる方法であり、全応力強度の内部摩擦角と粘着力を用いて計算が行われる。また、有効応力解析は、間隙水圧の変化を考慮して、全応力解析と比較してより精緻な計算を行う方法であり、有効応力強度の内部摩擦角と粘着力が用いられる。
【０１０１】
所定位置の土の地層を剪断するときに発生する間隙水圧を測定し、測定された間隙水圧を用いることにより、全応力強度の内部摩擦角と粘着力だけでなく、有効応力強度の内部摩擦角と粘着力も求めることができる第２実施形態について以下に説明する。
【０１０２】
以下に第２実施形態に係る地盤の現位置剪断強度測定方法および地盤の現位置剪断強度測定装置について、図１８〜図２５を参照して説明する。これらの図において、図１０および図１１と同一符号は同一もしくは相当するものを示し、異なる点は、支持部材６０１Ａと耐引張部材６０３Ａとの間に、図１０および図１１に示す膨張部材６０２が配置されておらず、水抜き孔６０１２Ａが形成された支持部材６０１Ａと、所定形状（略等脚台形状）に切断加工された耐引張部材６０３Ａと、止水バンド（図示せず）によって、支持部材６０１Ａに固定される被覆部材６０４Ａと、断面が略Ｌ字形状の抵抗体６０５Ａとを新たに設けた検知部６０を備えた点である（図２３参照）。
【０１０３】
支持部材６０１Ａは、図１８に示すように、内部に給水路Ｒが形成された円管状であり、図１に示す中空ロッド２０が一端部に接続される接続部６０１０Ａと、図１４に示す円錐形状のガイド体６１またはスクリューポイント２１またはコンクリート用ドリルビット２１０が、他端部に接続される接続部６０１０Ａとを有している。そして、支持部材６０１Ａの周面に所定の間隔をおいて複数の給水孔６０１１Ａが形成されている。また、給水孔６０１１Ａの側方に、耐引張部材６０３Ａの一端部（取付部６０３０Ａ）が固着される。また、支持部材６０１Ａの先端部の周面から先端部の端面にかけて水抜き孔６０１２Ａが形成されている。この水抜き孔６０１２Ａによって、被覆部材６０４Ａと支持部材６０１Ａの間の空間に残った気泡を効率よく除去することができる。なお、支持部材６０１Ａの形状は、図示に限定されるものではなく、非円形であってもよい。
【０１０４】
耐引張部材６０３Ａは、図１９に示すように、略等脚台形状を呈している。また、耐引張部材６０３Ａの一端部は、支持部材６０１Ａの周面にねじ止めされる取付部６０３０Ａが配置されている。そして、取付部６０３０Ａには、固定ねじ（図示せず）が挿通される第１の挿通孔６０３１Ａが形成されている。また、耐引張部材６０３Ａの他端部には、後述する取付板６０６Ａの雄ねじ６０６０Ａの挿通孔６０３２Ａが、前記他端部の長さ方向に所定の間隔をおいて一対形成されている。また、耐引張部材６０３Ａの他端部は、一端部から他端部に向かうにしたがって幅狭に形成され、抵抗体６０５Ａの長さよりもやや大きい長さに設定されている。そうすることで、耐引張部材６０３Ａの他端部に取り付けられる抵抗体６０５Ａが支持部材６０１Ａの略中央部に位置するようになる。なお、耐引張部材６０３Ａは、前記第１実施形態と同じ材質のものを使用している。
【０１０５】
被覆部材６０４Ａは、ゴム素材の円筒部材で構成される。そして、被覆部材６０４Ａには、後述する取付板６０６Ａの雄ねじ６０６０Ａが挿通される挿通孔が形成されている（図示せず）。
【０１０６】
抵抗体６０５Ａは、図２０に示すように、被覆部材６０４Ａの周面に対して接線方向に取り付けられる取付部６０５０Ａと、該取付部６０５０Ａに対して鈍角（９０度〜１６０度で、好ましくは１２０度）に形成された刃６０５１Ａと、取付部６０５０Ａの両側部に形成された挿通孔６０５２Ａとを備えている。該刃６０５１Ａは、回転方向に対して直交するように位置する。そして、抵抗体６０５Ａは、取付板６０６Ａによって、被覆部材６０４Ａに取り付けられる。この取付板６０６Ａは、図２１に示すように、矩形状の平板で構成され、該取付板６０６Ａの両側部に、長手方向の中心線に対して直交方向に突設された一対の雄ねじ６０６０Ａを有している。取付板６０６Ａは、被覆部材６０４Ａの直径に対して直交する方向に配置される。雄ねじ６０６０Ａは、被覆部材６０４Ａの直径の延長線上に配置される。すなわち、抵抗体６０５Ａは、被覆部材６０４Ａの周面に対して接線方向に取り付けられ、かつ、支持部材６０１Ａの軸方向に沿うように、被覆部材６０４Ａの外周面に等間隔（１２０度間隔）に配置される。また、抵抗体６０５Ａは、図２２に示すように、回転方向と反対側の面に水圧センサ６０５３Ａが取り付けられている。また、抵抗体６０５Ａには、水圧を検知するための孔６０５４Ａが形成されている。そして、水圧センサ６０５３Ａによって、抵抗体６０５Ａの回転方向側に発生する土の間隙水圧を測定することができる。また、水圧を検知するための孔６０５４Ａには、土がつまらないようにするためのフィルタ６０５５Ａが取り付けられている。なお、水圧センサ６０５３Ａを回転方向と反対側に取り付ける理由は、回転剪断のときに、大きな荷重が水圧計に作用しないようにするためである。孔６０５４Ａを通して抵抗体６０５Ａの回転方向側の間隙水圧を測定することにより、剪断によって発生する土の間隙水圧を測定することができる。また、耐引張部材６０３Ａを膨張させた後の土の圧密中の間隙水圧を測定することもできる。
【０１０７】
つぎに使用態様について、図７、図２４、図２５を参照して説明する。まず、耐引張部材６０３Ａの一端部を支持部材６０１Ａにねじ止めする。つぎに、被覆部材６０４の上下端を止水バンド（図示せず）で支持部材６０１Ａに固定し、かつ、耐引張部材６０３Ａの他端部と被覆部材６０４Ａおよび抵抗体６０５Ａを連結する。そして、この連結部分を図示しないシール部材によってシールする。給水されていない状態では、耐引張部材６０３Ａは、図２４に示すように、小さな曲率を有する円弧状を呈しており、互いが近接した位置にある。
【０１０８】
つぎに、支持部材６０１Ａの孔６０１１Ａから、被覆部材６０４Ａと支持部材６０１Ａとの間の空間に給水が行われて、耐引張部材６０３Ａおよび被覆部材６０４Ａに流体圧をかける。この場合、耐引張部材６０３Ａは、図２５に示すように、大きな曲率を有する円弧状を呈しており、互いが離間した位置にある。そして、流体圧を掛けた場合において、検知部６０Ａに気泡が残存した時は、検知部６０Ａを上下逆さまにした状態で、検知部６０に水を供給し、水抜き孔６０１２Ａによって、検知部６０Ａ内部の気泡を除去する。水抜き孔６０１２Ａから気泡が出なくなったのを確認し、水抜き孔６０１２Ａから排水されている状態で、水抜き孔６０１２Ａを閉じて、検知部６０Ａ内部を完全に水で充填する。この理由は、前記第１実施形態と同様に、流体圧を作用させたときの検知部６０の直径の拡大量を、図７に示すビューレット５０３で測定される水の注入量から正確に推定するためである。経路内に空気が含まれていると、流体圧を作用させたときに空気が圧縮され、正確に水の注入量を計測することができず、検知部６０Ａの直径を推定することができない。トルクのピーク値から地盤の剪断強度を推定する際には、検知部６０Ａの直径の値を用いて補正する必要があり、検知部６０Ａの直径を推定できなければ、土の内部摩擦角および土の粘着力を正確に測定できなくなる。
【０１０９】
そして、被覆部材６０４Ａが膨張するまで、水を充填して、検知部６０Ａの外面を掘削孔の土の地層の側壁に密着させる。この際、水圧センサ６０５３Ａによって。前記側壁近傍の土の地層内部に発生する水圧（これを一般的に、土の間隙水圧という）を水圧計で測定することができる。この間隙水圧は、検知部６０Ａを膨張させた直後に最大値を示し、徐々に減少して、最終的には検知部６０Ａは、膨張前の間隙水圧の値に戻る。間隙水圧の減少とともに、図７に示すビューレット５０３の水位も低下し、最終的に一定の水位となる。
【０１１０】
つまり、前記側壁の周辺の土が径外方向に時間の経過とともに圧縮し、圧縮の進行とともに土内部から水が排水される。この現象を一般的に圧密現象という。前記水圧センサ６０５３Ａで間隙水圧を測定することにより、圧密現象の進行を正確に把握することができる。
【０１１１】
また、次の工程である剪断は、圧密現象が終了（間隙水圧が膨張前の値に戻る）してから実施する。このため、圧密終了時間を正確に推定することができる。また、間隙水圧の時間変化から、土の圧縮指数や透水係数を推定することもできる。
【０１１２】
圧密現象終了状態でロッド２０を回転させると、前記側壁に食い込んだ抵抗体６０５Ａから耐引張部材６０３Ａに回転力が伝達され、土の地層を剪断することができる。すなわち、前記第１実施形態と同じ機構で土の地層の剪断をすることができる。また、第２実施形態の検知部６０Ａは、第１実施形態の構造よりも、流体圧をかけたときの止水性については劣るものの、円形に安定した膨張となりやすく、製作も簡素になる。
【０１１３】
このように、前記第２実施形態によれば、検知部６０Ａにかけた流体圧から、水圧センサ６０５３Ａで測定された土の間隙水圧を減じた値と、トルクピーク値から求められる剪断強度をプロットすることにより、有効応力強度の内部摩擦角と粘着力を求めることができる。また、検知部６０Ａを膨張させたときの土の圧密中の間隙水圧を測定することもできる。したがって、地下水を有する斜面の設計に用いられる精緻な有効応力解析に利用することができる。
【符号の説明】
【０１１４】
２０，２００…ロッド、２１…スクリューポイント、２１０…超硬の付いたビット刃（コンクリート用ドリルビット）、５０…外力供給部、６０，６０Ａ…検知部、６０１，６０１Ａ…支持部材、６０２…膨張部材、６０３，６０３Ａ…耐引張部材、６０４，６０４Ａ…被覆部材、６０５，６０５Ａ…抵抗体、６０５３Ａ…水圧センサ、６０５４Ａ…孔、７０…測定部、Ｈ…掘削孔、ｈ…側壁、Ｘ…地盤調査装置、Ｙ…剪断強度測定装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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