弾性波探査用の横波発生装置
【課題】 弾性波探査用の横波発生装置を提供する。
【解決手段】 地盤に形成された探査用試錐孔に挿入される本体と、試錐孔壁に接近及び離隔する方向に沿って移動可能に本体に設けられて、試錐孔壁に密着されることによって本体を試錐孔壁に固定させる固定体と、本体を第１方向に打撃して振動を発生させる第１打撃体と、本体を第１方向と反対方向である第２方向に打撃して振動を発生させる第２打撃体と、を備え、第１打撃体と第２打撃体とは、順次に本体を打撃して横波を発生させることを特徴とする弾性波探査用の横波発生装置。
【解決手段】 地盤に形成された探査用試錐孔に挿入される本体と、試錐孔壁に接近及び離隔する方向に沿って移動可能に本体に設けられて、試錐孔壁に密着されることによって本体を試錐孔壁に固定させる固定体と、本体を第１方向に打撃して振動を発生させる第１打撃体と、本体を第１方向と反対方向である第２方向に打撃して振動を発生させる第２打撃体と、を備え、第１打撃体と第２打撃体とは、順次に本体を打撃して横波を発生させることを特徴とする弾性波探査用の横波発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波を利用して岩盤及び地盤調査を行う弾性波探査装置に係り、特に、横波を主要弾性波として発生させる横波発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤の剛性度計測など岩盤及び地盤を調べるための目的で弾性波探査が使われている。弾性波探査において、ダウンホール探査法とアップホール探査法とは一つの試錐孔を利用したものであって、特にダウンホール探査法は、試錐孔内に弾性波発生装置を挿入して試錐孔壁に衝撃を加えることによって弾性波を発生させ、地表面では地盤を通じて伝播された弾性波を、複数の受信機を利用して受信する方式で行われる。そして、クロスホール探査法では試錐孔を平行に二つ形成した後、一側の試錐孔には弾性波発生装置を挿入し、他の試錐孔には複数の受信機を挿入して弾性波を発信及び受信する。
【０００３】
前記のような弾性波探査で使われる弾性波は実体波であって、自然では縦波（Ｐ波）と横波（Ｓ波）とが存在する。縦波と横波とは互いに相反しつつも互いに補完関係にある。すなわち、縦波は粒子の振動方向が波の進行方向と同一であり、固体、液体、機体のあらゆる媒質で伝えられうる一方、横波は粒子の振動方向が波の進行方向と垂直であり、固体中のみで伝えられる。
【０００４】
一般的に岩盤、地盤の特性を把握するに当って、縦波を利用した探査が行われてきたが、これは、縦波が横波に比べて発生させやすく、伝播が容易であるためである。しかし、横波は岩石の色々な物性と相関度が高くて、縦波と共に横波を利用すれば、調査対象になる岩盤の性質と関連した多くの情報を得ることができる。例えば、せん断弾性率（ｓｈｅａｒ ｍｏｄｕｌｕｓ）、ポアソン比ヤング率及び縦波−横波速度比などの地盤についての情報を、弾性波探査を通じて獲得できる。
【０００５】
一方、せん断弾性率のような情報は、縦波と横波の速度を変数として活用するところ、弾性波探査で縦波と横波の速度を測定することが非常に重要な要素であるが、一般的に縦波の到達時間の判読は容易である一方、横波は、縦波以後に現れる地層の不均質体による反射波、回転波及びＰ−Ｓ変換波により識別されるため、到達時間の判読が非常に困難である。これに、横波を利用した弾性波探査では、試錐孔壁に衝撃を加える時に上方向に打撃した後、下方向に再び打撃して位相が正反対になる横波を順次に発生させる。受信機では順次に発生した信号をそれぞれ受信し、受信した二つの信号を重畳させることによって位相差発生地点をピッキングでき、これを通じて横波の到達時点を明確に判別できる。
【０００６】
従来の横波発生装置では、逆位相と弾性波を発生させるために、装置を試錐孔壁に固定させた後、人が直接打撃バーを装置に向けて自由落下させて下向き打撃を行い、上向き打撃は、打撃バーを縄に連結した後、装置の下部に配置させた状態で打撃バーを直接引き寄せて装置を打撃する方式で行われた。
【０００７】
これに上向き打撃と下向き打撃とを同じ条件で行えないので、周波数と振幅が同一であり、位相のみ正反対である弾性波が発生せず、横波の初動抜すいに限界があった。また、打撃バーが縄に連結されていて縄と試錐孔壁との間に摩擦音が多く発生して、信号対ノイズ比を顕著に落とす問題点があった。
【０００８】
また、従来のように縄に連結された打撃バーを人が直接打撃する方式は、試錐孔が垂直に形成された場合のみに使用可能であり、試錐孔が横方向に形成された場合、使用が不可能であるという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は前記の問題点を解決するためのものであり、横波の初動抜すいを精密かつ容易に行え、試錐孔の形成方向に関係なく容易に使用できるように構造が改善された弾性波探査用の横波発生装置を提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するための本発明による横波発生装置は、地盤に形成された探査用試錐孔に挿入される本体と、前記試錐孔壁への接近及び離隔方向に沿って移動可能に前記本体に設けられて、前記試錐孔壁に密着されることによって前記本体を前記試錐孔壁に固定させる固定体と、前記本体を第１方向に打撃して振動を発生させる第１打撃体と、前記本体を前記第１方向と反対方向である第２方向に打撃して振動を発生させる第２打撃体と、を備え、前記第１打撃体と第２打撃体とは、順次に前記本体を打撃して横波を発生させることを特徴とする。
【００１１】
また本発明によれば、付勢前記第１方向に沿って前記第１打撃体に対して接近及び離隔自在に設けられる第１移動板と、前記第１打撃体と第１移動板との間に配され、前記第１打撃体と第１移動板とが相互接近時に圧縮されて前記第１打撃体を前記第１方向に付勢する第１バネと、前記第２方向に沿って前記第２打撃体に対して接近及び離隔自在に設けられる第２移動板と、前記第２打撃体と第２移動板との間に配され、前記第２打撃体と第２移動板とが相互接近時に圧縮されて前記第２打撃体を前記第２方向に付勢する第２バネと、をさらに備えることが望ましく、前記第１バネと第２バネとは、バネ定数が同一であり、前記第１バネと第２バネとが圧縮された後、前記第１打撃体及び第２打撃体に加える力は同じであることがさらに望ましい。
【００１２】
また本発明によれば、前記第１打撃体と第２打撃体との間に配されるシリンダーと、前記シリンダーに往復動自在に設けられ、一端と他端とがそれぞれ前記第１移動板及び第２移動板に結合されるピストンをさらに備え、前記第１バネ及び第２バネは、前記ピストンの一側と他側とにそれぞれ挟み込まれて設けられ、前記シリンダーの作動によって前記第１移動板が前記本体に接近及び離隔する時、前記第２移動板は前記第１移動板とは逆に前記本体に離隔及び接近することがさらに望ましい。
【００１３】
また本発明によれば、前記第１打撃体と第２打撃体との各端部にそれぞれ結合される第１フック及び第２フックと、前記第１フック及び第２フックに係止及び係止解除自在に、前記第１移動板及び第２移動板の端部にそれぞれ設けられる第１係止爪及び第２係止爪をさらに備えることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による弾性波探査用の横波発生装置は、上向き打撃と下向き打撃とを同じ力で行って、上向き打撃と下向き打撃によって発生する横波に類似した範囲で振幅と振動数などを持たせることによって、対比する二つの横波を利用して横波の到達時間を容易に測定でき、これを通じて横波の媒質内の伝達速度を正確に測定できるという長所がある。
【００１５】
また、本発明による弾性波探査用の横波発生装置は、坑道の形成方向が垂直な場合はもとより水平な場合にも容易に適用できるという長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の望ましい実施形態による弾性波探査用の横波発生装置の概略的な斜視図である。
【図２】図１に図示された弾性波探査用の横波発生装置の概略的な分離斜視図である。
【図３】図２のIII−III線の概略的な断面図である。
【図４】図２のIV−IV線の概略的な断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による弾性波探査用の横波発生装置の一連の動作過程を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態による弾性波探査用の横波発生装置の一連の動作過程を説明するための図である。
【図７】本発明の一実施形態による弾性波探査用の横波発生装置の一連の動作過程を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態による弾性波探査用の横波発生装置の一連の動作過程を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施形態による弾性波探査用の横波発生装置の一連の動作過程を説明するための図である。
【図１０】本発明の一実施形態による弾性波探査用の横波発生装置の一連の動作過程を説明するための図である。
【図１１】アップホール探査法で本発明の一実施形態による弾性波探査用の横波発生装置が設けられた状態を示す図である。
【図１２】図１１に設けられた弾性波探査用の横波発生装置を通じて取得した弾性波受信信号を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態による弾性波探査用の横波発生装置についてさらに詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の望ましい実施形態による弾性波探査用の横波発生装置の概略的な斜視図であり、図２は、図１に図示された弾性波探査用の横波発生装置の概略的な分離斜視図であり、図３は、図２のIII−III線の概略的な断面図であり、図４は、図２のIVV−IVV線の概略的な断面図であり、図１１は、アップホール探査法において、本発明の一実施形態による弾性波探査用の横波発生装置が設けられた状態を示す図である。
【００１９】
本発明による弾性波探査用の横波発生装置は、岩盤及び地盤調査に使われるものであって、アップホール探査法、ダウンホール探査法及びクロスホール探査法などにいずれも適用でき、横波を主要弾性波として使用する探査法はもとより、縦波と横波とを共に利用する探査法にも適用できる。
【００２０】
図１ないし図４及び図１１を調べれば、本発明の望ましい実施形態による弾性波探査用の横波発生装置１００は、本体１０、固定体２０、第１打撃体３０及び第２打撃体４０を備える。
【００２１】
本体１０は、円筒状に形成されて調査対象になる地盤に形成された試錐孔ｈに挿入される。一般的に弾性波探査に使われる試錐孔の直径は７５mmほどであるので、本実施形態で本体１０の直径は、概ね５０mm内外に製造される。また本体１０は、後述する第１打撃体３０及び第２打撃体４０によってその上面及び下面が打撃されるところ、剛性の強い金属素材からなる。
【００２２】
一方、本体１０は、半径方向に沿って二部分に分けられ、一部には、後述する固定体２０及び固定体２０を駆動させるための装着シリンダー２１が装着され、他の一部には、それ自体が後述する打撃シリンダーとして機能する部分であって、流体が充填される空間部１１が形成されている。
【００２３】
また本体１０の上部には、金属素材の４個の上部ガードフレーム１２、１３、１４、１５が形成される。上部ガードフレーム１２ないし１５は、垂直に配されて後述する第１移動板５４の移動をガイドする機能を行いつつ、パイプ形状になって流体の移送通路としても機能する。すなわち、ガードフレーム１２ないし１５のうち２つ（１２、１３）は、後述する装着シリンダー２１を駆動させるための油圧ライン１１２、１１３と連結され、残りの２つ（１４、１５）は、後述する打撃シリンダーを駆動させるための油圧ライン１１４、１１５と連結される。油圧ライン１１２ないし１１５は、試錐孔ｈの外部の油圧装置と連結されて流体を流出・流入させる。
【００２４】
そして、本体１０の下部にも、上部ガードフレーム１２ないし１５と同様に下部ガードフレーム１６、１７、１８、１９が形成される。下部ガードフレーム１６ないし１８は、後述する第２移動板５５の直進往復動をガイドする作用のみを行い、上部ガードフレームのように流体の移送通路として機能するのではない。
【００２５】
固定体２０は、本体１０を試錐孔壁ｗに固定させるためのものであって、本体１０に設けられる。固定体２０は、一定厚さの板状に本体１０の長手方向に沿って長く形成され、試錐孔壁ｗと接触する外側面には、試錐孔壁ｗとの摩擦を高めるために表面にデコボコな凹凸部２１が形成されている。
【００２６】
固定体２０は、本体１０に挿入される基本位置と、本体１０から突出して試錐孔壁ｗに接近及び密着される固定位置との間で、本体１０の半径方向に沿って移動可能である。
【００２７】
固定体２０を移動させるために、本体１０の内側一部には３個の装着シリンダー２２、２３、２４が設けられる。装着シリンダー２２ないし２４は、本体１０の長手方向に沿って互いに離隔して配され、各装着シリンダー２２ないし２４に対して往復動する各ピストン２２ａ、２３ａ、２４ａは、固定体２０の背面にねじによって結合されている。
【００２８】
参照番号１１２で表示された油圧ライン１１２及びガードフレーム１２を通じて流入された流体は、本体１０の内部で分岐されて各装着シリンダー２２ないし２４の流入ポート（図示せず）に連結され、参照番号１１３で表示された油圧ライン１１３は、分岐されて各装着シリンダー２２ないし２４の排出ポート（図示せず）に連結される。装着シリンダー２２ないし２４への油圧の印加及び解除によって、ピストン２２ａないし２４ａが固定体２０を基本位置と固定位置との間で往復動させる。図１１に示したように、固定位置では、固定体２０と本体１０とはそれぞれ試錐孔壁ｗの一側と他側とにそれぞれ密着されることによって、本体１０が試錐孔壁ｗに固定される。未説目の参照番号２５、２６は、固定体２０の往復動をガイドするガイドレールである。
【００２９】
第１打撃体３０及び第２打撃体４０は、本体１０を打撃してその応力が試錐孔壁ｗに伝達されることによって弾性波を発生させるものである。打撃方向が試錐孔ｈの半径方向ではなく試錐孔ｈの長手方向に形成されるので、打撃によって発生する弾性波は縦波に比べて横波が優勢である。すなわち、縦波は、波の進行方向と波の振動方向とが同一であり、横波は、波の進行方向と振動方向とが垂直に形成される。衝撃方向が試錐孔ｈの半径方向に形成されるならば、縦波が優勢に発生するが、本実施形態のように打撃方向が試錐孔ｈの長手方向に形成されれば、弾性波の伝播方向と振動方向とが垂直に形成されて横波が優勢に発生する。
【００３０】
第１打撃体３０と第２打撃体とは、それぞれ本体１０の上部と下部とに配されてそれぞれ第１方向と第２方向とに沿って本体１０を打撃する。ここで、第１方向と第２方向とは正反対の方向であって、本実施形態で第１打撃体３０は、垂直下方に本体１０を打撃し、第２打撃体４０は、垂直上方に本体１０を打撃する。このように第１打撃体３０と第２打撃体４０とが正反対の方向に本体１０を打撃する理由は、第１打撃体３０によって発生する第１横波と、第２打撃体４０によって発生する第２横波との位相差を正反対（１８０゜）にして、横波の到達時点を精密に測定するためであるが、詳細な説明は後述する。
【００３１】
一方、第１打撃体３０と第２打撃体４０とは順次に本体１０を打撃するが、第１、２打撃体３０の駆動メカニズムについて説明する。
【００３２】
前記のように、本体１０は、第１打撃体３０と第２打撃体４０とを駆動するための打撃シリンダーとして機能する。すなわち、本体１０の内部には流体が充填される空間部１１が形成され、分離膜５１は、空間部１１に配されて空間部１１を２個の部分に分離する。ただし、分離膜５１は油圧の印加及び解除によって空間部１１内で位置移動可能であるので、相互分離された部分の体積は変更される。空間部１１の各端部には、流体が出入りする出入りポート（図示せず）が形成されており、流体の移動通路として作用するガードフレーム１４、１５は、それぞれ出入りポート（図示せず）に連結されて、油圧の印加及び解除によって空間部１１に流体を注入及び排出させる。
【００３３】
すなわち、分離膜５１の一側に流体が注入されれば、分離膜５１は他側に移動し、逆に分離膜５１の他側に流体が注入されれば、分離膜５１は一側に移動するように構成される。
【００３４】
分離膜５１の両側には、それぞれ１対の第１ピストン５２と第２ピストン５３とが結合される。第１及び第２ピストン５２、５３は分離膜５１に固定されているので、分離膜５１の移動時に垂直の方向に沿って共に往復動する。
【００３５】
また第１ピストン５２の端部には第１移動板５４が結合され、第２ピストン５３の端部には第２移動板５５が結合されて、第１ピストン５２と第２ピストン５３の移動時に共に垂直の方向に沿って往復動する。
【００３６】
一方、第１打撃体３０は、第１ピストン５２に挟み込まれて第１移動板５４と本体１０の上部との間で垂直の方向に沿って移動可能であり、第２打撃体４０は、第２ピストン５３に挟み込まれて第２移動板５５と本体１０の下部との間で垂直の方向に沿って移動可能である。
【００３７】
また、第１打撃体３０と第２打撃体４０との各端部には、鉤状に形成された第１フック５６と第２フック５７とが設けられる。そして、図５を参照すれば、第１移動板５４と第２移動板５５とには、それぞれ第１フック５６と第２フック５７とに係止及び係止解除自在に鉤状に形成された第１係止爪５８、５９が設けられる。特に、第１係止爪５８及び第２係止爪５９は、各回動ポイントａ、ｂを中心に回転自在に設けられる。
【００３８】
第１打撃体３０と第１移動板５４との間及び、第２打撃体４０と第２移動板５５との間には、それぞれ１対の第１バネ３５及び１対の第２バネ４５が設けられる。１対の第１バネ３５と１対の第２バネ４５とは、それぞれ第１ピストン５２及び第２ピストン５３に挟み込まれる。打撃シリンダーに油圧が印加されて、第１移動板５４と第１打撃体３０または第２移動板５５と第２打撃体４０が相互接近すれば、第１バネ３５または第２バネ４５が圧縮され、圧縮された第１バネ３５と第２バネ４５とは、それぞれ第１打撃体３０と第２打撃体４０とを本体１０側に付勢する。第１バネ３５と第２バネ４５とは同じ長さを持ち、かつバネ定数も同一であるので、第１バネ３５と第２バネ４５とが最大圧縮された状態で、それぞれ第１打撃体３０と第２打撃体４０とを付勢する力は同一である。
【００３９】
一方、第１移動板５４の上部と第２移動板５５の下部とには、それぞれ第１押圧板６２と第２押圧板６３とが配される。第１押圧板６２は、上部ガードフレーム１２ないし１５に挟み込まれて固定され、第２押圧板６３は、下部ガードフレーム１６ないし１９に挟み込まれて固定される。第１押圧板６２の下面及び第２押圧板６３の上面にはそれぞれ第１突出部６４及び第２突出部６５が形成されている。これに第１移動板５４が第１押圧板６２に接近すれば、第１移動板５４に回転自在に設けられた第１係止爪５８の端部が第１突出部６４に接触して第１係止爪５８は回転し、同様に、第２移動板５５が第２押圧板６３に接近すれば、第２移動板５５に回転自在に設けられた第２係止爪５９の端部が第２突出部６５に接触して、第２係止爪５９も回転する。
【００４０】
第１係止爪５８と第２係止爪５９との内部にはバネ（図示せず）が設けられて、第１係止爪５８と第２係止爪５９とが、図５に示したような垂直の姿勢を維持するように付勢する。
【００４１】
以下、図５ないし図１０を参考にして、前記の構成で形成された弾性波探査用の横波発生装置１００の作動について詳細に説明する。
【００４２】
まず前記構成の弾性波探査用の横波発生装置１００を、図１１に示したように、垂直に形成された試錐孔ｈに設置する。すなわち、油圧ライン１１２ないし１１５に吊り下げられている本体１０を一定深さに試錐孔ｈに挿入させた後、装着シリンダー２２、２３、２４を作動させてピストン２３ａ、２４ａ、２５ａを突出させる。固定体２０と本体１０とは、装着シリンダー２２、２３、２４の作動によりそれぞれ試錐孔壁ｗに密着して、図１１のように試錐孔壁ｗに固定される。固定体２０の外側面に形成された凹凸部２１は、試錐孔壁ｗとの摩擦を高めて本体１０を試錐孔壁ｗに固く密着させる。
【００４３】
前記の状態で打撃シリンダーの分離膜５１は、図５に示したように打撃シリンダーの正中央に配されており、第１及び第２バネ３５、４５も完全に伸びた状態を維持している。
【００４４】
打撃シリンダーの分離膜５１の上部に油圧を印加すれば、分離膜５１は、図６に示したように下側に移動し、第１ピストン５２と第２ピストン５３とは分離膜５１に連動して垂直下方に移動する。第１移動板５４が下部に引き寄せられることによって、第１バネ３５は第１打撃体３０の上面と第１移動板５４の下面との間で圧縮される。しかし、第２バネ４５は、第２打撃体４０の自重のみによって押圧されるだけであり、打撃シリンダーによって圧縮されるものではない。
【００４５】
また第１移動板５４が下部に接近すれば、第１移動板５４の第１係止爪５８と第１打撃体３０の第１フック５６とが互いに接触し、第１係止爪５８は回転しつつ図６に示したように、第１係止爪５８と第１フック５６とは互いに係止される。
【００４６】
図６のような状態で、打撃シリンダーの分離膜５１の下部に油圧を印加すれば、分離膜５１は図７のように上部に移動し、第１係止爪５８と第１フック５６とが係止されているので、第１打撃体３０も第１ピストン５２上で共に上部に移動する。前記のように、第１係止爪５８の内部にはバネ（図示せず）が設けられて、第１係止爪５８が第１フック５６との連結を維持する方向に付勢しているので、フック連結が解除される方向に回転することを防止するところ、フック連結が固く維持されうる。第１打撃体３０と第１移動板５４との間隔がそのまま維持されるところ、圧縮されている第１バネ３５は圧縮された状態をそのまま維持する。
【００４７】
しかし、第１移動板５４が上昇し続けて第１押圧板６２まで移動すれば、第１係止爪５８の端部が第１押圧板６２の第１突出部６４に接触して回転することによって、図７に示したように、第１係止爪５８と第１フック５６との間のフック連結が解除される。また図７の状態では、第２移動板５５が上部に引き寄せられつつ第２バネ４５は圧縮され、第２係止爪５９と第２フック５７とは互いにフック連結され、第２係止爪５９の内部に設けられたバネ（図示せず）は、フック連結が解除される方向に第２係止爪５９が回転することを防止して、フック連結が固く維持されうる。
【００４８】
図７のようにフック連結が解除されれば、第１打撃体３０を垂直下方に付勢していた第１バネ３５は、第１打撃体３０を下側に押し出し、第１打撃体３０は、図８に示したように本体１０の上面を打撃する。第１打撃体３０によって打撃された本体１０は、試錐孔壁ｗと摩擦すれば、これを通じて横波が発生し、横波は地盤を通じて伝えられる。
【００４９】
一方、第１打撃体３０が本体１０を打撃する時には第１及び第２ピストン５２、５３の位置移動がないところ、第２打撃体４０と第２バネ４５とは図７の状態をそのまま維持している。
【００５０】
図８の状態のように第１打撃体３０による下向き打撃が終了すれば、打撃シリンダーを再び作動して分離膜５１を図９のように下部に移動させる。第２移動板５５は第２押圧板６３まで移動し、第２移動板５５の第２係止爪５９は、第２押圧板６３の第２突出部６５に押さえられて回転することによって、第２係止爪５９と第２フック５７との係止は解除される。この時、第１打撃体３０の第１フック５６と第１係止爪５８とは再びフック連結される。
【００５１】
一方、図９のように第２フック５７と第２係止爪５９との係止が解除される瞬間、圧縮されていた第２バネ４５は第２打撃体４０を上方に押し出すことによって、第２打撃体４０は、図１０に示したように本体１０の下面を打撃する。第２打撃体４０によって打撃された本体１０は、固定体２０と共に試錐孔壁ｗを振動させることによって横波を発生させる。
【００５２】
第２打撃体４０による打撃は、第１打撃体３０の打撃方向と正反対方向に行われるところ、第１打撃体３０によって発生した横波と第２打撃体４０によって発生した横波とは、１８０゜の位相差を持つ。しかし、第１バネ３５の圧縮力と第２バネ４５の圧縮力とは完全に同じところ、第１打撃体３０と第２打撃体４０とによって発生した横波は、振幅、振動数などの物理的大きさにおいては完全に同一であり、位相のみ正反対に形成される。
【００５３】
図１２は、図１１に設けられた弾性波探査用の横波発生装置を通じて実際に取得した弾性波受信信号を示すグラフである。本実施形態による弾性波探査用の横波発生装置１００では横波が優勢に発生するが、縦波も一部発生する。受信機では速度が速い縦波が先ず受信され、以後に横波が受信される。
【００５４】
横波は、縦波以後に現れる地層の不均質体による反射波、回転波及びＰ−Ｓ変換波により識別されるため、到達時間の判読が非常に困難である。受信機では順次に入る信号をそれぞれ受信し、受信された信号が、位相のみ反対であって振幅と振動数などが一致するか、または類似していれば、受信した二つの信号を重畳させることによって位相差発生地点をピッキングでき、これを通じて横波の到達時点を明確に判別できる。
【００５５】
本発明では同じバネ定数を持っている第１バネ３５と第２バネ４５とが、同じ力で第１打撃体３０と第２打撃体４０とを本体１０側に押し出すので、第１打撃体３０と第２打撃体４０とによって発生する横波の振幅、振動数は同一である。しかし、図１２に示したように、第１打撃体３０と第２打撃体４０とにより発生した横波が互いに同一であるというのは、横波が同じ振幅、振動数などを持って互いに完全に対称になることを意味するものではなく、対比する二つの横波が互いに類似した振幅と振動数とを持ちながら位相が反対になる場合も含む。
【００５６】
例えば、同じ第１バネ３５と第２バネ４５とが同じバネ定数を持っている場合であっても、試錐孔ｈが垂直に形成された場合、上向き打撃をする第２バネ４５は第２打撃体４０の自重を支える力が消耗されるところ、さらに詳細にいえば、下向き打撃をする第１バネ３５に比べて第２打撃体４０を押し出す力が小さいしかないので、発生する横波のプロファイルも若干変わりうる。しかし、対比する横波間の若干の差は、当業者ならば十分に認識できる。重要なのは、類似したエネルギーとプロファイルを持ちながら位相が正反対である二つの横波が時間差をおいて受信されれば、これらを通じて横波が媒質を伝播した速度を正確に測定できるということである。
【００５７】
従来には位相車が正反対である横波を発生させるために、作業者が直接打撃体を自由落下させて下向き打撃を行い、打撃体を縄に吊って引き寄せることで上向き打撃を行うことによって、上向き打撃と下向き打撃とのエネルギー大きさの精度などが全く担保されていない。また、打撃体を縄に吊って使用するので、縄と試錐孔壁ｗとが摩擦されて信号対ノイズ比が非常に落ちた。これにより、上向き打撃と下向き打撃とを時間差をおいて行っても、これらによって発生した横波を正確に抜すいできないので、横波の伝播速度を精密に測定できなかった。
【００５８】
しかし、本発明では上向き打撃と下向き打撃とを行う過程が、シリンダーとバネなどの機械的手段によって行われ、これらの機械的手段は打撃エネルギーなどを正確に制御できるので、上向き打撃と下向き打撃とにより発生する横波のエネルギー、振動数などを一定範囲内で一致させることができ、これを通じて横波の伝達速度を容易かつ精密に測定できるようになった。
【００５９】
本発明は、添付した図面に図示された一実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の保護範囲は特許請求の範囲のみによって定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、弾性波探査装置関連の技術分野に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００６１】
１００ 弾性波探査用の横波発生装置
１０ 本体
２０ 固定体
２２、２３、２４ 装着シリンダー
３０ 第１打撃体
３５ 第１バネ
４０ 第２打撃体
４５ 第２バネ
５１ 分離膜
５２ 第１ピストン
５３ 第２ピストン
５４ 第１移動板
５５ 第２移動板
６２ 第１押圧板
６３ 第２押圧板
ｈ 試錐孔
ｗ 試錐孔壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波を利用して岩盤及び地盤調査を行う弾性波探査装置に係り、特に、横波を主要弾性波として発生させる横波発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤の剛性度計測など岩盤及び地盤を調べるための目的で弾性波探査が使われている。弾性波探査において、ダウンホール探査法とアップホール探査法とは一つの試錐孔を利用したものであって、特にダウンホール探査法は、試錐孔内に弾性波発生装置を挿入して試錐孔壁に衝撃を加えることによって弾性波を発生させ、地表面では地盤を通じて伝播された弾性波を、複数の受信機を利用して受信する方式で行われる。そして、クロスホール探査法では試錐孔を平行に二つ形成した後、一側の試錐孔には弾性波発生装置を挿入し、他の試錐孔には複数の受信機を挿入して弾性波を発信及び受信する。
【０００３】
前記のような弾性波探査で使われる弾性波は実体波であって、自然では縦波（Ｐ波）と横波（Ｓ波）とが存在する。縦波と横波とは互いに相反しつつも互いに補完関係にある。すなわち、縦波は粒子の振動方向が波の進行方向と同一であり、固体、液体、機体のあらゆる媒質で伝えられうる一方、横波は粒子の振動方向が波の進行方向と垂直であり、固体中のみで伝えられる。
【０００４】
一般的に岩盤、地盤の特性を把握するに当って、縦波を利用した探査が行われてきたが、これは、縦波が横波に比べて発生させやすく、伝播が容易であるためである。しかし、横波は岩石の色々な物性と相関度が高くて、縦波と共に横波を利用すれば、調査対象になる岩盤の性質と関連した多くの情報を得ることができる。例えば、せん断弾性率（ｓｈｅａｒ ｍｏｄｕｌｕｓ）、ポアソン比ヤング率及び縦波−横波速度比などの地盤についての情報を、弾性波探査を通じて獲得できる。
【０００５】
一方、せん断弾性率のような情報は、縦波と横波の速度を変数として活用するところ、弾性波探査で縦波と横波の速度を測定することが非常に重要な要素であるが、一般的に縦波の到達時間の判読は容易である一方、横波は、縦波以後に現れる地層の不均質体による反射波、回転波及びＰ−Ｓ変換波により識別されるため、到達時間の判読が非常に困難である。これに、横波を利用した弾性波探査では、試錐孔壁に衝撃を加える時に上方向に打撃した後、下方向に再び打撃して位相が正反対になる横波を順次に発生させる。受信機では順次に発生した信号をそれぞれ受信し、受信した二つの信号を重畳させることによって位相差発生地点をピッキングでき、これを通じて横波の到達時点を明確に判別できる。
【０００６】
従来の横波発生装置では、逆位相と弾性波を発生させるために、装置を試錐孔壁に固定させた後、人が直接打撃バーを装置に向けて自由落下させて下向き打撃を行い、上向き打撃は、打撃バーを縄に連結した後、装置の下部に配置させた状態で打撃バーを直接引き寄せて装置を打撃する方式で行われた。
【０００７】
これに上向き打撃と下向き打撃とを同じ条件で行えないので、周波数と振幅が同一であり、位相のみ正反対である弾性波が発生せず、横波の初動抜すいに限界があった。また、打撃バーが縄に連結されていて縄と試錐孔壁との間に摩擦音が多く発生して、信号対ノイズ比を顕著に落とす問題点があった。
【０００８】
また、従来のように縄に連結された打撃バーを人が直接打撃する方式は、試錐孔が垂直に形成された場合のみに使用可能であり、試錐孔が横方向に形成された場合、使用が不可能であるという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は前記の問題点を解決するためのものであり、横波の初動抜すいを精密かつ容易に行え、試錐孔の形成方向に関係なく容易に使用できるように構造が改善された弾性波探査用の横波発生装置を提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するための本発明による横波発生装置は、地盤に形成された探査用試錐孔に挿入される本体と、前記試錐孔壁への接近及び離隔方向に沿って移動可能に前記本体に設けられて、前記試錐孔壁に密着されることによって前記本体を前記試錐孔壁に固定させる固定体と、前記本体を第１方向に打撃して振動を発生させる第１打撃体と、前記本体を前記第１方向と反対方向である第２方向に打撃して振動を発生させる第２打撃体と、を備え、前記第１打撃体と第２打撃体とは、順次に前記本体を打撃して横波を発生させることを特徴とする。
【００１１】
また本発明によれば、付勢前記第１方向に沿って前記第１打撃体に対して接近及び離隔自在に設けられる第１移動板と、前記第１打撃体と第１移動板との間に配され、前記第１打撃体と第１移動板とが相互接近時に圧縮されて前記第１打撃体を前記第１方向に付勢する第１バネと、前記第２方向に沿って前記第２打撃体に対して接近及び離隔自在に設けられる第２移動板と、前記第２打撃体と第２移動板との間に配され、前記第２打撃体と第２移動板とが相互接近時に圧縮されて前記第２打撃体を前記第２方向に付勢する第２バネと、をさらに備えることが望ましく、前記第１バネと第２バネとは、バネ定数が同一であり、前記第１バネと第２バネとが圧縮された後、前記第１打撃体及び第２打撃体に加える力は同じであることがさらに望ましい。
【００１２】
また本発明によれば、前記第１打撃体と第２打撃体との間に配されるシリンダーと、前記シリンダーに往復動自在に設けられ、一端と他端とがそれぞれ前記第１移動板及び第２移動板に結合されるピストンをさらに備え、前記第１バネ及び第２バネは、前記ピストンの一側と他側とにそれぞれ挟み込まれて設けられ、前記シリンダーの作動によって前記第１移動板が前記本体に接近及び離隔する時、前記第２移動板は前記第１移動板とは逆に前記本体に離隔及び接近することがさらに望ましい。
【００１３】
また本発明によれば、前記第１打撃体と第２打撃体との各端部にそれぞれ結合される第１フック及び第２フックと、前記第１フック及び第２フックに係止及び係止解除自在に、前記第１移動板及び第２移動板の端部にそれぞれ設けられる第１係止爪及び第２係止爪をさらに備えることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による弾性波探査用の横波発生装置は、上向き打撃と下向き打撃とを同じ力で行って、上向き打撃と下向き打撃によって発生する横波に類似した範囲で振幅と振動数などを持たせることによって、対比する二つの横波を利用して横波の到達時間を容易に測定でき、これを通じて横波の媒質内の伝達速度を正確に測定できるという長所がある。
【００１５】
また、本発明による弾性波探査用の横波発生装置は、坑道の形成方向が垂直な場合はもとより水平な場合にも容易に適用できるという長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の望ましい実施形態による弾性波探査用の横波発生装置の概略的な斜視図である。
【図２】図１に図示された弾性波探査用の横波発生装置の概略的な分離斜視図である。
【図３】図２のIII−III線の概略的な断面図である。
【図４】図２のIV−IV線の概略的な断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による弾性波探査用の横波発生装置の一連の動作過程を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態による弾性波探査用の横波発生装置の一連の動作過程を説明するための図である。
【図７】本発明の一実施形態による弾性波探査用の横波発生装置の一連の動作過程を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態による弾性波探査用の横波発生装置の一連の動作過程を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施形態による弾性波探査用の横波発生装置の一連の動作過程を説明するための図である。
【図１０】本発明の一実施形態による弾性波探査用の横波発生装置の一連の動作過程を説明するための図である。
【図１１】アップホール探査法で本発明の一実施形態による弾性波探査用の横波発生装置が設けられた状態を示す図である。
【図１２】図１１に設けられた弾性波探査用の横波発生装置を通じて取得した弾性波受信信号を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態による弾性波探査用の横波発生装置についてさらに詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の望ましい実施形態による弾性波探査用の横波発生装置の概略的な斜視図であり、図２は、図１に図示された弾性波探査用の横波発生装置の概略的な分離斜視図であり、図３は、図２のIII−III線の概略的な断面図であり、図４は、図２のIVV−IVV線の概略的な断面図であり、図１１は、アップホール探査法において、本発明の一実施形態による弾性波探査用の横波発生装置が設けられた状態を示す図である。
【００１９】
本発明による弾性波探査用の横波発生装置は、岩盤及び地盤調査に使われるものであって、アップホール探査法、ダウンホール探査法及びクロスホール探査法などにいずれも適用でき、横波を主要弾性波として使用する探査法はもとより、縦波と横波とを共に利用する探査法にも適用できる。
【００２０】
図１ないし図４及び図１１を調べれば、本発明の望ましい実施形態による弾性波探査用の横波発生装置１００は、本体１０、固定体２０、第１打撃体３０及び第２打撃体４０を備える。
【００２１】
本体１０は、円筒状に形成されて調査対象になる地盤に形成された試錐孔ｈに挿入される。一般的に弾性波探査に使われる試錐孔の直径は７５mmほどであるので、本実施形態で本体１０の直径は、概ね５０mm内外に製造される。また本体１０は、後述する第１打撃体３０及び第２打撃体４０によってその上面及び下面が打撃されるところ、剛性の強い金属素材からなる。
【００２２】
一方、本体１０は、半径方向に沿って二部分に分けられ、一部には、後述する固定体２０及び固定体２０を駆動させるための装着シリンダー２１が装着され、他の一部には、それ自体が後述する打撃シリンダーとして機能する部分であって、流体が充填される空間部１１が形成されている。
【００２３】
また本体１０の上部には、金属素材の４個の上部ガードフレーム１２、１３、１４、１５が形成される。上部ガードフレーム１２ないし１５は、垂直に配されて後述する第１移動板５４の移動をガイドする機能を行いつつ、パイプ形状になって流体の移送通路としても機能する。すなわち、ガードフレーム１２ないし１５のうち２つ（１２、１３）は、後述する装着シリンダー２１を駆動させるための油圧ライン１１２、１１３と連結され、残りの２つ（１４、１５）は、後述する打撃シリンダーを駆動させるための油圧ライン１１４、１１５と連結される。油圧ライン１１２ないし１１５は、試錐孔ｈの外部の油圧装置と連結されて流体を流出・流入させる。
【００２４】
そして、本体１０の下部にも、上部ガードフレーム１２ないし１５と同様に下部ガードフレーム１６、１７、１８、１９が形成される。下部ガードフレーム１６ないし１８は、後述する第２移動板５５の直進往復動をガイドする作用のみを行い、上部ガードフレームのように流体の移送通路として機能するのではない。
【００２５】
固定体２０は、本体１０を試錐孔壁ｗに固定させるためのものであって、本体１０に設けられる。固定体２０は、一定厚さの板状に本体１０の長手方向に沿って長く形成され、試錐孔壁ｗと接触する外側面には、試錐孔壁ｗとの摩擦を高めるために表面にデコボコな凹凸部２１が形成されている。
【００２６】
固定体２０は、本体１０に挿入される基本位置と、本体１０から突出して試錐孔壁ｗに接近及び密着される固定位置との間で、本体１０の半径方向に沿って移動可能である。
【００２７】
固定体２０を移動させるために、本体１０の内側一部には３個の装着シリンダー２２、２３、２４が設けられる。装着シリンダー２２ないし２４は、本体１０の長手方向に沿って互いに離隔して配され、各装着シリンダー２２ないし２４に対して往復動する各ピストン２２ａ、２３ａ、２４ａは、固定体２０の背面にねじによって結合されている。
【００２８】
参照番号１１２で表示された油圧ライン１１２及びガードフレーム１２を通じて流入された流体は、本体１０の内部で分岐されて各装着シリンダー２２ないし２４の流入ポート（図示せず）に連結され、参照番号１１３で表示された油圧ライン１１３は、分岐されて各装着シリンダー２２ないし２４の排出ポート（図示せず）に連結される。装着シリンダー２２ないし２４への油圧の印加及び解除によって、ピストン２２ａないし２４ａが固定体２０を基本位置と固定位置との間で往復動させる。図１１に示したように、固定位置では、固定体２０と本体１０とはそれぞれ試錐孔壁ｗの一側と他側とにそれぞれ密着されることによって、本体１０が試錐孔壁ｗに固定される。未説目の参照番号２５、２６は、固定体２０の往復動をガイドするガイドレールである。
【００２９】
第１打撃体３０及び第２打撃体４０は、本体１０を打撃してその応力が試錐孔壁ｗに伝達されることによって弾性波を発生させるものである。打撃方向が試錐孔ｈの半径方向ではなく試錐孔ｈの長手方向に形成されるので、打撃によって発生する弾性波は縦波に比べて横波が優勢である。すなわち、縦波は、波の進行方向と波の振動方向とが同一であり、横波は、波の進行方向と振動方向とが垂直に形成される。衝撃方向が試錐孔ｈの半径方向に形成されるならば、縦波が優勢に発生するが、本実施形態のように打撃方向が試錐孔ｈの長手方向に形成されれば、弾性波の伝播方向と振動方向とが垂直に形成されて横波が優勢に発生する。
【００３０】
第１打撃体３０と第２打撃体とは、それぞれ本体１０の上部と下部とに配されてそれぞれ第１方向と第２方向とに沿って本体１０を打撃する。ここで、第１方向と第２方向とは正反対の方向であって、本実施形態で第１打撃体３０は、垂直下方に本体１０を打撃し、第２打撃体４０は、垂直上方に本体１０を打撃する。このように第１打撃体３０と第２打撃体４０とが正反対の方向に本体１０を打撃する理由は、第１打撃体３０によって発生する第１横波と、第２打撃体４０によって発生する第２横波との位相差を正反対（１８０゜）にして、横波の到達時点を精密に測定するためであるが、詳細な説明は後述する。
【００３１】
一方、第１打撃体３０と第２打撃体４０とは順次に本体１０を打撃するが、第１、２打撃体３０の駆動メカニズムについて説明する。
【００３２】
前記のように、本体１０は、第１打撃体３０と第２打撃体４０とを駆動するための打撃シリンダーとして機能する。すなわち、本体１０の内部には流体が充填される空間部１１が形成され、分離膜５１は、空間部１１に配されて空間部１１を２個の部分に分離する。ただし、分離膜５１は油圧の印加及び解除によって空間部１１内で位置移動可能であるので、相互分離された部分の体積は変更される。空間部１１の各端部には、流体が出入りする出入りポート（図示せず）が形成されており、流体の移動通路として作用するガードフレーム１４、１５は、それぞれ出入りポート（図示せず）に連結されて、油圧の印加及び解除によって空間部１１に流体を注入及び排出させる。
【００３３】
すなわち、分離膜５１の一側に流体が注入されれば、分離膜５１は他側に移動し、逆に分離膜５１の他側に流体が注入されれば、分離膜５１は一側に移動するように構成される。
【００３４】
分離膜５１の両側には、それぞれ１対の第１ピストン５２と第２ピストン５３とが結合される。第１及び第２ピストン５２、５３は分離膜５１に固定されているので、分離膜５１の移動時に垂直の方向に沿って共に往復動する。
【００３５】
また第１ピストン５２の端部には第１移動板５４が結合され、第２ピストン５３の端部には第２移動板５５が結合されて、第１ピストン５２と第２ピストン５３の移動時に共に垂直の方向に沿って往復動する。
【００３６】
一方、第１打撃体３０は、第１ピストン５２に挟み込まれて第１移動板５４と本体１０の上部との間で垂直の方向に沿って移動可能であり、第２打撃体４０は、第２ピストン５３に挟み込まれて第２移動板５５と本体１０の下部との間で垂直の方向に沿って移動可能である。
【００３７】
また、第１打撃体３０と第２打撃体４０との各端部には、鉤状に形成された第１フック５６と第２フック５７とが設けられる。そして、図５を参照すれば、第１移動板５４と第２移動板５５とには、それぞれ第１フック５６と第２フック５７とに係止及び係止解除自在に鉤状に形成された第１係止爪５８、５９が設けられる。特に、第１係止爪５８及び第２係止爪５９は、各回動ポイントａ、ｂを中心に回転自在に設けられる。
【００３８】
第１打撃体３０と第１移動板５４との間及び、第２打撃体４０と第２移動板５５との間には、それぞれ１対の第１バネ３５及び１対の第２バネ４５が設けられる。１対の第１バネ３５と１対の第２バネ４５とは、それぞれ第１ピストン５２及び第２ピストン５３に挟み込まれる。打撃シリンダーに油圧が印加されて、第１移動板５４と第１打撃体３０または第２移動板５５と第２打撃体４０が相互接近すれば、第１バネ３５または第２バネ４５が圧縮され、圧縮された第１バネ３５と第２バネ４５とは、それぞれ第１打撃体３０と第２打撃体４０とを本体１０側に付勢する。第１バネ３５と第２バネ４５とは同じ長さを持ち、かつバネ定数も同一であるので、第１バネ３５と第２バネ４５とが最大圧縮された状態で、それぞれ第１打撃体３０と第２打撃体４０とを付勢する力は同一である。
【００３９】
一方、第１移動板５４の上部と第２移動板５５の下部とには、それぞれ第１押圧板６２と第２押圧板６３とが配される。第１押圧板６２は、上部ガードフレーム１２ないし１５に挟み込まれて固定され、第２押圧板６３は、下部ガードフレーム１６ないし１９に挟み込まれて固定される。第１押圧板６２の下面及び第２押圧板６３の上面にはそれぞれ第１突出部６４及び第２突出部６５が形成されている。これに第１移動板５４が第１押圧板６２に接近すれば、第１移動板５４に回転自在に設けられた第１係止爪５８の端部が第１突出部６４に接触して第１係止爪５８は回転し、同様に、第２移動板５５が第２押圧板６３に接近すれば、第２移動板５５に回転自在に設けられた第２係止爪５９の端部が第２突出部６５に接触して、第２係止爪５９も回転する。
【００４０】
第１係止爪５８と第２係止爪５９との内部にはバネ（図示せず）が設けられて、第１係止爪５８と第２係止爪５９とが、図５に示したような垂直の姿勢を維持するように付勢する。
【００４１】
以下、図５ないし図１０を参考にして、前記の構成で形成された弾性波探査用の横波発生装置１００の作動について詳細に説明する。
【００４２】
まず前記構成の弾性波探査用の横波発生装置１００を、図１１に示したように、垂直に形成された試錐孔ｈに設置する。すなわち、油圧ライン１１２ないし１１５に吊り下げられている本体１０を一定深さに試錐孔ｈに挿入させた後、装着シリンダー２２、２３、２４を作動させてピストン２３ａ、２４ａ、２５ａを突出させる。固定体２０と本体１０とは、装着シリンダー２２、２３、２４の作動によりそれぞれ試錐孔壁ｗに密着して、図１１のように試錐孔壁ｗに固定される。固定体２０の外側面に形成された凹凸部２１は、試錐孔壁ｗとの摩擦を高めて本体１０を試錐孔壁ｗに固く密着させる。
【００４３】
前記の状態で打撃シリンダーの分離膜５１は、図５に示したように打撃シリンダーの正中央に配されており、第１及び第２バネ３５、４５も完全に伸びた状態を維持している。
【００４４】
打撃シリンダーの分離膜５１の上部に油圧を印加すれば、分離膜５１は、図６に示したように下側に移動し、第１ピストン５２と第２ピストン５３とは分離膜５１に連動して垂直下方に移動する。第１移動板５４が下部に引き寄せられることによって、第１バネ３５は第１打撃体３０の上面と第１移動板５４の下面との間で圧縮される。しかし、第２バネ４５は、第２打撃体４０の自重のみによって押圧されるだけであり、打撃シリンダーによって圧縮されるものではない。
【００４５】
また第１移動板５４が下部に接近すれば、第１移動板５４の第１係止爪５８と第１打撃体３０の第１フック５６とが互いに接触し、第１係止爪５８は回転しつつ図６に示したように、第１係止爪５８と第１フック５６とは互いに係止される。
【００４６】
図６のような状態で、打撃シリンダーの分離膜５１の下部に油圧を印加すれば、分離膜５１は図７のように上部に移動し、第１係止爪５８と第１フック５６とが係止されているので、第１打撃体３０も第１ピストン５２上で共に上部に移動する。前記のように、第１係止爪５８の内部にはバネ（図示せず）が設けられて、第１係止爪５８が第１フック５６との連結を維持する方向に付勢しているので、フック連結が解除される方向に回転することを防止するところ、フック連結が固く維持されうる。第１打撃体３０と第１移動板５４との間隔がそのまま維持されるところ、圧縮されている第１バネ３５は圧縮された状態をそのまま維持する。
【００４７】
しかし、第１移動板５４が上昇し続けて第１押圧板６２まで移動すれば、第１係止爪５８の端部が第１押圧板６２の第１突出部６４に接触して回転することによって、図７に示したように、第１係止爪５８と第１フック５６との間のフック連結が解除される。また図７の状態では、第２移動板５５が上部に引き寄せられつつ第２バネ４５は圧縮され、第２係止爪５９と第２フック５７とは互いにフック連結され、第２係止爪５９の内部に設けられたバネ（図示せず）は、フック連結が解除される方向に第２係止爪５９が回転することを防止して、フック連結が固く維持されうる。
【００４８】
図７のようにフック連結が解除されれば、第１打撃体３０を垂直下方に付勢していた第１バネ３５は、第１打撃体３０を下側に押し出し、第１打撃体３０は、図８に示したように本体１０の上面を打撃する。第１打撃体３０によって打撃された本体１０は、試錐孔壁ｗと摩擦すれば、これを通じて横波が発生し、横波は地盤を通じて伝えられる。
【００４９】
一方、第１打撃体３０が本体１０を打撃する時には第１及び第２ピストン５２、５３の位置移動がないところ、第２打撃体４０と第２バネ４５とは図７の状態をそのまま維持している。
【００５０】
図８の状態のように第１打撃体３０による下向き打撃が終了すれば、打撃シリンダーを再び作動して分離膜５１を図９のように下部に移動させる。第２移動板５５は第２押圧板６３まで移動し、第２移動板５５の第２係止爪５９は、第２押圧板６３の第２突出部６５に押さえられて回転することによって、第２係止爪５９と第２フック５７との係止は解除される。この時、第１打撃体３０の第１フック５６と第１係止爪５８とは再びフック連結される。
【００５１】
一方、図９のように第２フック５７と第２係止爪５９との係止が解除される瞬間、圧縮されていた第２バネ４５は第２打撃体４０を上方に押し出すことによって、第２打撃体４０は、図１０に示したように本体１０の下面を打撃する。第２打撃体４０によって打撃された本体１０は、固定体２０と共に試錐孔壁ｗを振動させることによって横波を発生させる。
【００５２】
第２打撃体４０による打撃は、第１打撃体３０の打撃方向と正反対方向に行われるところ、第１打撃体３０によって発生した横波と第２打撃体４０によって発生した横波とは、１８０゜の位相差を持つ。しかし、第１バネ３５の圧縮力と第２バネ４５の圧縮力とは完全に同じところ、第１打撃体３０と第２打撃体４０とによって発生した横波は、振幅、振動数などの物理的大きさにおいては完全に同一であり、位相のみ正反対に形成される。
【００５３】
図１２は、図１１に設けられた弾性波探査用の横波発生装置を通じて実際に取得した弾性波受信信号を示すグラフである。本実施形態による弾性波探査用の横波発生装置１００では横波が優勢に発生するが、縦波も一部発生する。受信機では速度が速い縦波が先ず受信され、以後に横波が受信される。
【００５４】
横波は、縦波以後に現れる地層の不均質体による反射波、回転波及びＰ−Ｓ変換波により識別されるため、到達時間の判読が非常に困難である。受信機では順次に入る信号をそれぞれ受信し、受信された信号が、位相のみ反対であって振幅と振動数などが一致するか、または類似していれば、受信した二つの信号を重畳させることによって位相差発生地点をピッキングでき、これを通じて横波の到達時点を明確に判別できる。
【００５５】
本発明では同じバネ定数を持っている第１バネ３５と第２バネ４５とが、同じ力で第１打撃体３０と第２打撃体４０とを本体１０側に押し出すので、第１打撃体３０と第２打撃体４０とによって発生する横波の振幅、振動数は同一である。しかし、図１２に示したように、第１打撃体３０と第２打撃体４０とにより発生した横波が互いに同一であるというのは、横波が同じ振幅、振動数などを持って互いに完全に対称になることを意味するものではなく、対比する二つの横波が互いに類似した振幅と振動数とを持ちながら位相が反対になる場合も含む。
【００５６】
例えば、同じ第１バネ３５と第２バネ４５とが同じバネ定数を持っている場合であっても、試錐孔ｈが垂直に形成された場合、上向き打撃をする第２バネ４５は第２打撃体４０の自重を支える力が消耗されるところ、さらに詳細にいえば、下向き打撃をする第１バネ３５に比べて第２打撃体４０を押し出す力が小さいしかないので、発生する横波のプロファイルも若干変わりうる。しかし、対比する横波間の若干の差は、当業者ならば十分に認識できる。重要なのは、類似したエネルギーとプロファイルを持ちながら位相が正反対である二つの横波が時間差をおいて受信されれば、これらを通じて横波が媒質を伝播した速度を正確に測定できるということである。
【００５７】
従来には位相車が正反対である横波を発生させるために、作業者が直接打撃体を自由落下させて下向き打撃を行い、打撃体を縄に吊って引き寄せることで上向き打撃を行うことによって、上向き打撃と下向き打撃とのエネルギー大きさの精度などが全く担保されていない。また、打撃体を縄に吊って使用するので、縄と試錐孔壁ｗとが摩擦されて信号対ノイズ比が非常に落ちた。これにより、上向き打撃と下向き打撃とを時間差をおいて行っても、これらによって発生した横波を正確に抜すいできないので、横波の伝播速度を精密に測定できなかった。
【００５８】
しかし、本発明では上向き打撃と下向き打撃とを行う過程が、シリンダーとバネなどの機械的手段によって行われ、これらの機械的手段は打撃エネルギーなどを正確に制御できるので、上向き打撃と下向き打撃とにより発生する横波のエネルギー、振動数などを一定範囲内で一致させることができ、これを通じて横波の伝達速度を容易かつ精密に測定できるようになった。
【００５９】
本発明は、添付した図面に図示された一実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の保護範囲は特許請求の範囲のみによって定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、弾性波探査装置関連の技術分野に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００６１】
１００ 弾性波探査用の横波発生装置
１０ 本体
２０ 固定体
２２、２３、２４ 装着シリンダー
３０ 第１打撃体
３５ 第１バネ
４０ 第２打撃体
４５ 第２バネ
５１ 分離膜
５２ 第１ピストン
５３ 第２ピストン
５４ 第１移動板
５５ 第２移動板
６２ 第１押圧板
６３ 第２押圧板
ｈ 試錐孔
ｗ 試錐孔壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に形成された探査用試錐孔に挿入される本体；
前記試錐孔壁への接近及び離隔方向に沿って移動可能に前記本体に設けられて、前記試錐孔壁に密着されることによって前記本体を前記試錐孔壁に固定させる固定体と、
前記本体を第１方向に打撃して振動を発生させる第１打撃体と、
前記本体を前記第１方向と反対方向である第２方向に打撃して振動を発生させる第２打撃体と、を備え、
前記第１打撃体と第２打撃体とは、順次に前記本体を打撃して横波を発生させることを特徴とする弾性波探査用の横波発生装置。
【請求項２】
前記第１方向に沿って前記第１打撃体に対して接近及び離隔自在に設けられる第１移動板と、
前記第１打撃体と第１移動板との間に配され、前記第１打撃体と第１移動板とが相互接近時に圧縮されて前記第１打撃体を前記第１方向に付勢する第１バネと、
前記第２方向に沿って前記第２打撃体に対して接近及び離隔自在に設けられる第２移動板と、
前記第２打撃体と第２移動板との間に配され、前記第２打撃体と第２移動板とが相互接近時に圧縮されて前記第２打撃体を前記第２方向に付勢する第２バネと、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の弾性波探査用の横波発生装置。
【請求項３】
前記第１バネと第２バネとは、バネ定数が同一であり、前記第１バネと第２バネとが圧縮された後、前記第１打撃体及び第２打撃体に加える力は同じであることを特徴とする請求項２に記載の弾性波探査用の横波発生装置。
【請求項４】
前記第１打撃体と第２打撃体との間に配されるシリンダーと、
前記シリンダーに往復動自在に設けられ、一端と他端とがそれぞれ前記第１移動板及び第２移動板に結合されるピストンをさらに備え、
前記第１バネ及び第２バネは、前記ピストンの一側と他側とにそれぞれ挟み込まれて設けられ、
前記シリンダーの作動によって前記第１移動板が前記本体に接近及び離隔する時、前記第２移動板は前記第１移動板とは逆に前記本体に離隔及び接近することを特徴とする請求項２に記載の弾性波探査用の横波発生装置。
【請求項５】
前記第１打撃体と第２打撃体との各端部にそれぞれ結合される第１フック及び第２フックと、
前記第１フック及び第２フックに係止及び係止解除自在に、前記第１移動板及び第２移動板の端部にそれぞれ設けられる第１係止爪及び第２係止爪をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の弾性波探査用の横波発生装置。
【請求項６】
前記第１移動板及び第２移動板の後方には、それぞれ第１押圧板と第２押圧板とが固設され、
前記第１係止爪及び第２係止爪は、それぞれ第１移動板及び第２移動板に回転自在に設けられて、前記第１移動板及び第２移動板が前記第１押圧板及び第２押圧板に接近する時、前記第１係止爪及び第２係止爪は、前記第１押圧板及び第２押圧板に押圧されて回転することによって、係止が解除されることを特徴とする請求項５に記載の弾性波探査用の横波発生装置。
【請求項７】
前記第１移動板が前記第１打撃体に接近して、前記第１フックと第１係止爪とが互いに係止されて前記第１移動板と第１打撃体とが連結された状態で、前記第１移動板と第１打撃体とが前記本体から離隔する方向に移動する時、前記第２移動板が前記第２打撃体に接近して前記第２フックと第２係止爪とが互いに係止されて連結されることを特徴とする請求項５に記載の弾性波探査用の横波発生装置。
【請求項８】
前記第１打撃体と第２打撃体とは、それぞれ前記第１ピストン及び第２ピストンに挟み込まれて直線往復動することを特徴とする請求項４に記載の弾性波探査用の横波発生装置。
【請求項９】
前記本体は円筒状に形成され、
前記固定体は板状であって、前記本体の半径方向に沿って移動して前記本体に挿入及び突出し、外側面には凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性波探査用の横波発生装置。
【請求項１】
地盤に形成された探査用試錐孔に挿入される本体；
前記試錐孔壁への接近及び離隔方向に沿って移動可能に前記本体に設けられて、前記試錐孔壁に密着されることによって前記本体を前記試錐孔壁に固定させる固定体と、
前記本体を第１方向に打撃して振動を発生させる第１打撃体と、
前記本体を前記第１方向と反対方向である第２方向に打撃して振動を発生させる第２打撃体と、を備え、
前記第１打撃体と第２打撃体とは、順次に前記本体を打撃して横波を発生させることを特徴とする弾性波探査用の横波発生装置。
【請求項２】
前記第１方向に沿って前記第１打撃体に対して接近及び離隔自在に設けられる第１移動板と、
前記第１打撃体と第１移動板との間に配され、前記第１打撃体と第１移動板とが相互接近時に圧縮されて前記第１打撃体を前記第１方向に付勢する第１バネと、
前記第２方向に沿って前記第２打撃体に対して接近及び離隔自在に設けられる第２移動板と、
前記第２打撃体と第２移動板との間に配され、前記第２打撃体と第２移動板とが相互接近時に圧縮されて前記第２打撃体を前記第２方向に付勢する第２バネと、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の弾性波探査用の横波発生装置。
【請求項３】
前記第１バネと第２バネとは、バネ定数が同一であり、前記第１バネと第２バネとが圧縮された後、前記第１打撃体及び第２打撃体に加える力は同じであることを特徴とする請求項２に記載の弾性波探査用の横波発生装置。
【請求項４】
前記第１打撃体と第２打撃体との間に配されるシリンダーと、
前記シリンダーに往復動自在に設けられ、一端と他端とがそれぞれ前記第１移動板及び第２移動板に結合されるピストンをさらに備え、
前記第１バネ及び第２バネは、前記ピストンの一側と他側とにそれぞれ挟み込まれて設けられ、
前記シリンダーの作動によって前記第１移動板が前記本体に接近及び離隔する時、前記第２移動板は前記第１移動板とは逆に前記本体に離隔及び接近することを特徴とする請求項２に記載の弾性波探査用の横波発生装置。
【請求項５】
前記第１打撃体と第２打撃体との各端部にそれぞれ結合される第１フック及び第２フックと、
前記第１フック及び第２フックに係止及び係止解除自在に、前記第１移動板及び第２移動板の端部にそれぞれ設けられる第１係止爪及び第２係止爪をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の弾性波探査用の横波発生装置。
【請求項６】
前記第１移動板及び第２移動板の後方には、それぞれ第１押圧板と第２押圧板とが固設され、
前記第１係止爪及び第２係止爪は、それぞれ第１移動板及び第２移動板に回転自在に設けられて、前記第１移動板及び第２移動板が前記第１押圧板及び第２押圧板に接近する時、前記第１係止爪及び第２係止爪は、前記第１押圧板及び第２押圧板に押圧されて回転することによって、係止が解除されることを特徴とする請求項５に記載の弾性波探査用の横波発生装置。
【請求項７】
前記第１移動板が前記第１打撃体に接近して、前記第１フックと第１係止爪とが互いに係止されて前記第１移動板と第１打撃体とが連結された状態で、前記第１移動板と第１打撃体とが前記本体から離隔する方向に移動する時、前記第２移動板が前記第２打撃体に接近して前記第２フックと第２係止爪とが互いに係止されて連結されることを特徴とする請求項５に記載の弾性波探査用の横波発生装置。
【請求項８】
前記第１打撃体と第２打撃体とは、それぞれ前記第１ピストン及び第２ピストンに挟み込まれて直線往復動することを特徴とする請求項４に記載の弾性波探査用の横波発生装置。
【請求項９】
前記本体は円筒状に形成され、
前記固定体は板状であって、前記本体の半径方向に沿って移動して前記本体に挿入及び突出し、外側面には凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性波探査用の横波発生装置。
【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２０１１−１７６８７（Ｐ２０１１−１７６８７Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８０４５１（Ｐ２００９−２８０４５１）
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（５０９３４０８７２）韓國地質資源研究院 (4)
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（５０９３４０８７２）韓國地質資源研究院 (4)
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