JP4911470B2 - Penetration tester with soil moisture meter - Google Patents
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Description
本発明は、地盤の貫入抵抗値と土壌の体積含水率を測定できる土壌水分計付き貫入試験器に関する。 The present invention relates to a penetration tester with a soil moisture meter capable of measuring the penetration resistance value of the ground and the volumetric moisture content of the soil.
豪雨の際に頻発するがけ崩れと呼ばれる表層崩壊は、家屋、人命などに多大な被害をもたらす。このことから、その発生メカニズムの解明及び発生場所の正確な予測が社会的に要請されており、そのために様々な方法が考えられている(例えば特許文献１参照）。 The surface layer collapse, often called “collapse”, occurs during heavy rains, causing great damage to houses and human lives. For this reason, the elucidation of the generation mechanism and the accurate prediction of the occurrence location are socially demanded, and various methods are conceived for this purpose (for example, see Patent Document 1).
多くの表層崩壊は水の集まりやすい谷地形で発生する。谷地形で発生する表層崩壊は、降雨波形情報及び地形情報に基づく物理水文モデルから、発生場所や発生時刻をある程度予測することができる。
しかし、水の集中が起こりえない凸型斜面や平行斜面において発生する表層崩壊も決して少なくない。また、同じような斜面地形であっても表層崩壊が発生する場所と発生しない場所があり、表層崩壊の発生位置を正確に予測することは非常に困難である。
Many surface collapses occur in valley topography where water tends to collect. The occurrence of surface layer collapse on valley topography can be predicted to some extent from the physical hydrological model based on rainfall waveform information and topographic information.
However, there are many surface failures that occur on convex slopes and parallel slopes where water concentration cannot occur. In addition, even if it is the same slope topography, there are places where the surface layer collapse occurs and places where it does not occur, and it is very difficult to accurately predict the position where the surface layer collapse occurs.
これに対して、表層崩壊の発生斜面を踏査した結果、崩壊斜面では岩の割れ目などからの湧水が頻繁に見つかり、このことから、集水性の高い場所で多くの表層崩壊が発生していることがわかってきている。従って、土層の内部構造、特に土層内の水の集中に関する情報、例えば斜面土壌水分の空間分布に関する情報を予め取得することができれば、表層崩壊の発生位置の予測精度を向上させることができる。 On the other hand, as a result of surveying the slope of occurrence of surface layer collapse, springs from rock fractures etc. were frequently found on the collapse slope, and this caused many surface layer collapses in places with high water collection I know that. Therefore, if the information on the internal structure of the soil layer, particularly information on the concentration of water in the soil layer, for example, information on the spatial distribution of slope soil moisture, can be acquired in advance, the prediction accuracy of the occurrence position of the surface layer collapse can be improved. .
土壌水分は、例えば次の方法で計測することができる。
まず第１の方法は、土壌をサンプリングし、乾燥前後の重量を測ることにより土壌水分を計測する方法である。
第２の方法は、土壌に予め埋設した水分計によって土壌水分を計測する方法である。
しかし、これらの方法はいずれも、土壌水分の空間分解能を高めるために土壌のサンプリング場所、水分計の設置場所を増やす必要があり、手間や時間がかかる。
これに対して、第３の方法として、電気探査や地中レーダー等による非接触の土壌水分計測技術を用いる方法がある。しかし、この方法は、高価な装置を必要とする上、土壌水分以外の例えば岩石層や粘土層の特性が計測値に影響し、精度良く計測することができない。
First, the first method is a method of measuring soil moisture by sampling soil and measuring the weight before and after drying.
The second method is a method of measuring soil moisture with a moisture meter embedded in the soil in advance.
However, these methods all require time and effort to increase the number of soil sampling locations and moisture meter installation locations in order to increase the spatial resolution of soil moisture.
On the other hand, as a third method, there is a method using a non-contact soil moisture measurement technique by electric exploration, underground radar or the like. However, this method requires an expensive device, and the characteristics of, for example, a rock layer and a clay layer other than soil moisture affect the measured value, and cannot be measured with high accuracy.
本発明が解決しようとする課題は、土層内部の土壌水分の空間分布を精度良く且つ簡便に計測することができる土壌水分計付き貫入試験器を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a penetration tester with a soil moisture meter that can accurately and easily measure the spatial distribution of soil moisture inside the soil layer.
上記課題を解決するために成された本発明に係る土壌水分計付き貫入試験器は、
a)円筒状のロッドと、
b)前記ロッドの下端部に着脱可能に装着された円錐状のコーン部と、
c)前記ロッドの途中部外周に設けられたノッキングヘッドと、
d)前記ノッキングヘッド上の前記ロッド部分に遊挿され、前記ノッキングヘッド上に自由落下して当該ノッキングヘッドを打撃することにより前記コーン部を地盤中に貫入させる重錘と、
e)前記ロッドの下端部外周に着脱可能に装着される紡錘形の円筒部材と、前記円筒部材の外周面に設けられた螺旋状の溝と、一部が露出するように前記溝に埋め込まれた一対のステンレス製のワイヤとから構成された、前記コーン部と共に地盤中に貫入されるセンサ部を有し、土壌中の体積含水率を計測する土壌水分計と
を備え、
前記ロッドが、その下端部にスリットを有し、前記円筒部材が、その内周面に、該円筒部材を前記ロッドの下端部外周に装着する際に前記スリットに挿入されるストッパを有することを特徴とする。
The penetration tester with a soil moisture meter according to the present invention made to solve the above problems,
a) a cylindrical rod;
b) a conical cone portion detachably attached to the lower end of the rod;
c) a knocking head provided on the outer periphery of the middle of the rod;
d) a weight that is loosely inserted into the rod portion on the knocking head, falls freely on the knocking head and hits the knocking head, thereby penetrating the cone portion into the ground;
e) A spindle-shaped cylindrical member that is detachably mounted on the outer periphery of the lower end of the rod, a spiral groove provided on the outer peripheral surface of the cylindrical member, and a portion of the cylindrical member that is embedded in the groove so as to be exposed. It is composed of a pair of stainless steel wires , has a sensor part that penetrates into the ground together with the cone part, and includes a soil moisture meter that measures the volume moisture content in the soil,
Said rod has a slit at its lower end, the cylindrical member is, on the inner peripheral surface thereof, that have a stopper to be inserted into the slit when attaching the cylindrical member to the outer periphery of the lower end portion of the rod It is characterized by that.
上記土壌水分計付き貫入試験においては、
前記土壌水分計を、前記一対のワイヤに電磁波を伝える電磁波パルス発生装置と、前記電磁波パルス発生装置から前記一対のワイヤに伝えられた電磁波が当該一対のワイヤを往復する時間に基づき体積含水率を測定する測定部とを備えるＴＤＲ（Time Domain Reflectometry）式土壌水分計とすることができる。
In the penetration test with the soil moisture meter,
Volumetric water based pre SL earth壌水fraction meter, the time and the electromagnetic wave pulse generator for transmitting electromagnetic waves to said pair of wires, said transmitted from the electromagnetic wave pulse generator to the pair of wire waves reciprocates the pair of wires It can be set as a TDR (Time Domain Reflectometry) type soil moisture meter provided with the measurement part which measures a rate.
また、前記ロッドは、上部ロッドと、この上部ロッドの下部に着脱可能に連結される下部ロッドと、前記上部ロッドと下部ロッドとの間に着脱可能に介挿され前記ロッド全体の長さを延長する延長ロッドとから構成すると、計測対象となる地盤の土壌の深さに応じてロッド全体を適宜の長さにすることができる。 The rod is detachably inserted between the upper rod and the lower rod, the upper rod, the lower rod detachably connected to the lower portion of the upper rod, and the entire length of the rod is extended. If it comprises from the extension rod which performs, the whole rod can be made into suitable length according to the depth of the soil of the ground used as a measuring object.
崩壊発生斜面や緑化対象斜面においては、地盤の強度や密度、締まり具合の変化点の連続的な把握を目的として、貫入試験器を用いた地盤探査が行われる。
本発明の土壌水分計付き貫入試験器はこのような貫入試験器を用いて構成したものであり、重錘を自由落下させてノッキングヘッドに衝突させることによりコーン部と共に土壌水分計を地盤に貫入させることができる。このため、土層内部の土壌水分の空間分布を精度良く且つ簡便に計測することができる。
On the slopes where collapse occurs and the slopes targeted for greening, ground exploration using an penetration tester is performed for the purpose of continuously grasping the changing points of strength, density and tightening of the ground.
The penetration tester with a soil moisture meter according to the present invention is constructed using such a penetration tester, and the soil moisture meter penetrates into the ground together with the cone part by allowing the weight to freely fall and collide with the knocking head. Can be made. For this reason, the spatial distribution of soil moisture inside the soil layer can be measured accurately and simply.
以下、本発明に係る土壌水分計付き貫入試験器の具体的な実施形態について図１〜図１０を参照しつつ説明する。
本実施形態の土壌水分計付き貫入試験器は、ロッド２０、土壌水分計３０、貫入コーン４０、重錘５０から構成されている。
図１及び図２に示すように、ロッド２０は、上部ロッド２２及び下部ロッド２４、これら上部ロッド２２と下部ロッド２４との間に介挿される延長ロッド２６から構成されている。
図３に示すように土壌水分計３０は電磁波パルス発生装置３１，電磁波サンプリングレシーバー３２からなる水分計本体３３、及びセンサ部３４から構成されている。前記センサ部３４は下部ロッド２４の下部に取り付けられている。
Hereinafter, specific embodiments of the penetration tester with a soil moisture meter according to the present invention will be described with reference to FIGS.
The penetration tester with a soil moisture meter according to this embodiment includes a rod 20, a soil moisture meter 30, a penetration cone 40, and a weight 50.
As shown in FIGS. 1 and 2, the rod 20 includes an upper rod 22 and a lower rod 24, and an extension rod 26 inserted between the upper rod 22 and the lower rod 24.
As shown in FIG. 3, the soil moisture meter 30 includes an electromagnetic wave pulse generator 31, a moisture meter body 33 including an electromagnetic wave sampling receiver 32, and a sensor unit 34. The sensor part 34 is attached to the lower part of the lower rod 24.
上部ロッド２２、下部ロッド２４、延長ロッド２６はいずれも鋼鉄製であり、それぞれ上下に延びる貫通孔２２ａ、２４ａ、２６ａを有している。本実施形態では、上部ロッド２２、下部ロッド２４、延長ロッド２６のそれぞれの長さ寸法を895mm、1040mm、1120mmに設定した。従って、上部ロッド２２及び下部ロッド２４のみを連結したときのロッド２０全体の長さ寸法は1935mmになり、上部ロッド２２と下部ロッド２４との間に延長ロッド２６を介挿したときのロッド２０全体の長さ寸法は3055mmに延長される。 The upper rod 22, the lower rod 24, and the extension rod 26 are all made of steel, and have through holes 22a, 24a, and 26a extending vertically. In this embodiment, the length dimensions of the upper rod 22, the lower rod 24, and the extension rod 26 are set to 895 mm, 1040 mm, and 1120 mm, respectively. Accordingly, the length of the entire rod 20 when only the upper rod 22 and the lower rod 24 are connected is 1935 mm, and the entire rod 20 when the extension rod 26 is inserted between the upper rod 22 and the lower rod 24. The length dimension is extended to 3055 mm.
尚、各ロッド２２，２４，２６の各部の長さ寸法は図面に示すとおりである。これら各ロッド２２，２４，２６の各部の長さ寸法は適宜変更可能である。
また、複数の延長ロッド２６のうちの一つ或いは複数本を上部ロッド２２と下部ロッド２４の間に介挿可能に構成しても良い。更に、全体の長さ寸法が異なる複数本の延長ロッド２６を用意し、これらのうちの１〜数本を上下部ロッド２２，２４の間に介挿するようにしても良い。
In addition, the length dimension of each part of each rod 22, 24, 26 is as showing in drawing. The length dimension of each part of each rod 22, 24, 26 can be changed as appropriate.
Further, one or more of the plurality of extension rods 26 may be configured to be inserted between the upper rod 22 and the lower rod 24. Further, a plurality of extension rods 26 having different overall length dimensions may be prepared, and one to several of them may be interposed between the upper and lower rods 22 and 24.
前記ロッド２０の外周面には、貫入コーン４０の下端からの高さ寸法を示す複数の目盛線６１が設けられている。また、ロッド２０の外周面には複数のレンチ溝６３が形成されている。 On the outer peripheral surface of the rod 20, a plurality of scale lines 61 indicating the height dimension from the lower end of the penetrating cone 40 are provided. A plurality of wrench grooves 63 are formed on the outer peripheral surface of the rod 20.
図４は上部ロッド２２の全体構成を示す縦断面図(ａ)及び正面図（ｂ）である。上部ロッド２２の下部寄りの外周面にはノッキングヘッド６５が設けられている。このノッキングヘッド６５よりも上の上部ロッド２２部分に取り外し可能に重錘５０が遊挿されるようになっている(図２参照）。上部ロッド２２の上部の外周面には環状の溝部６７が形成されており、この溝部６７にはＣリング６９が嵌め込まれている。Ｃリング６９は、上部ロッド２２の上端から重錘５０を遊挿した後、前記溝部６７に嵌め込まれる。これにより、前記重錘５０が上部ロッド２２から抜け出ることが防止される。また、溝部６７からＣリング６９を取り外すことにより上部ロッド２２から重錘５０を取り出すことができる。
更に、上部ロッド２２の下端部には下部ロッド２４或いは延長ロッド２６と連結するための連結部７１が設けられている。連結部７１は雄ねじ部７１ａ及び円筒部７１ｂから構成されている。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view (a) and a front view (b) showing the overall structure of the upper rod 22. A knocking head 65 is provided on the outer peripheral surface near the lower portion of the upper rod 22. A weight 50 is detachably inserted into the upper rod 22 portion above the knocking head 65 (see FIG. 2). An annular groove portion 67 is formed on the outer peripheral surface of the upper portion of the upper rod 22, and a C ring 69 is fitted in the groove portion 67. The C ring 69 is fitted into the groove 67 after the weight 50 is loosely inserted from the upper end of the upper rod 22. This prevents the weight 50 from coming out of the upper rod 22. Further, the weight 50 can be taken out from the upper rod 22 by removing the C ring 69 from the groove portion 67.
Further, a connecting portion 71 for connecting to the lower rod 24 or the extension rod 26 is provided at the lower end portion of the upper rod 22. The connection part 71 is comprised from the external thread part 71a and the cylindrical part 71b.
図５は下部ロッド２４の全体構成を示す縦断面図(ａ)及び正面図（ｂ）である。下部ロッド２４の下部には、その他の部分よりも外径寸法が小さい装着部７３が設けられている。この装着部７３には前記センサ部３４が装着される。装着部７３の下端部にはスリット７５が形成されている。
また、下部ロッド２４の上下両端部には上部連結部７７及び下部連結部７８がそれぞれ形成されている。上部連結部７７は、上部ロッド２２或いは延長ロッド２６に下部ロッド２４を連結するためのもので、貫通孔２４ａに連通する雌ねじ部７７ａ及び円筒状部７７ｂから構成されている。雌ねじ部７７ａ及び円筒状部７７ｂはいずれも貫通孔２４ａよりも大きな内径寸法を有している。下部連結部７８は貫入コーン４０を下部ロッド２４に連結するためのもので、貫通孔２４ａの内周面に形成された雌ねじから構成されている。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view (a) and a front view (b) showing the overall structure of the lower rod 24. A mounting portion 73 having a smaller outer diameter than the other portions is provided at the lower portion of the lower rod 24. The sensor part 34 is attached to the attachment part 73. A slit 75 is formed at the lower end of the mounting portion 73.
Further, an upper connecting portion 77 and a lower connecting portion 78 are formed at both upper and lower ends of the lower rod 24, respectively. The upper connecting portion 77 is for connecting the lower rod 24 to the upper rod 22 or the extension rod 26, and includes an internal thread portion 77a and a cylindrical portion 77b communicating with the through hole 24a. Each of the female screw portion 77a and the cylindrical portion 77b has a larger inner diameter than the through hole 24a. The lower connecting portion 78 is for connecting the penetrating cone 40 to the lower rod 24, and is composed of a female screw formed on the inner peripheral surface of the through hole 24a.
図６は延長ロッド２６の全体構成を示す縦断面図(ａ)及び正面図(ｂ)である。延長ロッド２６はその上下両端部に上部連結部８０及び下部連結部８１が設けられている。上部連結部８０は延長ロッド２６と上部ロッド２２とを連結するためのもので、貫通孔２６ａの内周面に形成され当該貫通孔２６ａよりも径大な雌ねじ部８０ａ及び円筒状部８０ｂから構成されている。下部連結部８１は、延長ロッド２６と下部ロッド２６とを連結するためのもので、雄ねじ部８１ａ及び円筒状部８１ｂから構成されている。 FIG. 6 is a longitudinal sectional view (a) and a front view (b) showing the entire configuration of the extension rod 26. The extension rod 26 is provided with an upper connecting portion 80 and a lower connecting portion 81 at both upper and lower ends thereof. The upper connecting portion 80 is for connecting the extension rod 26 and the upper rod 22, and is formed of an internal thread portion 80a and a cylindrical portion 80b formed on the inner peripheral surface of the through hole 26a and having a larger diameter than the through hole 26a. Has been. The lower connecting portion 81 is for connecting the extension rod 26 and the lower rod 26, and includes a male screw portion 81a and a cylindrical portion 81b.
図７は下部ロッド２４の下部連結部７８に連結した状態で示す貫入コーン４０の正面図である。貫入コーン４０は窒化処理加工が施されたステンレスから構成され、下端部に円錐状部４１を、上端部に前記下部連結部７８に螺合する雄ねじ部４２を有している。貫入コーン４０はゴムパッキン４３を介して前記下部連結部７８に連結される。 FIG. 7 is a front view of the penetrating cone 40 shown in a state of being connected to the lower connecting portion 78 of the lower rod 24. The penetration cone 40 is made of stainless steel that has been subjected to nitriding treatment, and has a conical portion 41 at a lower end portion and a male screw portion 42 that is screwed into the lower connecting portion 78 at an upper end portion. The penetration cone 40 is connected to the lower connecting portion 78 through the rubber packing 43.
図８は土壌水分計３０のセンサ部３４の全体構成(ａ)及びセンサ部３４と前記水分計本体３３との接続部分の構成(ｂ)並びにセンサ部３４の一部拡大図(ｃ)を示している。
センサ部３４は下部ロッド２４の装着部７３に装着されるアクリル樹脂製の円筒体３５、この円筒体３５の外周面に巻き付けられた２本のステンレスワイヤ３６、これらステンレスワイヤ３６と水分計本体３３とを接続する接続部３７から構成されている。
FIG. 8 shows the entire configuration (a) of the sensor unit 34 of the soil moisture meter 30, the configuration (b) of the connecting portion between the sensor unit 34 and the moisture meter body 33, and a partially enlarged view (c) of the sensor unit 34. ing.
The sensor unit 34 includes an acrylic resin cylindrical body 35 attached to the mounting portion 73 of the lower rod 24, two stainless steel wires 36 wound around the outer peripheral surface of the cylindrical body 35, the stainless steel wires 36 and the moisture meter body 33. It is comprised from the connection part 37 which connects.
円筒体３５は紡錘形をしており、上下両端部の外径寸法はロッド２０の外径寸法とほぼ同じに、中央部の外径寸法はロッド２０の外径寸法よりもやや大きく設定されている。このため、ロッド２０と共にセンサ部３４が土壌中に貫入されるとき或いは土壌中から引き上げられるときに円筒体３５が大きな抵抗になることがなく、円筒体３５の破壊を極力防止できる。
また、円筒体３５の中央部の外周面には２本の平行な螺旋溝３８が形成されており、この螺旋溝３８に前記ステンレスワイヤ３６が埋め込まれている。螺旋溝３８の深さ寸法は約0.5mmに設定され、ステンレスワイヤ３６の直径寸法は約0.55mmに設定されている。従って、螺旋溝３８に埋め込まれたステンレスワイヤ３６の一部は外部に露出する(図８(ｃ)参照)。このような構成により、土壌中に円筒体３５が貫入されたときのステンレスワイヤ３６と土壌との接触性が向上する。
The cylindrical body 35 has a spindle shape, and the outer diameter of the upper and lower ends is substantially the same as the outer diameter of the rod 20, and the outer diameter of the center is set slightly larger than the outer diameter of the rod 20. . For this reason, when the sensor part 34 is penetrated into the soil together with the rod 20 or pulled up from the soil, the cylindrical body 35 does not become a large resistance, and the destruction of the cylindrical body 35 can be prevented as much as possible.
In addition, two parallel spiral grooves 38 are formed on the outer peripheral surface of the central portion of the cylindrical body 35, and the stainless wire 36 is embedded in the spiral grooves 38. The depth dimension of the spiral groove 38 is set to about 0.5 mm, and the diameter dimension of the stainless wire 36 is set to about 0.55 mm. Accordingly, a part of the stainless wire 36 embedded in the spiral groove 38 is exposed to the outside (see FIG. 8C). With such a configuration, the contact between the stainless steel wire 36 and the soil when the cylindrical body 35 penetrates into the soil is improved.
また、円筒体３５のうちステンレスワイヤ３６の下端部の下部に位置する部分には、当該円筒体３５の内方に突出するストッパ３９が固定されている。円筒体３５を装着部７３に装着する際、前記ストッパ３９は下部ロッド２４のスリット７５に挿入される。これにより、ロッド２０を地盤中に出し入れする際に装着部７３に沿って円筒体３５が回転することが防止される。このため、ステンレスワイヤ３６や信号線３７ａ、グランド線３７ｂの断線を防止できる。 A stopper 39 that protrudes inward of the cylindrical body 35 is fixed to a portion of the cylindrical body 35 that is positioned below the lower end of the stainless steel wire 36. When the cylindrical body 35 is mounted on the mounting portion 73, the stopper 39 is inserted into the slit 75 of the lower rod 24. This prevents the cylindrical body 35 from rotating along the mounting portion 73 when the rod 20 is taken in and out of the ground. For this reason, disconnection of the stainless steel wire 36, the signal line 37a, and the ground line 37b can be prevented.
前記接続部３７はステンレスワイヤ３６の下端部に接続された信号線３７ａ及びグランド線３７ｂ及びこれら信号線３７ａ及びグランド線３７ｂと水分計本体３３を接続する同軸ケーブル３７ｃから構成されている。信号線３７ａ及びグランド線３７ｂは円筒体３５の内部に配置されており、その下端部は円筒体３５を貫通してステンレスワイヤ３６の下端部に接続されている。また、信号線３７ａ及びグランド線３７ｂの上端部は前記同軸ケーブル３７ｃに接続されている。 The connecting portion 37 includes a signal wire 37 a and a ground wire 37 b connected to the lower end of the stainless steel wire 36, and a coaxial cable 37 c that connects the signal wire 37 a and ground wire 37 b to the moisture meter body 33. The signal line 37 a and the ground line 37 b are disposed inside the cylindrical body 35, and the lower ends thereof pass through the cylindrical body 35 and are connected to the lower ends of the stainless wire 36. The upper ends of the signal line 37a and the ground line 37b are connected to the coaxial cable 37c.
円筒体３５はテフロン（登録商標）製パッド３５ａを介して下部ロッド２４の装着部７３に装着される。また、下部ロッド２４には延長ロッド２６及び上部ロッド２２が連結される。このとき、信号線３７ａ及びグランド線３７ｂはスリット７５を通して貫通孔２４ａに挿通される。また、同軸ケーブル３７ｃは下部ロッド２４の貫通孔２４ａを経て、延長ロッド２６、上部２２の貫通孔２６ａ、２２ａ内に通され、上部ロッド２２の上端部から引き出される。上部ロッド２２の上端部から引き出された同軸ケーブル３７ｃの上端部は水分計本体３３に接続される。 The cylindrical body 35 is mounted on the mounting portion 73 of the lower rod 24 through a Teflon (registered trademark) pad 35a. The extension rod 26 and the upper rod 22 are connected to the lower rod 24. At this time, the signal line 37 a and the ground line 37 b are inserted into the through hole 24 a through the slit 75. The coaxial cable 37 c passes through the through hole 24 a of the lower rod 24, passes through the extension rod 26 and the through holes 26 a and 22 a of the upper portion 22, and is drawn out from the upper end portion of the upper rod 22. The upper end portion of the coaxial cable 37 c drawn from the upper end portion of the upper rod 22 is connected to the moisture meter main body 33.
前記土壌水分計３０は、一般的な土壌水分計の一つであるＴＤＲ（Time Domain Reflectometry）式土壌水分計から構成されている。２本のステンレスワイヤ３６は、ＴＤＲ（Time Domain Reflectometry）式土壌水分計の金属棒に相当し、電磁波パルス発生装置３１から送り出された電磁波はステンレスワイヤ３６に伝わり、その先端で反射されて戻ってくる。電磁波がステンレスワイヤ３６を往復する時間ｔは、センサ部３４が埋設された土壌の比誘電率をκsoil、ステンレスワイヤ３６の長さをＬ、自由空間における電磁波の速さをｃとすると次の関係式で表される。
この場合、センサ部３４毎に異なる特性による計測誤差を極力小さくするために、キャリブレーションを行う必要があるが、上記土壌水分計３０においては、水と空気を用いて簡便且つ高精度のキャリブレーションを行うことができる。
具体的には、水及び空気の誘電率はそれぞれ８０及び１であることから、円筒体３５を水中及び空気中に配置したときの水分計本体３３の出力値から、土壌中に円筒体３５を埋設したときの水分計本体３３の出力値を補正する。
図９及び図１０は、異なる６個のセンサ部３４をそれぞれロッド２０に装着したとき水分計本体３３の出力値及び補正後の出力値を示している。図９及び図１０に示すように、補正後の出力値の方がセンサ部３４間のバラツキが小さくなり、センサ部３４固有の特性を除去することができる。
In this case, it is necessary to perform calibration in order to minimize measurement errors due to different characteristics for each sensor unit 34. However, in the soil moisture meter 30, simple and highly accurate calibration using water and air. It can be performed.
Specifically, since the dielectric constants of water and air are 80 and 1, respectively, the cylindrical body 35 is placed in the soil from the output value of the moisture meter body 33 when the cylindrical body 35 is placed in water and air. The output value of the moisture meter main body 33 when buried is corrected.
9 and 10 show the output value of the moisture meter main body 33 and the corrected output value when six different sensor units 34 are respectively attached to the rod 20. As shown in FIGS. 9 and 10, the output value after correction has a smaller variation between the sensor units 34, and the characteristics unique to the sensor unit 34 can be removed.
上記構成の土壌水分計付き貫入試験器は計測対象となる山地斜面等の地盤表面に貫入コーン４０の先端を押し当てつつロッド２０を鉛直方向に立てた状態で用いられる。具体的には、２ｋｇの重錘５０をノッキングヘッド６５上に自由落下させノッキングヘッド６５を重錘５０で打撃すると、ロッド２０と共に貫入コーン４０が地盤中に貫入する。貫入抵抗の指標として貫入コーン４０が10cm貫入する毎の打撃数（drop/10cm）を計測すれば、その地盤の土壌硬度や密度等の鉛直分布、土層の厚さ等を求めることができる。
また、貫入コーン４０が地盤中に貫入されると、貫入コーン４０の直ぐ上に位置する円筒体３５が土壌中に埋没する。従って、この状態で電磁波パルス発生装置３１から電磁波を発生させれば土壌中の比誘電率を求めることができる。
The penetration tester with a soil moisture meter having the above-described configuration is used in a state where the rod 20 stands in the vertical direction while pressing the tip of the penetration cone 40 against the ground surface such as a mountain slope to be measured. Specifically, when striking the knocking head 65 in the weight 50 freely down the weight 50 of 2kg on knocking head 65, penetration cone 40 penetrates into the ground together with the rod 20. By measuring the number of hits (drop / 10 cm) every time the penetration cone 40 penetrates 10 cm as an index of penetration resistance, the vertical distribution of soil hardness and density of the ground, the thickness of the soil layer, and the like can be obtained.
Further, when the penetrating cone 40 is penetrating into the ground, the cylindrical body 35 located immediately above the penetrating cone 40 is buried in the soil. Therefore, if an electromagnetic wave is generated from the electromagnetic wave pulse generator 31 in this state, the relative dielectric constant in the soil can be obtained.
このように、本実施形態の貫入試験器は地盤の貫入抵抗値及び土壌の比誘電率の鉛直分布を同時に計測することができる。特に、貫入コーン４０を10cm貫入させる毎に比誘電率を求めれば、貫入抵抗値と比誘電率とを関連づけて計測することができる。しかも、紡錘形の円筒体３５の中央部にステンレスワイヤ３６を巻回し、ステンレスワイヤ３６と土壌との接触性を向上させたため、比誘電率を精度良く計測することができる。 Thus, the penetration tester of the present embodiment can simultaneously measure the ground penetration resistance value and the vertical distribution of the relative dielectric constant of the soil. In particular, if the relative dielectric constant is obtained every time the penetration cone 40 is penetrated by 10 cm, the penetration resistance value and the relative dielectric constant can be measured in association with each other. Moreover, since the stainless steel wire 36 is wound around the center of the spindle-shaped cylindrical body 35 to improve the contact between the stainless steel wire 36 and the soil, the relative dielectric constant can be measured with high accuracy.
次に、上述の土壌水分計付き貫入試験器を用いた計測事例について説明する。
〈計測事例１〉
図１１は、ある試験地において上記実施形態の貫入試験器（以下、ＣＰＭＰ（Combined Penetrometer-TDR Moisture Probe)という）及び長谷川式土壌貫入計（図１１中「長谷川式」と示す）を用いて貫入抵抗値(drop/10cm)の鉛直分布を計測した結果を示している。図１１では異なる２地点の計測結果を並べて示している。尚、長谷川式土壌貫入計は、土壌の貫入抵抗値の計測器として従来より広く用いられているものである。
図１１に示すように、両計測器による貫入抵抗値は完全に一致しないものの、鉛直分布の傾向や特徴は良好に一致した。このことから、土壌水分計を取り付けたことによる貫入抵抗値の計測への影響は小さいと考えられる。
Next, the measurement example using the penetration tester with the above-mentioned soil moisture meter is demonstrated.
<Measurement example 1>
FIG. 11 shows penetration at a certain test site using the penetration tester of the above embodiment (hereinafter referred to as CPMP (Combined Penetrometer-TDR Moisture Probe)) and the Hasegawa-type soil penetration meter (shown as “Hasegawa-type” in FIG. 11). The result of measuring the vertical distribution of resistance (drop / 10cm) is shown. In FIG. 11, the measurement results at two different points are shown side by side. The Hasegawa-type soil penetration meter has been widely used as a measuring instrument for soil penetration resistance.
As shown in FIG. 11, although the penetration resistance values by both measuring instruments did not completely match, the tendency and characteristics of the vertical distribution were well matched. From this, it is thought that the influence on the measurement of the penetration resistance value by attaching the soil moisture meter is small.
〈計測事例２〉
図１２は、滋賀県内にある異なる２箇所の試験地において上述の貫入試験器（ＣＰＭＰ）及び既存の土壌水分計（比較例２）を用いて土壌の比誘電率の鉛直分布を計測した結果を示している。既存の土壌水分計として、ＴＤＲ（Time Domain Reflectometry）式土壌水分計（型番：CS605）を用いた。
図１２に示すように、両計測器による土壌の比誘電率は完全に一致しないものの、鉛直分布の傾向や特徴は良好に一致した。このことから、上述の土壌水分計付き貫入試験器は土壌水分の鉛直分布を精度良く計測できるといえる。
<Measurement example 2>
FIG. 12 shows the results of measuring the vertical distribution of the relative permittivity of soil using the above penetration tester (CPMP) and the existing soil moisture meter (Comparative Example 2) at two different test sites in Shiga Prefecture. Show. A TDR (Time Domain Reflectometry) type soil moisture meter (model number: CS605) was used as an existing soil moisture meter.
As shown in FIG. 12, although the relative permittivity of the soil by both measuring instruments did not completely match, the tendency and characteristics of the vertical distribution matched well. From this, it can be said that the penetration tester with a soil moisture meter described above can accurately measure the vertical distribution of soil moisture.
〈計測事例３〉
図１３は滋賀県内の試験地である山腹斜面における体積含水率と土壌深さとの関係を、図１４は当該試験地における貫入抵抗値及び乾燥密度と土壌深さとの関係を示した図である。
図１３中、実線はＣＰＭＰを用いて計測した土壌の比誘電率（κ）を下記の換算式に代入して求めた体積含水率(cm3/cm3)を、黒丸の点は当該試験地において採取した土壌サンプルから秤量法を用いて求めた体積含水率を示している。
図１３に示すように、比誘電率から演算により求めた体積含水率と秤量法により求めた体積含水率とは概ね一致した。また、図１４に示すように、ＣＰＭＰにより求めた貫入抵抗値と土壌サンプルの乾燥密度との間に正の相関が見られた。以上より、ＣＰＭＰを用いることにより、実際の山腹斜面において詳細な土壌水分の分布、土質構造の計測が可能であることが分かる。
<Measurement example 3>
FIG. 13 shows the relationship between the volumetric water content and the soil depth on the hillside slope, which is a test site in Shiga Prefecture, and FIG. 14 shows the relationship between the penetration resistance value, the dry density, and the soil depth at the test site.
In FIG. 13, the solid line indicates the volumetric water content (cm 3 / cm 3 ) obtained by substituting the relative permittivity (κ) of the soil measured using CPMP into the following conversion formula, and the black circle points indicate the test site. The volumetric water content obtained from the soil sample collected in Fig. 1 using a weighing method is shown.
As shown in FIG. 13, the volumetric water content obtained by calculation from the relative dielectric constant and the volumetric water content obtained by the weighing method almost coincided. Moreover, as shown in FIG. 14, the positive correlation was seen between the penetration resistance value calculated | required by CPMP, and the dry density of a soil sample. From the above, it can be seen that by using CPMP, detailed distribution of soil moisture and soil structure can be measured on an actual hillside slope.
〈計測事例４〉
図１５は滋賀県内にある試験地においてＣＰＭＰを用いて求めた貫入抵抗値及び比誘電率の鉛直分布を示している。この計測事例では、比較的深い土壌層(５ｍ以上）で計測を行った結果を示している。図１５に示すように、深い土壌層（約５ｍ）であっても貫入抵抗値及び比誘電率を良好に計測できる。
<Measurement example 4>
FIG. 15 shows the vertical distribution of penetration resistance value and relative permittivity obtained by using CPMP at a test site in Shiga Prefecture. In this measurement example, the result of measuring in a relatively deep soil layer (5 m or more) is shown. As shown in FIG. 15, even if it is a deep soil layer (about 5 m), a penetration resistance value and a dielectric constant can be measured favorably.
〈計測事例５〉
図１６は、滋賀県内にある試験地においてＣＰＭＰを用いて求めた貫入抵抗値及び比誘電率の鉛直分布を示している。当該試験地には地下水が存在しており、観測井戸により実測した地下水位を図１６中に実線で示す。図１６から、比誘電率が急激に上昇する深さと、地下水位とが良好に一致することが分かる。このことから、本実施例の貫入試験器を用いることにより、地下水の存在や地下水位を精度良く把握することができる。
<Measurement example 5>
FIG. 16 shows the vertical distribution of penetration resistance value and relative permittivity obtained by using CPMP at a test site in Shiga Prefecture. Groundwater exists in the test site, and the groundwater level measured by the observation well is shown by a solid line in FIG. It can be seen from FIG. 16 that the depth at which the relative permittivity increases rapidly matches the groundwater level well. From this, by using the penetration tester of the present embodiment, it is possible to accurately grasp the presence of groundwater and the groundwater level.
〈計測事例６〉
図１７は滋賀県内にある試験地においてＣＰＭＰを用いて求めた貫入抵抗値及び比誘電率の鉛直分布を示している。図１７に示すように、当該試験地では比誘電率が局所的に高い土壌層位(図１７において矢印で示す）が観察されたことから、この層位には水が流れていると考えられる。このように、本実施例の貫入試験器を用いることにより、土層内の水が流れる箇所を選択的に検出することができる。
<Measurement example 6>
FIG. 17 shows the vertical distribution of penetration resistance value and relative permittivity obtained by using CPMP at a test site in Shiga Prefecture. As shown in FIG. 17, since a soil layer level (indicated by an arrow in FIG. 17) having a locally high relative dielectric constant was observed at the test site, water is thought to flow through this layer level. . Thus, by using the penetration tester of the present embodiment, it is possible to selectively detect a location where water in the soil layer flows.
〈計測事例７〉
図１８は滋賀県内にある試験地において上記ＣＰＭＰを用いて求めた貫入抵抗値及び比誘電率の二次元分布を示してる。図１８上部の多数の矢印は貫入抵抗値等を計測した各地点を示している。図１８から、当該試験地では貫入抵抗値が深さ方向に向かってほぼ均一に変化しているのに対して、比誘電率は極めて不均一に分布していることが分かる。このように、貫入抵抗値及び比誘電率の鉛直分布を複数箇所で連続的に計測することにより、貫入抵抗値及び比誘電率の二次元分布を把握することができる。
<Measurement example 7>
FIG. 18 shows a two-dimensional distribution of the penetration resistance value and the relative permittivity obtained by using the CPMP at a test site in Shiga Prefecture. A large number of arrows in the upper part of FIG. 18 indicate points where the penetration resistance values and the like are measured. From FIG. 18, it can be seen that the penetration resistance value changes substantially uniformly in the depth direction in the test site, whereas the relative permittivity is very unevenly distributed. Thus, by continuously measuring the vertical distribution of the penetration resistance value and the relative permittivity at a plurality of locations, the two-dimensional distribution of the penetration resistance value and the relative permittivity can be grasped.
２０・・・ロッド
２２・・・上部ロッド
２４・・・下部ロッド
２６・・・延長ロッド
３０・・・土壌水分計
３１・・・電磁波パルス発生装置
３２・・・電磁波サンプリングレシーバー
３３・・・水分計本体
３４・・・センサ部
３５・・・円筒体
３６・・・ステンレスワイヤ
３７ａ・・・信号線
３７ｂ・・・グランド線
３８・・・螺旋溝
３９・・・ストッパ
４０・・・貫入コーン
４１・・・円錐状部
５０・・・重錘
６５・・・ノッキングヘッド
20 ... Rod 22 ... Upper rod 24 ... Lower rod 26 ... Extension rod 30 ... Soil moisture meter 31 ... Electromagnetic pulse generator 32 ... Electromagnetic sampling receiver 33 ... Moisture Meter main body 34 ... sensor unit 35 ... cylindrical body 36 ... stainless wire 37a ... signal wire 37b ... ground wire 38 ... spiral groove 39 ... stopper 40 ... penetrating cone 41 ... Conical part 50 ... Weight
65 ... Knocking head
Claims (4)
b)前記ロッドの下端部に着脱可能に装着された円錐状のコーン部と、
c)前記ロッドの途中外周に設けられたノッキングヘッドと、
d)前記ノッキングヘッド上の前記ロッド部分に遊挿され、前記ノッキングヘッド上に自由落下して当該ノッキングヘッドを打撃することにより前記コーン部を地盤中に貫入させる重錘と、
e)前記ロッドの下端部外周に着脱可能に装着される紡錘形の円筒部材と、前記円筒部材の外周面に設けられた螺旋状の溝と、一部が露出するように前記溝に埋め込まれた一対のステンレス製のワイヤとから構成された、前記コーン部と共に地盤中に貫入されるセンサ部を有し、土壌中の体積含水率を計測する土壌水分計と
を備え、
前記ロッドが、その下端部にスリットを有し、前記円筒部材が、その内周面に、該円筒部材を前記ロッドの下端部外周に装着する際に前記スリットに挿入されるストッパを有することを特徴とする土壌水分計付き貫入試験器。 a) a cylindrical rod;
b) a conical cone portion detachably attached to the lower end of the rod;
c) a knocking head provided on the outer periphery of the rod;
d) a weight that is loosely inserted into the rod portion on the knocking head, falls freely on the knocking head and hits the knocking head, thereby penetrating the cone portion into the ground;
e) A spindle-shaped cylindrical member that is detachably mounted on the outer periphery of the lower end of the rod, a spiral groove provided on the outer peripheral surface of the cylindrical member, and a portion of the cylindrical member that is embedded in the groove so as to be exposed. It is composed of a pair of stainless steel wires , has a sensor part that penetrates into the ground together with the cone part, and includes a soil moisture meter that measures the volume moisture content in the soil,
Said rod has a slit at its lower end, the cylindrical member is, on the inner peripheral surface thereof, that have a stopper to be inserted into the slit when attaching the cylindrical member to the outer periphery of the lower end portion of the rod Penetration tester with soil moisture meter.
前記接続ケーブルの下端部は前記ロッド内の下端部において前記ワイヤに接続され、前記接続ケーブルの上端部は前記ロッドの上端部から外部に引き出されて前記電磁波パルス発生装置に接続されることを特徴とする請求項２に記載の土壌水分計付き貫入試験器。 A connection cable that is inserted into the rod and electrically connects the electromagnetic pulse generator and the wire;
A lower end portion of the connection cable is connected to the wire at a lower end portion in the rod, and an upper end portion of the connection cable is drawn out from the upper end portion of the rod and connected to the electromagnetic wave pulse generator. The penetration tester with a soil moisture meter according to claim 2.
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