品質評価方法及び品質評価装置
【課題】水中に存在する岩盤又は岩石の品質評価を簡易に行うことができる品質評価方法及び品質評価装置を提供する。
【解決手段】水中の自然由来の岩盤Ｒの品質を評価する品質評価方法であって、海底に存在する岩盤Ｒに、加速度センサー１１ｂと球面形状の打撃面１１ｄとを有するハンマー１１の打撃面１１ｄを衝突させ、加速度センサー１１ｂで得られる加速度データを取得する加速度データ取得工程と、加速度データに基づき、Hertzの弾性接触論を用いて岩盤Ｒの変形特性をコンピュータ２３に演算させる変形特性演算工程と、変形特性演算工程で得られた変形特性に基づいて、コンピュータ２３が岩盤Ｒの品質を判定する品質判定工程と、を備える。
【解決手段】水中の自然由来の岩盤Ｒの品質を評価する品質評価方法であって、海底に存在する岩盤Ｒに、加速度センサー１１ｂと球面形状の打撃面１１ｄとを有するハンマー１１の打撃面１１ｄを衝突させ、加速度センサー１１ｂで得られる加速度データを取得する加速度データ取得工程と、加速度データに基づき、Hertzの弾性接触論を用いて岩盤Ｒの変形特性をコンピュータ２３に演算させる変形特性演算工程と、変形特性演算工程で得られた変形特性に基づいて、コンピュータ２３が岩盤Ｒの品質を判定する品質判定工程と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中の自然由来の岩盤又は岩石の品質を評価する品質評価方法及び品質評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、建設事業において、自然由来の岩盤又は岩石が様々な用途に使用されている。例えば、自然由来の岩盤は、各種の構造物の荷重を支える基礎の支持層として重要な役割を果たしている。基礎の形式にはいくつかあるが、特に直接基礎あるいはケーソン基礎においては、基礎からの荷重を支持するために、これに適した強度や堅さ等を持つ適正な岩盤が必要である。このため、岩盤の強度や硬さ等について、建設中にＪＩＳ等で定められた方法による調査や試験を適宜実施する必要がある。このような調査方法及び試験方法としては、下記非特許文献１に記載のものが知られている。すなわち、非特許文献１に記載のような判定基準に従い、岩盤又は岩石の目視判定、岩石用ハンマーによる打撃音、及び周辺の地形や地質的組成に関する知識に基づいて、地質エンジニアが岩盤又は岩石の良否を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５０９４６号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】（財）日本ダム協会編，「フィルダムの施工」，pp.239，表3.5.1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この方法には熟練した地質エンジニアが必要であると共に、判定に個人差が生じる可能性がある。また、例えば、港湾における岸壁等の建設工事等では、判定対象の岩盤や岩石が海底にある場合もある。この場合、それらの良否の判定のために、岩石等を水上まで運送することが考えられるが、手間が大きく迅速性にも欠ける。また、地質エンジニアが潜水し海底で岩盤又は岩石の目視判定を行うことも考えられるが、潜水士としての高いスキルと地質エンジニアとしての高いスキルを併せ持つ技術者は希少であるので、この場合も簡易性に欠ける。
【０００６】
このような問題に鑑み、本発明は、水中に存在する岩盤又は岩石の品質評価を簡易に行うことができる品質評価方法及び品質評価装置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】
【０００７】
本発明者らは、岩盤又は岩石の品質は変形係数に基づいて判定することができ、変形係数の測定には、Hertzの弾性接触論を利用できることに着目した。すなわち、Hertzの弾性接触論によれば、対象の岩盤又は岩石にハンマーを衝突させ、衝突時のハンマーの加速度波形に基づいて岩盤又は岩石の変形特性を知ることができる。そして、本発明者らは、岩盤又は岩石とハンマーとを水中で衝突させた場合にも、Hertzの弾性接触論が成立することを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
本発明の品質評価方法は、水中の自然由来の岩盤又は岩石の品質を評価する品質評価方法であって、水中に存在する岩石又は岩盤に加速度センサーと球面形状の衝突面とを有するハンマーの衝突面を衝突させ、加速度センサーでハンマーの加速度データを取得する加速度データ取得工程と、加速度データに基づきHertzの弾性接触論を用いて岩盤又は岩石の変形特性を演算装置に演算させる変形特性演算工程と、変形特性演算工程で得られた変形特性に基づいて岩盤又は岩石の品質を判定する品質判定工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この品質評価方法では、対象の岩盤又は岩石にハンマーを衝突させたときの加速度データに基づき、Hertzの弾性接触論を用いた演算により岩盤又は岩石の変形特性を算出する。そして、変形特性に基づいて、岩盤又は岩石の品質が判定される。従って、この品質評価方法によれば、例えば海底などの水中の現場において、加速度データを収集すべく、ダイバーにハンマーを岩盤又は岩石に衝突させるといった簡易な動作を行わせればよい。つまり、地質エンジニアと潜水士のスキルを併せ持つ希少な技術者を必要とせず、水中の現場において、岩盤又は岩石の品質評価を簡易に行うことができる。
【００１０】
具体的には、品質判定工程では、岩盤又は岩石の変形特性と岩盤等級との対応を表す所定の対応テーブルに基づいて、岩盤又は岩石の工学的分類を行い、岩盤又は岩石の岩盤等級を品質に関する情報として得ることとしてもよい。対象の岩盤又は岩石を岩盤等級に従って工学的に分類することにより、構造物基礎の支持層としての岩盤又は岩石の使用可否を評価することができる。
【００１１】
また、品質判定工程では、岩盤又は岩石の変形特性と吸水率との相関関係を表す所定の吸水率相関関係に基づいて、岩盤又は岩石の吸水率を品質に関する情報として得ることとしてもよい。また、品質判定工程では、岩盤又は岩石の変形特性と密度との相関関係を表す所定の密度相関関係に基づいて、岩盤又は岩石の密度を品質に関する情報として得ることとしてもよい。
【００１２】
本発明者らは、岩盤又は岩石の吸水率や密度は、当該岩盤又は岩石の変形特性と相関関係があることを見出した。そこで、岩盤又は岩石の変形特性に基づいて吸水率や密度を得ることができる。対象の岩盤又は岩石について、吸水率や密度を得ることにより、当該岩盤又は岩石の用途の判断材料とすることができる。
【００１３】
本発明の品質評価装置は、水中の自然由来の岩盤又は岩石の品質を評価する品質評価装置であって、加速度センサーと球面形状の衝突面とを有するハンマーと、ハンマーの衝突面を水中に存在する岩盤又は岩石に衝突させたときに加速度センサーで得られる加速度データを取得する加速度データ取得手段と、加速度データに基づきHertzの弾性接触論を用いて岩盤又は岩石の変形特性を演算する変形特性演算手段と、変形特性演算手段で得られた変形特性に基づいて岩盤又は岩石の品質を判定する品質判定手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この品質評価装置では、対象の岩盤又は岩石にハンマーを衝突させたときの加速度データに基づき、Hertzの弾性接触論を用いた演算により岩盤又は岩石の変形特性を算出する。そして、変形特性に基づいて、岩盤又は岩石の品質が判定される。従って、この品質評価装置によれば、例えば海底などの水中の現場においては、加速度データを収集すべく、ダイバーにハンマーを岩盤又は岩石に衝突させるといった簡易な動作を行わせればよい。つまり、地質エンジニアと潜水士のスキルを併せ持つ希少な技術者を必要とせず、水中の現場において、岩盤又は岩石の品質評価を簡易に行うことができる。
【００１５】
また、本発明の品質評価装置は、ハンマーを少なくとも含み、水中で移動可能であり、加速度データに関する情報を取得する水中移動部と、水中移動部で取得された情報に基づいて水上で所定の情報処理を行う水上処理部とを備えてもよい。この構成によれば、品質評価装置のうち水中の岩盤又は岩石の近傍で情報を収集する水中移動部と、その情報を水上で処理する水上処理部とを分けることができる。
【００１６】
また、本発明の品質評価装置は、水上処理部の位置情報をＧＰＳにより取得するＧＰＳ装置と、水上処理部に対する水中移動部の相対位置情報を取得する相対位置情報取得部と、ＧＰＳ装置で得られる位置情報と相対位置情報とに基づいて、水中移動部の絶対位置情報を取得する絶対位置情報取得部と、ハンマーと岩盤又は岩石とが衝突した時に、絶対位置情報と加速度データに関する情報とを関連付けて保存する情報保存部と、を備えてもよい。この構成によれば、水中移動部の絶対位置から推定される岩盤又は岩石の絶対位置と、加速度データに関する情報から得られる岩盤又は岩石の品質とを関連付けることができる。
【００１７】
また、ハンマーの打撃部は球体をなし、ハンマーの質量は１０ｋｇ未満であることとしてもよい。打撃部の質量が１０ｋｇ未満であれば、持ち運びや取り扱いが容易である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、水中に存在する岩盤又は岩石の品質評価を簡易に行うことができる品質評価方法及び品質評価装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の品質評価装置の第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】図１の品質評価装置の使用形態を示す図である。
【図３】図１の品質評価装置のコンピュータの構成を示す図である。
【図４】本発明の品質評価方法の第１実施形態を示すフローチャートである。
【図５】本発明者らが行った試験の結果を示すグラフである。
【図６】本発明の品質評価方法を用いた海底掘削工事の一例を示すフローチャートである。
【図７】再掘削深度決定のための調査の手法を示す図である。
【図８】図７の打撃器具の先端部を示す断面図である。
【図９】第２実施形態の品質評価装置のコンピュータの構成を示す図である。
【図１０】（ａ）は、岩石の弾性係数と吸水率との相関関係を示すグラフの一例であり、（ｂ）は、岩石の弾性係数と絶乾密度との相関関係を示すグラフの一例である。
【図１１】本発明の品質評価方法の第２実施形態を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の品質評価装置の第３実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る岩盤又は岩石の品質評価方法及び品質評価装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１に、本実施形態の品質評価装置１を示す。品質評価装置１は、水中に存在する自然由来の岩盤又は岩石の品質評価を行うための装置である。水中の自然由来の岩盤には、例えば海底の岩盤などが含まれ、水中の自然由来の岩石には、例えば海底の岩盤を掘削して発生する岩石（掘削ズリ）などが含まれる。
【００２２】
図２に、品質評価装置１の使用形態の一例を示す。図に示すように、品質評価装置１は、ケーソン基礎Ｃの支持層とするための海底の岩盤Ｒの調査に用いられる。図２に示す領域では、海底を掘削して現れる岩盤Ｒの上に基礎捨石層１０１が設けられ、更に基礎捨石層１０１の上にケーソン基礎Ｃが載置され、ケーソン基礎Ｃの上部が海面Ｈ上に露出する。ケーソン基礎Ｃは、波のエネルギーを反射する直立堤として機能する。ケーソン基礎Ｃの施工方法は公知のものであるので、詳細な説明を省略する。岩盤Ｒの掘削工事中において、本実施形態の品質評価装置１及び品質評価方法を用いた岩盤Ｒの品質評価が行われ、岩盤Ｒがケーソン基礎Ｃの支持層として使用可能であるか否かが調査される。具体的には、図２に示されるように、ダイバーＤが、品質評価装置１の一部である水中移動部１ａを持って海底に潜り、岩盤Ｒ上でデータ収集の作業を行う。品質評価装置１の他の部分である水上処理部１ｂは、船Ｂに搭載されており、水中移動部１ａと水上処理部１ｂとは、ケーブル１２で接続されている。詳細は後述するが、水上処理部１ｂは水中移動部１ａで収集されたデータに基づく所定の情報処理を行う。
【００２３】
図１に示すとおり、品質評価装置１は、金属製のハンマー１１と、チャージアンプ１３と、チャージアンプ１３用の直流電源装置１５と、ターミナルパネル１９と、ＡＤ変換器２１と、コンピュータ（演算装置）２３と、音響測深装置（相対位置情報取得部）２５と、ＧＰＳ装置２７と、を備えている。このうち、ハンマー１１は、上記の水中移動部１ａに属し、チャージアンプ１３、直流電源装置１５、ターミナルパネル１９、ＡＤ変換器２１、コンピュータ２３、音響測深装置２５、及びＧＰＳ装置２７は、上記の水上処理部１ｂに属する。
【００２４】
ハンマー１１は、ユーザが把持するための棒状の把手部１１ｃと、把手部１１ｃの先端に取り付けられた球体形状の打撃部１１ａと、打撃部１１ａの上方に取り付けられた一軸の加速度センサー１１ｂと、を有している。ハンマー１１は、品質評価対象である岩盤Ｒを打撃するためのものである。ダイバーＤは、把手部１１ｃを把持して打撃部１１ａを岩盤Ｒに衝突させる。打撃部１１ａの表面のうち下部は、実際に岩盤Ｒに衝突する球面形状の打撃面（衝突面）１１ｄを構成する。ハンマー１１は、例えば海中で使用されるものであるので、錆防止のためにステンレス製であることが好ましい。
【００２５】
ハンマー１１の質量は、海底における持ち運びや取り扱いを容易にする観点から、１０ｋｇ未満であることが好ましい。打撃部１１ａの直径は例えば５ｃｍ程度である。なお、後述する打球探査法を実行するためには、打撃部１１ａ全体を球形とすることは必須ではなく、少なくとも打撃面１１ｄが球面形状をなすようにすればよい。
【００２６】
加速度センサー１１ｂは、打撃面１１ｄと岩盤Ｒとの衝突方向における加速度を計測する。ユーザがハンマー１１で岩盤Ｒを打撃したとき、加速度センサー１１ｂは、打撃面１１ｄと岩石との衝突により発生する衝撃波形を加速度波形（加速度データ）として検知する。そして、検知された加速度波形は、加速度信号として、ケーブル１２を介して、船Ｂ上の水上処理部１ｂに送信される。水上処理部１ｂでは、加速度信号がチャージアンプ１３に入力され、更にターミナルパネル１９、及びＡＤ変換器２１を介して、コンピュータ２３に送信される。チャージアンプ１３は、加速度センサー１１ｂからの加速度信号を増幅し、ターミナルパネル１９は、増幅された信号に含まれるノイズ成分を除去し、ＡＤ変換器２１は、ノイズ除去後の信号をＡＤ変換する機能を有する。
【００２７】
コンピュータ２３としては、所定の品質評価プログラムを格納した市販のパーソナルコンピュータを用いることができる。コンピュータ２３は、上記品質評価プログラムを実行することにより、加速度センサー１１ｂから得られる加速度信号に基づく演算を行い、岩盤Ｒの評価結果を出力する。コンピュータ２３としては、持ち運びや取り扱いを容易にする観点から小型・軽量であることが好ましいので、ラップトップ型コンピュータを採用することが好ましい。
【００２８】
ＧＰＳ(Global Positioning System)装置２７は、ＧＰＳ衛星から受信した電波に基づいて水上処理部１ｂの現在位置（絶対位置）を算出し、現在位置情報をコンピュータ２３に送信する。音響測深装置（相対位置情報取得部）２５は、音波を海底に向けて出射し、その反射波を分析して海底のダイバーＤの位置或いは水中移動部１ａの位置を測定する。音響測深装置２５で得られる測定データは、水上処理部１ｂに対する水中移動部１ａの３次元の相対位置を示し、当該相対位置情報はコンピュータ２３に送信される。このような機能をもつＧＰＳ装置２７や音響測深装置２５は公知であるので、更なる詳細な説明を省略する。
【００２９】
図３に示すように、コンピュータ２３は、情報記憶部３０と演算部４０と情報蓄積部（情報保存部）５０と、ディスプレイ６０とを有している。情報記憶部３０には、岩盤等級テーブル（対応テーブル）３１と、使用基準３３とが格納されている。岩盤等級テーブル３１は、下表１に例示するように、岩盤の変形係数（応力と歪みとの比例定数）と岩盤等級との対応関係を示す情報であり、例えば、下記文献に記載されている周知のテーブルが採用される。なお、表１には岩盤の静弾性係数と岩盤等級との対応関係も併せて示されている。変形係数及び静弾性係数は、ともに岩盤又は岩石の変形特性を表す評価指標である。ただし、載荷等の外力によって岩盤が変形するに際し、変形係数が岩盤中に内在する亀裂の閉口に伴う変位を考慮するのに対して、静弾性係数ではそれを考慮しないという差異がある。つまり、変形係数は亀裂を内在する岩盤の変形特性を表す評価指標であり、静弾性係数は岩盤の基質及び亀裂を内在しない岩石の変形特性を表す評価指標であるといえる。
【表１】
〔文献〕菊地宏吉ら、「ダム基礎岩盤の耐荷性に関する地質工学的総合評価」、応用地質、日本応用地質学会、１９８４年、特別号、ｐ．１０３−１１８．
【００３０】
使用基準３３は、岩盤Ｒがケーソン基礎Ｃの支持層として使用可能であるための等級を示す情報である。例えば、「ケーソン基礎Ｃの支持層として使用可能な岩盤は、岩盤等級がＢ級またはＣＨ級のもの」といった情報が、使用基準３３として情報記憶部３０に格納される。この使用基準３３は、例えば、特記仕様書や施工計画書に基づいて設定され、ユーザによるコンピュータ２３のキー操作等により事前に入力される。情報記憶部３０及び情報蓄積部５０は、例えば、コンピュータ２３に内蔵された記憶装置の記憶領域である。
【００３１】
演算部４０は、変形係数算出部（加速度データ取得手段、変形特性演算手段）４１と、等級判定部（品質判定手段）４３と、使用可否判定部４５と、評価位置算出部（絶対位置情報取得部）４７と、を備えている。変形係数算出部４１と、等級判定部４３と、使用可否判定部４５と、評価位置算出部４７とは、コンピュータ２３のＣＰＵ、ＲＡＭ等のハードウェア上に所定の品質評価プログラムを読み込ませることにより、ＣＰＵの制御のもとで通信モジュール、入力装置、出力装置等を動作させるとともに、ＲＡＭや補助記憶装置におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことでソフトウエア的に実現される構成要素である。
【００３２】
変形係数算出部４１は、加速度センサー１１ｂから得られる加速度信号に基づき、Hertzの弾性接触論を用いて、岩盤Ｒの変形係数を算出する。Hertzの弾性接触論によれば、球体を弾性体表面に衝突させたときの球体と弾性体平面との接触時間Ｔｃは、次式（１）で表される。
【数１】
【００３３】
但し、
Ｅ１：球体の弾性係数
μ１：球体のポアソン比
Ｒ ：球体の半径
Ｍ ：球体の質量
Ｅ２：弾性体の弾性係数
μ２：弾性体のポアソン比
Ｖ０：衝突速度
である。
【００３４】
特許文献１では、以上のようなHertzの弾性接触論を、コンクリート構造物の剛性の測定に利用することが開示されている。本実施形態では、岩盤Ｒの変形係数を測定する場合にHertzの弾性接触論を適用する。すなわち、本実施形態では、上記のHertzの弾性接触論において、上記球体にハンマー１１の打撃部１１ａを当てはめ、上記弾性体に岩盤Ｒを当てはめる。この場合、式（１）において、Ｅ１，μ１，Ｒ，Ｍは既知である。また、岩盤Ｒのポアソン比μ２としては、一般的な岩石のポアソン比として０．２程度の値を用いればよい。更に、Ｔｃ及びＶ０は、加速度信号で表される衝撃波形（加速度データ）から算出することができる。従って、加速度信号が得られれば、式（１）に基づいて、未知量である岩盤Ｒの弾性係数Ｅ２を算出することができる。なお、ここでは、打撃の対象が岩盤Ｒであるので、Ｅ２は岩盤Ｒの応力と歪みとの比例定数である「変形係数」を示すことになる。
【００３５】
等級判定部４３は、変形係数算出部４１で得られた岩盤Ｒの変形係数Ｅ２に基づいて、岩盤Ｒの工学的分類を行う。岩盤の工学的分類とは、例えば前述の表１に従って、対象の岩盤の岩盤等級を決定することを言う。即ち、等級判定部４３は、情報記憶部３０に格納された岩盤等級テーブル３１を読み出し、上記変形係数Ｅ２の値に対応する岩盤等級を、岩盤Ｒの等級として求める。
【００３６】
評価位置算出部４７は、打撃により評価した岩盤Ｒの箇所の絶対位置（以下「評価位置」）を算出する。具体的には、評価位置算出部４７は、ＧＰＳ装置２７で得られた水上処理部１ｂの絶対位置情報と、音響測深装置２５で得られた水中移動部１ａの相対位置情報と、に基づいて、水中移動部１ａの絶対位置を算出する。このような水中移動部１ａの絶対位置の算出を、岩盤Ｒの打撃時（打撃の直前又は打撃の直後を含む）に行うことにより、打撃により評価した岩盤Ｒの場所の絶対位置を取得することができる。
【００３７】
使用可否判定部４５は、等級判定部４３で得られた岩盤Ｒの等級と、情報記憶部３０から読み出した使用基準３３との比較を行う。そして、岩盤Ｒの等級が使用基準３３を満たす場合には、岩盤Ｒがケーソン基礎Ｃの支持層として使用可能であると判定する。一方、岩盤Ｒの等級が使用基準３３を満たさない場合には、岩盤Ｒがケーソン基礎Ｃの支持層として使用不可能であると判定する。
【００３８】
その後、使用可否判定部４５は、判定結果（岩盤Ｒの使用の可否）を、例えば、岩盤Ｒの等級と一緒に、コンピュータ２３のディスプレイ６０に表示する。更に、使用可否判定部４５は、岩盤Ｒの使用の可否と岩盤等級と、評価位置算出部４７から得られる評価位置情報と、を関連付けて情報蓄積部５０に蓄積する。
【００３９】
更に、使用可否判定部４５は、情報蓄積部５０に蓄積されている前回の評価に係る岩盤の等級と、今回の評価に係る岩盤Ｒの等級とを比較することで、岩盤の品質変動の有無を判定してもよい。
【００４０】
続いて、上述の品質評価装置１を用いて行う岩盤Ｒの品質評価方法について、図４を参照し説明する。
【００４１】
〔対応テーブル準備工程〕
岩盤の変形係数と岩盤等級との対応関係を示す岩盤等級テーブル３１を、コンピュータ２３の情報記憶部３０に保存する（Ｓ１０１）。具体的には、例えば前述の表１が電子データとして情報記憶部３０に保存される。
【００４２】
〔打球探査工程〕
まず、海底において岩盤Ｒの評価位置を選定する（Ｓ１０３）。次に、打球探査法によって岩盤Ｒの変形係数を算出する。具体的には、ダイバーＤは、選定した岩盤Ｒの場所をハンマー１１の打撃面１１ｄで打撃する。打撃時にハンマー１１に発生する加速度が加速度センサー１１ｂで検知され、加速度信号がコンピュータ２３に入力され、演算部４０の変形係数算出部４１に入力される（加速度データ取得工程）。そして、変形係数算出部４１が、加速度信号に基づいて、前述の式（１）より、岩盤Ｒの変形係数を算出する（Ｓ１０５：変形特性演算工程）。
【００４３】
〔等級判定工程〕
続いて、等級判定部４３は上記打球探査工程による変形係数算出値と、岩盤等級テーブル３１とに基づいて、岩盤Ｒの等級を判定する（Ｓ１０７）。具体的には、等級判定部４３は、情報記憶部３０から岩盤等級テーブル３１を読み出し、上記変形係数算出値に対応する岩盤等級を、岩盤Ｒの等級として求める（品質判定工程）。
【００４４】
〔使用可否判定工程〕
続いて、使用可否判定部４５は、求められた岩盤Ｒの等級と使用基準３３とを比較して岩盤Ｒの使用可否を判定する。具体的には、使用可否判定部４５は、情報記憶部３０から使用基準３３を読み出し、岩盤Ｒの等級と比較し（Ｓ１０９）、岩盤Ｒの等級が使用基準３３を満足する場合には、岩盤Ｒは使用可能と判定し（Ｓ１１１）、岩盤Ｒの等級が使用基準３３を満足しない場合には、岩盤Ｒは使用不可能と判定する（Ｓ１１３）。その後、使用可否判定部４５は、判定結果（岩盤Ｒの使用の可否）を、例えば、岩盤Ｒの等級と一緒に、コンピュータ２３のディスプレイ６０に表示する。
【００４５】
〔評価位置取得工程〕
続いて、評価位置算出部４７は、ＧＰＳ装置２７から得られた情報と、音響測深装置２５から得られた情報と、に基づいて、水中移動部１ａの現在の絶対位置を算出する（Ｓ１２３）。なお、評価位置取得工程は、打球探査工程の前に行ってもよい。
【００４６】
〔データ記録工程〕
続いて、使用可否判定部４５は、岩盤Ｒの使用の可否と岩盤Ｒの等級と、評価位置取得工程で得られた評価位置情報とを関連付けて情報蓄積部５０に蓄積する（Ｓ１２５）。その後、岩盤Ｒの品質評価を継続する場合には（Ｓ１２７でＹｅｓ）Ｓ１０３の処理に戻り、それ以外の場合には（Ｓ１２７でＮｏ）処理を終了する。ダイバーＤが海底を移動し岩盤Ｒの評価位置を変えながら以上の処理を繰り返せば、自然由来でありバラツキを有する岩盤Ｒの複数の箇所における変形係数を調査することができ、岩盤Ｒの変形係数の調査精度を向上させることができ、かつマッピングを行うことができる。
【００４７】
この品質評価装置１及び品質評価方法では、岩盤Ｒにハンマーを衝突させたときの加速度データに基づき、Hertzの弾性接触論を用いた演算により岩盤Ｒの変形係数を算出する。そして、変形係数に基づいて、岩盤Ｒの岩盤等級が判定される。従って、海底の現場においては、加速度データ収集のために、ハンマー１１で岩盤Ｒを打撃するといった簡易な操作をダイバーＤが行えばよい。つまり、地質エンジニアと潜水士のスキルを併せ持つ希少な技術者を必要とせず、水中の現場において岩盤Ｒの品質評価を簡易に行うことができる。
【００４８】
また、この品質評価装置１及び品質評価方法によれば、ダイバーＤが行う作業は、主にハンマー１１による岩盤Ｒの打撃のみであるので、１回の品質評価が、例えば３０秒程度と短時間で可能であり、岩盤Ｒの使用可否を迅速に判定するといった運用が可能になる。よって、海底の掘削作業の途中に、岩盤Ｒの品質を頻繁に確認するといった運用も可能になる。また、多くのデータを収集して統計的処理を行うことが可能になり、評価の精度を高めることができる。また、ダイバーＤの熟練度が評価の精度に与える影響も小さい。また、ハンマー１１の質量を１０ｋｇ未満としているので、ハンマー１１の持ち運びや取り扱いが容易であり、海底で容易に測定を行うことができる。以上の結果、迅速な岩盤Ｒの評価が可能になり、ケーソン基礎Ｃの施工を効率的に行うことができる。
【００４９】
ここで、Hertzの弾性接触論が、水中におけるハンマー１１と岩盤Ｒとの衝突にも適用可能である点について検討する。
【００５０】
本発明者らは、花崗岩、安山岩、および石英安山岩の３種の岩石試料について、品質評価装置１を用いた変形係数測定を行った。測定は、各岩石試料について、気中に置いた状態と、水中に置いた状態とでそれぞれハンマー１１で打撃し、それぞれ変形係数を得た。ハンマー１１の打撃部１１ａは、鋼鉄製で半径2.5ｃｍ、質量600ｇの球体であり、各岩石試料としては、直径30ｃｍ程度の岩塊を選んだ。測定結果は、図５に示すとおり、岩石の種類に関わらず、気中と水中とでほぼ同等の変形係数の測定値が得られた。これにより、Hertzの弾性接触論は、気中と同様に、水中における衝突にも成立し、品質評価装置１によれば、気中と同様に水中でも岩盤Ｒの変形係数が得られることが確認された。
【００５１】
なお、Hertzの弾性接触論が水中の衝突でも成立するとの結論は、以下のように推定される。前述の数式（１）の接触時間Ｔｃは、衝突によって瞬間的に接触する２物体の固有の物理特性（特に、変形係数又は弾性係数）にのみ依存し、衝突が気中で発生するか水中で発生するかといった条件には影響されないと考えられる。また、水は工学的に非粘性流体と考えられるので、２物体の衝突の瞬間には両者の接触面の間に介在しないと考えられるからである。また、２物体の接触面の間に水が介在しないことから、２物体の衝突の際の加速度に対して水の存在が与える影響は小さく、その結果、加速度波形から求められるＶ０（衝突速度）も、気中と水中との間で工学的には有意差がないと考えられる。
【００５２】
また、式（１）中のＥ１（ハンマー１１の打撃部１１ａの弾性係数）、μ１（打撃部１１ａのポアソン比）、Ｒ（打撃部１１ａの半径）、Ｍ（打撃部１１ａの質量）も、物体の固有の特性であり、気中と水中とで変化することはない。岩盤Ｒに関して、水中において岩盤Ｒの空隙が飽和しているのと同様に、土木分野で対象となるような岩盤は、降雨や地下水の影響により、気中においても飽和した状態にあると考えられる。すなわち、通常の自然条件下では、気中の岩盤の空隙が絶乾状態に至ることはほぼ考えられない。つまり、μ２（岩盤Ｒのポアソン比）も、水中の岩盤と気中の岩盤とでほぼ同等と考えられる。以上のように、水の有意な影響を受けるパラメータは式（１）には含まれず、式（１）で示されるHertzの弾性接触論は、気中においても水中においても同様に成立すると考えられる。
【００５３】
続いて、図６を参照し、上述の品質評価方法を利用した海底の岩盤Ｒの掘削工事の一例について説明する。この例の岩盤Ｒは、前述のケーソン基礎Ｃの支持層とされるものである。
【００５４】
まず、ケーソン基礎Ｃの位置が決定され（Ｓ２０１）、その位置の海底が計画深度まで掘削される（Ｓ２０３）。掘削で現れた岩盤Ｒについて、上述の品質評価方法及び品質評価装置１を用いた品質評価が実行される（Ｓ２０５）。ここでは、例えば、岩盤Ｒ上に評価位置が格子状に設定され、岩盤Ｒの複数箇所について品質評価が行われる。品質評価の結果「ケーソン基礎Ｃの支持層として使用可能」との結果が得られた場合（Ｓ２０７でＹｅｓ）には、掘削工事を終了する（Ｓ２０９）。一方、品質評価の結果「ケーソン基礎Ｃの支持層として使用不可能」との結果が得られた場合（Ｓ２０７でＮｏ）には、再掘削の深度決定のための調査が行われる（Ｓ２１１）。再掘削の深度が決定された後、Ｓ２０３に戻り上述の処理を繰り返す。
【００５５】
次に、上記Ｓ２１１の再掘削深度決定の調査の工程に、品質評価装置１を利用する例について説明する。まず、品質評価装置１の水中移動部１ａとコアドリル（図示せず）とを持ったダイバーＤが海底の岩盤Ｒ上に降りる。次に、図７に示すように、ダイバーＤがコアドリルを用いて岩盤Ｒに所定深さの鉛直の調査孔１０３を穿ける。調査孔１０３の孔径は、例えば１００ｍｍ以下程度であり、調査孔１０３の深さは、例えば１ｍ程度である。る。その後、ダイバーＤが調査孔１０３の底面１０３ａをハンマー１１で打撃することにより加速度データを取得する。加速度データがコンピュータ２３に送信され、前述の演算によって「使用可能」又は「使用不可能」との評価結果が導出される。
【００５６】
ここで、「使用可能」との評価結果が得られた場合には、現在の岩盤Ｒ表面から更に深い位置に良質の岩盤が存在することが判明する。すなわち、調査孔１０３の深さ分だけ再掘削することで、ケーソン基礎Ｃの支持層として使用可能な岩盤が現れる可能性が高いと判断することができる。そして、調査孔１０３の底面１０３ａの深度に該当する深度、再掘削の計画深度として採用される。
【００５７】
なお、海底における取り扱い容易性の観点から、大口径のコアドリルを採用することは難しく、その結果、調査孔１０３の孔径が小さい場合がある。この場合、調査孔１０３内にダイバーＤの手が入り難く、底面１０３ａを適切に打撃することができない恐れもある。そこで、底面１０３ａを打撃する際には、図７及び図８に示すような打撃器具５１を用いるものとする。
【００５８】
図８に示すように、打撃器具５１は、把手部１１ｃを取り除いた状態のハンマー１１を棒体５３の先端に取り付けたような構成をなす。打撃器具５１は、棒体５３と打撃部１１ａとを連結する連結部として、スライド機構６１と付勢部６７とを備えている。以下、棒体５３の延在方向を前後方向として、打撃部１１ａが設けられた側の端部を「前端部」として、「前」、「後」の概念を含む語を位置関係の説明に用いるものとする。打撃部１１ａの前側の面が打撃面１１ｄであり、打撃部１１ａの後側の面に加速度センサー１１ｂが取り付けられる。
【００５９】
スライド機構６１は、棒体５３の前端の中空部に設けられており、固定側レール６１ｂと、固定側レール６１ｂに対して前後移動可能に係合された移動側レール６１ａとを備えている。固定側レール６１ｂは棒体５３の中空部内壁面に固定されており、移動側レール６１ａの前端は棒体５３の前端開口から前方に突出している。打撃部１１ａは、移動側レール６１ａの前端に取り付けられている。このような構造により、打撃部１１ａは、棒体５３に対して、前後方向（棒体３の延在方向）に平行移動可能である。また、スライド機構６１では、所定のストッパ機構（図示省略）により移動側レール６１ａの前後移動範囲が制限されているので、打撃部１１ａの移動範囲には、前端限界と後端限界とが存在する。
【００６０】
スライド機構６１としては、例えば、固定側レール６１ｂと移動側レール６１ａとの間にボールを挟んだ構造をもつ公知のスライドレール部品を用いればよい。また、スライド機構６１は、打撃部１１ａを前後移動可能に支持するものであれば、他の構造でもよい。
【００６１】
更に、打撃器具５１は、打撃部１１ａを前方に向けて付勢する付勢部６７を備えている。付勢部６７は、ヒンジ結合で開閉可能な２本のアーム６９と、アーム６９を開く方向に付勢するねじりバネ７１と、を備えている。２本のアーム６９の先端は、それぞれ、移動側レール６１ａ及び棒体５３の外壁面にヒンジ結合されているので、ねじりバネ７１の付勢力は、打撃部１１ａを前方に付勢する力として作用する。なお、打撃部１１ａが前端限界の位置にあるときに、ねじりバネ７１が発生する力がゼロになるように調整されており、打撃部１１ａが前端限界の位置から後退したときに、ねじりバネ７１が打撃部１１ａを前方に押し出す力を発揮する。
【００６２】
以上の構成に基づき、ダイバーＤは、図７に示されるように、調査孔１０３に打撃器具５１の先端を挿入し、棒体５３を把持し下方に向けて突く動作により、打撃部１１ａで底面１０３ａを打撃することができる。このように、打撃器具５１を用いることにより、調査孔１０３にダイバーＤの手が入り難い場合にも、底面１０３ａを打撃部１１ａで打撃することができる。
【００６３】
また、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得るためには、打撃の瞬間の反発による打撃部１１ａの動きが許容される状態で、底面１０３ａを打撃する必要がある。すなわち、打撃の瞬間においては、打撃部１１ａが底面１０３ａから弾性的に跳ね返る動きが妨げられてはならない。ここで、棒体５３の前端部に単純に打撃部１１ａを固定した構造を考える。この構造の装置によれば、ダイバーＤが底面１０３ａを突く動作を行った際に、打撃部１１ａと底面１０３ａとの衝突直後から更に一定時間だけ前方に押さえ込む動作になり易く、すなわち、打撃部１１ａが跳ね返る動きが妨げられる状態になり易い。更に、打撃部１１ａは調査孔１０３内にあり目視し難いので、打撃部１１ａの打撃の状態をダイバーＤが微調整することも難しい。従って、棒体５３の前端部に単純に打撃部１１ａを固定した構造では、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることが困難である。
【００６４】
これに対し、打撃器具５１によれば、打撃部１１ａは、棒体５３に対し、衝突方向（前後方向）に移動可能であるように支持された構成を採用している。よって、打撃の瞬間には、底面１０３ａからの反発による打撃部１１ａの後方への動きが許容された状態である。よって、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることができる。
【００６５】
また、上記の突く動作の際に、棒体５３は前方に素早く加速されるので、打撃部１１ａは、慣性により棒体５３に対して後方に移動しようとする。このとき、打撃部１１ａが後端限界に到達してしまうと、打撃の瞬間における打撃部１１ａの後方への動きが制限されてしまい、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることができなくなる。
【００６６】
これに対し、打撃器具５１においては付勢部６７を設けることにより、棒体５３の加速の際に、付勢部６７によって打撃部１１ａが前方に付勢されるので、打撃部１１ａが後端限界に到達することを避けることができる。よって、棒体３が素早く加速された場合にも、反発によるハンマーの後方への動きを確保し、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることができる。なお、打撃の瞬間においては、付勢部６７による前方への付勢力が作用しており、打撃部１１ａの後方への移動を僅かに妨げることになるが、当該付勢力は、打撃の衝撃力に比較して極めて小さく、上記付勢力の影響は無視することができる。
【００６７】
（第２実施形態）
続いて、本発明の品質評価装置及び品質評価方法の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００６８】
前述のような海底の岩盤の掘削工事では、掘削ズリとして岩石が発生する。このような岩石は、建設機械によって水上に揚げられ、例えば道路等の盛土材料として利用されるため、所定の品質を満足するか否かが評価され、材料として使用可能であるか否かを判定する必要がある。この判定を掘削ズリが海底にある段階で行うことができれば、適切な建設機械の選定や陸上における掘削ズリの適切な運搬等が可能となり、掘削ズリの利用または廃棄を効率的に行うことができる。そこで、本実施形態では、掘削ズリが発生した海底の現場に、ダイバーＤが水中移動部１ａを持って降り、ダイバーＤは海底にある岩石をハンマー１１で打撃することとする。
【００６９】
また、掘削ズリの岩石が所望の目的に利用可能であるか否かは、一般的に、岩石の吸水率又は密度を基準として判断される場合が多い。そこで、本実施形態では、岩石の吸水率又は密度を判断基準として、当該岩石の使用可否を判定する。例えば、岩石の吸水率と弾性係数との間には所定の相関関係があるので、ハンマー１１による岩石の打撃で当該岩石の弾性係数を算出し、弾性係数の算出値に基づいて岩石の吸水率を推定する。
【００７０】
本実施形態における品質評価装置は、コンピュータ２３に代えて図９に示すコンピュータ２２３を備えている点で、前述の品質評価装置１と異なる。コンピュータ２２３の情報記憶部３０には、品質相関関係（吸水率相関関係）２３１と、品質基準値２３３とが格納されている。本発明者らの実験によれば、岩石の弾性係数と吸水率との間には、図１０（ａ）のような曲線で表される相関関係があることが判明した。品質相関関係２３１は、上記のような岩石の弾性係数と吸水率との相関関係を示す情報である。後述の吸水率相関関係準備工程によって品質相関関係２３１が取得され、予め情報記憶部３０に保存される。
【００７１】
品質基準値２３３は、岩石が所望の用途に使用可能であるための吸水率の上限値を示す情報である。例えば、岩石をロックフィルダムのロック材として使用する場合には、岩石の吸水率が３．０％以下であることが要求されるので、「吸水率基準値＝３．０％」との情報が情報記憶部３０に格納される。この品質基準値２３３は、例えば、特記仕様書や施工計画書に基づいて設定され、ユーザによるコンピュータ２２３のキー操作等により事前に入力される。情報記憶部３０及び情報蓄積部５０は、例えば、コンピュータ２２３に内蔵された記憶装置の記憶領域である。
【００７２】
演算部４０は、弾性係数算出部２４１と、品質推定部２４３と、使用可否判定部２４５と、評価位置算出部４７と、を備えている。弾性係数算出部２４１、品質推定部２４３、使用可否判定部２４５、及び評価位置算出部４７は、コンピュータ２２３のＣＰＵ、ＲＡＭ等のハードウェア上に所定の品質評価プログラムを読み込ませることにより、ＣＰＵの制御のもとで通信モジュール、入力装置、出力装置等を動作させるとともに、ＲＡＭや補助記憶装置におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことでソフトウエア的に実現される構成要素である。
【００７３】
弾性係数算出部２４１は、加速度センサー１１ｂから得られる加速度信号に基づき、Hertzの弾性接触論を用いて、岩石の弾性係数を算出する。品質推定部２４３は、弾性係数算出部２４１で得られた岩石の弾性係数に基づいて、岩石の吸水率を推定する。即ち、品質推定部２４３は、情報記憶部３０に格納された品質相関関係２３１を読み出し、上記弾性係数の値に対応する吸水率の値を、岩石の吸水率推定値として求める。
【００７４】
使用可否判定部２４５は、品質推定部２４３で得られた吸水率推定値と、情報記憶部３０から読み出した品質基準値２３３との大小比較を行う。そして、吸水率推定値が品質基準値２３３以下である場合には、岩石が所定の用途に（例えば、ロックフィルダムのロック材としての用途に）使用可能であると判定する。一方、吸水率推定値が品質基準値２３３よりも大きい場合には、岩石が所定の用途に使用不可能であると判定する。その後、使用可否判定部２４５は、判定結果（岩石の使用の可否）を、例えば、吸水率推定値と一緒に、コンピュータ２２３のディスプレイ６０に表示する。更に、使用可否判定部２４５は、岩石の使用の可否と、吸水率推定値と、評価位置算出部４７から得られる評価位置情報と、を関連付けて情報蓄積部５０に蓄積する。
【００７５】
更に、使用可否判定部２４５は、情報蓄積部５０に蓄積されている前回の評価に係る岩石の吸水率推定値と、今回の評価に係る岩石の吸水率推定値とを比較することで、岩石の品質変動の有無を判定してもよい。
【００７６】
続いて、上述した本実施形態の品質評価装置を用いて行う岩石の品質評価方法について図１１を参照し説明する。
【００７７】
〔吸水率相関関係準備工程〕
岩石の弾性係数と吸水率との相関関係を示す吸水率相関関係を、コンピュータ２２３の情報記憶部３０に保存する（Ｓ３０１）。吸水率相関関係は、各種の現場（各種の岩種）において、岩石の弾性係数測定と吸水率測定とを行い、弾性係数と吸水率との相関関係を求め、これらの既往データを総合して求めた相関関係である。
【００７８】
吸水率相関関係は以下のような手順で求められる。まず、岩石の中径が１５ｃｍ以上の岩石を石サンプルとして採取する。「中径粒径が１５ｃｍ以上」とは、岩石が、大きさ１５ｃｍの篩目をもつ篩を通過しないことを意味する。以下の説明においても、「中径粒径」との語を用いるときは同様の定義とする。続いて、後述する打球探査法により、採取した岩石サンプルを打撃し弾性係数を算出する。その一方で、採取した岩石の吸水率を、JIS A 1100の試験により測定する。そして、算出された上記弾性係数と測定された上記吸水率との関係をプロットする。以上を多数の岩石サンプルについて行うことにより、岩石の弾性係数と吸水率との相関関係が求められる。なお，本発明者らは岩石の弾性係数と吸水率の相関関係は、岩種に因らずほぼ同一の関係を持つとの知見を得ている。また、適宜、岩石の弾性係数と吸水率の相関関係を確認し、この関係をプロットすることで、岩石の弾性係数と吸水率の相関関係はより精度の高いものとなる。
【００７９】
なお、実際に掘削ズリが発生する海底の現場で岩石サンプルを採取し、その岩石サンプルに基づいて吸水率相関関係を求め、コンピュータ２２３の情報記憶部３０に保存してもよい。この場合、掘削ズリが発生する海底の現場に特有の吸水率相関関係を取得することができる。なお、吸水率相関関係準備工程は、採取現場で行う必要はなく、岩石サンプルを室内に持ち込んで行ってもよい。
【００８０】
〔打球探査工程〕
まず、ダイバーＤが海底において品質評価対象の岩石を選定し採取する（Ｓ３０３）。この場合、粒径が１５ｃｍ以上のものを対象岩石として選定する。次に、打球探査法によって岩石の弾性係数を算出する。具体的には、ダイバーＤは、選定した岩石をハンマー１１の打撃面１１ｄで打撃する。打撃時にハンマー１１に発生する加速度が加速度センサー１１ｂで検知され、加速度信号がコンピュータ２２３に入力され、演算部４０の弾性係数算出部２４１に入力される。そして、弾性係数算出部２４１が、加速度信号に基づいて、前述の式（１）より、岩石の弾性係数を算出する（Ｓ３０５）。
【００８１】
〔吸水率推定工程〕
続いて、品質推定部２４３は、上記打球探査工程による弾性係数算出値と、品質相関関係２３１と、に基づいて、岩石の吸水率を推定する。具体的には、品質推定部２４３は、情報記憶部３０から品質相関関係２３１を読み出し、上記弾性係数算出値に対応する吸水率の値を、岩石の吸水率推定値として求める（Ｓ３０７）。
【００８２】
〔使用可否判定工程〕
続いて、使用可否判定部２４５は、上記吸水率推定値と品質基準値２３３とを比較して岩石の使用可否を判定する。具体的には、使用可否判定部２４５は、情報記憶部３０から品質基準値２３３を読み出し、吸水率推定値と品質基準値２３３とを大小比較する（Ｓ３０９）。吸水率推定値が品質基準値２３３以下の場合には、岩石は使用可能と判定し（Ｓ３１１）、吸水率推定値が品質基準値２３３よりも大きい場合には、岩石は使用不可能と判定する（Ｓ３１３）。その後、使用可否判定部２４５は、判定結果（岩石の使用の可否）を、例えば、吸水率推定値と一緒に、コンピュータ２２３のディスプレイ６０に表示する。
【００８３】
〔評価位置取得工程〕
続いて、評価位置算出部４７は、ＧＰＳ装置２７から得られた情報と、音響測深装置２５から得られた情報と、に基づいて、水中移動部１ａの現在の絶対位置を算出する（Ｓ２２３）。なお、評価位置取得工程は、打球探査工程の前に行ってもよい。
【００８４】
〔データ記録工程〕
続いて、使用可否判定部２４５は、岩石の使用の可否と、吸水率推定値と、評価位置取得工程で得られた評価位置情報と、を関連付けて情報蓄積部５０に蓄積する（Ｓ３２５）。その後、岩石の品質評価を継続する場合には（Ｓ３２７でＹｅｓ）、Ｓ３０３の処理に戻り、それ以外の場合には（Ｓ３２７でＮｏ）、処理を終了する。
【００８５】
本実施形態の品質評価方法及び品質評価装置によれば、海底の現場で発生する掘削ズリを現場から移動させることなく、当該岩石の品質評価を行うことができる。この評価を掘削ズリが海底にある段階で行うことができれば、適切な建設機械の選定や陸上における掘削ズリの適切な運搬等が可能となり、掘削ズリの利用または廃棄を効率的に行うことができる。
【００８６】
なお、前述したとおり、岩石の吸水率の代わりに岩石の密度を判断基準として、当該岩石の使用可否を判定してもよい。本発明者らの実験によれば、岩石の密度と弾性係数との間にも図１０（ｂ）に例示するような所定の相関関係があるので、ハンマー１１による岩石の打撃で当該岩石の弾性係数を算出し、弾性係数の算出値に基づいて岩石の密度を推定する。そして、事前に準備した密度基準値よりも岩石の密度推定値が大きい場合に、岩石を使用可能と判定する。このような使用可否判定は、上述したような岩石の吸水率を判断基準とする使用可否判定に倣って行うことができる。この場合、品質相関関係（密度相関関係）２３１には、図１０（ｂ）のような岩石の弾性係数と密度との相関関係を示す情報が格納される。また、品質基準値２３３には、岩石が所望の用途に使用可能であるための密度の下限値（密度基準値）を示す情報が格納される。
【００８７】
（第３実施形態）
続いて、本発明の品質評価装置及び品質評価方法の第３実施形態について、図１２を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００８８】
図１２に示すように、本実施形態の品質評価装置３０１は、水中移動部１ａに代えて、水中移動部３０１ａを備える点において前述の品質評価装置１と異なる。水中移動部３０１ａは、円筒状のさや管３０３を備えており、把手部１１ｃを取り除いた状態のハンマー１１をさや管３０３の中空部に収納したような構成をなす。水中移動部３０１ａは、ワイヤー３０５によって船Ｂから海中に吊り下げられ、海底の岩盤Ｒ上に降ろされる。そして、図１２に示すように、水中移動部３０１ａは、さや管３０３の筒軸を鉛直に向け岩盤Ｒ上に着地した状態で使用される。以下、「上」、「下」の概念を含む語を説明に用いる場合には、水中移動部３０１ａの上記の使用状態の姿勢に基づくものとする。
【００８９】
水中移動部３０１ａでは、さや管３０３の中空部に打撃部１１ａが収納されている。さや管３０３の内径は打撃部１１ａの径よりもやや大きく、打撃部１１ａは中空部内で上下移動可能である。打撃部１１ａの下側の面が打撃面１１ｄであり、打撃部１１ａの上側の面に加速度センサー１１ｂが取り付けられる。さや管３０３の外側上部には、電磁石３０７が設けられている。電磁石３０７は、水上処理部１ｂ側から操作可能であり、電磁石３０７が打撃部１１ａを吸着することで、打撃部１１ａがさや管３０３内で上部に移動する。そして、電磁石３０７が、上部に移動した打撃部１１ａを解放することで、打撃部１１ａがさや管３０３内を落下し、打撃面１１ｄが岩盤Ｒに衝突する。なおこのとき、バネ等を利用して、打撃部１１ａを加速して岩盤Ｒに衝突させてもよい。さらに、先端に電磁石を取りつけた巻き取り可能なワイヤーで打撃部１１ａをさや管３０３内で上部に移動し、電流を切ることで打撃部１１ａを落下させればなお好適である。
【００９０】
さや管３０３の下部には、管の内外を連通する排水口３０３ａが設けられており、打撃部１１ａの落下の際には中空部内の水が排水口３０３ａを介して外側に押し出される。これにより、打撃部１１ａに作用する水の抵抗が軽減され、打撃部１１ａがさや管３０３内を円滑に落下する。
【００９１】
以上のように、品質評価装置３０１においては、ワイヤー３０５で水中移動部３０１ａを海底に降ろし、水上処理部１ｂからの操作により打撃部１１ａを岩盤Ｒに衝突させることができるので、ダイバーを海底に派遣しない運用も可能になる。
【００９２】
また、水中移動部３０１ａは、さや管３０３の外側に取り付けられ下方を撮像する水中カメラ３０９と、さや管３０３の外側に取り付けられ下方に向けて水を噴出する水噴出装置３１１とを備えている。水中カメラ３０９による撮像データは、水上処理部１ｂに送信され、船Ｂ上の作業者は、モニター画面を通じて着地点の岩盤Ｒの状態を視認することができる。また船Ｂ上の作業者の操作により、例えば、さや管３０３の着地前に、水噴出装置３１１から岩盤Ｒに向けて水を噴出し、着地点の細かい岩石等を除去することができる。水上処理部１ｂと水中移動部３０１ａとの間には、電磁石３０７の駆動信号、水中カメラ３０９の撮像データ、及び水噴出装置３１１の駆動信号等を送受信するためのケーブル（図示せず）が別途設けられる。
【００９３】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。
【００９４】
例えば、実施形態では、水中移動部１ａ，３０１ａで得られた加速度データを、ケーブル１２を通じて水上処理部１ｂまで送信しているが、水中移動部１ａ，３０１ａに加速度データを保存・蓄積するデータ保存部を設けてもよい。例えば、データ保存部として、電子記憶媒体を採用し、岩盤Ｒの打撃で得られた加速度データを、電子データとして電子記憶媒体に保存・蓄積していくこととしてもよい。なおこの場合、電子記憶媒体に蓄積された加速度データを、船Ｂ上で回収したときに、水上処理部１ｂでバッチ処理する運用が考えられる。電子記憶媒体としては、半導体メモリやハードディスク装置等を用いることができる。
【００９５】
また、図１に示す品質評価装置１の一式すべて（水中移動部１ａ及び水上処理部１ｂ）を、水中移動部としてダイバーＤが海底に持ち込む方式としてもよい。この場合、ダイバーＤが、岩盤Ｒの使用可否を海底で確認することができる。また、この場合、船Ｂ上に、水上処理部としてＧＰＳ装置２７と音響測深装置２５とを設置し、ダイバーＤの絶対位置を船Ｂ上で取得することとしてもよい。また、岩盤Ｒの使用可否の判定結果（使用可能、又は使用不可能）を、リアルタイムでダイバーＤ側のコンピュータ２３から船Ｂ側のコンピュータに送信してもよい。これにより、船Ｂ上においても、判定結果をリアルタイムで知ることができる。なお、水中移動部において防水・耐水圧が必要な電子機器等は、適宜ハウジング等に収納してもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１…品質評価装置、１ａ，３０１ａ…水中移動部、１ｂ…水上処理部、１１…ハンマー、１１ａ…打撃部、１１ｂ…加速度センサー、１１ｄ…打撃面（衝突面）、２３…コンピュータ（演算装置、加速度データ取得手段）、２５…（相対位置情報取得部）、２７…ＧＰＳ装置、３１…岩石等級テーブル（対応テーブル）、４１…変形係数算出部（加速度データ取得手段、変形特性演算手段）、４３…等級判定部（品質判定手段）、２３１…品質相関関係（吸水率相関関係、密度相関関係）、２４１…弾性係数算出部（変形特性演算手段）、２４３…品質推定部（品質判定手段）、４７…評価位置算出部（絶対位置情報取得部）、５０…情報蓄積部（情報保存部）、２３１…相関関係（吸水率相関関係、密度相関関係）、Ｒ…岩盤。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中の自然由来の岩盤又は岩石の品質を評価する品質評価方法及び品質評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、建設事業において、自然由来の岩盤又は岩石が様々な用途に使用されている。例えば、自然由来の岩盤は、各種の構造物の荷重を支える基礎の支持層として重要な役割を果たしている。基礎の形式にはいくつかあるが、特に直接基礎あるいはケーソン基礎においては、基礎からの荷重を支持するために、これに適した強度や堅さ等を持つ適正な岩盤が必要である。このため、岩盤の強度や硬さ等について、建設中にＪＩＳ等で定められた方法による調査や試験を適宜実施する必要がある。このような調査方法及び試験方法としては、下記非特許文献１に記載のものが知られている。すなわち、非特許文献１に記載のような判定基準に従い、岩盤又は岩石の目視判定、岩石用ハンマーによる打撃音、及び周辺の地形や地質的組成に関する知識に基づいて、地質エンジニアが岩盤又は岩石の良否を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５０９４６号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】（財）日本ダム協会編，「フィルダムの施工」，pp.239，表3.5.1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この方法には熟練した地質エンジニアが必要であると共に、判定に個人差が生じる可能性がある。また、例えば、港湾における岸壁等の建設工事等では、判定対象の岩盤や岩石が海底にある場合もある。この場合、それらの良否の判定のために、岩石等を水上まで運送することが考えられるが、手間が大きく迅速性にも欠ける。また、地質エンジニアが潜水し海底で岩盤又は岩石の目視判定を行うことも考えられるが、潜水士としての高いスキルと地質エンジニアとしての高いスキルを併せ持つ技術者は希少であるので、この場合も簡易性に欠ける。
【０００６】
このような問題に鑑み、本発明は、水中に存在する岩盤又は岩石の品質評価を簡易に行うことができる品質評価方法及び品質評価装置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】
【０００７】
本発明者らは、岩盤又は岩石の品質は変形係数に基づいて判定することができ、変形係数の測定には、Hertzの弾性接触論を利用できることに着目した。すなわち、Hertzの弾性接触論によれば、対象の岩盤又は岩石にハンマーを衝突させ、衝突時のハンマーの加速度波形に基づいて岩盤又は岩石の変形特性を知ることができる。そして、本発明者らは、岩盤又は岩石とハンマーとを水中で衝突させた場合にも、Hertzの弾性接触論が成立することを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
本発明の品質評価方法は、水中の自然由来の岩盤又は岩石の品質を評価する品質評価方法であって、水中に存在する岩石又は岩盤に加速度センサーと球面形状の衝突面とを有するハンマーの衝突面を衝突させ、加速度センサーでハンマーの加速度データを取得する加速度データ取得工程と、加速度データに基づきHertzの弾性接触論を用いて岩盤又は岩石の変形特性を演算装置に演算させる変形特性演算工程と、変形特性演算工程で得られた変形特性に基づいて岩盤又は岩石の品質を判定する品質判定工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この品質評価方法では、対象の岩盤又は岩石にハンマーを衝突させたときの加速度データに基づき、Hertzの弾性接触論を用いた演算により岩盤又は岩石の変形特性を算出する。そして、変形特性に基づいて、岩盤又は岩石の品質が判定される。従って、この品質評価方法によれば、例えば海底などの水中の現場において、加速度データを収集すべく、ダイバーにハンマーを岩盤又は岩石に衝突させるといった簡易な動作を行わせればよい。つまり、地質エンジニアと潜水士のスキルを併せ持つ希少な技術者を必要とせず、水中の現場において、岩盤又は岩石の品質評価を簡易に行うことができる。
【００１０】
具体的には、品質判定工程では、岩盤又は岩石の変形特性と岩盤等級との対応を表す所定の対応テーブルに基づいて、岩盤又は岩石の工学的分類を行い、岩盤又は岩石の岩盤等級を品質に関する情報として得ることとしてもよい。対象の岩盤又は岩石を岩盤等級に従って工学的に分類することにより、構造物基礎の支持層としての岩盤又は岩石の使用可否を評価することができる。
【００１１】
また、品質判定工程では、岩盤又は岩石の変形特性と吸水率との相関関係を表す所定の吸水率相関関係に基づいて、岩盤又は岩石の吸水率を品質に関する情報として得ることとしてもよい。また、品質判定工程では、岩盤又は岩石の変形特性と密度との相関関係を表す所定の密度相関関係に基づいて、岩盤又は岩石の密度を品質に関する情報として得ることとしてもよい。
【００１２】
本発明者らは、岩盤又は岩石の吸水率や密度は、当該岩盤又は岩石の変形特性と相関関係があることを見出した。そこで、岩盤又は岩石の変形特性に基づいて吸水率や密度を得ることができる。対象の岩盤又は岩石について、吸水率や密度を得ることにより、当該岩盤又は岩石の用途の判断材料とすることができる。
【００１３】
本発明の品質評価装置は、水中の自然由来の岩盤又は岩石の品質を評価する品質評価装置であって、加速度センサーと球面形状の衝突面とを有するハンマーと、ハンマーの衝突面を水中に存在する岩盤又は岩石に衝突させたときに加速度センサーで得られる加速度データを取得する加速度データ取得手段と、加速度データに基づきHertzの弾性接触論を用いて岩盤又は岩石の変形特性を演算する変形特性演算手段と、変形特性演算手段で得られた変形特性に基づいて岩盤又は岩石の品質を判定する品質判定手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この品質評価装置では、対象の岩盤又は岩石にハンマーを衝突させたときの加速度データに基づき、Hertzの弾性接触論を用いた演算により岩盤又は岩石の変形特性を算出する。そして、変形特性に基づいて、岩盤又は岩石の品質が判定される。従って、この品質評価装置によれば、例えば海底などの水中の現場においては、加速度データを収集すべく、ダイバーにハンマーを岩盤又は岩石に衝突させるといった簡易な動作を行わせればよい。つまり、地質エンジニアと潜水士のスキルを併せ持つ希少な技術者を必要とせず、水中の現場において、岩盤又は岩石の品質評価を簡易に行うことができる。
【００１５】
また、本発明の品質評価装置は、ハンマーを少なくとも含み、水中で移動可能であり、加速度データに関する情報を取得する水中移動部と、水中移動部で取得された情報に基づいて水上で所定の情報処理を行う水上処理部とを備えてもよい。この構成によれば、品質評価装置のうち水中の岩盤又は岩石の近傍で情報を収集する水中移動部と、その情報を水上で処理する水上処理部とを分けることができる。
【００１６】
また、本発明の品質評価装置は、水上処理部の位置情報をＧＰＳにより取得するＧＰＳ装置と、水上処理部に対する水中移動部の相対位置情報を取得する相対位置情報取得部と、ＧＰＳ装置で得られる位置情報と相対位置情報とに基づいて、水中移動部の絶対位置情報を取得する絶対位置情報取得部と、ハンマーと岩盤又は岩石とが衝突した時に、絶対位置情報と加速度データに関する情報とを関連付けて保存する情報保存部と、を備えてもよい。この構成によれば、水中移動部の絶対位置から推定される岩盤又は岩石の絶対位置と、加速度データに関する情報から得られる岩盤又は岩石の品質とを関連付けることができる。
【００１７】
また、ハンマーの打撃部は球体をなし、ハンマーの質量は１０ｋｇ未満であることとしてもよい。打撃部の質量が１０ｋｇ未満であれば、持ち運びや取り扱いが容易である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、水中に存在する岩盤又は岩石の品質評価を簡易に行うことができる品質評価方法及び品質評価装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の品質評価装置の第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】図１の品質評価装置の使用形態を示す図である。
【図３】図１の品質評価装置のコンピュータの構成を示す図である。
【図４】本発明の品質評価方法の第１実施形態を示すフローチャートである。
【図５】本発明者らが行った試験の結果を示すグラフである。
【図６】本発明の品質評価方法を用いた海底掘削工事の一例を示すフローチャートである。
【図７】再掘削深度決定のための調査の手法を示す図である。
【図８】図７の打撃器具の先端部を示す断面図である。
【図９】第２実施形態の品質評価装置のコンピュータの構成を示す図である。
【図１０】（ａ）は、岩石の弾性係数と吸水率との相関関係を示すグラフの一例であり、（ｂ）は、岩石の弾性係数と絶乾密度との相関関係を示すグラフの一例である。
【図１１】本発明の品質評価方法の第２実施形態を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の品質評価装置の第３実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る岩盤又は岩石の品質評価方法及び品質評価装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１に、本実施形態の品質評価装置１を示す。品質評価装置１は、水中に存在する自然由来の岩盤又は岩石の品質評価を行うための装置である。水中の自然由来の岩盤には、例えば海底の岩盤などが含まれ、水中の自然由来の岩石には、例えば海底の岩盤を掘削して発生する岩石（掘削ズリ）などが含まれる。
【００２２】
図２に、品質評価装置１の使用形態の一例を示す。図に示すように、品質評価装置１は、ケーソン基礎Ｃの支持層とするための海底の岩盤Ｒの調査に用いられる。図２に示す領域では、海底を掘削して現れる岩盤Ｒの上に基礎捨石層１０１が設けられ、更に基礎捨石層１０１の上にケーソン基礎Ｃが載置され、ケーソン基礎Ｃの上部が海面Ｈ上に露出する。ケーソン基礎Ｃは、波のエネルギーを反射する直立堤として機能する。ケーソン基礎Ｃの施工方法は公知のものであるので、詳細な説明を省略する。岩盤Ｒの掘削工事中において、本実施形態の品質評価装置１及び品質評価方法を用いた岩盤Ｒの品質評価が行われ、岩盤Ｒがケーソン基礎Ｃの支持層として使用可能であるか否かが調査される。具体的には、図２に示されるように、ダイバーＤが、品質評価装置１の一部である水中移動部１ａを持って海底に潜り、岩盤Ｒ上でデータ収集の作業を行う。品質評価装置１の他の部分である水上処理部１ｂは、船Ｂに搭載されており、水中移動部１ａと水上処理部１ｂとは、ケーブル１２で接続されている。詳細は後述するが、水上処理部１ｂは水中移動部１ａで収集されたデータに基づく所定の情報処理を行う。
【００２３】
図１に示すとおり、品質評価装置１は、金属製のハンマー１１と、チャージアンプ１３と、チャージアンプ１３用の直流電源装置１５と、ターミナルパネル１９と、ＡＤ変換器２１と、コンピュータ（演算装置）２３と、音響測深装置（相対位置情報取得部）２５と、ＧＰＳ装置２７と、を備えている。このうち、ハンマー１１は、上記の水中移動部１ａに属し、チャージアンプ１３、直流電源装置１５、ターミナルパネル１９、ＡＤ変換器２１、コンピュータ２３、音響測深装置２５、及びＧＰＳ装置２７は、上記の水上処理部１ｂに属する。
【００２４】
ハンマー１１は、ユーザが把持するための棒状の把手部１１ｃと、把手部１１ｃの先端に取り付けられた球体形状の打撃部１１ａと、打撃部１１ａの上方に取り付けられた一軸の加速度センサー１１ｂと、を有している。ハンマー１１は、品質評価対象である岩盤Ｒを打撃するためのものである。ダイバーＤは、把手部１１ｃを把持して打撃部１１ａを岩盤Ｒに衝突させる。打撃部１１ａの表面のうち下部は、実際に岩盤Ｒに衝突する球面形状の打撃面（衝突面）１１ｄを構成する。ハンマー１１は、例えば海中で使用されるものであるので、錆防止のためにステンレス製であることが好ましい。
【００２５】
ハンマー１１の質量は、海底における持ち運びや取り扱いを容易にする観点から、１０ｋｇ未満であることが好ましい。打撃部１１ａの直径は例えば５ｃｍ程度である。なお、後述する打球探査法を実行するためには、打撃部１１ａ全体を球形とすることは必須ではなく、少なくとも打撃面１１ｄが球面形状をなすようにすればよい。
【００２６】
加速度センサー１１ｂは、打撃面１１ｄと岩盤Ｒとの衝突方向における加速度を計測する。ユーザがハンマー１１で岩盤Ｒを打撃したとき、加速度センサー１１ｂは、打撃面１１ｄと岩石との衝突により発生する衝撃波形を加速度波形（加速度データ）として検知する。そして、検知された加速度波形は、加速度信号として、ケーブル１２を介して、船Ｂ上の水上処理部１ｂに送信される。水上処理部１ｂでは、加速度信号がチャージアンプ１３に入力され、更にターミナルパネル１９、及びＡＤ変換器２１を介して、コンピュータ２３に送信される。チャージアンプ１３は、加速度センサー１１ｂからの加速度信号を増幅し、ターミナルパネル１９は、増幅された信号に含まれるノイズ成分を除去し、ＡＤ変換器２１は、ノイズ除去後の信号をＡＤ変換する機能を有する。
【００２７】
コンピュータ２３としては、所定の品質評価プログラムを格納した市販のパーソナルコンピュータを用いることができる。コンピュータ２３は、上記品質評価プログラムを実行することにより、加速度センサー１１ｂから得られる加速度信号に基づく演算を行い、岩盤Ｒの評価結果を出力する。コンピュータ２３としては、持ち運びや取り扱いを容易にする観点から小型・軽量であることが好ましいので、ラップトップ型コンピュータを採用することが好ましい。
【００２８】
ＧＰＳ(Global Positioning System)装置２７は、ＧＰＳ衛星から受信した電波に基づいて水上処理部１ｂの現在位置（絶対位置）を算出し、現在位置情報をコンピュータ２３に送信する。音響測深装置（相対位置情報取得部）２５は、音波を海底に向けて出射し、その反射波を分析して海底のダイバーＤの位置或いは水中移動部１ａの位置を測定する。音響測深装置２５で得られる測定データは、水上処理部１ｂに対する水中移動部１ａの３次元の相対位置を示し、当該相対位置情報はコンピュータ２３に送信される。このような機能をもつＧＰＳ装置２７や音響測深装置２５は公知であるので、更なる詳細な説明を省略する。
【００２９】
図３に示すように、コンピュータ２３は、情報記憶部３０と演算部４０と情報蓄積部（情報保存部）５０と、ディスプレイ６０とを有している。情報記憶部３０には、岩盤等級テーブル（対応テーブル）３１と、使用基準３３とが格納されている。岩盤等級テーブル３１は、下表１に例示するように、岩盤の変形係数（応力と歪みとの比例定数）と岩盤等級との対応関係を示す情報であり、例えば、下記文献に記載されている周知のテーブルが採用される。なお、表１には岩盤の静弾性係数と岩盤等級との対応関係も併せて示されている。変形係数及び静弾性係数は、ともに岩盤又は岩石の変形特性を表す評価指標である。ただし、載荷等の外力によって岩盤が変形するに際し、変形係数が岩盤中に内在する亀裂の閉口に伴う変位を考慮するのに対して、静弾性係数ではそれを考慮しないという差異がある。つまり、変形係数は亀裂を内在する岩盤の変形特性を表す評価指標であり、静弾性係数は岩盤の基質及び亀裂を内在しない岩石の変形特性を表す評価指標であるといえる。
【表１】
〔文献〕菊地宏吉ら、「ダム基礎岩盤の耐荷性に関する地質工学的総合評価」、応用地質、日本応用地質学会、１９８４年、特別号、ｐ．１０３−１１８．
【００３０】
使用基準３３は、岩盤Ｒがケーソン基礎Ｃの支持層として使用可能であるための等級を示す情報である。例えば、「ケーソン基礎Ｃの支持層として使用可能な岩盤は、岩盤等級がＢ級またはＣＨ級のもの」といった情報が、使用基準３３として情報記憶部３０に格納される。この使用基準３３は、例えば、特記仕様書や施工計画書に基づいて設定され、ユーザによるコンピュータ２３のキー操作等により事前に入力される。情報記憶部３０及び情報蓄積部５０は、例えば、コンピュータ２３に内蔵された記憶装置の記憶領域である。
【００３１】
演算部４０は、変形係数算出部（加速度データ取得手段、変形特性演算手段）４１と、等級判定部（品質判定手段）４３と、使用可否判定部４５と、評価位置算出部（絶対位置情報取得部）４７と、を備えている。変形係数算出部４１と、等級判定部４３と、使用可否判定部４５と、評価位置算出部４７とは、コンピュータ２３のＣＰＵ、ＲＡＭ等のハードウェア上に所定の品質評価プログラムを読み込ませることにより、ＣＰＵの制御のもとで通信モジュール、入力装置、出力装置等を動作させるとともに、ＲＡＭや補助記憶装置におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことでソフトウエア的に実現される構成要素である。
【００３２】
変形係数算出部４１は、加速度センサー１１ｂから得られる加速度信号に基づき、Hertzの弾性接触論を用いて、岩盤Ｒの変形係数を算出する。Hertzの弾性接触論によれば、球体を弾性体表面に衝突させたときの球体と弾性体平面との接触時間Ｔｃは、次式（１）で表される。
【数１】
【００３３】
但し、
Ｅ１：球体の弾性係数
μ１：球体のポアソン比
Ｒ ：球体の半径
Ｍ ：球体の質量
Ｅ２：弾性体の弾性係数
μ２：弾性体のポアソン比
Ｖ０：衝突速度
である。
【００３４】
特許文献１では、以上のようなHertzの弾性接触論を、コンクリート構造物の剛性の測定に利用することが開示されている。本実施形態では、岩盤Ｒの変形係数を測定する場合にHertzの弾性接触論を適用する。すなわち、本実施形態では、上記のHertzの弾性接触論において、上記球体にハンマー１１の打撃部１１ａを当てはめ、上記弾性体に岩盤Ｒを当てはめる。この場合、式（１）において、Ｅ１，μ１，Ｒ，Ｍは既知である。また、岩盤Ｒのポアソン比μ２としては、一般的な岩石のポアソン比として０．２程度の値を用いればよい。更に、Ｔｃ及びＶ０は、加速度信号で表される衝撃波形（加速度データ）から算出することができる。従って、加速度信号が得られれば、式（１）に基づいて、未知量である岩盤Ｒの弾性係数Ｅ２を算出することができる。なお、ここでは、打撃の対象が岩盤Ｒであるので、Ｅ２は岩盤Ｒの応力と歪みとの比例定数である「変形係数」を示すことになる。
【００３５】
等級判定部４３は、変形係数算出部４１で得られた岩盤Ｒの変形係数Ｅ２に基づいて、岩盤Ｒの工学的分類を行う。岩盤の工学的分類とは、例えば前述の表１に従って、対象の岩盤の岩盤等級を決定することを言う。即ち、等級判定部４３は、情報記憶部３０に格納された岩盤等級テーブル３１を読み出し、上記変形係数Ｅ２の値に対応する岩盤等級を、岩盤Ｒの等級として求める。
【００３６】
評価位置算出部４７は、打撃により評価した岩盤Ｒの箇所の絶対位置（以下「評価位置」）を算出する。具体的には、評価位置算出部４７は、ＧＰＳ装置２７で得られた水上処理部１ｂの絶対位置情報と、音響測深装置２５で得られた水中移動部１ａの相対位置情報と、に基づいて、水中移動部１ａの絶対位置を算出する。このような水中移動部１ａの絶対位置の算出を、岩盤Ｒの打撃時（打撃の直前又は打撃の直後を含む）に行うことにより、打撃により評価した岩盤Ｒの場所の絶対位置を取得することができる。
【００３７】
使用可否判定部４５は、等級判定部４３で得られた岩盤Ｒの等級と、情報記憶部３０から読み出した使用基準３３との比較を行う。そして、岩盤Ｒの等級が使用基準３３を満たす場合には、岩盤Ｒがケーソン基礎Ｃの支持層として使用可能であると判定する。一方、岩盤Ｒの等級が使用基準３３を満たさない場合には、岩盤Ｒがケーソン基礎Ｃの支持層として使用不可能であると判定する。
【００３８】
その後、使用可否判定部４５は、判定結果（岩盤Ｒの使用の可否）を、例えば、岩盤Ｒの等級と一緒に、コンピュータ２３のディスプレイ６０に表示する。更に、使用可否判定部４５は、岩盤Ｒの使用の可否と岩盤等級と、評価位置算出部４７から得られる評価位置情報と、を関連付けて情報蓄積部５０に蓄積する。
【００３９】
更に、使用可否判定部４５は、情報蓄積部５０に蓄積されている前回の評価に係る岩盤の等級と、今回の評価に係る岩盤Ｒの等級とを比較することで、岩盤の品質変動の有無を判定してもよい。
【００４０】
続いて、上述の品質評価装置１を用いて行う岩盤Ｒの品質評価方法について、図４を参照し説明する。
【００４１】
〔対応テーブル準備工程〕
岩盤の変形係数と岩盤等級との対応関係を示す岩盤等級テーブル３１を、コンピュータ２３の情報記憶部３０に保存する（Ｓ１０１）。具体的には、例えば前述の表１が電子データとして情報記憶部３０に保存される。
【００４２】
〔打球探査工程〕
まず、海底において岩盤Ｒの評価位置を選定する（Ｓ１０３）。次に、打球探査法によって岩盤Ｒの変形係数を算出する。具体的には、ダイバーＤは、選定した岩盤Ｒの場所をハンマー１１の打撃面１１ｄで打撃する。打撃時にハンマー１１に発生する加速度が加速度センサー１１ｂで検知され、加速度信号がコンピュータ２３に入力され、演算部４０の変形係数算出部４１に入力される（加速度データ取得工程）。そして、変形係数算出部４１が、加速度信号に基づいて、前述の式（１）より、岩盤Ｒの変形係数を算出する（Ｓ１０５：変形特性演算工程）。
【００４３】
〔等級判定工程〕
続いて、等級判定部４３は上記打球探査工程による変形係数算出値と、岩盤等級テーブル３１とに基づいて、岩盤Ｒの等級を判定する（Ｓ１０７）。具体的には、等級判定部４３は、情報記憶部３０から岩盤等級テーブル３１を読み出し、上記変形係数算出値に対応する岩盤等級を、岩盤Ｒの等級として求める（品質判定工程）。
【００４４】
〔使用可否判定工程〕
続いて、使用可否判定部４５は、求められた岩盤Ｒの等級と使用基準３３とを比較して岩盤Ｒの使用可否を判定する。具体的には、使用可否判定部４５は、情報記憶部３０から使用基準３３を読み出し、岩盤Ｒの等級と比較し（Ｓ１０９）、岩盤Ｒの等級が使用基準３３を満足する場合には、岩盤Ｒは使用可能と判定し（Ｓ１１１）、岩盤Ｒの等級が使用基準３３を満足しない場合には、岩盤Ｒは使用不可能と判定する（Ｓ１１３）。その後、使用可否判定部４５は、判定結果（岩盤Ｒの使用の可否）を、例えば、岩盤Ｒの等級と一緒に、コンピュータ２３のディスプレイ６０に表示する。
【００４５】
〔評価位置取得工程〕
続いて、評価位置算出部４７は、ＧＰＳ装置２７から得られた情報と、音響測深装置２５から得られた情報と、に基づいて、水中移動部１ａの現在の絶対位置を算出する（Ｓ１２３）。なお、評価位置取得工程は、打球探査工程の前に行ってもよい。
【００４６】
〔データ記録工程〕
続いて、使用可否判定部４５は、岩盤Ｒの使用の可否と岩盤Ｒの等級と、評価位置取得工程で得られた評価位置情報とを関連付けて情報蓄積部５０に蓄積する（Ｓ１２５）。その後、岩盤Ｒの品質評価を継続する場合には（Ｓ１２７でＹｅｓ）Ｓ１０３の処理に戻り、それ以外の場合には（Ｓ１２７でＮｏ）処理を終了する。ダイバーＤが海底を移動し岩盤Ｒの評価位置を変えながら以上の処理を繰り返せば、自然由来でありバラツキを有する岩盤Ｒの複数の箇所における変形係数を調査することができ、岩盤Ｒの変形係数の調査精度を向上させることができ、かつマッピングを行うことができる。
【００４７】
この品質評価装置１及び品質評価方法では、岩盤Ｒにハンマーを衝突させたときの加速度データに基づき、Hertzの弾性接触論を用いた演算により岩盤Ｒの変形係数を算出する。そして、変形係数に基づいて、岩盤Ｒの岩盤等級が判定される。従って、海底の現場においては、加速度データ収集のために、ハンマー１１で岩盤Ｒを打撃するといった簡易な操作をダイバーＤが行えばよい。つまり、地質エンジニアと潜水士のスキルを併せ持つ希少な技術者を必要とせず、水中の現場において岩盤Ｒの品質評価を簡易に行うことができる。
【００４８】
また、この品質評価装置１及び品質評価方法によれば、ダイバーＤが行う作業は、主にハンマー１１による岩盤Ｒの打撃のみであるので、１回の品質評価が、例えば３０秒程度と短時間で可能であり、岩盤Ｒの使用可否を迅速に判定するといった運用が可能になる。よって、海底の掘削作業の途中に、岩盤Ｒの品質を頻繁に確認するといった運用も可能になる。また、多くのデータを収集して統計的処理を行うことが可能になり、評価の精度を高めることができる。また、ダイバーＤの熟練度が評価の精度に与える影響も小さい。また、ハンマー１１の質量を１０ｋｇ未満としているので、ハンマー１１の持ち運びや取り扱いが容易であり、海底で容易に測定を行うことができる。以上の結果、迅速な岩盤Ｒの評価が可能になり、ケーソン基礎Ｃの施工を効率的に行うことができる。
【００４９】
ここで、Hertzの弾性接触論が、水中におけるハンマー１１と岩盤Ｒとの衝突にも適用可能である点について検討する。
【００５０】
本発明者らは、花崗岩、安山岩、および石英安山岩の３種の岩石試料について、品質評価装置１を用いた変形係数測定を行った。測定は、各岩石試料について、気中に置いた状態と、水中に置いた状態とでそれぞれハンマー１１で打撃し、それぞれ変形係数を得た。ハンマー１１の打撃部１１ａは、鋼鉄製で半径2.5ｃｍ、質量600ｇの球体であり、各岩石試料としては、直径30ｃｍ程度の岩塊を選んだ。測定結果は、図５に示すとおり、岩石の種類に関わらず、気中と水中とでほぼ同等の変形係数の測定値が得られた。これにより、Hertzの弾性接触論は、気中と同様に、水中における衝突にも成立し、品質評価装置１によれば、気中と同様に水中でも岩盤Ｒの変形係数が得られることが確認された。
【００５１】
なお、Hertzの弾性接触論が水中の衝突でも成立するとの結論は、以下のように推定される。前述の数式（１）の接触時間Ｔｃは、衝突によって瞬間的に接触する２物体の固有の物理特性（特に、変形係数又は弾性係数）にのみ依存し、衝突が気中で発生するか水中で発生するかといった条件には影響されないと考えられる。また、水は工学的に非粘性流体と考えられるので、２物体の衝突の瞬間には両者の接触面の間に介在しないと考えられるからである。また、２物体の接触面の間に水が介在しないことから、２物体の衝突の際の加速度に対して水の存在が与える影響は小さく、その結果、加速度波形から求められるＶ０（衝突速度）も、気中と水中との間で工学的には有意差がないと考えられる。
【００５２】
また、式（１）中のＥ１（ハンマー１１の打撃部１１ａの弾性係数）、μ１（打撃部１１ａのポアソン比）、Ｒ（打撃部１１ａの半径）、Ｍ（打撃部１１ａの質量）も、物体の固有の特性であり、気中と水中とで変化することはない。岩盤Ｒに関して、水中において岩盤Ｒの空隙が飽和しているのと同様に、土木分野で対象となるような岩盤は、降雨や地下水の影響により、気中においても飽和した状態にあると考えられる。すなわち、通常の自然条件下では、気中の岩盤の空隙が絶乾状態に至ることはほぼ考えられない。つまり、μ２（岩盤Ｒのポアソン比）も、水中の岩盤と気中の岩盤とでほぼ同等と考えられる。以上のように、水の有意な影響を受けるパラメータは式（１）には含まれず、式（１）で示されるHertzの弾性接触論は、気中においても水中においても同様に成立すると考えられる。
【００５３】
続いて、図６を参照し、上述の品質評価方法を利用した海底の岩盤Ｒの掘削工事の一例について説明する。この例の岩盤Ｒは、前述のケーソン基礎Ｃの支持層とされるものである。
【００５４】
まず、ケーソン基礎Ｃの位置が決定され（Ｓ２０１）、その位置の海底が計画深度まで掘削される（Ｓ２０３）。掘削で現れた岩盤Ｒについて、上述の品質評価方法及び品質評価装置１を用いた品質評価が実行される（Ｓ２０５）。ここでは、例えば、岩盤Ｒ上に評価位置が格子状に設定され、岩盤Ｒの複数箇所について品質評価が行われる。品質評価の結果「ケーソン基礎Ｃの支持層として使用可能」との結果が得られた場合（Ｓ２０７でＹｅｓ）には、掘削工事を終了する（Ｓ２０９）。一方、品質評価の結果「ケーソン基礎Ｃの支持層として使用不可能」との結果が得られた場合（Ｓ２０７でＮｏ）には、再掘削の深度決定のための調査が行われる（Ｓ２１１）。再掘削の深度が決定された後、Ｓ２０３に戻り上述の処理を繰り返す。
【００５５】
次に、上記Ｓ２１１の再掘削深度決定の調査の工程に、品質評価装置１を利用する例について説明する。まず、品質評価装置１の水中移動部１ａとコアドリル（図示せず）とを持ったダイバーＤが海底の岩盤Ｒ上に降りる。次に、図７に示すように、ダイバーＤがコアドリルを用いて岩盤Ｒに所定深さの鉛直の調査孔１０３を穿ける。調査孔１０３の孔径は、例えば１００ｍｍ以下程度であり、調査孔１０３の深さは、例えば１ｍ程度である。る。その後、ダイバーＤが調査孔１０３の底面１０３ａをハンマー１１で打撃することにより加速度データを取得する。加速度データがコンピュータ２３に送信され、前述の演算によって「使用可能」又は「使用不可能」との評価結果が導出される。
【００５６】
ここで、「使用可能」との評価結果が得られた場合には、現在の岩盤Ｒ表面から更に深い位置に良質の岩盤が存在することが判明する。すなわち、調査孔１０３の深さ分だけ再掘削することで、ケーソン基礎Ｃの支持層として使用可能な岩盤が現れる可能性が高いと判断することができる。そして、調査孔１０３の底面１０３ａの深度に該当する深度、再掘削の計画深度として採用される。
【００５７】
なお、海底における取り扱い容易性の観点から、大口径のコアドリルを採用することは難しく、その結果、調査孔１０３の孔径が小さい場合がある。この場合、調査孔１０３内にダイバーＤの手が入り難く、底面１０３ａを適切に打撃することができない恐れもある。そこで、底面１０３ａを打撃する際には、図７及び図８に示すような打撃器具５１を用いるものとする。
【００５８】
図８に示すように、打撃器具５１は、把手部１１ｃを取り除いた状態のハンマー１１を棒体５３の先端に取り付けたような構成をなす。打撃器具５１は、棒体５３と打撃部１１ａとを連結する連結部として、スライド機構６１と付勢部６７とを備えている。以下、棒体５３の延在方向を前後方向として、打撃部１１ａが設けられた側の端部を「前端部」として、「前」、「後」の概念を含む語を位置関係の説明に用いるものとする。打撃部１１ａの前側の面が打撃面１１ｄであり、打撃部１１ａの後側の面に加速度センサー１１ｂが取り付けられる。
【００５９】
スライド機構６１は、棒体５３の前端の中空部に設けられており、固定側レール６１ｂと、固定側レール６１ｂに対して前後移動可能に係合された移動側レール６１ａとを備えている。固定側レール６１ｂは棒体５３の中空部内壁面に固定されており、移動側レール６１ａの前端は棒体５３の前端開口から前方に突出している。打撃部１１ａは、移動側レール６１ａの前端に取り付けられている。このような構造により、打撃部１１ａは、棒体５３に対して、前後方向（棒体３の延在方向）に平行移動可能である。また、スライド機構６１では、所定のストッパ機構（図示省略）により移動側レール６１ａの前後移動範囲が制限されているので、打撃部１１ａの移動範囲には、前端限界と後端限界とが存在する。
【００６０】
スライド機構６１としては、例えば、固定側レール６１ｂと移動側レール６１ａとの間にボールを挟んだ構造をもつ公知のスライドレール部品を用いればよい。また、スライド機構６１は、打撃部１１ａを前後移動可能に支持するものであれば、他の構造でもよい。
【００６１】
更に、打撃器具５１は、打撃部１１ａを前方に向けて付勢する付勢部６７を備えている。付勢部６７は、ヒンジ結合で開閉可能な２本のアーム６９と、アーム６９を開く方向に付勢するねじりバネ７１と、を備えている。２本のアーム６９の先端は、それぞれ、移動側レール６１ａ及び棒体５３の外壁面にヒンジ結合されているので、ねじりバネ７１の付勢力は、打撃部１１ａを前方に付勢する力として作用する。なお、打撃部１１ａが前端限界の位置にあるときに、ねじりバネ７１が発生する力がゼロになるように調整されており、打撃部１１ａが前端限界の位置から後退したときに、ねじりバネ７１が打撃部１１ａを前方に押し出す力を発揮する。
【００６２】
以上の構成に基づき、ダイバーＤは、図７に示されるように、調査孔１０３に打撃器具５１の先端を挿入し、棒体５３を把持し下方に向けて突く動作により、打撃部１１ａで底面１０３ａを打撃することができる。このように、打撃器具５１を用いることにより、調査孔１０３にダイバーＤの手が入り難い場合にも、底面１０３ａを打撃部１１ａで打撃することができる。
【００６３】
また、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得るためには、打撃の瞬間の反発による打撃部１１ａの動きが許容される状態で、底面１０３ａを打撃する必要がある。すなわち、打撃の瞬間においては、打撃部１１ａが底面１０３ａから弾性的に跳ね返る動きが妨げられてはならない。ここで、棒体５３の前端部に単純に打撃部１１ａを固定した構造を考える。この構造の装置によれば、ダイバーＤが底面１０３ａを突く動作を行った際に、打撃部１１ａと底面１０３ａとの衝突直後から更に一定時間だけ前方に押さえ込む動作になり易く、すなわち、打撃部１１ａが跳ね返る動きが妨げられる状態になり易い。更に、打撃部１１ａは調査孔１０３内にあり目視し難いので、打撃部１１ａの打撃の状態をダイバーＤが微調整することも難しい。従って、棒体５３の前端部に単純に打撃部１１ａを固定した構造では、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることが困難である。
【００６４】
これに対し、打撃器具５１によれば、打撃部１１ａは、棒体５３に対し、衝突方向（前後方向）に移動可能であるように支持された構成を採用している。よって、打撃の瞬間には、底面１０３ａからの反発による打撃部１１ａの後方への動きが許容された状態である。よって、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることができる。
【００６５】
また、上記の突く動作の際に、棒体５３は前方に素早く加速されるので、打撃部１１ａは、慣性により棒体５３に対して後方に移動しようとする。このとき、打撃部１１ａが後端限界に到達してしまうと、打撃の瞬間における打撃部１１ａの後方への動きが制限されてしまい、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることができなくなる。
【００６６】
これに対し、打撃器具５１においては付勢部６７を設けることにより、棒体５３の加速の際に、付勢部６７によって打撃部１１ａが前方に付勢されるので、打撃部１１ａが後端限界に到達することを避けることができる。よって、棒体３が素早く加速された場合にも、反発によるハンマーの後方への動きを確保し、Hertzの弾性接触論に適用可能な適切な加速度データを得ることができる。なお、打撃の瞬間においては、付勢部６７による前方への付勢力が作用しており、打撃部１１ａの後方への移動を僅かに妨げることになるが、当該付勢力は、打撃の衝撃力に比較して極めて小さく、上記付勢力の影響は無視することができる。
【００６７】
（第２実施形態）
続いて、本発明の品質評価装置及び品質評価方法の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００６８】
前述のような海底の岩盤の掘削工事では、掘削ズリとして岩石が発生する。このような岩石は、建設機械によって水上に揚げられ、例えば道路等の盛土材料として利用されるため、所定の品質を満足するか否かが評価され、材料として使用可能であるか否かを判定する必要がある。この判定を掘削ズリが海底にある段階で行うことができれば、適切な建設機械の選定や陸上における掘削ズリの適切な運搬等が可能となり、掘削ズリの利用または廃棄を効率的に行うことができる。そこで、本実施形態では、掘削ズリが発生した海底の現場に、ダイバーＤが水中移動部１ａを持って降り、ダイバーＤは海底にある岩石をハンマー１１で打撃することとする。
【００６９】
また、掘削ズリの岩石が所望の目的に利用可能であるか否かは、一般的に、岩石の吸水率又は密度を基準として判断される場合が多い。そこで、本実施形態では、岩石の吸水率又は密度を判断基準として、当該岩石の使用可否を判定する。例えば、岩石の吸水率と弾性係数との間には所定の相関関係があるので、ハンマー１１による岩石の打撃で当該岩石の弾性係数を算出し、弾性係数の算出値に基づいて岩石の吸水率を推定する。
【００７０】
本実施形態における品質評価装置は、コンピュータ２３に代えて図９に示すコンピュータ２２３を備えている点で、前述の品質評価装置１と異なる。コンピュータ２２３の情報記憶部３０には、品質相関関係（吸水率相関関係）２３１と、品質基準値２３３とが格納されている。本発明者らの実験によれば、岩石の弾性係数と吸水率との間には、図１０（ａ）のような曲線で表される相関関係があることが判明した。品質相関関係２３１は、上記のような岩石の弾性係数と吸水率との相関関係を示す情報である。後述の吸水率相関関係準備工程によって品質相関関係２３１が取得され、予め情報記憶部３０に保存される。
【００７１】
品質基準値２３３は、岩石が所望の用途に使用可能であるための吸水率の上限値を示す情報である。例えば、岩石をロックフィルダムのロック材として使用する場合には、岩石の吸水率が３．０％以下であることが要求されるので、「吸水率基準値＝３．０％」との情報が情報記憶部３０に格納される。この品質基準値２３３は、例えば、特記仕様書や施工計画書に基づいて設定され、ユーザによるコンピュータ２２３のキー操作等により事前に入力される。情報記憶部３０及び情報蓄積部５０は、例えば、コンピュータ２２３に内蔵された記憶装置の記憶領域である。
【００７２】
演算部４０は、弾性係数算出部２４１と、品質推定部２４３と、使用可否判定部２４５と、評価位置算出部４７と、を備えている。弾性係数算出部２４１、品質推定部２４３、使用可否判定部２４５、及び評価位置算出部４７は、コンピュータ２２３のＣＰＵ、ＲＡＭ等のハードウェア上に所定の品質評価プログラムを読み込ませることにより、ＣＰＵの制御のもとで通信モジュール、入力装置、出力装置等を動作させるとともに、ＲＡＭや補助記憶装置におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことでソフトウエア的に実現される構成要素である。
【００７３】
弾性係数算出部２４１は、加速度センサー１１ｂから得られる加速度信号に基づき、Hertzの弾性接触論を用いて、岩石の弾性係数を算出する。品質推定部２４３は、弾性係数算出部２４１で得られた岩石の弾性係数に基づいて、岩石の吸水率を推定する。即ち、品質推定部２４３は、情報記憶部３０に格納された品質相関関係２３１を読み出し、上記弾性係数の値に対応する吸水率の値を、岩石の吸水率推定値として求める。
【００７４】
使用可否判定部２４５は、品質推定部２４３で得られた吸水率推定値と、情報記憶部３０から読み出した品質基準値２３３との大小比較を行う。そして、吸水率推定値が品質基準値２３３以下である場合には、岩石が所定の用途に（例えば、ロックフィルダムのロック材としての用途に）使用可能であると判定する。一方、吸水率推定値が品質基準値２３３よりも大きい場合には、岩石が所定の用途に使用不可能であると判定する。その後、使用可否判定部２４５は、判定結果（岩石の使用の可否）を、例えば、吸水率推定値と一緒に、コンピュータ２２３のディスプレイ６０に表示する。更に、使用可否判定部２４５は、岩石の使用の可否と、吸水率推定値と、評価位置算出部４７から得られる評価位置情報と、を関連付けて情報蓄積部５０に蓄積する。
【００７５】
更に、使用可否判定部２４５は、情報蓄積部５０に蓄積されている前回の評価に係る岩石の吸水率推定値と、今回の評価に係る岩石の吸水率推定値とを比較することで、岩石の品質変動の有無を判定してもよい。
【００７６】
続いて、上述した本実施形態の品質評価装置を用いて行う岩石の品質評価方法について図１１を参照し説明する。
【００７７】
〔吸水率相関関係準備工程〕
岩石の弾性係数と吸水率との相関関係を示す吸水率相関関係を、コンピュータ２２３の情報記憶部３０に保存する（Ｓ３０１）。吸水率相関関係は、各種の現場（各種の岩種）において、岩石の弾性係数測定と吸水率測定とを行い、弾性係数と吸水率との相関関係を求め、これらの既往データを総合して求めた相関関係である。
【００７８】
吸水率相関関係は以下のような手順で求められる。まず、岩石の中径が１５ｃｍ以上の岩石を石サンプルとして採取する。「中径粒径が１５ｃｍ以上」とは、岩石が、大きさ１５ｃｍの篩目をもつ篩を通過しないことを意味する。以下の説明においても、「中径粒径」との語を用いるときは同様の定義とする。続いて、後述する打球探査法により、採取した岩石サンプルを打撃し弾性係数を算出する。その一方で、採取した岩石の吸水率を、JIS A 1100の試験により測定する。そして、算出された上記弾性係数と測定された上記吸水率との関係をプロットする。以上を多数の岩石サンプルについて行うことにより、岩石の弾性係数と吸水率との相関関係が求められる。なお，本発明者らは岩石の弾性係数と吸水率の相関関係は、岩種に因らずほぼ同一の関係を持つとの知見を得ている。また、適宜、岩石の弾性係数と吸水率の相関関係を確認し、この関係をプロットすることで、岩石の弾性係数と吸水率の相関関係はより精度の高いものとなる。
【００７９】
なお、実際に掘削ズリが発生する海底の現場で岩石サンプルを採取し、その岩石サンプルに基づいて吸水率相関関係を求め、コンピュータ２２３の情報記憶部３０に保存してもよい。この場合、掘削ズリが発生する海底の現場に特有の吸水率相関関係を取得することができる。なお、吸水率相関関係準備工程は、採取現場で行う必要はなく、岩石サンプルを室内に持ち込んで行ってもよい。
【００８０】
〔打球探査工程〕
まず、ダイバーＤが海底において品質評価対象の岩石を選定し採取する（Ｓ３０３）。この場合、粒径が１５ｃｍ以上のものを対象岩石として選定する。次に、打球探査法によって岩石の弾性係数を算出する。具体的には、ダイバーＤは、選定した岩石をハンマー１１の打撃面１１ｄで打撃する。打撃時にハンマー１１に発生する加速度が加速度センサー１１ｂで検知され、加速度信号がコンピュータ２２３に入力され、演算部４０の弾性係数算出部２４１に入力される。そして、弾性係数算出部２４１が、加速度信号に基づいて、前述の式（１）より、岩石の弾性係数を算出する（Ｓ３０５）。
【００８１】
〔吸水率推定工程〕
続いて、品質推定部２４３は、上記打球探査工程による弾性係数算出値と、品質相関関係２３１と、に基づいて、岩石の吸水率を推定する。具体的には、品質推定部２４３は、情報記憶部３０から品質相関関係２３１を読み出し、上記弾性係数算出値に対応する吸水率の値を、岩石の吸水率推定値として求める（Ｓ３０７）。
【００８２】
〔使用可否判定工程〕
続いて、使用可否判定部２４５は、上記吸水率推定値と品質基準値２３３とを比較して岩石の使用可否を判定する。具体的には、使用可否判定部２４５は、情報記憶部３０から品質基準値２３３を読み出し、吸水率推定値と品質基準値２３３とを大小比較する（Ｓ３０９）。吸水率推定値が品質基準値２３３以下の場合には、岩石は使用可能と判定し（Ｓ３１１）、吸水率推定値が品質基準値２３３よりも大きい場合には、岩石は使用不可能と判定する（Ｓ３１３）。その後、使用可否判定部２４５は、判定結果（岩石の使用の可否）を、例えば、吸水率推定値と一緒に、コンピュータ２２３のディスプレイ６０に表示する。
【００８３】
〔評価位置取得工程〕
続いて、評価位置算出部４７は、ＧＰＳ装置２７から得られた情報と、音響測深装置２５から得られた情報と、に基づいて、水中移動部１ａの現在の絶対位置を算出する（Ｓ２２３）。なお、評価位置取得工程は、打球探査工程の前に行ってもよい。
【００８４】
〔データ記録工程〕
続いて、使用可否判定部２４５は、岩石の使用の可否と、吸水率推定値と、評価位置取得工程で得られた評価位置情報と、を関連付けて情報蓄積部５０に蓄積する（Ｓ３２５）。その後、岩石の品質評価を継続する場合には（Ｓ３２７でＹｅｓ）、Ｓ３０３の処理に戻り、それ以外の場合には（Ｓ３２７でＮｏ）、処理を終了する。
【００８５】
本実施形態の品質評価方法及び品質評価装置によれば、海底の現場で発生する掘削ズリを現場から移動させることなく、当該岩石の品質評価を行うことができる。この評価を掘削ズリが海底にある段階で行うことができれば、適切な建設機械の選定や陸上における掘削ズリの適切な運搬等が可能となり、掘削ズリの利用または廃棄を効率的に行うことができる。
【００８６】
なお、前述したとおり、岩石の吸水率の代わりに岩石の密度を判断基準として、当該岩石の使用可否を判定してもよい。本発明者らの実験によれば、岩石の密度と弾性係数との間にも図１０（ｂ）に例示するような所定の相関関係があるので、ハンマー１１による岩石の打撃で当該岩石の弾性係数を算出し、弾性係数の算出値に基づいて岩石の密度を推定する。そして、事前に準備した密度基準値よりも岩石の密度推定値が大きい場合に、岩石を使用可能と判定する。このような使用可否判定は、上述したような岩石の吸水率を判断基準とする使用可否判定に倣って行うことができる。この場合、品質相関関係（密度相関関係）２３１には、図１０（ｂ）のような岩石の弾性係数と密度との相関関係を示す情報が格納される。また、品質基準値２３３には、岩石が所望の用途に使用可能であるための密度の下限値（密度基準値）を示す情報が格納される。
【００８７】
（第３実施形態）
続いて、本発明の品質評価装置及び品質評価方法の第３実施形態について、図１２を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００８８】
図１２に示すように、本実施形態の品質評価装置３０１は、水中移動部１ａに代えて、水中移動部３０１ａを備える点において前述の品質評価装置１と異なる。水中移動部３０１ａは、円筒状のさや管３０３を備えており、把手部１１ｃを取り除いた状態のハンマー１１をさや管３０３の中空部に収納したような構成をなす。水中移動部３０１ａは、ワイヤー３０５によって船Ｂから海中に吊り下げられ、海底の岩盤Ｒ上に降ろされる。そして、図１２に示すように、水中移動部３０１ａは、さや管３０３の筒軸を鉛直に向け岩盤Ｒ上に着地した状態で使用される。以下、「上」、「下」の概念を含む語を説明に用いる場合には、水中移動部３０１ａの上記の使用状態の姿勢に基づくものとする。
【００８９】
水中移動部３０１ａでは、さや管３０３の中空部に打撃部１１ａが収納されている。さや管３０３の内径は打撃部１１ａの径よりもやや大きく、打撃部１１ａは中空部内で上下移動可能である。打撃部１１ａの下側の面が打撃面１１ｄであり、打撃部１１ａの上側の面に加速度センサー１１ｂが取り付けられる。さや管３０３の外側上部には、電磁石３０７が設けられている。電磁石３０７は、水上処理部１ｂ側から操作可能であり、電磁石３０７が打撃部１１ａを吸着することで、打撃部１１ａがさや管３０３内で上部に移動する。そして、電磁石３０７が、上部に移動した打撃部１１ａを解放することで、打撃部１１ａがさや管３０３内を落下し、打撃面１１ｄが岩盤Ｒに衝突する。なおこのとき、バネ等を利用して、打撃部１１ａを加速して岩盤Ｒに衝突させてもよい。さらに、先端に電磁石を取りつけた巻き取り可能なワイヤーで打撃部１１ａをさや管３０３内で上部に移動し、電流を切ることで打撃部１１ａを落下させればなお好適である。
【００９０】
さや管３０３の下部には、管の内外を連通する排水口３０３ａが設けられており、打撃部１１ａの落下の際には中空部内の水が排水口３０３ａを介して外側に押し出される。これにより、打撃部１１ａに作用する水の抵抗が軽減され、打撃部１１ａがさや管３０３内を円滑に落下する。
【００９１】
以上のように、品質評価装置３０１においては、ワイヤー３０５で水中移動部３０１ａを海底に降ろし、水上処理部１ｂからの操作により打撃部１１ａを岩盤Ｒに衝突させることができるので、ダイバーを海底に派遣しない運用も可能になる。
【００９２】
また、水中移動部３０１ａは、さや管３０３の外側に取り付けられ下方を撮像する水中カメラ３０９と、さや管３０３の外側に取り付けられ下方に向けて水を噴出する水噴出装置３１１とを備えている。水中カメラ３０９による撮像データは、水上処理部１ｂに送信され、船Ｂ上の作業者は、モニター画面を通じて着地点の岩盤Ｒの状態を視認することができる。また船Ｂ上の作業者の操作により、例えば、さや管３０３の着地前に、水噴出装置３１１から岩盤Ｒに向けて水を噴出し、着地点の細かい岩石等を除去することができる。水上処理部１ｂと水中移動部３０１ａとの間には、電磁石３０７の駆動信号、水中カメラ３０９の撮像データ、及び水噴出装置３１１の駆動信号等を送受信するためのケーブル（図示せず）が別途設けられる。
【００９３】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。
【００９４】
例えば、実施形態では、水中移動部１ａ，３０１ａで得られた加速度データを、ケーブル１２を通じて水上処理部１ｂまで送信しているが、水中移動部１ａ，３０１ａに加速度データを保存・蓄積するデータ保存部を設けてもよい。例えば、データ保存部として、電子記憶媒体を採用し、岩盤Ｒの打撃で得られた加速度データを、電子データとして電子記憶媒体に保存・蓄積していくこととしてもよい。なおこの場合、電子記憶媒体に蓄積された加速度データを、船Ｂ上で回収したときに、水上処理部１ｂでバッチ処理する運用が考えられる。電子記憶媒体としては、半導体メモリやハードディスク装置等を用いることができる。
【００９５】
また、図１に示す品質評価装置１の一式すべて（水中移動部１ａ及び水上処理部１ｂ）を、水中移動部としてダイバーＤが海底に持ち込む方式としてもよい。この場合、ダイバーＤが、岩盤Ｒの使用可否を海底で確認することができる。また、この場合、船Ｂ上に、水上処理部としてＧＰＳ装置２７と音響測深装置２５とを設置し、ダイバーＤの絶対位置を船Ｂ上で取得することとしてもよい。また、岩盤Ｒの使用可否の判定結果（使用可能、又は使用不可能）を、リアルタイムでダイバーＤ側のコンピュータ２３から船Ｂ側のコンピュータに送信してもよい。これにより、船Ｂ上においても、判定結果をリアルタイムで知ることができる。なお、水中移動部において防水・耐水圧が必要な電子機器等は、適宜ハウジング等に収納してもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１…品質評価装置、１ａ，３０１ａ…水中移動部、１ｂ…水上処理部、１１…ハンマー、１１ａ…打撃部、１１ｂ…加速度センサー、１１ｄ…打撃面（衝突面）、２３…コンピュータ（演算装置、加速度データ取得手段）、２５…（相対位置情報取得部）、２７…ＧＰＳ装置、３１…岩石等級テーブル（対応テーブル）、４１…変形係数算出部（加速度データ取得手段、変形特性演算手段）、４３…等級判定部（品質判定手段）、２３１…品質相関関係（吸水率相関関係、密度相関関係）、２４１…弾性係数算出部（変形特性演算手段）、２４３…品質推定部（品質判定手段）、４７…評価位置算出部（絶対位置情報取得部）、５０…情報蓄積部（情報保存部）、２３１…相関関係（吸水率相関関係、密度相関関係）、Ｒ…岩盤。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中の自然由来の岩盤又は岩石の品質を評価する品質評価方法であって、
水中に存在する前記岩盤又は前記岩石に、加速度センサーと球面形状の衝突面とを有するハンマーの前記衝突面を衝突させ、前記加速度センサーで前記ハンマーの加速度データを取得する加速度データ取得工程と、
前記加速度データに基づき、Hertzの弾性接触論を用いて前記岩盤又は前記岩石の変形特性を演算装置に演算させる変形特性演算工程と、
前記変形特性演算工程で得られた変形特性に基づいて、前記岩盤又は前記岩石の品質を判定する品質判定工程と、
を備えたことを特徴とする品質評価方法。
【請求項２】
前記品質判定工程では、
前記岩盤又は前記岩石の変形特性と岩盤等級との対応を表す所定の対応テーブルに基づいて、前記岩盤又は前記岩石の工学的分類を行い、前記岩盤又は前記岩石の岩盤等級を前記品質に関する情報として得ることを特徴とする請求項１に記載の品質評価方法。
【請求項３】
前記品質判定工程では、
前記岩盤又は前記岩石の変形特性と吸水率との相関関係を表す所定の吸水率相関関係に基づいて、前記岩盤又は前記岩石の吸水率を、前記品質に関する情報として得ることを特徴とする請求項１に記載の品質評価方法。
【請求項４】
前記品質判定工程では、
前記岩盤又は前記岩石の変形特性と密度との相関関係を表す所定の密度相関関係に基づいて、前記岩盤又は前記岩石の密度を、前記品質に関する情報として得ることを特徴とする請求項１に記載の品質評価方法。
【請求項５】
水中の自然由来の岩盤又は岩石の品質を評価する品質評価装置であって、
加速度センサーと球面形状の衝突面とを有するハンマーと、
前記ハンマーの衝突面を水中に存在する前記岩盤又は前記岩石に衝突させたときに前記加速度センサーで得られる加速度データを取得する加速度データ取得手段と、
前記加速度データに基づき、Hertzの弾性接触論を用いて前記岩盤又は前記岩石の変形特性を演算する変形特性演算手段と、
前記変形特性演算手段で得られた変形特性に基づいて、前記岩盤又は前記岩石の品質を判定する品質判定手段と、を備えたことを特徴とする品質評価装置。
【請求項６】
前記ハンマーを少なくとも含み、水中で移動可能であり、前記加速度データに関する情報を取得する水中移動部と、
前記水中移動部で取得された情報に基づいて水上で所定の情報処理を行う水上処理部と、を備えたことを特徴とする請求項５に記載の品質評価装置。
【請求項７】
前記水上処理部の位置情報をＧＰＳにより取得するＧＰＳ装置と、
前記水上処理部に対する前記水中移動部の相対位置情報を取得する相対位置情報取得部と、
前記ＧＰＳ装置で得られる前記位置情報と前記相対位置情報とに基づいて、前記水中移動部の絶対位置情報を取得する絶対位置情報取得部と、
前記ハンマーと前記岩盤又は前記岩石とが衝突した時に、前記絶対位置情報と前記加速度データに関する情報とを関連付けて保存する情報保存部と、を備えたことを特徴とする請求項６に記載の品質評価装置。
【請求項８】
前記ハンマーの打撃部は球体をなし、前記ハンマーの質量は１０ｋｇ未満であることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の品質評価装置。
【請求項１】
水中の自然由来の岩盤又は岩石の品質を評価する品質評価方法であって、
水中に存在する前記岩盤又は前記岩石に、加速度センサーと球面形状の衝突面とを有するハンマーの前記衝突面を衝突させ、前記加速度センサーで前記ハンマーの加速度データを取得する加速度データ取得工程と、
前記加速度データに基づき、Hertzの弾性接触論を用いて前記岩盤又は前記岩石の変形特性を演算装置に演算させる変形特性演算工程と、
前記変形特性演算工程で得られた変形特性に基づいて、前記岩盤又は前記岩石の品質を判定する品質判定工程と、
を備えたことを特徴とする品質評価方法。
【請求項２】
前記品質判定工程では、
前記岩盤又は前記岩石の変形特性と岩盤等級との対応を表す所定の対応テーブルに基づいて、前記岩盤又は前記岩石の工学的分類を行い、前記岩盤又は前記岩石の岩盤等級を前記品質に関する情報として得ることを特徴とする請求項１に記載の品質評価方法。
【請求項３】
前記品質判定工程では、
前記岩盤又は前記岩石の変形特性と吸水率との相関関係を表す所定の吸水率相関関係に基づいて、前記岩盤又は前記岩石の吸水率を、前記品質に関する情報として得ることを特徴とする請求項１に記載の品質評価方法。
【請求項４】
前記品質判定工程では、
前記岩盤又は前記岩石の変形特性と密度との相関関係を表す所定の密度相関関係に基づいて、前記岩盤又は前記岩石の密度を、前記品質に関する情報として得ることを特徴とする請求項１に記載の品質評価方法。
【請求項５】
水中の自然由来の岩盤又は岩石の品質を評価する品質評価装置であって、
加速度センサーと球面形状の衝突面とを有するハンマーと、
前記ハンマーの衝突面を水中に存在する前記岩盤又は前記岩石に衝突させたときに前記加速度センサーで得られる加速度データを取得する加速度データ取得手段と、
前記加速度データに基づき、Hertzの弾性接触論を用いて前記岩盤又は前記岩石の変形特性を演算する変形特性演算手段と、
前記変形特性演算手段で得られた変形特性に基づいて、前記岩盤又は前記岩石の品質を判定する品質判定手段と、を備えたことを特徴とする品質評価装置。
【請求項６】
前記ハンマーを少なくとも含み、水中で移動可能であり、前記加速度データに関する情報を取得する水中移動部と、
前記水中移動部で取得された情報に基づいて水上で所定の情報処理を行う水上処理部と、を備えたことを特徴とする請求項５に記載の品質評価装置。
【請求項７】
前記水上処理部の位置情報をＧＰＳにより取得するＧＰＳ装置と、
前記水上処理部に対する前記水中移動部の相対位置情報を取得する相対位置情報取得部と、
前記ＧＰＳ装置で得られる前記位置情報と前記相対位置情報とに基づいて、前記水中移動部の絶対位置情報を取得する絶対位置情報取得部と、
前記ハンマーと前記岩盤又は前記岩石とが衝突した時に、前記絶対位置情報と前記加速度データに関する情報とを関連付けて保存する情報保存部と、を備えたことを特徴とする請求項６に記載の品質評価装置。
【請求項８】
前記ハンマーの打撃部は球体をなし、前記ハンマーの質量は１０ｋｇ未満であることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の品質評価装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−５３８７１（Ｐ２０１３−５３８７１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９０８４７（Ｐ２０１１−１９０８４７）
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（５９４０５１６５５）株式会社セントラル技研 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（５９４０５１６５５）株式会社セントラル技研 (7)
【Ｆターム（参考）】
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