JP7802279B2 - Stress measurement device - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 令和3年11月26日に第31回トンネル工学研究発表会にて発表Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act applied. Presented at the 31st Tunnel Engineering Research Conference on November 26, 2021.
本発明の一実施形態は応力解放法を用いた応力測定装置の構造に関する。 One embodiment of the present invention relates to the structure of a stress measurement device using the stress release method.
山岳トンネルを設計する際には数値解析的な手法が用いられる。数値解析を行うに当たっては、地山の初期応力状態が解析結果に重大な影響を与える。そのため、地山の初期応力状態を正確に捉えることが重要である。地山の応力を測定する方式の一つとしてオーバーコアリング法が知られている。オーバーコアリング法では、地山に形成した測定孔(「ボーリング孔」とも呼ばれる。)に応力を測定する装置を挿入し、さらに測定孔の外周を削孔することで生じる測定孔の変形を測定することで初期応力状態の評価が行われている。 Numerical analysis techniques are used when designing mountain tunnels. When performing numerical analysis, the initial stress state of the ground has a significant impact on the analysis results. Therefore, it is important to accurately grasp the initial stress state of the ground. The overcoring method is known as one method for measuring stress in the ground. With the overcoring method, a stress measurement device is inserted into a measurement hole (also called a "borehole") formed in the ground, and the initial stress state is evaluated by measuring the deformation of the measurement hole caused by drilling the outer periphery of the measurement hole.
測定孔の変形量を測定する装置としては、例えば、長尺状の本体部と、本体部の先端側に設けられた第1孔内支持部と、本体部の基端側に設けられた第2孔内支持部と、本体部の各孔内支持部の間に設けられた計測部とを備えた応力測定装置が知られている(特許文献1参照)。 A known example of a device for measuring the deformation of a measurement hole is a stress measuring device that includes a long main body, a first support member in the hole provided at the tip end of the main body, a second support member in the hole provided at the base end of the main body, and a measuring unit provided between the support members in the hole of the main body (see Patent Document 1).
オーバーコアリング法では、測定孔の孔径方向の変形量と孔長方向の変形が計測される。応力測定装置は、接触式の歪みゲージによって、測定孔の孔長及び孔径方向の変形を計測している。従来の応力測定装置は、測定孔へ挿入するときに生じる孔長方向の変位が計測結果に含まれてしまい、特に孔径方向の変形を正確に計測できないという問題がある。 The overcoring method measures the deformation in the diameter direction of the measurement hole and the deformation in the length direction of the hole. The stress measurement device uses a contact-type strain gauge to measure the hole length and deformation in the diameter direction of the measurement hole. Conventional stress measurement devices have the problem that the measurement results include displacement in the length direction of the hole that occurs when the gauge is inserted into the measurement hole, making it difficult to accurately measure deformation in the diameter direction in particular.
このような問題に鑑み、本発明の一実施形態は、正確に応力を計測することのできる応力測装置を提供することを目的とする。 In light of these problems, one embodiment of the present invention aims to provide a stress measuring device that can accurately measure stress.
本発明の一実施形態に係る応力測定装置は、ロッドを含む第1筐体と、第1筐体の第1端部の側に配置される第1センサと、第1筐体の第1端部とは反対側の第2端部の側に配置される第2センサと、第1筐体の第1端部の側に連結される第2筐体とを含む。第1センサは、ロッドの軸長方向に延伸し一端が第1筐体に固定され他端が自由端とされた第1弾性板と、第1弾性板に取り付けられた第1歪みゲージと、第1弾性板の自由端に取り付けられた接触ローラとを含み、第2センサは、ロッドの軸長方向に延伸し一端が第1筐体に固定された第2弾性板と、第2弾性板に取り付けられた第2歪みゲージと、第2弾性板の他端の側に取り付けられた接触ピンとを含む。第1センサの接触ローラ及び第2センサの接触ピンが、第1弾性板及び第2弾性板の第1端部の側に対し第2端部の側に配置されている。 A stress measuring device according to one embodiment of the present invention includes a first housing containing a rod, a first sensor arranged on the first end side of the first housing, a second sensor arranged on the second end side of the first housing opposite the first end, and a second housing connected to the first end side of the first housing. The first sensor includes a first elastic plate extending in the axial direction of the rod and having one end fixed to the first housing and the other end as a free end, a first strain gauge attached to the first elastic plate, and a contact roller attached to the free end of the first elastic plate. The second sensor includes a second elastic plate extending in the axial direction of the rod and one end fixed to the first housing, a second strain gauge attached to the second elastic plate, and a contact pin attached to the other end side of the second elastic plate. The contact roller of the first sensor and the contact pin of the second sensor are arranged on the second end side of the first elastic plate and the second elastic plate relative to the first end side.
本発明の一実施形態において、第1筐体は、ロッドの第1端部の側に設けられ、ロッドの外径より大きい外径を有する第1支持部材と、ロッドの第2端部の側に設けられ、ロッドの外径より大きい外径を揺する第2支持部材と、を含み、第1弾性板が第1支持部材に片持ち支持され、第2弾性板が第2支持部材に取り付けられていてもよい。 In one embodiment of the present invention, the first housing includes a first support member provided on the side of the first end of the rod and having an outer diameter larger than the outer diameter of the rod, and a second support member provided on the side of the second end of the rod and having an outer diameter larger than the outer diameter of the rod, and the first elastic plate may be cantilevered on the first support member, and the second elastic plate may be attached to the second support member.
本発明の一実施形態において、第1筐体と第2筐体とが、自在継手を介して連結されていてもよく、この構成において第1筐体と第2筐体との間に間隙が設けられていてもよい。 In one embodiment of the present invention, the first housing and the second housing may be connected via a universal joint, and in this configuration, a gap may be provided between the first housing and the second housing.
本発明の一実施形態において、第1弾性板は、ロッドの軸径方向に弾性変形し、第2弾性板は、ロッドの軸長方向に弾性変形するように設けられていてもよい。第2弾性板は、湾曲部を有し、第2歪みゲージが湾曲部に設けられていてもよい。 In one embodiment of the present invention, the first elastic plate may be configured to elastically deform in the axial radial direction of the rod, and the second elastic plate may be configured to elastically deform in the axial length direction of the rod. The second elastic plate may have a curved portion, and a second strain gauge may be provided in the curved portion.
本発明の一実施形態において、接触ローラ及び接触ピンが、第1筐体の外面より外側に突出していることが好ましい。 In one embodiment of the present invention, it is preferable that the contact roller and contact pin protrude outward from the outer surface of the first housing.
本発明の一実施形態において、第1センサ及び第2センサが、第1筐体の外周に沿って複数個配置されていることが好ましい。 In one embodiment of the present invention, it is preferable that multiple first sensors and multiple second sensors are arranged along the outer periphery of the first housing.
本発明の一実施形態において、第1歪みゲージが測定孔の孔径方向の変位を測定し、第2歪みゲージが測定孔の孔長方向の変位を測定するように設けられていることが好ましい。 In one embodiment of the present invention, it is preferable that the first strain gauge is configured to measure displacement in the diameter direction of the measurement hole, and the second strain gauge is configured to measure displacement in the length direction of the measurement hole.
本発明の一実施形態において、第1歪みゲージ及び第2歪みゲージの測定値を記録するデータロガーを有し、データロガーが第2筐体内に設けられていてもよい。 In one embodiment of the present invention, a data logger may be provided within the second housing to record the measurements of the first strain gauge and the second strain gauge.
本発明の一実施形態に係る応力測定装置によれば、測定孔の孔径方向の変形量を測定するセンサの先端部分をローラ構造とすることで、測定孔への挿入時に生じる測定孔の孔長方向の変位の影響を受けないようにすることができ、測定孔の孔径方向の歪みを正確に測定することができる。 In a stress measuring device according to one embodiment of the present invention, the tip of the sensor that measures the amount of deformation in the diameter direction of the measurement hole has a roller structure, which makes it possible to eliminate the influence of displacement in the length direction of the measurement hole that occurs when the sensor is inserted into the measurement hole, and to accurately measure the distortion in the diameter direction of the measurement hole.
以下、本発明の実施の形態を、図面等を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の長さ、幅、高さ、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号(又は数字の後にA、B、又はa、bなどを付した符号)を付して詳細な説明を適宜省略することがある。さらに各要素に対する「第1」、「第2」と付記された文字は、各要素を区別するために用いられる便宜的な標識であり、特段の説明がない限りそれ以上の意味を有しない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different forms, and should not be construed as being limited to the description of the embodiments exemplified below. For clarity of explanation, the drawings may show the length, width, height, thickness, shape, etc. of each part schematically compared to the actual form. However, these are merely examples and are not intended to limit the interpretation of the present invention. Furthermore, in this specification and each figure, elements similar to those previously described with reference to the previous figures may be designated by the same reference numerals (or reference numerals with A, B, a, b, etc. suffixed thereto), and detailed descriptions may be omitted as appropriate. Furthermore, the letters "first" and "second" attached to each element are convenient labels used to distinguish between elements, and have no further meaning unless otherwise specified.
図1は、本発明の一実施形態に係る応力測定装置100の構成を示す。本実施形態に係る応力測定装置100は、オーバーコアリング法による初期応力の評価に用いることができ、ボーリングで形成された測定孔において応力解放に伴う孔径方向及び孔長方向の変位量を測定することができる。応力測定装置100は、測定孔の孔径方向の変位量を測定する第1センサ部1001と測定孔の孔長方向の変位量を測定する第2センサ部1002とを含む。応力測定装置100は筒形状の外観形状を有し、測定孔の孔径方向及び孔長方向はそれぞれ、応力測定装置100の軸径及び軸長方向に略一致するため、応力測定装置100の軸径方向の変位量は測定孔の孔径方向の変位量に相当し、応力測定装置100の軸長方向の変位量は測定孔の孔長方向の変位量に相当する。応力測定装置100は、さらに第1センサ部1001及び第2センサ部1002で測定されたデータを収集するデータロガー124を含む。 Figure 1 shows the configuration of a stress measurement device 100 according to one embodiment of the present invention. The stress measurement device 100 according to this embodiment can be used to evaluate initial stress using the overcoring method and can measure the amount of displacement in the diameter and length directions of the measurement hole formed by boring due to stress release. The stress measurement device 100 includes a first sensor unit 1001 that measures the amount of displacement in the diameter direction of the measurement hole and a second sensor unit 1002 that measures the amount of displacement in the length direction of the measurement hole. The stress measurement device 100 has a cylindrical external shape, and the diameter and length directions of the measurement hole approximately coincide with the axial diameter and length directions of the stress measurement device 100, respectively. Therefore, the amount of displacement in the diameter direction of the stress measurement device 100 corresponds to the amount of displacement in the diameter direction of the measurement hole, and the amount of displacement in the axial length direction of the stress measurement device 100 corresponds to the amount of displacement in the length direction of the measurement hole. The stress measurement device 100 also includes a data logger 124 that collects data measured by the first sensor unit 1001 and the second sensor unit 1002.
図1に示すように、応力測定装置100は、第1筐体102と第2筐体104とから構成される。第1筐体102及び第2筐体104は測定孔に挿入可能なように縦長であり、長手方向に直列に配置される。第1筐体102及び第2筐体104は、測定孔の中で位置を安定化させるために円筒状の形状を有していることが好ましい。第1筐体102及び第2筐体104は個別の筐体であり、自在継手122によって連結されている。第1筐体102には第1センサ部1001及び第2センサ部1002が設けられ、第2筐体104にはデータロガー124、バッテリ126が収納されている。第1センサ部1001には第1センサ106が設けられ、第2センサ部1002には第2センサ108が設けられる。 As shown in FIG. 1, the stress measuring device 100 is composed of a first housing 102 and a second housing 104. The first housing 102 and the second housing 104 are elongated so that they can be inserted into the measurement hole, and are arranged in series in the longitudinal direction. The first housing 102 and the second housing 104 preferably have a cylindrical shape to stabilize their position within the measurement hole. The first housing 102 and the second housing 104 are separate housings and are connected by a universal joint 122. The first housing 102 is provided with a first sensor unit 1001 and a second sensor unit 1002, and the second housing 104 houses a data logger 124 and a battery 126. The first sensor unit 1001 is provided with a first sensor 106, and the second sensor unit 1002 is provided with a second sensor 108.
応力測定装置100は、測定孔に対し、図1に示すX1方向に挿入され、X2方向に抜き出される。すなわち、応力測定装置100は、第2筐体104を先頭にして測定孔に挿入され、それに続いて第1筐体102が挿入される。 The stress measuring device 100 is inserted into the measurement hole in the X1 direction shown in Figure 1 and removed in the X2 direction. That is, the stress measuring device 100 is inserted into the measurement hole with the second housing 104 first, followed by the first housing 102.
第1筐体102は、ロッド1023と、ロッド1023の第1端部L1の側に設けられた第1支持部材1021と、第2端部R1の側に設けられた第2支持部材1022とを含む。ロッド1023の一例は、材軸方向に直線状に延びる筒状又は棒状の部材である。本明細書において、ロッド1023の材軸方向を「軸長方向」とも呼び、材軸方向に直交する方向を「軸径方向」とも呼ぶ。 The first housing 102 includes a rod 1023, a first support member 1021 provided on the first end L1 side of the rod 1023, and a second support member 1022 provided on the second end R1 side. An example of the rod 1023 is a cylindrical or rod-shaped member that extends linearly in the material axis direction. In this specification, the material axis direction of the rod 1023 is also referred to as the "axial length direction," and the direction perpendicular to the material axis direction is also referred to as the "axial diameter direction."
第1支持部材1021には第1センサ106が取り付けられ、第2支持部材1022には第2センサ108が取り付けられる。第1センサ106は、第1弾性板114に第1歪みゲージ110及び接触ローラ118が取り付けられた構造を有する。第2センサ108は、第2弾性板116に第2歪みゲージ112が取り付けられ、一端に接触ピン120が連結された構造を有する。接触ローラ118及び接触ピン120は、第1筐体102の外側に突き出ており、応力測定装置100が測定孔に挿入され、変位を測定するときには、測定孔の内壁面に接触するように設けられている。 A first sensor 106 is attached to the first support member 1021, and a second sensor 108 is attached to the second support member 1022. The first sensor 106 has a structure in which a first strain gauge 110 and a contact roller 118 are attached to a first elastic plate 114. The second sensor 108 has a structure in which a second strain gauge 112 is attached to a second elastic plate 116, and a contact pin 120 is connected to one end. The contact roller 118 and contact pin 120 protrude outside the first housing 102 and are arranged to come into contact with the inner wall surface of the measurement hole when the stress measuring device 100 is inserted into the measurement hole and displacement is measured.
第2筐体104は、データロガー124、バッテリ126などが収納される。データロガー124は、図示されない配線によって第1歪みゲージ110及び第2歪みゲージ112と接続される。また、データロガー124は、無線によって第1歪みゲージ110及び第2歪みゲージ112と接続されていてもよい。データロガー124は、バッテリ126から電力が供給されることにより有線又は無線による遠隔操作を必要とせずにデータの収集をすることができる。すなわち、応力測定装置100は測定孔の中で単独で自立的に動作することができる。 The second housing 104 houses a data logger 124, a battery 126, and the like. The data logger 124 is connected to the first strain gauge 110 and the second strain gauge 112 by wiring (not shown). The data logger 124 may also be connected to the first strain gauge 110 and the second strain gauge 112 wirelessly. The data logger 124 is supplied with power from the battery 126, allowing it to collect data without the need for wired or wireless remote control. In other words, the stress measuring device 100 can operate independently and independently within the measurement hole.
第2筐体104には触接ピン130が設けられる。触接ピン130は、第2筐体104の第2端部R2の側(第1筐体102と連結される側)に設けられた第1触接ピン1301と、第2端部R2とは反対側の第1端部L2に設けられた第2触接ピン1302とが含まれてもよい。第1触接ピン1301及び第2触接ピン1302は、第2筐体104の外周に沿って複数箇所に設けられることが好ましい。第1触接ピン1301及び第2触接ピン1302は、第2筐体104から突き出るように設けられる。第1触接ピン1301及び第2触接ピン1302は弾性を有し、第2筐体104から突き出る高さは適宜調整することができる。第2筐体104には、弾性を有する触接ピン130(第1触接ピン1301、第2触接ピン1302)が設けられることで、胴体部分が測定孔の内壁面に直接的に接触しないようにされている。第2の筐体104を測定孔内に設置したとき、触接ピン130(第1触接ピン1301、第2触接ピン1302)を内壁面の2か所で接触させることが可能であり、確実に応力測定装置100を固定させることができる。 The second housing 104 is provided with contact pins 130. The contact pins 130 may include a first contact pin 1301 provided on the second end R2 side of the second housing 104 (the side connected to the first housing 102) and a second contact pin 1302 provided on the first end L2 opposite the second end R2. The first contact pins 1301 and second contact pins 1302 are preferably provided at multiple locations along the outer periphery of the second housing 104. The first contact pins 1301 and second contact pins 1302 are provided so as to protrude from the second housing 104. The first contact pins 1301 and second contact pins 1302 are elastic, and the height at which they protrude from the second housing 104 can be adjusted as appropriate. The second housing 104 is provided with elastic contact pins 130 (first contact pin 1301, second contact pin 1302), which prevents the body portion from directly contacting the inner wall surface of the measurement hole. When the second housing 104 is installed inside the measurement hole, the contact pins 130 (first contact pin 1301, second contact pin 1302) can be brought into contact with the inner wall surface at two points, allowing the stress measuring device 100 to be securely fixed in place.
応力測定装置100は、第1筐体102の側から押し込む器具を使って測定孔に挿入される。第1筐体102と第2筐体104とが自在継手122で連結され、第2筐体104においては弾性を有する触接ピン130(第1触接ピン1301、第2触接ピン1302)が設けられることで、応力測定装置100を測定孔に挿入する際に生じる測定孔の孔径方向に発生するぶれを吸収し、応力測定装置100の直進性を高めることができる。 The stress measuring device 100 is inserted into the measurement hole using a pushing tool from the side of the first housing 102. The first housing 102 and the second housing 104 are connected by a universal joint 122, and the second housing 104 is provided with elastic contact pins 130 (first contact pin 1301, second contact pin 1302). This absorbs any wobble that occurs in the diameter direction of the measurement hole when the stress measuring device 100 is inserted into the measurement hole, improving the linearity of the stress measuring device 100.
図2(A)は第1センサ部1001の側面図を示し、図2(B)は、図2(A)に示すA1-A2間に対応する断面構造を示す。図2(A)は、第1筐体102の構成として、ロッド1023及び第1支持部材1021と、第2支持部材1022の一部を示す。第1筐体102の第1端部L1(ロッド1023の一端)には自在継手122が取り付けられる。自在継手122は第2筐体104に連結されている。 Figure 2(A) shows a side view of the first sensor unit 1001, and Figure 2(B) shows a cross-sectional structure corresponding to the A1-A2 line shown in Figure 2(A). Figure 2(A) shows the configuration of the first housing 102, including the rod 1023, first support member 1021, and part of the second support member 1022. A universal joint 122 is attached to the first end L1 of the first housing 102 (one end of the rod 1023). The universal joint 122 is connected to the second housing 104.
図2(A)に示すように、第1筐体102の第1端部L1と、これに近接する第2筐体104の端部(第2端部R2側)との間には間隙G1が設けられる。第1筐体102と第2筐体104とは自在継手122で連結されるため、この連結部で屈曲可能とされているが、第1筐体102と第2筐体104が間隙G1を有するように近接して配置されることにより屈曲する範囲が規制される。間隙G1の範囲は適宜設定可能であるが、0.5mm~2mm、例えば1mmの間隔を有するように設けられる。上記で述べたように、第1筐体102と第2筐体104とが間隙G1を有して配置されることにより、応力測定装置100を測定孔に挿入及び引き抜く際に生じる測定孔の孔径方向に発生するぶれを吸収することができる。 As shown in FIG. 2(A), a gap G1 is provided between the first end L1 of the first housing 102 and the adjacent end (second end R2 side) of the second housing 104. The first housing 102 and the second housing 104 are connected by a universal joint 122, allowing for bending at this connection; however, the range of bending is restricted by arranging the first housing 102 and the second housing 104 in close proximity to each other with the gap G1. The range of the gap G1 can be set as appropriate, but is typically set to a distance of 0.5 mm to 2 mm, for example, 1 mm. As described above, by arranging the first housing 102 and the second housing 104 with the gap G1, it is possible to absorb any wobble that occurs in the diameter direction of the measurement hole when the stress measurement device 100 is inserted into and removed from the measurement hole.
第1支持部材1021が第1筐体102の第1端部L1の側(別言すれば、ロッド1023の第1端部L1の側)に設けられる。また、第2支持部材1022は、第1筐体102の第2端部R1の側(別言すれば、ロッド1023の第2端部R1の側)に設けられる。第1筐体102は、図2(A)に示すように、第1支持部材1021、第2支持部材1022、及びロッド1023が個別の部品で形成され組み立てられた構造を有していてもよい。また、第1筐体102は、図示されないが、第1支持部材1021、第2支持部材1022、及びロッド1023に相当する部分が一体成形された構造を有していてもよい。 The first support member 1021 is provided on the first end L1 side of the first housing 102 (in other words, on the first end L1 side of the rod 1023). The second support member 1022 is provided on the second end R1 side of the first housing 102 (in other words, on the second end R1 side of the rod 1023). As shown in FIG. 2(A), the first housing 102 may have a structure in which the first support member 1021, second support member 1022, and rod 1023 are formed as separate parts and assembled together. Although not shown, the first housing 102 may also have a structure in which the portions corresponding to the first support member 1021, second support member 1022, and rod 1023 are integrally molded.
なお、第1筐体102は、図1及び図2(A)に示される構造に限定されず、応力測定装置100の挿入方向X1に沿って第1センサ部1001及び第2センサ部1002を配置できるものであれば図示されるものと異なる形状を有していてもよい。例えば、ロッド1023に相当する部材が、第1支持部材1021及び第2支持部材1022の機能を兼ねる形状を有していてもよい。 The first housing 102 is not limited to the structure shown in FIGS. 1 and 2(A), and may have a shape different from that shown as long as it allows the first sensor unit 1001 and the second sensor unit 1002 to be arranged along the insertion direction X1 of the stress measuring device 100. For example, a member corresponding to the rod 1023 may have a shape that also serves the functions of the first support member 1021 and the second support member 1022.
第1弾性板114が第1支持部材1021に取り付けられる。第1弾性板114は第1支持部材1021の外周部に取り付けられる。第1弾性板114の取り付け方法に限定はないが、例えば、ネジなどの締結具で留められていればよい。第1弾性板114はロッド1023の軸長方向と平行な方向に延伸する板状の部材である。第1弾性板114は、一端が第1支持部材1021に固定され、他端が第1筐体102に接しない状態で取り付けられる。別言すれば、第1弾性板114は一端が固定端となり、他端が自由端となるように片持ち支持される状態で第1支持部材1021に取り付けられる。片持ち支持された状態で第1支持部材1021に取り付けられた第1弾性板114は、自由端がロッド1023の軸径方向に変位可能となっている。 The first elastic plate 114 is attached to the first support member 1021. The first elastic plate 114 is attached to the outer periphery of the first support member 1021. There are no limitations on the method of attaching the first elastic plate 114, and it may be fastened with a fastener such as a screw, for example. The first elastic plate 114 is a plate-shaped member extending in a direction parallel to the axial length of the rod 1023. The first elastic plate 114 is attached such that one end is fixed to the first support member 1021 and the other end does not contact the first housing 102. In other words, the first elastic plate 114 is attached to the first support member 1021 in a cantilevered manner, with one end being a fixed end and the other end being a free end. The first elastic plate 114 is attached to the first support member 1021 in a cantilevered manner, and the free end is movable in the axial radial direction of the rod 1023.
第1支持部材1021には第1歪みゲージ110が取り付けられる。第1歪みゲージ110は、第1弾性板114の固定端と自由端との間に取り付けられる。第1歪みゲージ110は、第1弾性板114の少なくとも一方の面に取り付けられ、好ましくは両方の面に取り付けられる。第1歪みゲージ110は、第1弾性板114の自由端が軸径方向に変位することに伴って変形し、抵抗値が変化する。データロガー124は第1歪みゲージ110の電気抵抗の変化を電気的に検出し、歪みの時間変化を記録する機能を有する。 A first strain gauge 110 is attached to the first support member 1021. The first strain gauge 110 is attached between the fixed end and free end of the first elastic plate 114. The first strain gauge 110 is attached to at least one surface of the first elastic plate 114, and preferably to both surfaces. The first strain gauge 110 deforms and its resistance value changes as the free end of the first elastic plate 114 is displaced in the axial radial direction. The data logger 124 electrically detects changes in the electrical resistance of the first strain gauge 110 and has the function of recording changes in strain over time.
第1弾性板114の他端(自由端)には、接触ローラ118が取り付けられる。接触ローラ118は、ローラの転がり方向が応力測定装置100の軸長方向と平行になるように取り付けられる。図2(A)及び図2(B)に示すように、第1弾性板114に取り付けられる接触ローラ118は、第1支持部材1021から突出するように設けられる。接触ローラ118が第1支持部材1021から突出していることにより、応力測定装置100を測定孔に挿入したときに接触ローラ118が測定孔の内壁面に接触する。接触ローラ118が測定孔の内壁面に接触しても、測定孔の孔長方向の変位に対してはローラの回転により摩擦がほとんど生じないので、第1弾性板114は孔長方向には変形しない。一方、接触ローラ118は、第1弾性板114の弾性力により測定孔の内壁面に押し付けられるので、測定孔の孔径方向の変形に追従し第1弾性板114を変形させることができる。 A contact roller 118 is attached to the other end (free end) of the first elastic plate 114. The contact roller 118 is attached so that the rolling direction of the roller is parallel to the axial length direction of the stress measuring device 100. As shown in Figures 2(A) and 2(B), the contact roller 118 attached to the first elastic plate 114 is provided so as to protrude from the first support member 1021. Because the contact roller 118 protrudes from the first support member 1021, the contact roller 118 comes into contact with the inner wall surface of the measurement hole when the stress measuring device 100 is inserted into the measurement hole. Even when the contact roller 118 comes into contact with the inner wall surface of the measurement hole, the rotation of the roller generates almost no friction when the measurement hole is displaced in the hole length direction, so the first elastic plate 114 does not deform in the hole length direction. Meanwhile, the contact roller 118 is pressed against the inner wall surface of the measurement hole by the elastic force of the first elastic plate 114, and can therefore deform the first elastic plate 114 in response to deformation of the measurement hole in the diameter direction.
図2(B)に示すように、第1歪みゲージ110及び接触ローラ118が取り付けられた第1弾性板114を含んで構成される第1センサ106は、第1支持部材1021の周囲を囲むように複数個取り付けられる。第1センサ106の数に限定はないが、例えば、図2(B)に示すように、ロッド1023の回りに45度の角度差をつけて8個が設けられていてもよい。各方向に向けて取り付けられた接触ローラ118は、全て測定孔の内壁面に接触するように設けられる。このように各方向に向けて第1センサ106を設けることにより、測定孔の孔径方向の変位を正確に測定することができる。 As shown in Figure 2(B), multiple first sensors 106, each comprising a first elastic plate 114 to which a first strain gauge 110 and a contact roller 118 are attached, are attached around the periphery of the first support member 1021. There is no limit to the number of first sensors 106, but for example, as shown in Figure 2(B), eight first sensors 106 may be provided around the rod 1023 at 45-degree angular intervals. The contact rollers 118 attached facing each direction are all arranged so as to contact the inner wall surface of the measurement hole. By providing first sensors 106 facing each direction in this way, it is possible to accurately measure the displacement of the measurement hole in the diameter direction.
図3(A)は第2センサ部1002の側面図を示す。第2センサ部1002には、第2センサ108が設けられる。図3(A)は、第1筐体102を構成するロッド1023の一部、及び第2支持部材1022、並びに第2センサ108の構造を示す。また、図3(B)は、第2センサ108の平面図を示す。さらに、図3(A)に示す、B1-B2間に対応する断面構造を図3(C)に示し、C1-C2構造に対応する断面構造を図3(D)に示す。 Figure 3(A) shows a side view of the second sensor unit 1002. The second sensor unit 1002 is provided with a second sensor 108. Figure 3(A) shows a portion of the rod 1023 that constitutes the first housing 102, the second support member 1022, and the structure of the second sensor 108. Figure 3(B) shows a plan view of the second sensor 108. Furthermore, Figure 3(C) shows the cross-sectional structure corresponding to the B1-B2 structure shown in Figure 3(A), and Figure 3(D) shows the cross-sectional structure corresponding to the C1-C2 structure.
図3(A)に示すように、第2支持部材1022はロッド1023の第2端部R1側の端部に取り付けられる。第2支持部材1022はロッド1023の外径より大きい外径を有し、第2センサ108が取り付けられる。第2センサ108は、第2歪みゲージ112、第2弾性板116、及び接触ピン120を含む。第2弾性板116は、第1弾性板114と同様の部材で形成されるが、湾曲部1161を有する点で第1弾性板114と形状が相違する。 As shown in FIG. 3(A), the second support member 1022 is attached to the end of the rod 1023 on the second end R1 side. The second support member 1022 has an outer diameter larger than the outer diameter of the rod 1023, and has the second sensor 108 attached to it. The second sensor 108 includes a second strain gauge 112, a second elastic plate 116, and a contact pin 120. The second elastic plate 116 is formed from the same material as the first elastic plate 114, but differs in shape from the first elastic plate 114 in that it has a curved portion 1161.
第2センサ108は第2支持部材1022に直接取り付けられるのではなく、センサ支持部材132を介して第2支持部材1022に取り付けられる。第2弾性板116は、湾曲部1161がセンサ支持部材132から突出するように配置され、一端がセンサ支持部材132に固定される。第2弾性板116の他端は固定具1322に取り付けられる。固定具1322は、センサ支持部材132に摺動可能に取り付けられる部材であり、第2弾性板116の一端と他端の高さが水平になるようにするスペーサとしての機能も有する。固定具1322には接触ピン120が取り付けられる。このように第2弾性板116には、固定具1322を介して接触ピン120が取り付けられる。固定具1322は、第2弾性板116及び接触ピン120を連結し、接触ピン120の変位が第2弾性板116に伝達する機能を有する。 The second sensor 108 is not attached directly to the second support member 1022, but is attached to the second support member 1022 via a sensor support member 132. The second elastic plate 116 is positioned so that its curved portion 1161 protrudes from the sensor support member 132, and one end is fixed to the sensor support member 132. The other end of the second elastic plate 116 is attached to a fixture 1322. The fixture 1322 is a member that is slidably attached to the sensor support member 132, and also functions as a spacer that ensures that the heights of one end and the other end of the second elastic plate 116 are horizontal. A contact pin 120 is attached to the fixture 1322. In this way, the contact pin 120 is attached to the second elastic plate 116 via the fixture 1322. The fixture 1322 connects the second elastic plate 116 and the contact pin 120, and has the function of transmitting the displacement of the contact pin 120 to the second elastic plate 116.
図3(B)に示すように、センサ支持部材132にはスリット1321が設けられる。スリット1321には接触ピン120が挿通され、下側から固定具1322が当てられる。接触ピン120がスリット1321を挿通する箇所ではセンサ支持部材132及び固定具1322が上下から締結具(ボルト)で挟まれている。接触ピン120の動きは、スリット1321及び締結具(ボルト)によって規制されている。接触ピン120は、スリット1321の長手方向には変位可能であるが、スリット1321の幅方向及びセンサ支持部材132の厚さ方向への変位が出来ないようにされている。 As shown in Figure 3 (B), a slit 1321 is formed in the sensor support member 132. The contact pin 120 is inserted into the slit 1321, and a fixing device 1322 is attached from below. At the point where the contact pin 120 is inserted into the slit 1321, the sensor support member 132 and fixing device 1322 are sandwiched between fasteners (bolts) from above and below. The movement of the contact pin 120 is restricted by the slit 1321 and the fasteners (bolts). The contact pin 120 can be displaced in the longitudinal direction of the slit 1321, but cannot be displaced in the width direction of the slit 1321 or the thickness direction of the sensor support member 132.
応力測定装置100が測定孔に挿入されたとき、接触ピン120は測定孔の内壁面に当接する。接触ピン120の先端は先細りの形状を有していることが好ましい。第2センサ108がこのような形状の接触ピン120を有することで、測定孔の孔長方向の変位を正確に測定することが可能となる。 When the stress measuring device 100 is inserted into the measurement hole, the contact pin 120 abuts against the inner wall surface of the measurement hole. It is preferable that the tip of the contact pin 120 has a tapered shape. By having the second sensor 108 have a contact pin 120 with this shape, it becomes possible to accurately measure the displacement of the measurement hole in the hole length direction.
第2センサ108は平面視で長方形状を有し、長手方向がロッド1023の軸長方向と平行な方向に向けて配置される。接触ピン120は、軸長方向と平行な方向に変位可能に設けられているので、第2センサ108は測定孔の孔長方向の変位を測定可能となる。接触ピン120は第2弾性板116に直接取り付けられても良いが、固定具1322を介して取り付けられていてもよい。 The second sensor 108 has a rectangular shape in a plan view, and is arranged with its longitudinal direction parallel to the axial direction of the rod 1023. The contact pin 120 is arranged so that it can be displaced in a direction parallel to the axial direction, allowing the second sensor 108 to measure displacement of the measurement hole in the hole length direction. The contact pin 120 may be attached directly to the second elastic plate 116, or may be attached via a fixing device 1322.
センサ支持部材132は、継手134(蝶番又は自在継手)を介して第2支持部材1022に取り付けられる。センサ支持部材132の先端(継手134が取り付けられる側とは反対側の端部)は、内側面が第2支持部材1022と間隙を有するように配置され、ストッパ138が挿通される。ストッパ138は、第2支持部材1022にネジ止めされる。センサ支持部材132と第2支持部材との間隙には弾性体136が介在するように設けられる。弾性体136は、例えば、バネである。センサ支持部材132は、このような構造により、継手134を支点として先端部分が上下(センサ支持部材132の取り付け位置によっては左右)に変位する。また、ストッパ138を外すと、センサ支持部材132が継手134を支点として外側に大きく開くように変位させることができる。 The sensor support member 132 is attached to the second support member 1022 via a joint 134 (a hinge or universal joint). The tip of the sensor support member 132 (the end opposite to the side where the joint 134 is attached) is positioned so that its inner surface forms a gap with the second support member 1022, and a stopper 138 is inserted through it. The stopper 138 is screwed to the second support member 1022. An elastic body 136 is provided in the gap between the sensor support member 132 and the second support member. The elastic body 136 is, for example, a spring. With this structure, the tip of the sensor support member 132 can be displaced up and down (or left and right, depending on the attachment position of the sensor support member 132) with the joint 134 as the fulcrum. Furthermore, when the stopper 138 is removed, the sensor support member 132 can be displaced so that it opens widely outward with the joint 134 as the fulcrum.
第2センサ108は、接触ピン120が測定孔の孔長方向に変位することに伴って第2弾性板116が孔長方向に変形し、第2歪みゲージ112の抵抗値が変化することで測定孔の孔長方向の変位を測定する。データロガー124は第2歪みゲージ112の電気抵抗の変化を電気的に検出し、歪みの時間変化を記録する機能を有する。 The second sensor 108 measures the displacement of the measurement hole in the length direction by the second elastic plate 116 deforming in the length direction as the contact pin 120 displaces in the length direction of the measurement hole, causing the resistance value of the second strain gauge 112 to change. The data logger 124 electrically detects changes in the electrical resistance of the second strain gauge 112 and records changes in strain over time.
図3(C)に示すように、第2歪みゲージ112及び接触ピン120が取り付けられた第2弾性板116を有する第2センサ108は、第2支持部材1022の周囲を囲むように複数個取り付けられる。第2センサ108の数に限定はないが、例えば、図3(C)に示すように、第2支持部材1022の回りに90度の角度差をつけて4個設けられていてもよい。また、図3(D)は、センサ支持部材132の先端部の断面形状を示す。先端部では、センサ支持部材132にストッパ138が挿通され、センサ支持部材132の先端の可動範囲が、ストッパ138と第2支持部材1022で形成される床面との間になるように規制されている。センサ支持部材132は、ストッパ138による押さえ込みと弾性体136の反発力によって振動で簡単に揺れ動かないようにされている。 As shown in FIG. 3(C), multiple second sensors 108, each having a second elastic plate 116 to which a second strain gauge 112 and a contact pin 120 are attached, are attached around the second support member 1022. There is no limit to the number of second sensors 108; for example, as shown in FIG. 3(C), four second sensors may be provided around the second support member 1022, spaced 90 degrees apart. FIG. 3(D) also shows the cross-sectional shape of the tip of the sensor support member 132. At the tip, a stopper 138 is inserted into the sensor support member 132, restricting the range of movement of the tip of the sensor support member 132 to the space between the stopper 138 and the floor formed by the second support member 1022. The sensor support member 132 is prevented from easily swinging due to vibration by the pressure exerted by the stopper 138 and the repulsive force of the elastic body 136.
第2センサ部1002では、各方向に向けて取り付けられた接触ピン120が測定孔の内壁面に接触するように設けられる。このように各方向に向けて第2センサ108を設けることにより、測定孔の孔長方向の変形を正確に測定することができる。 In the second sensor unit 1002, contact pins 120 are attached facing in each direction so as to contact the inner wall surface of the measurement hole. By providing second sensors 108 facing in each direction in this way, deformation of the measurement hole in the hole length direction can be accurately measured.
第1センサ106及び第2センサ108は、形状が異なるものの共通する部材が用いられる。第1弾性板114及び第2弾性板は、例えば、板ばねが使用される。板ばねは、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル鋼、又はチタン合金のような金属を材質としていてもよいし、ゴム、プラスチック、又はセラミックのような非金属を材質としていてもよい。なお、第1弾性板114は、歪みゲージを取り付けるために板状の部材を用いることが好ましいが、歪みゲージとしてワイヤ状のもの(ワイヤストレインゲージ)を用いる場合にはピアノ線のような弾性を有する線材が用いられてもよい。 The first sensor 106 and the second sensor 108 have different shapes but use the same materials. The first elastic plate 114 and the second elastic plate are, for example, leaf springs. The leaf springs may be made of metals such as carbon steel, stainless steel, nickel steel, or titanium alloys, or non-metals such as rubber, plastic, or ceramics. It is preferable to use a plate-shaped member for the first elastic plate 114 in order to attach a strain gauge, but if a wire-shaped strain gauge (wire strain gauge) is used, an elastic wire material such as piano wire may be used.
第1歪みゲージ110及び第2歪みゲージ112は、例えば、薄い絶縁体上にジグザグ形状にレイアウトされた金属の抵抗体が形成された金属歪みゲージが用いられる。 The first strain gauge 110 and the second strain gauge 112 are, for example, metal strain gauges in which metal resistors are laid out in a zigzag pattern on a thin insulator.
図1、図2、及び図3を参照して説明したように、第1センサ106は、接触ローラ118が第1弾性板114の固定端より第1筐体102の第2端部R1側に配置され、第2センサ108は、接触ピン120が第2弾性板116の固定端より第1筐体102の第2端部R1側に配置されている。応力測定装置100は、接触ローラ118及び接触ピン120がこのような配置を有することで、測定孔へスムーズに挿入することができ、挿入時に第1センサ106及び第2センサ108に応力測定装置100の軸長方向のストレス(歪み)が与えられないようにすることができる。それにより、地山の初期応力を正確に計測することができる。 As described with reference to Figures 1, 2, and 3, the first sensor 106 has its contact roller 118 positioned closer to the second end R1 of the first housing 102 than the fixed end of the first elastic plate 114, and the second sensor 108 has its contact pin 120 positioned closer to the second end R1 of the first housing 102 than the fixed end of the second elastic plate 116. By arranging the contact roller 118 and contact pin 120 in this manner, the stress measuring device 100 can be smoothly inserted into the measurement hole, and stress (strain) in the axial direction of the stress measuring device 100 is not applied to the first sensor 106 and second sensor 108 during insertion. This allows the initial stress of the natural ground to be measured accurately.
図4は、応力測定装置100が測定孔200に挿入された状態を示す。本実施形態に示す応力測定装置100は、オーバーコアリング法を用いて地山の初期応力を測定することができる。本実施の形態の応力測定装置は、孔径変化法を用いて地山の初期応力を測定することができる。応力測定装置100は、地山を掘削して設けられた測定孔200に挿入し、その後測定孔の外周を掘削して応力を開放させた測定孔200の変位を測定する。測定後、応力測定装置100は測定孔200から抜き出され、測定されたデータをデータロガー124から読み出して地山の初期応力が算出される。 Figure 4 shows the stress measuring device 100 inserted into the measurement hole 200. The stress measuring device 100 shown in this embodiment can measure the initial stress of the natural ground using the overcoring method. The stress measuring device of this embodiment can measure the initial stress of the natural ground using the hole diameter change method. The stress measuring device 100 is inserted into the measurement hole 200 drilled into the natural ground, and then the outer periphery of the measurement hole is drilled to release the stress, and the displacement of the measurement hole 200 is measured. After measurement, the stress measuring device 100 is removed from the measurement hole 200, and the measured data is read from the data logger 124 to calculate the initial stress of the natural ground.
図4は、X1方向及びX2方向と平行な方向に測定孔200が形成された状態を示す。応力測定装置100は、X1方向に沿って測定孔200に挿入される。具体的に応力測定装置100は、第2筐体104が先頭となり、その後に第1筐体102が続くように測定孔200に挿入される。 Figure 4 shows a state in which the measurement holes 200 are formed in directions parallel to the X1 and X2 directions. The stress measuring device 100 is inserted into the measurement hole 200 along the X1 direction. Specifically, the stress measuring device 100 is inserted into the measurement hole 200 with the second housing 104 at the front, followed by the first housing 102.
第2筐体104が測定孔200に挿入されたとき、弾性を有する触接ピン130(第1触接ピン1301、第2触接ピン13602)が測定孔200の内壁面に接する状態となる。触接ピン130(第1触接ピン1301、第2触接ピン1302)の作用により、第2筐体104は測定孔200の内壁面に接触せず、中心軸が測定孔200の中心と一致する状態に保持される。すなわち、応力測定装置100の先頭に位置する第2筐体104が測定孔200の中でセンタリングされる。これにより、応力測定装置100を測定孔200の中に安定した状態でスムーズに挿入することができる。このような構成により、応力測定装置100を測定孔200に挿入する際及び抜き出す際に測定孔200の中心軸と応力測定装置100と中心軸とを一致させることができ、測定精度を向上させることができる。 When the second housing 104 is inserted into the measurement hole 200, the elastic contact pins 130 (first contact pin 1301, second contact pin 13602) come into contact with the inner wall surface of the measurement hole 200. Due to the action of the contact pins 130 (first contact pin 1301, second contact pin 1302), the second housing 104 does not come into contact with the inner wall surface of the measurement hole 200, and its central axis is maintained aligned with the center of the measurement hole 200. In other words, the second housing 104, which is located at the front of the stress measurement device 100, is centered within the measurement hole 200. This allows the stress measurement device 100 to be inserted smoothly and stably into the measurement hole 200. With this configuration, the central axis of the measurement hole 200 and the central axis of the stress measurement device 100 can be aligned when inserting and removing the stress measurement device 100 from the measurement hole 200, improving measurement accuracy.
第1筐体102は第2筐体104の後ろに続いて測定孔200に挿入される。実際には、応力測定装置100は、第1筐体102の第2端部R1の側から図示されない器具を使って押し込むようにして測定孔200に挿入される。第2筐体104にはデータロガー124、バッテリ126が内蔵されていて重心がしっかりしているので、応力測定装置100を測定孔200に挿入するときにブレないようにすることができる。図4は、測定孔200の所定の位置まで応力測定装置100が挿入され、器具が抜き取られた状態を示す。 The first housing 102 is inserted into the measurement hole 200 after the second housing 104. In practice, the stress measuring device 100 is inserted into the measurement hole 200 by pushing it in from the second end R1 side of the first housing 102 using an instrument (not shown). The second housing 104 has a built-in data logger 124 and battery 126 and a stable center of gravity, so the stress measuring device 100 can be inserted without shaking when inserted into the measurement hole 200. Figure 4 shows the state in which the stress measuring device 100 has been inserted to a predetermined position in the measurement hole 200 and the instrument has been removed.
第1筐体102は第1センサ部1001及び第2センサ部1002を有する。第1センサ部1001は測定孔の孔径方向の変位を測定する第1センサ106を有し、第2センサ部1002は測定孔の孔長方向の変位を測定する第2センサ108を有する。第1センサ106は接触ローラ118を有する。応力測定装置100が測定孔200に挿入される前の状態で、接触ローラ118及び接触ピン120は第1筐体102から外側に突出した状態にある。応力測定装置100を測定孔200に挿入する際には、接触ローラ118及び接触ピン120が測定孔200の内壁面に接触しながら挿入される。そして、応力測定装置100が測定位置に到達した状態でも、接触ローラ118及び接触ピン120は内壁面に接触した状態が維持される。 The first housing 102 has a first sensor unit 1001 and a second sensor unit 1002. The first sensor unit 1001 has a first sensor 106 that measures displacement of the measurement hole in the diameter direction, and the second sensor unit 1002 has a second sensor 108 that measures displacement of the measurement hole in the length direction. The first sensor 106 has a contact roller 118. Before the stress measuring device 100 is inserted into the measurement hole 200, the contact roller 118 and contact pin 120 protrude outward from the first housing 102. When the stress measuring device 100 is inserted into the measurement hole 200, the contact roller 118 and contact pin 120 are inserted while in contact with the inner wall surface of the measurement hole 200. Even when the stress measuring device 100 reaches the measurement position, the contact roller 118 and contact pin 120 remain in contact with the inner wall surface.
第1筐体102が測定孔200に挿入されると、接触ローラ118は内側に押し込まれ、待機状態の位置から測定状態の位置へ変位する。第1弾性板114は弾性を有するので、接触ローラ118の変位に伴って撓んだ状態となる。このとき、接触ローラ118とロッド1023との間には、接触ローラ118がさらに内側に変位することが可能なように間隙が残されていることが好ましい。 When the first housing 102 is inserted into the measurement hole 200, the contact roller 118 is pushed inward and displaced from the standby position to the measurement position. Because the first elastic plate 114 is elastic, it becomes bent as the contact roller 118 displaces. At this time, it is preferable that a gap be left between the contact roller 118 and the rod 1023 so that the contact roller 118 can displace further inward.
第1センサ106は、接触ローラ118によって測定孔200の内壁面に接触しているので、第1筐体102を挿入する際、及び測定位置に配置された際にも応力測定装置100の軸長方向にかかる変位を接触ローラ118の回転で逃がすことができ、当該軸長方向の変位が第1弾性板114に作用しないようにすることができる。したがって、第1センサ106は、挿入時に生じる応力測定装置100の軸長方向に生じる変位の影響を受けずに、測定孔200の孔径方向におけるプラスの変位及びマイナスの変位を正確に測定することができる。 The first sensor 106 contacts the inner wall surface of the measurement hole 200 via the contact roller 118. This allows the rotation of the contact roller 118 to dissipate any displacement in the axial direction of the stress measuring device 100 when the first housing 102 is inserted and when it is placed in the measurement position, preventing this displacement in the axial direction from acting on the first elastic plate 114. Therefore, the first sensor 106 can accurately measure positive and negative displacement in the diameter direction of the measurement hole 200 without being affected by displacement in the axial direction of the stress measuring device 100 that occurs during insertion.
また、第2センサ108は、第1筐体102が測定位置に置かれたとき、接触ピン120の位置が内側に変位する。実際には、継手134の位置を回転中心にしてセンサ支持部材132の先端が内側に変位して斜めになる。接触ピン120は、センサ支持部材132と共に内側に沈み込み、弾性体136の反力で内壁面に押し付けられた状態となる。図3(A)及び図3(B)を参照して説明したように、接触ピン120はセンサ支持部材132に取り付けられ、スリット1321の方向にのみ変位可能とされているので、測定孔200の孔径方向の変位の影響を受けずに孔長方向の変位を測定することができる。 In addition, when the first housing 102 is placed in the measurement position, the position of the contact pin 120 of the second sensor 108 is displaced inward. In reality, the tip of the sensor support member 132 is displaced inward and tilted, with the position of the joint 134 as the center of rotation. The contact pin 120 sinks inward together with the sensor support member 132 and is pressed against the inner wall surface by the reaction force of the elastic body 136. As explained with reference to Figures 3(A) and 3(B), the contact pin 120 is attached to the sensor support member 132 and can only be displaced in the direction of the slit 1321, so that displacement in the hole length direction can be measured without being affected by displacement in the hole diameter direction of the measurement hole 200.
図4には示されないが、オーバーコアリング法では応力測定装置100が測定孔200に挿入された後に、測定孔200の外周をボーリング削孔される。応力測定装置100は、ボーリング削孔に伴う測定孔200の孔径方向の変形を第1センサ106で検出し、孔長方向の変形を第2センサ108で検出する。前述のように、第1センサ106は接触ローラ118が内壁面に接しているため測定孔200の孔長方向の変形を受け流し孔径方向の変形を精度よく測定することができる。また、第2センサ108は、第2弾性板116が湾曲部を有し、接触ピン120が弾性体136の作用で内壁面に押し付けられていることにより、測定孔200の孔長方向の変形を測定することができる。第1センサ106及び第2センサ108は、第1筐体102の外周に沿って複数個設けられていることにより、測定孔200の孔径方向及び孔長方向の任意の方向の変位を測定することができる。 Although not shown in Figure 4, in the overcoring method, the stress measuring device 100 is inserted into the measurement hole 200, and then the outer periphery of the measurement hole 200 is bored. The stress measuring device 100 detects deformation in the diameter direction of the measurement hole 200 caused by boring using the first sensor 106, and detects deformation in the length direction of the hole using the second sensor 108. As mentioned above, the first sensor 106 has the contact roller 118 in contact with the inner wall surface, so it can deflect deformation in the length direction of the measurement hole 200 and accurately measure deformation in the diameter direction. Furthermore, the second sensor 108 can measure deformation in the length direction of the measurement hole 200 because the second elastic plate 116 has a curved portion and the contact pin 120 is pressed against the inner wall surface by the action of the elastic body 136. By providing multiple first sensors 106 and second sensors 108 along the outer periphery of the first housing 102, it is possible to measure displacement in any direction, including the diameter and length directions, of the measurement hole 200.
データロガー124は、第1歪みゲージ110及び第2歪みゲージ112により測定された測定孔200の変位を所定間隔で時系列に記録する機能を有する。データロガー124に記録された測定孔200の変位は、応力測定装置100が測定孔200から抜き出された後に、コンピュータなどに読み出され、測定孔200の変位から地山の応力が算出される。第2筐体104にはバッテリ126が内蔵されているため、データロガー124を駆動するための電力を有線で供給する必要がなく、データロガー124は測定孔200の中で自立した状態でデータを収集することができる。 The data logger 124 has the function of recording the displacement of the measurement hole 200 measured by the first strain gauge 110 and the second strain gauge 112 in chronological order at predetermined intervals. The displacement of the measurement hole 200 recorded in the data logger 124 is read out by a computer or the like after the stress measuring device 100 is removed from the measurement hole 200, and the stress of the ground is calculated from the displacement of the measurement hole 200. Because the second housing 104 has a built-in battery 126, there is no need to supply power via a wire to operate the data logger 124, and the data logger 124 can collect data autonomously within the measurement hole 200.
図示されないが、第2筐体104にはカメラ及び照明が搭載され、カメラにより撮像された映像を見ながら応力測定装置100を測定孔に挿入および抜き出しする構成を有していてもよい。これにより、作業者の目視のみに頼ることなく、応力測定装置100の態勢や状態などを確認しながら円滑に挿入作業及び抜き出し作業を行うことができる。 Although not shown, the second housing 104 may be equipped with a camera and lighting, allowing the operator to insert and remove the stress measuring device 100 from the measurement hole while viewing the image captured by the camera. This allows the operator to smoothly perform insertion and removal operations while checking the position and condition of the stress measuring device 100, without relying solely on visual inspection.
以上、説明したように、本発明の一実施形態に係る応力測定装置100によれば、測定孔の孔径方向の変位を検出する第1センサ106に、測定孔の内壁面に接触する接触ローラ118を設けることで、挿入孔への挿入時、及び測定時(オーバーコアリング時)に生じる孔長方向の変位を受け流し、孔径方向の変位を精度良く測定することができる。 As described above, with the stress measuring device 100 according to one embodiment of the present invention, the first sensor 106, which detects displacement in the diameter direction of the measurement hole, is provided with a contact roller 118 that contacts the inner wall surface of the measurement hole. This allows displacement in the hole length direction that occurs during insertion into the insertion hole and during measurement (overcoring) to be deflected, enabling accurate measurement of displacement in the hole diameter direction.
なお、本実施形態は地山の初期応力を測定する場合に基づいて説明したが、応力測定装置100は、既設のトンネル、地下空洞の背面地山、既設コンクリート構造物に対する応力測定に適用することもできる。 Note that while this embodiment has been described based on measuring the initial stress of the ground, the stress measuring device 100 can also be applied to measuring stress in existing tunnels, the back ground of underground cavities, and existing concrete structures.
100:応力測定装置、1001:第1センサ部、1002:第2センサ部、102:第1筐体、1021:第1支持部材、1022:第2支持部材、1023:ロッド、104:第2筐体、106:第1センサ、108:第2センサ、110:第1歪みゲージ、112:第2歪みゲージ、114:第1弾性板、116:第2弾性板、1161:湾曲部、118:接触ローラ、120:接触ピン、122:自在継手、124:データロガー、126:バッテリ、130:触接ピン、1301:第1触接ピン、1302:第2触接ピン、132:センサ支持部材、1321:スリット、1322:固定具、134:継手、136:弾性体、138:ストッパ、200:測定孔 100: Stress measuring device, 1001: First sensor unit, 1002: Second sensor unit, 102: First housing, 1021: First support member, 1022: Second support member, 1023: Rod, 104: Second housing, 106: First sensor, 108: Second sensor, 110: First strain gauge, 112: Second strain gauge, 114: First elastic plate, 116: Second elastic plate, 1 161: Curved portion, 118: Contact roller, 120: Contact pin, 122: Universal joint, 124: Data logger, 126: Battery, 130: Contact pin, 1301: First contact pin, 1302: Second contact pin, 132: Sensor support member, 1321: Slit, 1322: Fixture, 134: Joint, 136: Elastic body, 138: Stopper, 200: Measurement hole
Claims (9)
前記第1筐体の第1端部の側に配置される第1センサと、
前記第1筐体の前記第1端部とは反対側の第2端部の側に配置される第2センサと、
前記第1筐体の前記第1端部の側に連結される第2筐体と、を含み、
前記第1センサは、
前記ロッドの軸長方向に延伸し一端が前記第1筐体に固定され他端が自由端とされた第1弾性板と、
前記第1弾性板に取り付けられた第1歪みゲージと、
前記第1弾性板の自由端に取り付けられた接触ローラと、を含み、
前記第2センサは、
前記ロッドの軸長方向に延伸し一端が前記第1筐体に固定された第2弾性板と、
前記第2弾性板に取り付けられた第2歪みゲージと、
前記第2弾性板の他端の側に取り付けられた接触ピンと、を含み、
前記接触ローラ及び前記接触ピンが、前記第1弾性板及び前記第2弾性板の前記第1端部の側に対し前記第2端部の側に配置され、
前記第1弾性板が前記ロッドの軸径方向に弾性変形し、前記第2弾性板が前記ロッドの軸長方向に弾性変形する、ことを特徴とする応力測定装置。 a first housing including a rod;
a first sensor disposed on a first end side of the first housing;
a second sensor disposed on a second end side of the first housing opposite to the first end side;
a second housing coupled to a side of the first end of the first housing,
The first sensor is
a first elastic plate extending in the axial direction of the rod, one end of which is fixed to the first housing and the other end of which is a free end;
a first strain gauge attached to the first elastic plate;
a contact roller attached to a free end of the first elastic plate;
The second sensor is
a second elastic plate extending in the axial direction of the rod and having one end fixed to the first housing;
a second strain gauge attached to the second elastic plate;
a contact pin attached to the other end of the second elastic plate,
the contact roller and the contact pin are disposed on the second end side of the first elastic plate and the second elastic plate relative to the first end side ,
A stress measuring device, characterized in that the first elastic plate elastically deforms in the axial radial direction of the rod, and the second elastic plate elastically deforms in the axial length direction of the rod .
前記第1筐体の第1端部の側に配置される第1センサと、
前記第1筐体の前記第1端部とは反対側の第2端部の側に配置される第2センサと、
前記第1筐体の前記第1端部の側に連結される第2筐体と、を含み、
前記第1センサは、
前記ロッドの軸長方向に延伸し一端が前記第1筐体に固定され他端が自由端とされた第1弾性板と、
前記第1弾性板に取り付けられた第1歪みゲージと、
前記第1弾性板の自由端に取り付けられた接触ローラと、を含み、
前記第2センサは、
前記ロッドの軸長方向に延伸し一端が前記第1筐体に固定された第2弾性板と、
前記第2弾性板に取り付けられた第2歪みゲージと、
前記第2弾性板の他端の側に取り付けられた接触ピンと、を含み、
前記接触ローラ及び前記接触ピンが、前記第1弾性板及び前記第2弾性板の前記第1端部の側に対し前記第2端部の側に配置され、
前記第1歪みゲージが測定孔の孔径方向の変位を測定し、前記第2歪みゲージが測定孔の孔長方向の変位を測定する、ことを特徴とする応力測定装置。 a first housing including a rod;
a first sensor disposed on a first end side of the first housing;
a second sensor disposed on a second end side of the first housing opposite to the first end side;
a second housing coupled to a side of the first end of the first housing,
The first sensor is
a first elastic plate extending in the axial direction of the rod, one end of which is fixed to the first housing and the other end of which is a free end;
a first strain gauge attached to the first elastic plate;
a contact roller attached to a free end of the first elastic plate;
The second sensor is
a second elastic plate extending in the axial direction of the rod and having one end fixed to the first housing;
a second strain gauge attached to the second elastic plate;
a contact pin attached to the other end of the second elastic plate,
the contact roller and the contact pin are disposed on the second end side of the first elastic plate and the second elastic plate relative to the first end side,
A stress measuring device characterized in that the first strain gauge measures displacement in the diameter direction of the measurement hole, and the second strain gauge measures displacement in the length direction of the measurement hole .
前記ロッドの前記第1端部の側に設けられ、前記ロッドの外径より大きい外径を有する第1支持部材と、
前記ロッドの前記第2端部の側に設けられ、前記ロッドの外径より大きい外径を有する第2支持部材と、
を含み、
前記第1弾性板が前記第1支持部材に片持ち支持され、前記第2弾性板が前記第2支持部材に取り付けられている、請求項1又は2に記載の応力測定装置。 The first housing includes:
a first support member provided on the first end of the rod and having an outer diameter larger than an outer diameter of the rod;
a second support member provided on the second end of the rod and having an outer diameter larger than an outer diameter of the rod;
Including,
3. The stress measuring device according to claim 1, wherein the first elastic plate is cantilevered by the first support member, and the second elastic plate is attached to the second support member.
記載の応力測定装置。 The strain gauge according to any one of claims 1 to 8 , further comprising a data logger that records measured values of the first strain gauge and the second strain gauge, the data logger being provided in the second housing.
The stress measuring device described herein.
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