岩盤強度評価方法


【課題】簡易且つ低コストに岩盤の強度を評価することのできる方法を提供する
【解決手段】岩盤の粘着力をＣ（ＭＰａ）、ボーリングコアの単位長さｋ（ｍ）あたりの亀裂本数をＮとしたとき、Ｃ＝５−０．３×（Ｎ／ｋ）の関係式に基づいて岩盤の粘着力Ｃを推定する。また、岩盤の内部摩擦角をφ（°）、ボーリングコアの単位長さｋ（ｍ）あたりの亀裂本数をＮとしたとき、φ＝６８−２×（Ｎ／ｋ）の関係式に基づいて岩盤の内部摩擦角φを推定する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、岩盤の強度、特に粘着力や内部摩擦角を評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
岩盤に構造物を構築する際には、岩盤の強度を評価する必要がある。例えば特許文献１には、図４に示すようなロックせん断試験装置１００を用いた岩盤の強度評価方法が示されている。
【０００３】
この試験法では、試掘横坑内の床面などの一部を直方体のブロック状に切り出し、その切り出し部分１０２の外面をカバーコンクリート１０４で整形して試験体１０３としている。試験体１０３の上面１０３ａは水平面となっており、また、４つの側面のうちの１つは傾斜面１０３ｂとなっている。
【０００４】
このロックせん断試験装置１００は、垂直荷重用ジャッキ１０５とせん断荷重用ジャッキ１０６を備えている。垂直荷重用ジャッキ１０５は鋼製支柱１０７によって支持されており、試験体１０３の上面１０３ａにその垂直方向から垂直荷重Ｐを載荷する。一方、せん断荷重用ジャッキ１０６は反力ブロック１０８によって支持されており、試験体１０３の傾斜面１０３ｂにその垂直方向からせん断荷重Ｔを載荷する。せん断荷重用ジャッキ１０６がせん断荷重Ｔを載荷する面が傾斜面１０３ｂとなっているので、せん断面の中心１０９に向けてせん断荷重Ｔを載荷することができると共に、せん断荷重Ｔの載荷によってせん断面に回転モーメントが発生するのを防止している。試験体１０３に荷重を加えた際の鉛直方向の変位を鉛直変位計１１０で測定すると共に、せん断方向の変位をせん断変位計１１１で測定する。
【０００５】
この試験では、まず垂直荷重用ジャッキ１０５で試験体１０３に所定の垂直荷重Ｐを与えてこれを一定に保ち、次にせん断荷重用ジャッキ１０６で試験体１０３にせん断荷重Ｔを与えてこれを徐々に増加させ、試験体１０３にせん断破壊を生じさせる。このときの垂直荷重Ｐとせん断荷重Ｔに基づいて岩盤のせん断強度特性が把握され、図５に示すようなせん断応力τと垂直応力σとの関係を示すグラフが得られる。このグラフにおける直線の切片を粘着力Ｃ（ＭＰａ）、直線の傾きを内部摩擦角φ（°）と言い、これらのパラメータから得られるグラフにより岩盤の強度を評価することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１４７６７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の評価方法によると、岩盤を切り出す作業に多大な労力と大掛かりな設備を必要とするため、作業の効率が悪い上、コストがかかる。また、上記のロックせん断試験装置１００は、垂直荷重用ジャッキ１０５を支持する鋼製支柱１０７を取付けるため、あるいは、せん断荷重用ジャッキ１０６を支持する反力ブロック１０８を取付けるために、試掘横坑内のような場所でないと設置することができず、岩盤評価を行える場所が限られてくる。
【０００８】
本発明の課題は、簡易且つ低コストに岩盤の強度を評価することのできる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
まず、本発明者らは、図４に示すロックせん断試験装置１００を用いて、場所が異なる複数箇所（本試験では１１箇所）における岩盤強度を評価し、各地点における岩盤の粘着力Ｃ（ＭＰａ）及び内部摩擦角φ（°）を求めた。
【００１０】
次に、上記の岩盤強度評価を行った各地点においてボーリングを行い、図１に示すようなボーリングコア１０を採取し、このボーリングコア１０の単位長さＬ当たりの亀裂１１の本数Ｎを目視により数えた。本試験では、ボーリングコア１０の単位長さＬを１ｍとした。この亀裂１１は、そのほとんどが岩盤に元々生じていたものであるが、ボーリングにより生じた亀裂も多少は含まれ、これらをまとめて数えるものとする。また、亀裂とは、ボーリングコアを分断するよう亀裂１１のことを言い、例えばボーリングコア１０の表面のひび１２等は含まない。図１に示す例では、亀裂１１の数Ｎ＝７となる。
【００１１】
上記のようにして得られたデータに基づいて、ボーリングコアの単位長さ当たりの亀裂本数Ｎと岩盤の強度との相関関係を検討した。図２は、各地点における粘着力Ｃとボーリングコア１ｍ当たりの亀裂本数Ｎとの関係を表すグラフであり、図３は、各地点における内部摩擦角φとボーリングコア単位長さ当たりの亀裂本数Ｎとの関係を表すグラフである。これらのグラフから分かるように、岩盤の粘着力Ｃあるいは内部摩擦角φは、ボーリングコアの単位長さ当たりの亀裂本数Ｎとの間に一定の相関関係を有する。従って、ボーリングコアの単位長さ当たりの亀裂本数Ｎを求めることにより、粘着力Ｃや内部摩擦角φを推定し、岩盤の強度を評価することができる。
【００１２】
以上より、本発明の岩盤強度評価方法は、岩盤から採取したボーリングコアの単位長さ当たりの亀裂本数を求め、その亀裂本数に基づいて岩盤の強度を評価することを特徴とする。
【００１３】
これによると、図４に示すロックせん断装置のような大掛かりな装置を使用することなく、ボーリングコアの亀裂本数を数えるだけで岩盤の強度評価を行うことができる。ボーリングは、岩盤の調査をする場合には必ず行われる作業であるため、本発明の強度評価試験を行うにあたり、別途の設備を要することはない。さらに、ボーリング装置は、従来のロックせん断試験装置と比べ、施行する場所に関して実施上の制約が少ないため、評価を得たい場所の強度をピンポイントで知ることができる。
【００１４】
図２に示すグラフより、岩盤の粘着力をＣ（ＭＰａ）とボーリングコアの単位長さｋ（ｍ）あたりの亀裂本数をＮとの間には、Ｃ＝５−０．３×（Ｎ／ｋ）の関係式が成り立つことが判明した。この関係式に基づいて岩盤の粘着力Ｃを推定することができる。また、図３に示すグラフより、岩盤の内部摩擦角をφ（°）とボーリングコアの単位長さｋ（ｍ）あたりの亀裂本数をＮとの間には、φ＝６８−２×（Ｎ／ｋ）の関係式が成り立つことが判明した。この関係式に基づいて岩盤の内部摩擦角φを推定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によると、簡易且つ低コストに岩盤の強度を評価することのできる方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
まず、岩盤の強度評価を行いたい地点でボーリングを行い、図１に示すようなボーリングコア１０を採取する。次に、ボーリングコア１０の単位長さ、例えば１ｍ当たりの亀裂本数Ｎを目視により数える。この亀裂本数Ｎを、ｋ＝１とした場合の上記の関係式（Ｃ＝５−０．３Ｎ、φ＝６８−２Ｎ）に代入することにより、その地点における岩盤の粘着力Ｃ及び内部摩擦角φを推定することができる。これにより、図４に示すような大掛かりな装置を用いることなく、各地点における垂直応力σとせん断応力τとの相関関係が得られ（図５参照）、岩盤の強度を評価することができる。
【００１８】
本発明の実施形態は上記に限られず、例えば、ボーリングコアの亀裂本数を数える単位長さを上記実施形態の２倍、３倍、・・・、あるいは、１／２倍、１／３倍、・・・、としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ボーリングコア１０を示す正面図である。
【図２】ボーリングコアの亀裂本数Ｎと岩盤の粘着力Ｃとの相関関係を示すグラフである。
【図３】ボーリングコアの亀裂本数Ｎと岩盤の内部摩擦角φとの相関関係を示すグラフである。
【図４】ロックせん断試験装置を示す正面図である。
【図５】ロックせん断試験により得られた垂直応力σとせん断応力τとの相関関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２０】
１０ ボーリングコア
１１ 亀裂
１２ ひび
１００ ロックせん断試験装置
Ｎ 亀裂本数
Ｃ 粘着力
φ 内部摩擦角
Ｐ 垂直荷重
Ｔ せん断荷重
σ 垂直応力
τ せん断応力

【特許請求の範囲】
【請求項１】
岩盤から採取したボーリングコアの単位長さ当たりの亀裂本数に基づいて、岩盤の強度を評価することを特徴とする岩盤強度評価方法。
【請求項２】
岩盤の粘着力をＣ（ＭＰａ）、ボーリングコアの単位長さｋ（ｍ）当たりの亀裂本数をＮとしたとき、
Ｃ＝５−０．３×（Ｎ／ｋ）
の関係式に基づいて岩盤の粘着力Ｃを推定することを特徴とする請求項１記載の岩盤強度評価方法。
【請求項３】
岩盤の内部摩擦角をφ（°）、ボーリングコアの単位長さｋ（ｍ）当たりの亀裂本数をＮとしたとき、
φ＝６８−２×（Ｎ／ｋ）
の関係式に基づいて岩盤の内部摩擦角φを推定することを特徴とする請求項１記載の岩盤強度評価方法。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【公開番号】特開２００８−２８１５３３（Ｐ２００８−２８１５３３Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
物理学 | 測定；試験 | 材料の化学的または物理的性質の決定による材料の調査または分析 | 機械的応力の負荷による固体材料の強さの調査
【出願番号】特願２００７−１２８３４０（Ｐ２００７−１２８３４０）
【出願日】平成１９年５月１４日（２００７．５．１４）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社
【Ｆターム（参考）】
機械的応力負荷による材料の強さの調査 | 試験片、材料 | 無機材料、セラミックス | 土壌、岩石
機械的応力負荷による材料の強さの調査 | 試験片、形状、構造及び部分、部品 | 柱状、棒状

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