JPH0820520B2

JPH0820520B2 - 重錘落下式ｓ波用孔内振源

Info

Publication number: JPH0820520B2
Application number: JP27367692A
Authority: JP
Inventors: 公雄小倉
Original assignee: OYO CHISHITSU KK
Current assignee: OYO CHISHITSU KK
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1996-03-04
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPH06102356A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、重錘落下方式のＳ波用
孔内振源に関し、更に詳しく述べると、板材と弾性部材
とを交互に多数積層すると共に、各板材同士の間にスペ
ーサを兼ねる揺動支点部材が同一方向を向くように介在
させた積層体に重錘を落下し、該積層体の揺動支点部材
をはさんで相対する片側上部を強打することにより、水
の放出と流入を生じさせて孔壁に弾性波（Ｓ波）を発生
させる高出力のＳ波用孔内振源に関するものである。こ
の孔内振源は、孔内水を有するボーリング孔内での速度
検層システムの他、広範囲にわたる地盤の振動特性を立
体的に解析するトモグラフィーなどに有効な装置であ
る。

【０００２】

【従来の技術】地盤の振動特性は、各種建築構造物の耐
震設計上の重要な基礎データとなっている。地下地盤の
弾性的性質等を調査するには、地盤中に掘削したボーリ
ング孔内での弾性波（Ｐ波やＳ波）伝播速度を直接測定
するＰＳ速度検層システムが用いられている。この速度
検層は、振源から受振器に到る弾性波の到達時間を波形
記録として求める技術である。

【０００３】ところでＰＳ速度検層システムにおいて、
Ｐ波は弾性波のうち最も速い速度で伝搬するため、その
確認が比較的容易なのに対して、Ｓ波は、それより速く
伝搬する波によって波形が乱され易く、確認が困難であ
る。そのため、Ｐ波の輻射を抑制し、Ｓ波を効果的に輻
射させうるような技術が開発されてきた。

【０００４】Ｓ波用孔内振源の代表的な例としては、特
公昭６２−１４７９１号公報、特公昭６２−１４７９２
号公報などに記載されている装置がある。これらの装置
は、いずれにしても基本的には、孔軸に直交する方向に
移動自在の可動体（ハンマ）と、その可動体を駆動する
駆動機構を備えている。この振源を孔内水を有するボー
リング孔内に設置し、可動体を瞬間的に駆動することに
よって、孔軸に直交する一方向の孔壁面に加振力を作用
させる。駆動機構としては、通常、電磁ソレノイド方式
が採用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この種の従来
の電磁ハンマ方式の孔内振源は、電磁ソレノイドによる
駆動であり、一般にボーリング孔径は比較的小さく、振
源の外径を大きくできないため加振力に限界があり、適
用範囲が限られている。例えば振源と受振器を一連のプ
ローブに組み込み、このプローブを孔壁に固着させるこ
となくボーリング孔内に挿入して、各深度でＳ検層を行
うような場合は有効である。しかし、二つのボーリング
孔を使用する孔間速度測定のような場合には、振動の伝
播範囲が狭く適用し難い。

【０００６】近年、二つのボーリング孔間での弾性波速
度を測定し、コンピュータによるデータ処理を駆使して
地下地盤の広い範囲にわたって振動特性を立体的に表現
する（断層映像化する）トモグラフィーの技法が導入さ
れつつある。その場合、まず一方のボーリング孔を起振
孔、他方のボーリング孔を受振孔とし、起振孔に振源を
設置し、受振孔に多連式の受振器を挿入して、振源の設
置位置（深度）を変えながら、次に起振孔と受振孔を交
換して、弾性波速度の測定を行う。ところが上記のよう
な従来の電磁ハンマ方式の孔内振源では、ボーリング孔
間距離が十ｍ程度以内の場合しか信号が到達しえないた
め、多数のボーリング孔を掘削する必要が生じ、実用に
供しえない。

【０００７】本発明の目的は、上記のような従来技術の
欠点を解消し、小さなボーリング口径でも大きな起振力
が得られ、Ｐ波の輻射を抑制してＳ波を効果的に輻射で
き、安全で且つ使い易いＳ波用孔内振源を提供すること
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る重錘落下式
のＳ波用孔内振源は、図１に概略構成を示すように、板
材１０と弾性部材１２とを交互に多数積層すると共に、
各板材１０同士の間に揺動支点部材１４が同一方向を向
くように介在させた積層体１６と、重錘１８の落下によ
って該積層体１６の支点をはさんで相対する片側上部を
強打する重錘落下機構とを具備している。

【０００９】ここで板材１０は例えば金属製円環板等か
らなる。また弾性部材１２はバネ性を有する波座金（ウ
エーブ・ワッシャ）やゴム状物質からなるリング（例え
ばＯリングやゴムブッシュ）等からなる。これらの金属
製円環板と弾性部材とを交互に十〜数十枚程度積層す
る。揺動支点部材１４は、円柱状あるいは三角（楔形）
柱状などであり、前記金属製円環板の直径方向に設け
る。この揺動支点部材１４は板材１０同士のスペーサを
兼ねており、各板材１０は一定間隔（揺動支点部材１４
の高さ）で支持され、且つ弾性部材１２によって水平に
（平行に）支持されている。

【００１０】重錘落下機構は、例えば重錘と、重錘の引
上げ保持・解放機構と、重錘に下向きの弾撥力を付与す
るスプリング機構からなり、積層体の上方に２組並設す
る。あるいは下面片側に突起を有する重錘と、該重錘の
半回転引上げ保持・解放機構と、重錘に下向きの弾撥力
を付与するスプリング機構からなる構成でもよい。その
場合は１組のみでよい。これらにおいて、重錘の自然落
下を利用した方式でもよいが、上記のように重錘に下向
きの弾撥力を付与するスプリング機構を組み込んで強制
落下させると、より一層起振力が高くなり好ましい。

【００１１】前記積層体１６を、周壁面に開口部２０を
有する筒状ケーシング２２内の下部に収容し、上方に重
錘落下機構を配置する構成でもよい。開口部２０は、筒
状ケーシング２２の積層体収容部近傍の周壁面に形成さ
れ、例えば軸方向に細長い形状とする。あるいは積層体
近傍では筒状ケーシング構造とせずに、板材の周縁部に
穴を設け、それに位置規制用のシャフトを挿通するよう
な構成でもよい。ゴム製のリングなどを用いる場合は、
中央の案内棒のみで保持する構成でもよい。

【００１２】

【作用】図１のＡに示す状態では、各板材１０は、揺動
支点部材１４と弾性部材１２によって水平に支持されて
いる。そして各板材１０の間などは孔内水で満たされて
いる。この状態で上方から重錘１８が落下すると、Ｂに
示すように、その衝撃力で弾性部材１２が急激に変形す
る。その際、板材１０と弾性部材１２からなる積層体１
６は、揺動支点部材１４が介在する（スペーサとして機
能している）ために中央の高さ寸法は変わらず、強打し
た方（図１のＢでは右側）では弾性部材１２の弾撥力に
抗して板材１０同士の間隔が狭まり、逆にその分だけ反
対側では間隔は広がる。このような状態が水中で生じる
から、白抜き矢印で示すように、間隔の狭まった方から
は水が外向きに急激に押し出され、反対に間隔の広がっ
た方には孔内水が外部から急激に流入する。その衝撃で
孔壁に弾性波（Ｓ波）が発生する。

【００１３】揺動支点部材１６が円環板１０の直径方向
に設けられていると、流出する水量と流入する水量とは
等しく、振源全体としては水の体積変化が無いことにな
り、理想的なダイポール振源となる。また重錘落下機構
において、重錘１８をスプリング力で下向きに付勢する
ように構成すると、それが自然落下の力に加わるために
積層体の上面に当たる衝撃力が一層強力になり、起振力
も増大するため好ましい。

【００１４】

【実施例】図２は本発明に係る重錘落下式Ｓ波用孔内振
源の一実施例を示す全体説明図である。本装置は長尺円
筒状のケーシング３０で囲まれ、該ケーシング３０の下
部両側には軸方向に延びる大きな開口３２を形成してあ
る。ケーシング３０の下部中心には案内棒３４が位置
し、その下端はケーシング３０の下部端栓３６に固定さ
れる。ケーシング３０内の下部端栓３６上に、弾性部材
として機能するバネ性を有する波座金３８と金属製の円
環板４０とを、交互に多数枚（十〜数十枚）積層して収
容する。更に全ての円環板４０同士の間には、円柱状の
揺動支点部材を介装する。前記開口３２の軸方向の形成
範囲は、ほぼこの積層体の収容位置（高さ）に対応して
いる。また案内棒３４は、波座金３８と円環板４０の中
心孔を貫通しており、それらの円周方向の大凡の位置決
めの機能を果たす。

【００１５】円環板の積層状況の詳細を図３に分解斜視
図として示す。各揺動支点部材４２は、全て同一方向を
向くように配置する。ここでは円環板４０の片面の、直
径方向に沿った２箇所に溶接により固着している。円柱
状の代わりに三角（楔形）柱状などであってもよい。図
示の如く波座金３８は、弾性薄肉円環板に波を付けた形
状をなし、一般にスペーサ用バネとして広く利用されて
いるものであり、この実施例では市販品をそのまま使用
している。

【００１６】ケーシング３０の上端部には２組の重錘落
下機構を並設する。各重錘落下機構は、モータ等を備え
た巻上げ機構４６を有する。該巻上げ機構４６からは、
下端に開閉自在のフック４８を取り付けたワイヤ５０を
下ろし、そのフック４８で重錘５２の上端把持部５４を
掴み離し可能としている。重錘５２は、その中心の縦貫
孔５６を貫通する振れ止め軸５８によって上下方向の移
動の際に案内される。振れ止め軸５８の上方寄り位置に
はフック開放用の突起６０を設け、また周囲には重錘５
２に下向きの弾撥力を付与するためのコイルスプリング
６２を設けている。

【００１７】本装置の動作は次の通りである。いずれか
一方の重錘落下機構を選択的に駆動する。フック４８で
重錘５２の上端把持部５４を掴み、巻上げ機構４６を駆
動してワイヤ５０を巻き上げる。重錘５２は振れ止め軸
５８に案内されて上昇し、やがて重錘５２はコイルスプ
リング６２の下端に達する。更に巻き上げ動作が継続す
ると、重錘５２は該コイルスプリング６２の弾撥力に抗
して上昇する。フック４８の上部がフック開放用の突起
６０にまで達した後に、更に上昇しようとすると、該突
起６０とフック４８とのカム作用によってフック４８の
下端が開く。これによって重錘５２はフック４８から解
放され、コイルスプリング６２の弾撥力と積層体の片側
に落下する。その衝撃によって積層されている各波座金
３８は変形する。その際、積層体全体としては揺動支点
部材１４が介在するために中央の高さ寸法は変わらな
い。しかし、重錘５２が落下した方では円環板４０同士
の間隔が狭まり、反対側では円環板４０同士の間隔は広
がるように傾く。これによって円環板４０の間に存在し
ていた孔内水は、間隔の狭まった方から開口を通って急
激に外向きに放出され、反対に間隔の広がった方には孔
内水が外部から急激に流入する。その衝撃で孔壁に大き
な加振力が与えられる。

【００１８】図４は、２本のボーリング孔間の弾性波速
度を測定し、広い地下地盤にわたって振動特性を立体的
に表現する（断層映像化する）トモグラフィーの説明図
である。一方のボーリング孔７０を起振孔、他方のボー
リング孔７２を受振孔とし、起振孔に本発明の孔内振源
７４を挿入し、受振孔に多連式の受振器７６を挿入す
る。地表の起振制御装置７７で孔内振源７４の動作を制
御して起振すると、弾性波は破線で示すように伝播し各
受振器７６に達する。受振測定装置７８で各受振器７６
からの信号を記録する。起振孔での振源位置（深度）を
順次移動させて起振し、受振孔で弾性波を観測する。次
いで起振孔と受振孔を交換して、同様の測定を行う。こ
の観測結果をコンピュータ処理することにより、立体的
に地盤の振動特性を解析する。上記のように本発明の孔
内振源では、ボーリング孔間距離が数十〜数百ｍ程度で
も弾性波が到達するため、少数のボーリング孔で広い地
盤の振動特性を把握できることになる。

【００１９】図５と図６は本発明で用いる重錘落下機構
の他の例を示す概略構成図である。この実施例では、下
面片側に突起を設けた重錘と、該重錘の半回転引上げ保
持・解放機構とを用いることで、重錘やその引上げ機構
などを１組のみで済ますように工夫したものである。重
錘の引上げ保持・解放機構やスプリング機構は図示して
いないが、それらは前記実施例と同様であってもよい。

【００２０】図５のＡ（正面断面図）及びＢ（平面図）
に示すように、ケーシング８０の内壁面の積層体挿入位
置よりもやや上方に、軸方向に延びる１本の案内用突条
８１を設けると共に、該案内用突条８１の上端から重錘
高さよりやや短い距離だけ離れた上方に重錘半回転用の
突起８２を設ける。ケーシング８０の中央には重錘移動
のための案内用シャフト８３を吊設する。次に図６のＡ
（平面図）、Ｂ（正面図）及びＣ（側面図）に示すよう
に、重錘８５は円柱状であり、中央に前記案内用シャフ
ト８３が貫通する縦貫通孔８６を備え、下面片側に突起
８７を有する。そして外周面の１８０度対称的な位置に
縦溝８９ａ，８９ｂを形成すると共に、両縦溝８９ａ，
８９ｂ間にわたって同一向きに半周する螺旋溝９０ａ，
９０ｂを形成する。更に上部で縦溝と螺旋溝が交差する
部分に逆止弁のように開閉する切換え機構９１を設け
る。

【００２１】この重錘落下機構の動作を図７に示す。ま
ずＡに示すように重錘８５の一方の縦溝８９ａに案内用
突条８１が嵌合しているとする。このとき重錘８５の下
面の突起８７は図面右側に位置している。そのまま重錘
８５を引き上げると、該重錘８５は回転することなく上
昇し、上部が突起８２の近傍に達する（Ｂの状態）。更
に引き上げると、突起８２が切換え機構９１の作用によ
り縦溝８９ａから螺旋溝９０ａに導かれ、Ｃに示すよう
に、重錘８５は回転し、Ｄに示す状態まで半回転する。
重錘８５の下面の突起８７は図面左側に変わる。ここで
重錘８５を解放すれば、他方の縦溝８９ｂが案内用突条
８１に嵌合するように落下し、積層体の左側の上方を強
打できる。つまり重錘８５を引き上げて落下させる毎
に、積層体の右側と左側に交互に衝撃を作用させること
が可能となる。

【００２２】本発明は上記のような構成のみに限定され
るものではない。弾性部材としてはバネ性を有する波座
金が適当であるが、他の形状の板バネやコイルバネなど
であってもよい。あるいはゴム状物質からなるＯリング
やゴムブッシュ等でもよい。外力が加わったときに収縮
変形し、外力が取り除かれた時に元の形状に復旧しうる
ものであればよい。ケーシングの周壁面に形成する開口
部の形状や形成位置などは適宜変更できる。ケーシング
に代えて複数本のシャフトで板材の位置規制を行うよう
にしてもよいし、特にＯリングやゴムブッシュのような
場合には、周辺のシャフトを用いずに中央の案内棒のみ
で位置規制を行うようにしてもよい。重錘の引上げ保持
・解放機構、重錘に下向きの弾撥力を付与するスプリン
グ機構なども、装置構成に応じて適宜変更してよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明は上記のように、多数の板材と弾
性部材を交互に積層すると共に、各板材同士の間に揺動
支点部材が同一方向を向くように介在させて積層体と
し、該積層体の前記支点をはさんで相対する片側上部を
重錘落下により強打するよう構成したから、強打した方
では板材同士の間隔が狭まり、反対側では間隔は広がる
ため、間隔の狭まった方からは水が外向きに急激に押し
出され、反対に間隔の広がった方には水が外部から急激
に流入し、それによって孔壁に弾性波（Ｓ波）を発生さ
せることができる。

【００２４】本発明では、重錘重量や落下距離を大きく
したりスプリングなどで駆動することで落下エネルギー
を大きくでき、その結果、小さなケーシング口径でも大
きな起振力を発生させるとができる。それ故、孔間速度
測定などを行う場合、孔間距離を大きくとることがで
き、少数のボーリング孔を掘削するだけで、広い地盤に
わたっての地盤振動特性を正確に把握することが可能と
なる。また火薬などを使用しないため、安全で且つ使い
易く、孔壁を破壊する虞もなく、例えばトモグラフィー
の技法には最適な孔内振源である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る重錘落下式のＳ波用孔内振源の概
略構成図。

【図２】本発明に係るＳ波用孔内振源の一実施例を示す
説明図。

【図３】波座金と円環板と揺動支点部材の積層状況を示
す分解斜視図。

【図４】本発明のＳ波用孔内振源の使用状態の一例を示
す説明図。

【図５】本発明で用いる重錘落下機構の一例のケーシン
グの説明図。

【図６】重錘落下機構の一例の重錘の説明図。

【図７】重錘落下機構の一例の動作説明図。

【符号の説明】

１０板材１２弾性部材１４揺動支点部材１６積層体１８重錘２０開口部２２ケーシング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板材と弾性部材とを交互に多数積層する
と共に、各板材同士の間で揺動支点部材が同一方向を向
くように介在させた積層体と、該積層体の上方に位置
し、該積層体の揺動支点部材をはさんで相対する片側上
部を強打する重錘落下機構とを具備していることを特徴
とする重錘落下式Ｓ波用孔内振源。
【請求項２】弾性部材がバネ性を有する波座金であ
り、該波座金と金属製の円環板とを交互に十〜数十枚積
層した請求項１記載のＳ波用孔内振源。
【請求項３】弾性部材がゴム状物質をからなるリング
状体であり、該リング状体と金属製の円環板とを交互に
十〜数十枚積層した請求項１記載のＳ波用孔内振源。
【請求項４】揺動支点部材が円柱状若しくは三角柱状
をなし、円環板の直径方向に設けられている請求項２又
は３記載のＳ波用孔内振源
【請求項５】重錘落下機構が、重錘と、重錘の引上げ
保持・解放機構と、重錘に下向きの弾撥力を付与するス
プリング機構からなり、積層体の上方に２組並設した請
求項１、２、３又は４記載のＳ波用孔内振源。
【請求項６】重錘落下機構が、下面片側に突起を有す
る重錘と、重錘の半回転引上げ保持・解放機構と、重錘
に下向きの弾撥力を付与するスプリング機構からなり、
積層体の上方に１組のみ設置した請求項１、２、３又は
４記載のＳ波用孔内振源。