地盤の静止土圧係数の計測方法及び計測装置
【課題】地盤の静止土圧係数及びその基礎となる鉛直方向及び水平方向の応力を原位置で正確に計測可能とする地盤の静止土圧係数の計測方法及び計測装置を提供する。
【解決手段】地盤に掘削した試験孔の計測対象深度の孔壁に、プローブを通して水平方向に載荷圧力を徐々に増大させながら、載荷圧力と発生する間隙水圧の変化を同時に計測して、間隙水圧が最大に落ち着いた時点の間隙水圧の値を、静止土圧係数の基礎データとなる鉛直方向の全応力とし、さらに、この時点での載荷圧力から静止土圧係数の基礎データとなる水平方向の全応力を求め、これら鉛直方向応力と水平方向応力に基づいて静止土圧係数を求めることを特徴とする。
【解決手段】地盤に掘削した試験孔の計測対象深度の孔壁に、プローブを通して水平方向に載荷圧力を徐々に増大させながら、載荷圧力と発生する間隙水圧の変化を同時に計測して、間隙水圧が最大に落ち着いた時点の間隙水圧の値を、静止土圧係数の基礎データとなる鉛直方向の全応力とし、さらに、この時点での載荷圧力から静止土圧係数の基礎データとなる水平方向の全応力を求め、これら鉛直方向応力と水平方向応力に基づいて静止土圧係数を求めることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボーリング孔を利用して、原位置における地盤の静止土圧係数、その基礎データとなる鉛直方向応力及び水平方向応力を計測する方法及び計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボーリング孔で地盤の鉛直方向及び水平方向応力を同時に計測して静止土圧係数Ｋ０を計測する方法はなかった。
従来、この静止土圧係数を求める基礎データとなる水平方向応力については、ボーリング孔を利用した孔内水平載荷試験から求められているが、鉛直方向応力については別の手段で求め、これらを組み合わせて静止土圧係数Ｋ０を求めている。
【０００３】
静止土圧係数Ｋ０を計測する孔内水平載荷試験は、ボーリング装置によって所定の深さまで試験孔を掘削し、その後、載荷試験装置のプローブをボーリング孔の所定深さまで下ろし、プローブに水を送り込んで膨らませて孔壁を押圧し、孔壁への押圧との変位の関係を求める方法（プレボーリング法）と、掘削装置を組み込んだプローブをボーリングしながら所定深さにセットして、同様の押圧と変位の関係を求める方法（セルフボーリング法）がある。
しかし、いずれも水平方向応力の計測は可能であるが、鉛直方向応力の同時計測は出来ない。
【０００４】
従来の手法で水平載荷試験機による孔壁圧力と孔壁変位の計測精度を向上させても、実際には掘削された試験孔の孔壁に乱れがあり、孔壁への押圧との変位の関係が正確に反映されないという問題があった。特に、プレボーリング法では、地盤の静止土圧状態を特定することが困難である。なお、このような水平載荷試験機としては、たとえば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１２８９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、地盤の静止土圧係数及びその基礎となる鉛直方向及び水平方向の応力を原位置で正確に計測可能とする地盤の静止土圧係数の計測方法及び計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、地盤に掘削した試験孔の計測対象深度の孔壁に、プローブを通して水平方向に載荷圧力を徐々に増大させながら、載荷圧力と発生する間隙水圧の変化を同時に計測して、間隙水圧が最大に落ち着いた時点の間隙水圧の値を、静止土圧係数の基礎データとなる鉛直方向の全応力とすることを特徴とする。
なお、この鉛直方向の全応力（σ１）から計測深度の静水圧（ｕ）を引いた値を、計測深度の有効鉛直方向応力（σ１′）とする。
【０００８】
また、他の発明は、地盤に掘削した試験孔の計測対象深度の孔壁に、プローブを通して
水平方向に載荷圧力を徐々に増大させながら、載荷圧力と発生する間隙水圧の変化を同時に計測して、間隙水圧が最大に落ち着いた時点計測での載荷圧力から静止土圧係数の基礎データとなる水平方向の全応力を求めることを特徴とする。
プローブ内の液圧から載荷前のプローブ内の液圧を引いた液圧がプローブの内側から孔壁に向けて押し付ける圧力であり、この圧力から更にプローブを押し広げるのに必要な抵抗力を引いた圧力が孔壁地盤に伝わる載荷圧力であり、この載荷圧力を水平方向応力（σ３）とする。
プローブがゴムで構成される場合、プローブを押し広げるのに必要な抵抗力はプローブを構成するゴムの張力である。
なお、この間隙水圧が最大に落ち着いた時点での水平方向応力を一定にしたまま、間隙水圧の消散を待って、静水圧状態に落ち着いた時の水平方向応力を有効水平方向応力（σ３′）とする。
【０００９】
更に、上記方法によって計測された静止土圧状態の有効鉛直方向応力（σ１′）と有効水平方向応力（σ３′）を用いて、静止土圧係数Ｋ０を求めることを特徴とする。
なお、地下水位以浅では鉛直方向の全応力（σ１）と水平方向応力（σ３）から静止土圧係数Ｋ０を求めることになる。
【００１０】
また、本発明の地盤の静止土圧係数の計測装置は、ボーリング孔の計測対象深度の孔壁に水平方向に載荷する載荷手段と、水平方向載荷圧を徐々に変化させることが可能な圧力供給手段と、載荷手段に設けられ載荷される孔壁地盤の間隙水圧を計測可能な間隙水圧計と、前記載荷手段による水平方向載荷圧を徐々に増大させて間隙水圧の変化を計測し、間隙水圧が最大に落ち着いた時点の間隙水圧の値を求める解析手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明者は、試験孔の孔壁への水平載荷の途中で、間隙水圧がそれ以上増加せず一定になる部分を見出した。間隙水圧が一定になるのは、過剰間隙水圧が鉛直方向応力以上とはならないためで、この時点の間隙水圧が、原位置における鉛直方向の全応力（σ１）に他ならない。また、この時点の全応力（σ１）から静水圧（ｕ）を差し引いたものが有効鉛直方向応力（σ１′）であり、この有効鉛直方向応力（σ１′）と先の有効水平方向応力（σ３′）から、静止土圧係数Ｋ０＝σ３′／σ１′を求めることができる。
なお、地下水位以浅では鉛直方向の全応力（σ１）と水平方向応力（σ３）から静止土圧係数Ｋ０を求めることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の地盤の静止土圧係数の計測方法の原理を説明する図である。
【図２】図２（Ａ）は水平方向載荷圧の時間変化を示す図、（Ｂ）は水平方向載荷圧と間隙水圧の時間変化を示す図、（Ｃ）は水平方向載荷圧と変位との時間変化の関係を示す載荷曲線である。（Ｄ）は過剰間隙水圧Δｕ及び全応力σ１と静水圧ｕなどの関係を示した図である。
【図３】図３（Ａ）は本発明の実施例に係る静止土圧係数の計測装置の概略図、（Ｂ）は（Ａ）のプローブを多重セル構成とした例を示す図、（Ｃ）はプローブの先端に円錐形コーンを取り付けてボーリングを不要とする押し込み方式とした計測装置の概略図、（Ｄ）は（Ｃ）の装置に複数のプローブを設けた構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の地盤の静止土圧係数計測方法を示す概念図である。
すなわち、図１（Ａ）に示すように、ボーリング孔１０はボーリングによる乱れ及び応
力開放によって孔壁地盤１１は緩み、点線で記載したように主働土圧側に移行している（σＡ）。
この状態から、図１（Ｂ）に示すように、緩んだ孔壁地盤１１（σＡ状態）を水平方向押し戻し圧（Ｐ）によって、静止土圧状態（σ３状態）に押し戻す。このときの水平方向戻し圧Ｐと鉛直方向応力（σ１）が分かれば、静止土圧係数を求めることができる。この押し戻した時点での鉛直方向応力σ１及び水平方向応力σ３を計測するために、本発明は、間隙水圧を測定する。
【００１４】
図１（Ａ）、（Ｂ）は、地下水位以浅で、地下水位が作用していない場合を想定したものであるが、地下水位以下の地盤では、図１（Ｃ）に示すように、有効鉛直応力σ１′と有効水平応力σ３′から、静止土圧係数を求める。有効水平応力σ１′は、水平方向載荷圧Ｐから、たとえばプローブのゴム張力ＰＧを補正することにより求めることができる。
【００１５】
図３（Ａ）は、本発明の実施例に係る地盤の静止土圧計測装置の模式図である。
すなわち、この静止土圧計測装置１００は基本的な構成は公知の孔内水平載荷試験機（プレッシャメータ）と同様に、ボーリング孔１０内に挿入されると共に圧力媒体としての水３などの液体が満たされたプローブ１０１と、プローブ１０１内の圧力を調整する変動させる圧力調整装置１０５とを備えている。本発明では、プローブ１０１に設けられた間隙水圧計１０６と、プローブ１０１による水平方向載荷圧力を徐々に増大させて間隙水圧の変化を計測し、間隙水圧が最大に落ち着いた時点の間隙水圧の値を求める制御手段であるコンピュータ１１０と、を備えている。プローブ１０１自体は、ゴム状弾性材によって袋状に形成されたもので、圧力調整装置１０５から供給される液体圧である水圧によって胴部が膨らみ、内部の液圧によって孔壁１１に水平荷重を載荷するようになっている。
【００１６】
圧力調整装置１０５は、プローブ１０１内の圧力を調整できる構成であれば、その構成は特に限定されない。プローブ１０１内の水圧は、特に図示していないが、プローブ１０１に設けられた圧力センサによって検出され、圧力調整装置１０５にフィードバックされ、圧力が目標値に制御される。間隙水圧計１０６は、載荷した孔壁１１からの水圧を検出するものであればよい。この例では、水圧を電気情報に変換する圧力センサが用いられる。
【００１７】
次に、この計測装置１００による計測手順を通じて、本発明の地盤の静止土圧係数の計測方法について説明する。
この実施例では、予め、ボーリング装置によって試験孔としてのボーリング孔１０が掘削され、掘削時の泥水がボーリング孔内に滞留している状態とする。計測深度Ｚは地盤の水位Ｚ１よりも深く、計測深度Ｚでは静水圧Ｐｗが加わっているものとする（図１（Ｃ）参照）。
この状態で、プローブ１０１をボーリング孔１０の計測深度Ｚまで下ろし、間隙水圧計１０６によってボーリング孔１０内の泥水圧を検出する。
そして、プローブ１０１を通して水平方向に載荷圧力を徐々に増大させながら、載荷圧力と発生する間隙水圧ｕの変化を同時に計測する。間隙水圧計１０６からのデータが逐次コンピュータ１１０に送信され、水平載荷圧Ｐと間隙水圧ｕの値が読み込まれ、画面上に出力表示される。
【００１８】
載荷圧力Ｐは単調増加させるもので、この載荷圧力のパターンは、たとえば、載荷パターンがプログラムによってコンピュータに予め読み込まれており、コンピュータのプログラムにしたがって圧力調整部による圧力の制御がなされる。コンピュータ１１０は、特に図示しないが、演算処理を行うＣＰＵと、プログラムやデータを格納しておくメモリとを有し、計測を開始すると、ＣＰＵが計測プログラムを読み出して、これらの一連の処理を実行する。
【００１９】
図２は、孔壁に載荷する水平方向載荷圧Ｐを徐々に増加させた際の、時間ｔと水平方向載荷圧Ｐ（図２（Ａ））、時間ｔと間隙水圧ｕ（図２（Ｂ）、（Ｄ））、載荷圧Ｐと変位ｒ（図２（Ｃ））の関係を示している。
図２（Ａ）に示すように、水平方向載荷圧Ｐを単調載荷で徐々に増加させていくと、図２（Ｂ）に示すように、最初の間隙水圧（ｕ）はボーリング孔内の泥水圧（Ｐｄｗ）を示すが、プローブ１０１が孔壁１１に着いてからは増大していき、ある時点で間隙水圧は最大値ｕｍａｘに落ち着いて一定となる。この間隙水圧ｕが最大に落ち着いた時点の値ｕｍａｘを、静止土圧係数の基礎データとなる鉛直方向の全応力σ１とする。一定に落ち着くのは、間隙水圧ｕｍａｘが鉛直方向応力σ１と釣り合った状態を意味し、鉛直方向の全応力σ１に他ならない。この鉛直方向の全応力σ１から計測深度の静水圧（Ｐｗ）を引くことで有効鉛直方向応力σ１′が求まる。
【００２０】
また、間隙水圧ｕがほぼ一定に落ち着いた時点で、水の供給を停止して載荷圧Ｐを保持し、その載荷圧Ｐを読み取る。水平方向載荷圧Ｐに、プローブ１０１の抵抗力、この実施例ではプローブ１０１のゴム張力（ＰＧ）を補正して、有効水平方向応力σ３′が求まる。すなわち、プローブ１０１内の水圧（Ｐｗ１）から載荷前のプローブ１０１内の水圧（Ｐｗ２）を引いた水圧がプローブ１０１の内側から孔壁１１に向けて押し付ける圧力であり、この圧力から更にプローブ１０１を押し広げるのに必要な抵抗力ＰＧを引いた圧力が孔壁地盤に伝わる載荷圧力で、この載荷圧力が水平方向応力（σ３）となる。もっとも、プローブ１０１はゴムチューブには限定されず、たとえばピストンのような構成であってもよく、抵抗力が無視できる場合は抵抗力の補正は不要である。
【００２１】
まとめると、有効鉛直方向応力σ１′は、一定となった間隙水圧の最大値（ｕｍａｘ）からその深度での静水圧であるＰｗを引いた値である。
一方、水平方向応力σ３′は間隙水圧が最大に落ち着いた時点でのプローブ内の水圧Ｐｗ１からプローブを計測深度に下ろした際のプローブ内の水圧Ｐｗ２ を引き、更にプローブ１０１のゴム材を押し広げるのに要する抵抗力（ゴム張力）ＰＧを引いた値である。
【００２２】
このようにして、間隙水圧が一定（ｕｍａｘ）となった時点の、有効鉛直方向応力σ１′と、有効水平方向応力σ３′を求めることにより、静止土圧係数Ｋ０が演算される。
これらの一連の手順は、コンピュータ１１０によって演算処理することで、自動的に数値を出力することが可能である。
【００２３】
図２（Ｄ）は、孔壁に水平方向荷重Ｐを加えた場合の鉛直方向の全応力σ１及び過剰間隙水圧Δｕと有効鉛直方向応力σ１′などの関係を示している。
【００２４】
次の数１、数２は、静止土圧係数Ｋ０を求めるための演算式を整理したものである。
【００２５】
【数１】
【００２６】
【数２】
【００２７】
ここで、
Ｐｗ１：間隙水圧が最大に落ち着いた時点でのプローブ内の水圧。
Ｐｗ２：プローブを計測深度に下ろした際のプローブ内の水圧。
Ｐ：（Ｐｗ１−Ｐｗ２）で求める。
ＰＧ：プローブゴムを押し広げるのに要するゴム張力で、事前に増加半径とゴム張力の関係を検定しておく。（キャリブレーション）
Ｚ：計測深度
Ｚ１：自然水位 （事前に計測）
Ｐｗ：（Ｚ−Ｚ１）で求める。
σ１：ｕｍａｘ時の鉛直方向の全応力である。
σ１′：有効鉛直方向応力で、σ１−Ｐｗより求める。
σ３′：地下水位以深での有効水平方向応力で、ｕｍａｘ時のプローブ内の圧力Ｐからゴム張力ＰＧを引いた値である。
【００２８】
図２（Ｄ）は孔壁に水平方向荷重Ｐを加えることで、鉛直方向の全応力σ１及び過剰間隙水圧と有効鉛直方向応力σ１′などの関係を示している。
【００２９】
図２（Ｃ）は、水平方向載荷圧力（Ｐ）と、変位（ｒ）を時間（ｔ）に対応させて記載したグラフである。通常のプレボーリング法と比較すると、本計測法では途中で載荷圧（Ｐ）を一定にすることで、緩んだ孔壁変位を押し戻して、静止土圧状態に近づけてから載荷圧力変位（Ｐ〜ｒ）曲線を計測することができる。
通常のプレボーリング法では、この初期の載荷圧力変位（Ｐ〜ｒ）曲線があいまいに描かれることになり、セルフボーリングのような載荷圧力変位（Ｐ〜ｒ）曲線が描けず、静止土圧状態は明確にできない。
【００３０】
なお、この実施例では、プローブ１００を一本としているが、図３（Ｂ）に示すように、プローブ２００を複数のセル２０１，２０２，２０３で構成した多重セルを使用してもよい。
【００３１】
この例では、中間セル２０１の上下に上部載荷セル２０２と下部載荷セル２０３が設けられ、この中間載荷セル２０１に間隙水圧計１０６が設けられる。
そして、初期土圧を計測する際には、中間載荷セル２０１によって荷重を載荷する際に、上下の上部載荷セル２０２と、下部載荷セル２０２でも孔壁を押さえ、間隙水圧が逃げないようにする。上部、下部載荷セル２０２，２０３による載荷圧力は、中間載荷セル２０１の載荷圧力と同じでもよい。
【００３２】
なお、上記実施例では、ボーリング孔を利用する計測装置について説明したが、図３（Ｃ）に示すように、ボーリング孔を利用せず、直接試験孔を掘削するような計測装置としてもよい。
この例の計測装置３００は、先端部に円錐状に尖ったコーン形状の掘削部３１０を備えた構成で、この掘削部３１０と、間隙水圧計１０６が設けられたプローブ１０１とを一本
型としたものである。掘削部３１０を地盤内に圧入して試験孔を形成しながら試験孔内にプローブ１０１を挿入することで、同様の計測が可能である。この場合はボーリングが不要となる。なお、３２０は掘削部３１０を支持する内ロッド、３３０はプローブを支持する外ロッドである。
また、図３（Ｄ）に示すように、同様なプローブ１０１を深度方向に複数つければ、複数深度の同時計測が可能となる。
【符号の説明】
【００３３】
３ 水
１０ ボーリング孔（試験孔）
１１ 孔壁地盤
１００ 土圧係数計測装置
１０１ プローブ
１０５ 圧力調整部
１０６ 間隙水圧計
１１０ コンピュータ
２００ プローブ
２０１ 中間セル（土圧計測セル）
２０２ 上部載荷セル
２０２ 下部載荷セル
Ｋ０ 静止土圧係数
Ｐ プローブ内の水平方向圧力
Ｐｗ 地盤の静水圧
ｕｍａｘ 間隙水圧最大値
σ１ 鉛直方向応力
σ３ 水平方向応力
σ１′ 有効鉛直方向応力
σ３′ 有効水平方向応力
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボーリング孔を利用して、原位置における地盤の静止土圧係数、その基礎データとなる鉛直方向応力及び水平方向応力を計測する方法及び計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボーリング孔で地盤の鉛直方向及び水平方向応力を同時に計測して静止土圧係数Ｋ０を計測する方法はなかった。
従来、この静止土圧係数を求める基礎データとなる水平方向応力については、ボーリング孔を利用した孔内水平載荷試験から求められているが、鉛直方向応力については別の手段で求め、これらを組み合わせて静止土圧係数Ｋ０を求めている。
【０００３】
静止土圧係数Ｋ０を計測する孔内水平載荷試験は、ボーリング装置によって所定の深さまで試験孔を掘削し、その後、載荷試験装置のプローブをボーリング孔の所定深さまで下ろし、プローブに水を送り込んで膨らませて孔壁を押圧し、孔壁への押圧との変位の関係を求める方法（プレボーリング法）と、掘削装置を組み込んだプローブをボーリングしながら所定深さにセットして、同様の押圧と変位の関係を求める方法（セルフボーリング法）がある。
しかし、いずれも水平方向応力の計測は可能であるが、鉛直方向応力の同時計測は出来ない。
【０００４】
従来の手法で水平載荷試験機による孔壁圧力と孔壁変位の計測精度を向上させても、実際には掘削された試験孔の孔壁に乱れがあり、孔壁への押圧との変位の関係が正確に反映されないという問題があった。特に、プレボーリング法では、地盤の静止土圧状態を特定することが困難である。なお、このような水平載荷試験機としては、たとえば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１２８９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、地盤の静止土圧係数及びその基礎となる鉛直方向及び水平方向の応力を原位置で正確に計測可能とする地盤の静止土圧係数の計測方法及び計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、地盤に掘削した試験孔の計測対象深度の孔壁に、プローブを通して水平方向に載荷圧力を徐々に増大させながら、載荷圧力と発生する間隙水圧の変化を同時に計測して、間隙水圧が最大に落ち着いた時点の間隙水圧の値を、静止土圧係数の基礎データとなる鉛直方向の全応力とすることを特徴とする。
なお、この鉛直方向の全応力（σ１）から計測深度の静水圧（ｕ）を引いた値を、計測深度の有効鉛直方向応力（σ１′）とする。
【０００８】
また、他の発明は、地盤に掘削した試験孔の計測対象深度の孔壁に、プローブを通して
水平方向に載荷圧力を徐々に増大させながら、載荷圧力と発生する間隙水圧の変化を同時に計測して、間隙水圧が最大に落ち着いた時点計測での載荷圧力から静止土圧係数の基礎データとなる水平方向の全応力を求めることを特徴とする。
プローブ内の液圧から載荷前のプローブ内の液圧を引いた液圧がプローブの内側から孔壁に向けて押し付ける圧力であり、この圧力から更にプローブを押し広げるのに必要な抵抗力を引いた圧力が孔壁地盤に伝わる載荷圧力であり、この載荷圧力を水平方向応力（σ３）とする。
プローブがゴムで構成される場合、プローブを押し広げるのに必要な抵抗力はプローブを構成するゴムの張力である。
なお、この間隙水圧が最大に落ち着いた時点での水平方向応力を一定にしたまま、間隙水圧の消散を待って、静水圧状態に落ち着いた時の水平方向応力を有効水平方向応力（σ３′）とする。
【０００９】
更に、上記方法によって計測された静止土圧状態の有効鉛直方向応力（σ１′）と有効水平方向応力（σ３′）を用いて、静止土圧係数Ｋ０を求めることを特徴とする。
なお、地下水位以浅では鉛直方向の全応力（σ１）と水平方向応力（σ３）から静止土圧係数Ｋ０を求めることになる。
【００１０】
また、本発明の地盤の静止土圧係数の計測装置は、ボーリング孔の計測対象深度の孔壁に水平方向に載荷する載荷手段と、水平方向載荷圧を徐々に変化させることが可能な圧力供給手段と、載荷手段に設けられ載荷される孔壁地盤の間隙水圧を計測可能な間隙水圧計と、前記載荷手段による水平方向載荷圧を徐々に増大させて間隙水圧の変化を計測し、間隙水圧が最大に落ち着いた時点の間隙水圧の値を求める解析手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明者は、試験孔の孔壁への水平載荷の途中で、間隙水圧がそれ以上増加せず一定になる部分を見出した。間隙水圧が一定になるのは、過剰間隙水圧が鉛直方向応力以上とはならないためで、この時点の間隙水圧が、原位置における鉛直方向の全応力（σ１）に他ならない。また、この時点の全応力（σ１）から静水圧（ｕ）を差し引いたものが有効鉛直方向応力（σ１′）であり、この有効鉛直方向応力（σ１′）と先の有効水平方向応力（σ３′）から、静止土圧係数Ｋ０＝σ３′／σ１′を求めることができる。
なお、地下水位以浅では鉛直方向の全応力（σ１）と水平方向応力（σ３）から静止土圧係数Ｋ０を求めることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の地盤の静止土圧係数の計測方法の原理を説明する図である。
【図２】図２（Ａ）は水平方向載荷圧の時間変化を示す図、（Ｂ）は水平方向載荷圧と間隙水圧の時間変化を示す図、（Ｃ）は水平方向載荷圧と変位との時間変化の関係を示す載荷曲線である。（Ｄ）は過剰間隙水圧Δｕ及び全応力σ１と静水圧ｕなどの関係を示した図である。
【図３】図３（Ａ）は本発明の実施例に係る静止土圧係数の計測装置の概略図、（Ｂ）は（Ａ）のプローブを多重セル構成とした例を示す図、（Ｃ）はプローブの先端に円錐形コーンを取り付けてボーリングを不要とする押し込み方式とした計測装置の概略図、（Ｄ）は（Ｃ）の装置に複数のプローブを設けた構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の地盤の静止土圧係数計測方法を示す概念図である。
すなわち、図１（Ａ）に示すように、ボーリング孔１０はボーリングによる乱れ及び応
力開放によって孔壁地盤１１は緩み、点線で記載したように主働土圧側に移行している（σＡ）。
この状態から、図１（Ｂ）に示すように、緩んだ孔壁地盤１１（σＡ状態）を水平方向押し戻し圧（Ｐ）によって、静止土圧状態（σ３状態）に押し戻す。このときの水平方向戻し圧Ｐと鉛直方向応力（σ１）が分かれば、静止土圧係数を求めることができる。この押し戻した時点での鉛直方向応力σ１及び水平方向応力σ３を計測するために、本発明は、間隙水圧を測定する。
【００１４】
図１（Ａ）、（Ｂ）は、地下水位以浅で、地下水位が作用していない場合を想定したものであるが、地下水位以下の地盤では、図１（Ｃ）に示すように、有効鉛直応力σ１′と有効水平応力σ３′から、静止土圧係数を求める。有効水平応力σ１′は、水平方向載荷圧Ｐから、たとえばプローブのゴム張力ＰＧを補正することにより求めることができる。
【００１５】
図３（Ａ）は、本発明の実施例に係る地盤の静止土圧計測装置の模式図である。
すなわち、この静止土圧計測装置１００は基本的な構成は公知の孔内水平載荷試験機（プレッシャメータ）と同様に、ボーリング孔１０内に挿入されると共に圧力媒体としての水３などの液体が満たされたプローブ１０１と、プローブ１０１内の圧力を調整する変動させる圧力調整装置１０５とを備えている。本発明では、プローブ１０１に設けられた間隙水圧計１０６と、プローブ１０１による水平方向載荷圧力を徐々に増大させて間隙水圧の変化を計測し、間隙水圧が最大に落ち着いた時点の間隙水圧の値を求める制御手段であるコンピュータ１１０と、を備えている。プローブ１０１自体は、ゴム状弾性材によって袋状に形成されたもので、圧力調整装置１０５から供給される液体圧である水圧によって胴部が膨らみ、内部の液圧によって孔壁１１に水平荷重を載荷するようになっている。
【００１６】
圧力調整装置１０５は、プローブ１０１内の圧力を調整できる構成であれば、その構成は特に限定されない。プローブ１０１内の水圧は、特に図示していないが、プローブ１０１に設けられた圧力センサによって検出され、圧力調整装置１０５にフィードバックされ、圧力が目標値に制御される。間隙水圧計１０６は、載荷した孔壁１１からの水圧を検出するものであればよい。この例では、水圧を電気情報に変換する圧力センサが用いられる。
【００１７】
次に、この計測装置１００による計測手順を通じて、本発明の地盤の静止土圧係数の計測方法について説明する。
この実施例では、予め、ボーリング装置によって試験孔としてのボーリング孔１０が掘削され、掘削時の泥水がボーリング孔内に滞留している状態とする。計測深度Ｚは地盤の水位Ｚ１よりも深く、計測深度Ｚでは静水圧Ｐｗが加わっているものとする（図１（Ｃ）参照）。
この状態で、プローブ１０１をボーリング孔１０の計測深度Ｚまで下ろし、間隙水圧計１０６によってボーリング孔１０内の泥水圧を検出する。
そして、プローブ１０１を通して水平方向に載荷圧力を徐々に増大させながら、載荷圧力と発生する間隙水圧ｕの変化を同時に計測する。間隙水圧計１０６からのデータが逐次コンピュータ１１０に送信され、水平載荷圧Ｐと間隙水圧ｕの値が読み込まれ、画面上に出力表示される。
【００１８】
載荷圧力Ｐは単調増加させるもので、この載荷圧力のパターンは、たとえば、載荷パターンがプログラムによってコンピュータに予め読み込まれており、コンピュータのプログラムにしたがって圧力調整部による圧力の制御がなされる。コンピュータ１１０は、特に図示しないが、演算処理を行うＣＰＵと、プログラムやデータを格納しておくメモリとを有し、計測を開始すると、ＣＰＵが計測プログラムを読み出して、これらの一連の処理を実行する。
【００１９】
図２は、孔壁に載荷する水平方向載荷圧Ｐを徐々に増加させた際の、時間ｔと水平方向載荷圧Ｐ（図２（Ａ））、時間ｔと間隙水圧ｕ（図２（Ｂ）、（Ｄ））、載荷圧Ｐと変位ｒ（図２（Ｃ））の関係を示している。
図２（Ａ）に示すように、水平方向載荷圧Ｐを単調載荷で徐々に増加させていくと、図２（Ｂ）に示すように、最初の間隙水圧（ｕ）はボーリング孔内の泥水圧（Ｐｄｗ）を示すが、プローブ１０１が孔壁１１に着いてからは増大していき、ある時点で間隙水圧は最大値ｕｍａｘに落ち着いて一定となる。この間隙水圧ｕが最大に落ち着いた時点の値ｕｍａｘを、静止土圧係数の基礎データとなる鉛直方向の全応力σ１とする。一定に落ち着くのは、間隙水圧ｕｍａｘが鉛直方向応力σ１と釣り合った状態を意味し、鉛直方向の全応力σ１に他ならない。この鉛直方向の全応力σ１から計測深度の静水圧（Ｐｗ）を引くことで有効鉛直方向応力σ１′が求まる。
【００２０】
また、間隙水圧ｕがほぼ一定に落ち着いた時点で、水の供給を停止して載荷圧Ｐを保持し、その載荷圧Ｐを読み取る。水平方向載荷圧Ｐに、プローブ１０１の抵抗力、この実施例ではプローブ１０１のゴム張力（ＰＧ）を補正して、有効水平方向応力σ３′が求まる。すなわち、プローブ１０１内の水圧（Ｐｗ１）から載荷前のプローブ１０１内の水圧（Ｐｗ２）を引いた水圧がプローブ１０１の内側から孔壁１１に向けて押し付ける圧力であり、この圧力から更にプローブ１０１を押し広げるのに必要な抵抗力ＰＧを引いた圧力が孔壁地盤に伝わる載荷圧力で、この載荷圧力が水平方向応力（σ３）となる。もっとも、プローブ１０１はゴムチューブには限定されず、たとえばピストンのような構成であってもよく、抵抗力が無視できる場合は抵抗力の補正は不要である。
【００２１】
まとめると、有効鉛直方向応力σ１′は、一定となった間隙水圧の最大値（ｕｍａｘ）からその深度での静水圧であるＰｗを引いた値である。
一方、水平方向応力σ３′は間隙水圧が最大に落ち着いた時点でのプローブ内の水圧Ｐｗ１からプローブを計測深度に下ろした際のプローブ内の水圧Ｐｗ２ を引き、更にプローブ１０１のゴム材を押し広げるのに要する抵抗力（ゴム張力）ＰＧを引いた値である。
【００２２】
このようにして、間隙水圧が一定（ｕｍａｘ）となった時点の、有効鉛直方向応力σ１′と、有効水平方向応力σ３′を求めることにより、静止土圧係数Ｋ０が演算される。
これらの一連の手順は、コンピュータ１１０によって演算処理することで、自動的に数値を出力することが可能である。
【００２３】
図２（Ｄ）は、孔壁に水平方向荷重Ｐを加えた場合の鉛直方向の全応力σ１及び過剰間隙水圧Δｕと有効鉛直方向応力σ１′などの関係を示している。
【００２４】
次の数１、数２は、静止土圧係数Ｋ０を求めるための演算式を整理したものである。
【００２５】
【数１】
【００２６】
【数２】
【００２７】
ここで、
Ｐｗ１：間隙水圧が最大に落ち着いた時点でのプローブ内の水圧。
Ｐｗ２：プローブを計測深度に下ろした際のプローブ内の水圧。
Ｐ：（Ｐｗ１−Ｐｗ２）で求める。
ＰＧ：プローブゴムを押し広げるのに要するゴム張力で、事前に増加半径とゴム張力の関係を検定しておく。（キャリブレーション）
Ｚ：計測深度
Ｚ１：自然水位 （事前に計測）
Ｐｗ：（Ｚ−Ｚ１）で求める。
σ１：ｕｍａｘ時の鉛直方向の全応力である。
σ１′：有効鉛直方向応力で、σ１−Ｐｗより求める。
σ３′：地下水位以深での有効水平方向応力で、ｕｍａｘ時のプローブ内の圧力Ｐからゴム張力ＰＧを引いた値である。
【００２８】
図２（Ｄ）は孔壁に水平方向荷重Ｐを加えることで、鉛直方向の全応力σ１及び過剰間隙水圧と有効鉛直方向応力σ１′などの関係を示している。
【００２９】
図２（Ｃ）は、水平方向載荷圧力（Ｐ）と、変位（ｒ）を時間（ｔ）に対応させて記載したグラフである。通常のプレボーリング法と比較すると、本計測法では途中で載荷圧（Ｐ）を一定にすることで、緩んだ孔壁変位を押し戻して、静止土圧状態に近づけてから載荷圧力変位（Ｐ〜ｒ）曲線を計測することができる。
通常のプレボーリング法では、この初期の載荷圧力変位（Ｐ〜ｒ）曲線があいまいに描かれることになり、セルフボーリングのような載荷圧力変位（Ｐ〜ｒ）曲線が描けず、静止土圧状態は明確にできない。
【００３０】
なお、この実施例では、プローブ１００を一本としているが、図３（Ｂ）に示すように、プローブ２００を複数のセル２０１，２０２，２０３で構成した多重セルを使用してもよい。
【００３１】
この例では、中間セル２０１の上下に上部載荷セル２０２と下部載荷セル２０３が設けられ、この中間載荷セル２０１に間隙水圧計１０６が設けられる。
そして、初期土圧を計測する際には、中間載荷セル２０１によって荷重を載荷する際に、上下の上部載荷セル２０２と、下部載荷セル２０２でも孔壁を押さえ、間隙水圧が逃げないようにする。上部、下部載荷セル２０２，２０３による載荷圧力は、中間載荷セル２０１の載荷圧力と同じでもよい。
【００３２】
なお、上記実施例では、ボーリング孔を利用する計測装置について説明したが、図３（Ｃ）に示すように、ボーリング孔を利用せず、直接試験孔を掘削するような計測装置としてもよい。
この例の計測装置３００は、先端部に円錐状に尖ったコーン形状の掘削部３１０を備えた構成で、この掘削部３１０と、間隙水圧計１０６が設けられたプローブ１０１とを一本
型としたものである。掘削部３１０を地盤内に圧入して試験孔を形成しながら試験孔内にプローブ１０１を挿入することで、同様の計測が可能である。この場合はボーリングが不要となる。なお、３２０は掘削部３１０を支持する内ロッド、３３０はプローブを支持する外ロッドである。
また、図３（Ｄ）に示すように、同様なプローブ１０１を深度方向に複数つければ、複数深度の同時計測が可能となる。
【符号の説明】
【００３３】
３ 水
１０ ボーリング孔（試験孔）
１１ 孔壁地盤
１００ 土圧係数計測装置
１０１ プローブ
１０５ 圧力調整部
１０６ 間隙水圧計
１１０ コンピュータ
２００ プローブ
２０１ 中間セル（土圧計測セル）
２０２ 上部載荷セル
２０２ 下部載荷セル
Ｋ０ 静止土圧係数
Ｐ プローブ内の水平方向圧力
Ｐｗ 地盤の静水圧
ｕｍａｘ 間隙水圧最大値
σ１ 鉛直方向応力
σ３ 水平方向応力
σ１′ 有効鉛直方向応力
σ３′ 有効水平方向応力
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に掘削した試験孔の計測対象深度の孔壁に、プローブを通して水平方向に載荷圧力を徐々に増大させながら、載荷圧力と発生する間隙水圧の変化を同時に計測して、間隙水圧が最大に落ち着いた時点の間隙水圧の値を、静止土圧係数の基礎データとなる鉛直方向の全応力とすることを特徴とする地盤の静止土圧係数の計測方法。
【請求項２】
鉛直方向の全応力（σ１）から計測深度の静水圧（ｕ）を引いた値を、計測深度の有効鉛直方向応力（σ１′）とする請求項１に記載の地盤の静止土圧係数の計測方法。
【請求項３】
地盤に掘削した試験孔の計測対象深度の孔壁に、プローブを通して水平方向に載荷圧力を徐々に増大させながら、載荷圧力と発生する間隙水圧の変化を同時に計測して、間隙水圧が最大に落ち着いた時点計測での載荷圧力に基づいて静止土圧係数の基礎データとなる水平方向の全応力を求めることを特徴とする地盤の静止土圧係数の計測方法。
【請求項４】
プローブ内の液圧から載荷前のプローブ内の液圧を引いた液圧がプローブの内側から孔壁に向けて押し付ける圧力であり、この圧力から更にプローブを押し広げるのに必要な抵抗力を引いた圧力が孔壁地盤に伝わる載荷圧力で、この載荷圧力を水平方向応力（σ３）とする請求項３に記載の地盤の静止土圧係数の計測方法。
【請求項５】
プローブがゴムで構成される場合、プローブを押し広げるのに必要な抵抗力はプローブを構成するゴムの張力である請求項４に記載の地盤の静止土圧係数の計測方法。
【請求項６】
間隙水圧が最大に落ち着いた時点での水平方向応力を一定にしたまま、間隙水圧の消散を待って、静水圧状態に落ち着いた時の水平方向応力を有効水平方向応力（σ３′）とする請求項３に記載の地盤の静止土圧係数の計測方法。
【請求項７】
計測深度が地下水位以浅では、請求項１に記載の方法により計測された鉛直方向の全応力（σ１）と、請求項３に記載の計測方法により計測された水平方向応力（σ３）から静止土圧係数Ｋ０を求める地盤の静止土圧係数の計測方法。
【請求項８】
計測深度が地下水位以下では、請求項２に記載の方法により計測された静止土圧状態の有効鉛直方向応力（σ１′）と、請求項６に記載の方法により計測された有効水平方向応力（σ３′）を用いて、静止土圧係数Ｋ０を求めることを特徴とする地盤の静止土圧係数の計測方法。
【請求項９】
試験孔の計測対象深度の孔壁に水平方向に載荷する載荷手段と、水平方向載荷圧を徐々に変化させることが可能な圧力供給手段と、載荷手段に設けられ載荷される孔壁地盤の間隙水圧を計測可能な間隙水圧計と、前記載荷手段による水平方向載荷圧を徐々に増大させて間隙水圧の変化を計測し、間隙水圧が最大に落ち着いた時点の間隙水圧の値を求める解析手段と、を備えたことを特徴とする地盤の静止土圧係数の計測装置。
【請求項１】
地盤に掘削した試験孔の計測対象深度の孔壁に、プローブを通して水平方向に載荷圧力を徐々に増大させながら、載荷圧力と発生する間隙水圧の変化を同時に計測して、間隙水圧が最大に落ち着いた時点の間隙水圧の値を、静止土圧係数の基礎データとなる鉛直方向の全応力とすることを特徴とする地盤の静止土圧係数の計測方法。
【請求項２】
鉛直方向の全応力（σ１）から計測深度の静水圧（ｕ）を引いた値を、計測深度の有効鉛直方向応力（σ１′）とする請求項１に記載の地盤の静止土圧係数の計測方法。
【請求項３】
地盤に掘削した試験孔の計測対象深度の孔壁に、プローブを通して水平方向に載荷圧力を徐々に増大させながら、載荷圧力と発生する間隙水圧の変化を同時に計測して、間隙水圧が最大に落ち着いた時点計測での載荷圧力に基づいて静止土圧係数の基礎データとなる水平方向の全応力を求めることを特徴とする地盤の静止土圧係数の計測方法。
【請求項４】
プローブ内の液圧から載荷前のプローブ内の液圧を引いた液圧がプローブの内側から孔壁に向けて押し付ける圧力であり、この圧力から更にプローブを押し広げるのに必要な抵抗力を引いた圧力が孔壁地盤に伝わる載荷圧力で、この載荷圧力を水平方向応力（σ３）とする請求項３に記載の地盤の静止土圧係数の計測方法。
【請求項５】
プローブがゴムで構成される場合、プローブを押し広げるのに必要な抵抗力はプローブを構成するゴムの張力である請求項４に記載の地盤の静止土圧係数の計測方法。
【請求項６】
間隙水圧が最大に落ち着いた時点での水平方向応力を一定にしたまま、間隙水圧の消散を待って、静水圧状態に落ち着いた時の水平方向応力を有効水平方向応力（σ３′）とする請求項３に記載の地盤の静止土圧係数の計測方法。
【請求項７】
計測深度が地下水位以浅では、請求項１に記載の方法により計測された鉛直方向の全応力（σ１）と、請求項３に記載の計測方法により計測された水平方向応力（σ３）から静止土圧係数Ｋ０を求める地盤の静止土圧係数の計測方法。
【請求項８】
計測深度が地下水位以下では、請求項２に記載の方法により計測された静止土圧状態の有効鉛直方向応力（σ１′）と、請求項６に記載の方法により計測された有効水平方向応力（σ３′）を用いて、静止土圧係数Ｋ０を求めることを特徴とする地盤の静止土圧係数の計測方法。
【請求項９】
試験孔の計測対象深度の孔壁に水平方向に載荷する載荷手段と、水平方向載荷圧を徐々に変化させることが可能な圧力供給手段と、載荷手段に設けられ載荷される孔壁地盤の間隙水圧を計測可能な間隙水圧計と、前記載荷手段による水平方向載荷圧を徐々に増大させて間隙水圧の変化を計測し、間隙水圧が最大に落ち着いた時点の間隙水圧の値を求める解析手段と、を備えたことを特徴とする地盤の静止土圧係数の計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１９６３５２（Ｐ２０１０−１９６３５２Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４２２０４（Ｐ２００９−４２２０４）
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（５０１２８４０４４）株式会社マスダ技建 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（５０１２８４０４４）株式会社マスダ技建 (2)
【Ｆターム（参考）】
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