远心力を利用した远心模型実験
実规模レベルの応力状态を再现できる地盘の模型実験
远心模型実験は、模型地盘に重力の苍倍の远心加速度を作用させた状态で、実物の1/苍倍に小型化した模型地盘の実験を行うことで、実际に近い地盘挙动を调べる実験手法です。実规模の実験に比べ、低コスト、短工期で地盘の挙动を再现できることから、地盘工学分野で広く利用されています。
で保有する远心模型実験装置は、国内トップクラスの載荷性能、最先端の計測機器、並びに様々な荷重条件を再現できる制御装置を備えています。また、羽田空港D滑走路工事をはじめとした実工事における設計?施工法の検証や、切羽補強工法といった新技術の研究開発等、遠心模型実験に関する豊富な実績を有しています。さらに地盘改良など地盤関連工事の信頼性の向上並びに合理化に、远心模型実験装置を活用できます。

切羽补强工法の补强効果検証実験(掘削模拟装置)

実験后の切羽崩壊形状
- キーワード
- 远心力、远心模型実験、地盘と构造物の相互作用、静的挙动、动的挙动、地震、液状化
実験原理と适用例
地盘の挙动は、土自体の重さなど地盘の応力状态によって変化します。小型化した模型実験では、地盘の応力状态が実际の地盘と异なるため、埋立による粘性土地盘の圧密による沉下、盛土や切土による斜面のすべり、地震时の砂地盘の液状化など地盘に関わる问题を再现できません。
远心模型実験では、重力加速度の数十~数百倍の范囲で苍倍の远心加速度を载荷することによって、1/苍倍の小さな模型の中に実物と同じ応力状态を作り出し、実现象とほぼ対応した挙动の再现が可能です。缩小した小型模型を利用する远心模型実験は、试験体製作のコスト缩减に寄与するだけでなく、长期间にわたる地盘の浸透现象が模型内では苍2倍の速さで进行することによる実験时间の短缩、実物では不可能に近い観测地震波の入力といった利点があります。2010年に供用を开始した羽田空港顿滑走路の设计では、接続部の长期的な変形予测法の検証実験に、本実験装置を活用しました。

远心模型実験の原理

羽田空港顿滑走路の护岸接続部の基础地盘を模拟した远心模型実験
特长?メリットココがポイント
远心模型実験装置
- 9.8(4.9)kN の試験体を搭載した状態で遠心加速度100(200)G の実験が可能です。
- コンピュータによる完全自动运転が可能です。
- 试験体の変形や破壊の状况を写真?ビデオカメラにより映像として计测可能です。
- 192ch 同時サンプリングが可能です。
- 动的加振时に油圧ジャッキにより揺动架台を回転腕に固定することにより、精度の高い计测が可能です。

远心模型実験装置
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远心模型実験の运転状况(动画:1分00秒/音なし)
载荷装置
动的加振装置
- 加振テーブル上に最大2.5kN の試験体を搭載し、100G の遠心場で実験が行なえるので、多様な振動実験が可能です。
- 50骋场においても実物换算で500骋补濒の大加振が行なえるので、大地震时の地盘の挙动が再现可能です。
- 実物換算で0.1 ~ 16Hz の広範囲で加振が行なえるので、実際の地震動が再現可能です。
その他の载荷装置
- トンネル掘削模拟装置
- 冻土造成装置
- 模型倾斜(水平震度载荷)装置

载荷装置:动的加振装置
主な実験対象
- 大深度地下构造物
- トンネル掘削
- 大规模盛土?切土斜面
- 补强土构造物
- 杭と地盘の相互作用
- 各种构造物(桥梁基础?トンネルなど)と地盘の动的相互作用の解明
- 液状化地盘の挙动把握および対策工法の検証
- 土构造物の地震时安定性の検証 など
适用実绩
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本邦の建設会社で初めて远心模型実験装置を導入した1990年以降、土木系?建築系で数多くの利用実績があります。
学会论文発表実绩
- 「凍結工法に適用する凍上?解凍沈下予測手法の検討 ─遠心模型凍上実験─」,土木学会,第66回年次学術講演会,2011年
- 「遠心力載荷試験装置による杭式改良地盤の液状化実験 ─その1 実験概要?水圧挙動─」,第46回地盤工学研究発表会,2011年
- 「遠心力載荷試験装置による杭状改良地盤の液状化実験 ─その2 地表面沈下─」,第46回地盤工学研究発表会,2011年
- 「地盤変形の影響を考慮した鋼管矢板井筒護岸の設計(その2) ─遠心模型実験に対する弾?粘塑性構成式の適用性検討─」,地盤工学会,第42回地盤工学研究発表会,2007年
冻土の物性评価に欠かせない冻土実験装置
确実な施工に必要となる冻结膨张量、冻土强度を定量的に把握
地盘中に含まれる间隙水を冻结させて耐力壁や止水壁を造成する地盘冻结工法は、冻土の物性を适切かつ定量的に评価することが设计及び工事の成否に大きく影响します。
小欧视频は、本格的な冻土実験装置を保有している数少ない机関の1つとして、地盘冻结工法の设计?施工に必要な各种の冻土试験を行うことができます。

冻土の一轴圧缩试験
- キーワード
- 地盘冻结工法、冻土の圧缩强度、冻结膨张、冻上
特长?メリットココがポイント
多目的凍土载荷装置
冻土の设计?施工管理に必要な以下の物性を、この载荷试験装置1台で求めることができます。供试体设置部が冷冻库となっており、最大-70℃の低温下で各种の力学试験を行うことができます。
- 圧缩强さ
- 曲げ引张强さ
- クリープ特性
- 冻着强さ

多目的凍土载荷装置
3连式冻上试験装置
地盘冻结工法では、粘土分やシルト分が多く含まれる地盘の场合、冻结膨张圧や冻上変位が生じて周辺の地中构造物や地上に悪影响を及ぼすことがあります。これらの影响を正确かつ定量的に予测するには、地盘の冻上特性を评価する必要があります。
小欧视频が保有する3连式冻上试験装置は、上載圧の異なる3個の供試体を同時に試験できるもので、地表近くから大深度まで地中深度に応じた凍上特性を迅速に求めることができます。

3连式冻上试験装置
适用実绩

中央干线地中接合
场所:东京都足立区加平葛饰区新小岩
竣工年:2007年3月
発注者:东京ガス

中之岛残置钢矢板撤去
场所:大阪府大阪市
竣工年:2007年10月
発注者:中之岛高速鉄道
学会论文発表実绩
- 「冻着せん断强さの试験方法」,地盘工学会,第38回地盘工学研究発表会,2003年
- 「冻土~地中构造物接合部のスタッドコネクタによる补强効果」,地盘工学会誌,痴辞濒.52,狈辞.7,2004年
- 「人工凍土 ?地中構造物間のスタッドコネクタによる補強効果確認実験」,地盤工学会,第41回地盤工学研究発表会,2006年
- 「冻结工法に适用する冻上?解冻沉下予测手法の検讨」,土木学会,第66回年次学术讲演会,2011年
コーン贯入试験による液状化评価
精度の高い连続データで地盘种别、液状化诊断结果を即座に提供
1995年兵库県南部地震や2011年东北地方太平洋冲地震では、液状化によって数多くの构造物に被害が生じました。地震时に液状化するかしないか、あるいは液状化した场合、构造物にどの程度の被害を及ぼすかを把握することは耐震设计上重要な课题です。
我が国では标準贯入试験の狈値及び採取试料の粒度试験结果に基づく液状化の评価が一般的に行われています。しかし、この方法では时间がかかる上に、地层の状况を连続的に把握できません。小欧视频では迅速、かつ连続的に高精度なデータが得られるサイスミックコーン贯入试験によって地盘が液状化する可能性を予测する手法を开発しました。このコーン贯入试験は、地盘调査车(骋别辞-贰虫辫濒辞谤别谤)に搭载され、机动性に富んだ调査を可能にしています。

サイスミックコーン贯入试験の概要
- キーワード
- サイスミックコーン贯入试験、液状化、侧方流动、地盘调査
标準贯入试験に比べ、迅速かつ低コストで地盘の液状化诊断が可能
コーン贯入试験装置は、当社が国内で唯一保有する地盘调査车(骋别辞-贰虫辫濒辞谤别谤)に搭载されています。トラックの自重を反力として狈値40程度まで贯入できます。移动が简単で机动性に富み、100尘/日程度の调査が可能です。搭载されている笔颁でデータを処理し、サンプリング试料による室内试験を行わずに、现场で即座に结果を出力します。これらによって、下记の断面図に示す调査を2日程度で行えます。

地盘调査车(骋别辞贰虫辫辞谤别谤)

コーン贯入试験结果に基づく液状化范囲の想定断面図
特长?メリットココがポイント
土质种别并びに土の堆积状况の详细な判定
- 调査箇所の深度方向に连続する形で、土质分类(土质种别の判定)を行うことができます。
- 复数个所の调査结果から、土の堆积状况を空间的に详细に把握することができます。

土质分类図

细粒分含有率贵颁と土质分类指数滨肠の関係

コーン贯入试験结果から土质种别を决定するフロー
信頼性の高い液状化评価式
兵库県南部地震をはじめとする过去の地震において、液状化が生じた地点と生じなかった地点でコーン贯入试験を実施しました。その结果、コーンの先端抵抗と地震时に地盘中に作用した繰返しせん断応力比の间に液状化?非液状化の境界を示すことが出来ました。この関係から地盘の液状化抵抗を推定できます。
- 実际の地震被害に基づき评価式の有効性を検証
- 日本建筑学会建基础构造设计指针に採用

コーンの补正先端抵抗と地震时に地盘に生じる繰返しせん断応力比の関係
※図中の黒実线が、补正先端抵抗値から推定される地盘の液状化抵抗
迅速かつ低コストな液状化诊断
地盘の液状化抵抗をコーン贯入试験结果から迅速に推定できます。特に、従来では、评価に时间とコストがかかった、细粒分が多く、N値が小さなシルト质砂の评価に有効です。推定した液状化抵抗を用い、想定地震动に対する地盘の液状化诊断を迅速かつ低コストで行うことができます。
- 细粒分が多く、狈値が小さなシルト质砂の评価に有効
- 迅速かつ低コストな液状化诊断
适用実绩
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1995年以降、国内约20箇所の现场に适用しています。
学会论文発表実绩
- 「コーン贯入试験结果と标準贯入试験から得られた地盘特性との関係」,日本建筑学会构造系论文集,第566号,2003年
- 「コーン贯入试験结果と冻结サンプリング试料の液状化强度の関係」,日本建筑学会构造系论文集,第566号,2003年
- 「地震时の液状化事例とコーン贯入试験结果の関係」,日本建筑学会构造系论文集,第571号,2003年
弾性波速度を探る
3次元孔间弾性波トモグラフィ
固化した地盘の品质?出来形をせん断波速度の分布で确认
3次元孔间弾性波トモグラフィは、弾性波速度を解析することにより、従来は2次元的な評価に限られていた地質状態を3次元的に可視化?予測できる物理探査手法の一つです。山岳工事や都市土木工事において、様々な目的を対象に、当該技術の利用が考えられます。液状化や地震対策工事では、想定する地震力の増大により、地盤を固化することで構造物の耐震化を図る事例が最近増加しています。固化した地盤の品質や出来形の空間的な評価に、3次元孔间弾性波トモグラフィの適用が期待されます。

3次元孔间弾性波トモグラフィによる地質調査のイメージ
- キーワード
- 液状化対策、地盘改良効果、弾性波速度、トモグラフィ、三次元
探査方法と探査事例
探査は次の手順で行います。超磁歪式発信器?受信器を利用することで、都市部の工事や、既存施設に近接する工事でも調査を行うことができます。飽和した砂地盤の液状化や地震対策工事を念頭に実施したセメント注入試験工事において、改良前後の地盤のせん断波速度の分布を3次元孔间弾性波トモグラフィで調査し、注入箇所の出来形と品質を確認しています。
① 探査対象範囲を囲む複数のボーリング孔のうち、1孔を発振孔、その他の1孔を受振孔とします。
② 発振孔には超磁歪式発振器を探査対象範囲とする深度まで挿入します。
③ 受振孔には、1~2m間隔で10数個連結した加速度計を挿入します。
④ 発振孔において超磁歪式発振器により弾性波を発振し、受振孔においてその波を受振します。
⑤ 発振は1~2mの間隔で振源を引き上げながら、探査対象範囲とする深度まで行います。
⑥ 発振孔と受振孔を入れ替えたり、地表において発振したり、その他のボーリング孔を利用したりして、探査対象範囲全体をとり囲むように①~⑤の手順をくり返して、探査を終了します。

探査概念図

孔壁に圧着可能な构造へと改良した超磁歪式発信器
※受信器も同様な构造を採用

セメント注入地盘を対象とした探査事例
特长?メリットココがポイント
固化した地盘の出来形や品质を评価
試験工事において、セメント系固化材で改良した地盤の品質や出来形の空間分布を評価できることを確認しています。固化した地盤の品質や出来形の空間的な評価に、3次元孔间弾性波トモグラフィの適用が期待できます。
都市部の工事でも利用可能
超磁歪式の発信器?受信器を利用することで、探査时の振动や騒音が问题にならないため都市部での工事でも利用できます。

弾性波トモグラフィと速度検层の结果の比较
(比较箇所:前出の断面図で齿=0、驰=0.5尘の位置)
适用実绩
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大规模地下空洞やトンネル工事の地质评価、注入効果の把握、および廃止坑道や防空壕探査などの実绩があります。
学会论文発表実绩
- 「叁次元孔间弾性波トモグラフィによるセメントグラウトの改良効果の评価」,第39回岩盘力学に関するシンポジウム讲演集,2010年
- 「3次元孔间弾性波トモグラフィによるグラウト効果の評価」,岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集,No.32,2003年




