(57)【要約】【課題】振動台実験において、模擬地盤の内部変位を簡易にかつ精度良く計測し得る方法を提供する。【解決手段】多層に積み重ねられた複数の土槽枠３を有し、各土槽枠３が独立して水平方向移動可能に設けられたせん断土槽２を加振することにより、せん断土槽２内に形成した模擬地盤Ｓの内部で生じる変位を計測するための方法である。鉛直方向に延び、模擬地盤Ｓの内部変位に追従して揺動可能な計測治具１０の下端を、せん断土槽２の内底面、換言すると加振装置Ｔの天面に固定する。模擬地盤Ｓの内部変位を、せん断土槽２の加振状態における計測治具１０に設けた変位計測部１４の角度変位量に基づいて算出する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層に積み重ねられた複数の土槽枠を有し、各土槽枠が独立して水平方向移動可能に設けられたせん断土槽を加振することにより、前記せん断土槽内に形成した模擬地盤の内部で生じる変位を計測するための方法であって、
前記せん断土槽の内底面に、鉛直方向に延び、前記模擬地盤の内部変位に追従して揺動可能な計測治具の下端を固定し、
前記せん断土槽の加振状態における前記計測治具に設けた変位計測部の角度変位量に基づいて、前記模擬地盤の内部変位を算出することを特徴とする地盤内変位の計測方法。
【請求項２】
前記計測治具として、丁番を介して連結されると共に、前記変位計測部の取り付け部を有する複数の板状部材を具備するものを用いる請求項１に記載の地盤内変位の計測方法。
【請求項３】
少なくとも２つ以上の前記板状部材に前記変位計測部を設け、隣り合う前記変位計測部の一方を前記計測治具の表面側に設けると共に、他方を前記計測治具の裏面側に設けた請求項２に記載の地盤内変位の計測方法。
【請求項４】
前記丁番の回動中心を、隣り合う前記土槽枠の対向面間領域内に位置させた請求項２又は３に記載の地盤内変位の計測方法。
【請求項５】
前記変位計測部として、ひずみタイプの加速度センサを用いる請求項１〜４の何れかに記載の地盤内変位の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地盤内変位の計測方法に関し、特に、いわゆる振動台実験で地盤内変位を計測する際に好適に採用可能な地盤内変位の計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動台実験は地盤の液状化現象を室内で再現し得る実験方法として広く採用されており、この振動台実験では、せん断土槽と称される装置が一般に用いられる。せん断土槽は、例えば特許文献１に記載のように、多層に積み重ねられた複数の土槽枠を有するものであり、各土槽枠は、各土槽枠間に介在させたベアリングによって独立して水平方向移動可能に構成されている。そして振動台実験では、内部に模擬地盤を形成したせん断土槽を加振することにより、例えば模擬地盤の内部で生じる変位（以下、簡略化して「地盤内変位」ともいう）を計測する。当該実験において、地盤内変位は、せん断土槽内に設置した加速度センサで計測した加速度を２回積分することにより算出されるのが一般的である。
【特許文献１】特開２００１−２９６２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、加速度センサから得られる応答波形（加速度波形）には種々のノイズ成分が含まれ、これらノイズ成分は正確な地盤内変位を把握するうえでの阻害要因となることから、各積分段階においては、種々のノイズ成分を除去するためのフィルタリング処理を行うことが必須となっている。しかしながら、地盤内変位を、フィルタリング処理を行いながら２回積分することによって計測するようにしたのでは、計測作業が煩雑になるという問題がある。加えて、各積分段階でのフィルタリング処理は画一的に行い得るものではなく、実験条件や応答波形などに応じて適切な処理を行う必要があるため、信頼性の高いデータを得るのが困難である。逆を言えば、信頼性の高いデータを得るためには慣れと熟練が必要で、この計測作業を行い得る者が限定的になっているのが実状である。
【０００４】
以上の実状に鑑み、本発明は、いわゆる振動台実験において、模擬地盤の内部変位を簡易にかつ精度良く計測し得る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】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた本発明は、多層に積み重ねられた複数の土槽枠を有し、各土槽枠が独立して水平方向移動可能に設けられたせん断土槽を加振することにより、せん断土槽内に形成した模擬地盤の内部で生じる変位を計測するための方法であって、せん断土槽の内底面に、鉛直方向に延び、模擬地盤の内部変位に追従して揺動可能な計測治具の下端を固定し、せん断土槽の加振状態における計測治具に設けた変位計測部の角度変位量に基づいて、模擬地盤の内部変位を算出することを特徴とするものである。
【０００６】
上記のように、本発明に係る方法は、計測治具に設けた変位計測部の角度変位量に基づいて、模擬地盤の内部変位（量）を算出するものであるから、従来方法のように、フィルタリング処理を行いながら積分処理を行う必要がない。加えて、変位計測部を具備する計測治具の下端はせん断土槽の内底面に固定されて不動であることから、模擬地盤の剛性が低下した場合であっても、変位計測部が鉛直方向に変位等し、これが正確な角度変位量を計測、さらに言えば正確な地盤内変位を算出する上で障害となるような事態を効果的に防止することができる。従って、模擬地盤の内部変位を簡易にかつ精度良く算出することができる。なお、地盤内変位の算出方法について詳述すると、計測治具の下端はせん断土槽の内底面に固定されて不動であることから、例えば、計測治具の下端を基準点とし、加振前における基準点から変位計測部までの距離をＬ、加振中における変位計測部の角度変位量をθとしたとき、当該変位計測部を設けた位置における模擬地盤の内部変位量Δｗは、Δｗ＝Ｌ×ｓｉｎθの関係式、すなわち三角関数で算出することができ、極めて簡便である。
【０００７】
上記方法で使用可能な計測治具の具体例として、丁番を介して連結されると共に、変位計測部の取り付け部を有する複数の板状部材を具備するものを挙げることができる。かかる構成とすれば、計測治具の高さ（鉛直方向長さ）調整等を簡単に行うことができるので、例えば、模擬地盤の厚み変更等にも容易に対応することができる。また、地盤内変位の計測点（変位計測部の取り付け位置）も任意に変更することができる。なお、かかる構成の計測治具では、地盤内変位に対して板状部材が抵抗することによって板状部材と変位計測部とが丁番を支点として一体的に角度変位することから、板状部材は、金属やセラミックス等、高剛性の材料で形成するのが望ましい。板状部材自体が変形等したのでは、この変形量も考慮して計算を行わなければならず、地盤内変位を簡易にかつ正確に算出することが難しくなるおそれがあるからである。
【０００８】
上記構成において、変位計測部は、少なくとも２つ以上の板状部材に設けるのが望ましい。模擬地盤の厚み方向複数箇所における内部変位を同時に計測することができるからである。このとき、変位計測部を計測治具の一方側の面に連設すると（一方側の面に変位計測部を設けた板状部材を連設すると）、計測治具の表裏面間での重量バランスに狂いが生じて、地盤内変位を正確に計測することが難しくなるおそれがある。そのため、鉛直方向の複数箇所に変位計測部を設ける場合、隣り合う変位計測部の一方を計測治具の表面側に設けると共に、他方を計測治具の裏面側に設けるのが望ましい。
【０００９】
上記構成において、板状部材を連結する丁番の回動中心（厳密には、加振前における丁番の回動中心）を、隣り合う土槽枠の対向面間領域内に位置させるのが望ましい。せん断土槽の加振時において、模擬地盤の各部は、隣り合う土槽枠間領域を境界としてせん断移動すると考えられるため、上記態様とすれば、微小な地盤内変位をも精度良く計測することができるからである。
【００１０】
以上で述べた本発明に係る地盤内変位の計測方法においては、変位計測部として、ひずみタイプの加速度センサを使用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、振動台実験において、模擬地盤の内部変位を簡易にかつ精度良く算出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、振動台実験の実験装置、より詳細には加振前における実験装置の全体構成を概念的に示す正面図（一部は断面図）である。同図に示す実験装置１は、模擬地盤Ｓを内部に形成したせん断土槽２と、せん断土槽２を水平一方向（紙面の左右方向）に加振する加振装置Ｔと、せん断土槽２の内部に設けられ、せん断土槽２の加振時に模擬地盤Ｓの内部で生じる変位（地盤内変位）を計測するための変位計測部を具備する計測治具１０と、変位計測部で計測したデータの収集・解析等を行う図示しない情報端末とを主要な構成として備える。
【００１４】
せん断土槽２は、図２にも示すように、加振装置Ｔに例えばボルト止めされた基台４と、基台４上に積み重ねられた複数の土槽枠３と、各土槽枠３に取り付けられ、各土槽枠３を各々独立して水平方向移動可能とするベアリング５と、当該せん断土槽２の内壁面に設けられた防水シート７とを主要な構成として備える。せん断土槽２の形状（平面視したときの形状）は任意に選択詳細であるが、本実施形態のせん断土槽２は、平面視で矩形状を呈するものである（図示は省略する）。
【００１５】
各土槽枠３は、加振時に、その自重が模擬地盤Ｓの内部変位に影響を及ぼすのを、またこれ自体が変形等して地盤内変位の計測値に悪影響が生じるのを極力回避すべく、例えばアルミニウム等の軽金属材料で中空状に形成される。各土槽枠３のうち、隣り合う土槽枠と対向する面、本実施形態では底面３ａの一部領域には上方に後退した凹部３ｃが設けられ、ベアリング５は、この凹部３ｃに対してボルト６によって固定されている。各土槽枠３の天面３ｂ、さらには基台４の天面のうち、ベアリング５のボール５ａが転動（接触）する領域は、例えばステンレス鋼で形成された補強板８によって補強されている。なお、ボール５ａが転動する際の転がり抵抗の低減を目的として、補強板８、あるいはボール５ａにフッ素樹脂被膜等を形成しておいても良い。
【００１６】
各土槽枠３の高さや隣り合う土槽枠３間の隙間幅は任意に変更可能である。また、各土槽枠３の凹部３ｃに固定するベアリング５の数や配置態様も任意であるが、本実施形態では、各土槽枠３の角部および各辺の中央部に設けられる（図示は省略）。
【００１７】
防水シート７は、可撓性および防水性に富む材料、例えばゴム材料で形成され、せん断土槽２の内壁面を被覆するようにして各土槽枠３の内壁面（厳密には、内壁面の軸方向所定領域）に接着剤や両面テープ等の固定手段で固定される。防水シート７の下端部はせん断土槽２の外側に屈曲して基台４と加振装置Ｔとの間に介在し、ボルトによって基台４と共締めされている。これらの構成から、模擬地盤Ｓの構成材料が、隣り合う土槽枠３間に形成される隙間、さらには基台４と加振装置Ｔとの間に形成される隙間を介してせん断土槽２外へ漏れ出すのを可及的に防止している。
【００１８】
計測治具１０は、せん断土槽２の加振時に、地盤内変位を計測する変位計測部を具備するものであり、その下端がせん断土槽２の内底面（加振装置Ｔの天面）に固定されて鉛直方向に延び、せん断土槽２の加振時に、模擬地盤Ｓの内部変位に追従して揺動（角度変位）可能に構成される。本実施形態で用いる計測治具１０の構成について具体的に述べると、図３（ａ）（ｂ）に示すように、計測治具１０の下端部を構成し、例えば両面テープで加振装置Ｔの天面に固定された断面Ｌ字形状の固定部材１２と、該固定部材１２の上方に丁番１３を介して所定間隔で連結され、かつ変位計測部１４の取り付け部を有する複数（５枚）の板状部材１１とを具備する。本実施形態では、各板状部材１１に、それぞれ一つずつ変位計測部１４が固定されている。
【００１９】
この計測治具１０は、模擬地盤Ｓの内部変位に対して板状部材１１が抵抗することで板状部材１１と変位計測部１４とが一体的に揺動（角度変位）するように構成されている。このとき、板状部材１１が変形等すると、この変形量も考慮した上で地盤内変位を算出しなければならなくなることから、算出プロセスが煩雑化、あるいは地盤内変位を正確に把握することが難しくなるおそれがある。他方、板状部材１１が比重の大きい材料で形成されていると、揺動時に生じる慣性力によって地盤内変位を正確に把握することが難しくなるおそれがある。そのため、板状部材１１は、高剛性かつ比重の小さい金属材料、例えばアルミニウムで平板状に形成される。各板状部材１１の高さｈや連結間隔δは任意であるが、本実施形態では、高さｈ＝９２ｍｍに形成された５枚の板状部材１１を、間隔δ＝８ｍｍで連結している（図３（ｂ）を参照）。なお、板状部材１１は、セラミックス等のその他の高剛性を有する材料で形成することもできる。
【００２０】
隣り合う板状部材１１、さらには隣り合う固定部材１２と下端に位置する板状部材１１とを連結する丁番１３は、図４に示すように、その回動中心Ｏが、隣り合う土槽枠３，３の対向面間に位置するようにして設けられる。これは、せん断土槽２の加振時において、模擬地盤Ｓの各部は、隣り合う土槽枠３間領域を境界として相対的にせん断移動するためである。すなわち、このような構成とすれば、せん断土槽２の加振時に模擬地盤Ｓの内部で生じる微小な変位も精度良く計測することができる。
【００２１】
各変位計測部１４は、各板状部材１１の上下および幅方向の中心に固定されている。すなわち、板状部材１１が上記態様で設けられた本実施形態においては、概ね１００ｍｍ間隔で鉛直方向の５箇所に変位計測部１４が設けられる。変位計測部１４の取り付け態様についてさらに述べると、図３（ａ）に示すように、隣り合う変位計測部１４の一方は計測治具１０の表面側に設けられ、他方は計測治具１０の裏面側に設けられている。換言すると、各変位計測部１４は、上下方向で互い違いになるようにして、計測治具１０に対して固定されている。
【００２２】
ここで、本実施形態では、変位計測部１４としてひずみタイプの加速度センサを用いている。ひずみタイプの加速度センサは、内部にひずみゲージを具備するものであり、当該ひずみゲージにひずみが生じると電圧を出力するものである。そして、この出力された電圧値が図示しない情報端末に入力されると変位計測部１４の角度変位量に換算される。
【００２３】
以上の構成からなる実験装置１において、加振装置Ｔを駆動してせん断土槽２を水平一方向（図中左右方向）に加振し、せん断土槽２の内部に形成した模擬地盤Ｓの内部で変位（地盤内変位）が生じると、この地盤内変位に追従するようにして計測治具１０が揺動する。具体的には、例えば図５に示すように、板状部材１１が、これの下側に設けられた丁番１３の回動中心Ｏを支点として角度変位する。各板状部材１１が角度変位すると、これら（の取り付け部）にそれぞれ取り付けた変位計測部１４（加速度センサ）の内部のひずみゲージにひずみが生じ、電圧が出力される。出力された電圧値は図示しない情報端末に入力されて各変位計測部１４の角度変位量に換算される。計測治具１０の鉛直方向５箇所に変位計測部１４を設けた本実施形態においては、５つの変位計測部１４における角度変位量θ１〜θ５がそれぞれ計測される（図６を参照）。なお、角度変位量の計測時間の間隔は、実験条件等に応じて任意に設定することができる。
【００２４】
このようにして、各変位計測部１４での角度変位量が求められると、あとは三角関数を用いて計測治具１０の任意箇所における変位量を算出することにより、模擬地盤Ｓの内部変位量が算出される。具体的には、例えば図５に示すように、最も下側に位置する変位計測部１４の上下方向中心と、この変位計測部１４が設けられた板状部材１１を揺動可能に支持する丁番１３の回動中心Ｏとの離間距離をＬとしたとき、この変位計測部１４の上下方向中心位置における模擬地盤Ｓの内部変位量Δｗ１は、Δｗ１＝Ｌ×ｓｉｎθ１の関係式で算出することができる。
【００２５】
以上に示すように、本発明では、計測治具１０に設けた変位計測部１４の角度変位量に基づいて模擬地盤Ｓの内部変位を算出するようにしたので、従来方法のように、フィルタリング処理を行いながら積分処理を行う必要がない。また、変位計測部１４を具備する計測治具１０の下端は加振装置Ｔの天面（せん断土槽２の内底面）に固定されて不動であることから、模擬地盤Ｓの剛性が低下した場合であっても、変位計測部１４が鉛直方向に変位し、これが正確な地盤内変位を算出する上で障害となるような事態を効果的に防止することができる。以上のことから、模擬地盤Ｓの内部変位量を簡易にかつ精度良く算出することができる。
【００２６】
また、本発明では、計測治具１０として、丁番１３を介して連結されると共に、変位計測部１４の取り付け部を有する複数の板状部材１１を具備するものを用いたことから、計測治具１０の鉛直方向長さ等を簡単に調整・変更することができる。そのため、模擬地盤Ｓの厚み変更等にも容易に対応することができる。また、地盤内変位の計測点も容易に変更することができる。
【００２７】
また、本実施形態では、各板状部材１１にそれぞれ一つずつ変位計測部１４を設けているが、全ての変位計測部１４を計測治具１０の一方側の面に連設すると、計測治具１０の表裏面間での重量バランスに狂いが生じて、模擬地盤Ｓの内部変位を正確に検知（計測）することが難しくなるおそれがある。この点、本実施形態では、隣り合う変位計測部１４の一方を計測治具１０の表面側に設けると共に、他方を計測治具１０の裏面側に設けるようにしたので上記の問題を効果的に解消することができ、模擬地盤Ｓの内部変位を正確に計測することができる。
【００２８】
以上では、一つの計測治具１０をせん断土槽２の内部に配置した場合について説明を行ったが、計測治具１０は、せん断土槽２の内部に複数配置しても良い。また、以上では、水平一方向に加振する加振装置Ｔを用いる場合について説明を行ったが、加振装置Ｔとして多方向に加振可能なものを用いた場合であっても本発明の構成は好適である。この場合、加振方向に応じた方向に揺動（角度変位）するようにして、上述した計測治具１０を複数配置すれば良い。
【００２９】
以上、本発明について説明を行ったが、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことである。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内の全ての変更を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】振動台実験装置の全体構成を概念的に示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）図は計測治具の側面図、（ｂ）図は計測治具の正面図である。
【図４】計測治具の要部を拡大して示す図である。
【図５】加振時における変位計測部の角度変位の態様を模式的に示す一部拡大図である。
【図６】図３に示す計測治具の角度変位の態様を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      実験装置
２      せん断土槽
３      土槽枠
４      基台
５      ベアリング
７      防水シート
１０    計測治具
１１    板状部材
１３    丁番
１４    変位計測部（ひずみタイプの加速度センサ）
Ｏ      回動中心
Ｓ      模擬地盤
Ｔ      加振装置
【図１】
2009293926.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009293926.tif 000005
【図４】
2009293926.tif 000006
【図５】
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【図６】
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