特許 7590934 土質材料の特性把握方法、及び、締固め管理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-19

(45)【発行日】2024-11-27

(54)【発明の名称】土質材料の特性把握方法、及び、締固め管理方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 1/02 20060101AFI20241120BHJP

   E02D 1/04 20060101ALI20241120BHJP

【ＦＩ】

E02D1/02

E02D1/04

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021107967

(22)【出願日】2021-06-29

(65)【公開番号】P2023005787

(43)【公開日】2023-01-18

【審査請求日】2024-02-06

(73)【特許権者】

【識別番号】504024597

【氏名又は名称】独立行政法人水資源機構

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】594051655

【氏名又は名称】株式会社セントラル技研

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【氏名又は名称】西山 春之

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100217076

【弁理士】

【氏名又は名称】宅間 邦俊

(74)【代理人】

【氏名又は名称】有原 幸一

(72)【発明者】

【氏名】曽田 英揮

(72)【発明者】

【氏名】久保田 貴史

(72)【発明者】

【氏名】吉田 輝

(72)【発明者】

【氏名】藤崎 勝利

(72)【発明者】

【氏名】小原 隆志

(72)【発明者】

【氏名】池尻 健

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 哲夫

【審査官】高橋 雅明

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－３２４４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０３０６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２２８３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７９７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５４９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１５０１４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ １／０２

Ｅ０２Ｄ １／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試験装置を用いて土質材料の突固め試験を行うことで土質材料の特性を把握する方法であって、
前記試験装置は、
土質材料を収容可能であり、かつ、上面が開口している容器と、
前記容器内に収容された土質材料上に落下される錘と、
前記錘に取り付けられた加速度センサと、
前記加速度センサからの出力に基づいて、前記容器内の土質材料の剛性を測定する剛性測定部と、
を備え、
前記方法は、
前記容器内の土質材料を前記錘により突固めるサイクルを繰り返す第１の突固め試験を第１の突固めエネルギーで行うことと、
前記第１の突固め試験において土質材料の含水比と乾燥密度との関係性を示す第１の締固め曲線を取得することと、
前記第１の突固め試験においてサイクルごとに土質材料の剛性を前記剛性測定部にて測定することと、
前記第１の突固めエネルギーとは異なる第２の突固めエネルギーで土質材料に対して第２の突固め試験を行うことと、
前記第２の突固め試験において土質材料の含水比と乾燥密度との関係性を示す第２の締固め曲線を取得することと、
前記第１の締固め曲線及び前記第２の締固め曲線に基づいて、前記第１の突固め試験におけるサイクルごとの締固め曲線を推定することと、
前記第１の突固め試験で得られるサイクルごとの土質材料の剛性と含水比との関係性と、前記推定された前記第１の突固め試験におけるサイクルごとの締固め曲線と、に基づいて、土質材料の剛性と含水比と乾燥密度との関係性を取得することと、
を含む、土質材料の特性把握方法。

【請求項2】

前記土質材料の剛性と含水比と乾燥密度との関係性を示す図を作成することを含む、請求項１に記載の土質材料の特性把握方法。

【請求項3】

前記図は、縦軸を土質材料の乾燥密度とし、横軸を土質材料の含水比とした平面上に、土質材料の剛性の等値線と土質材料の飽和度の等値線とを載せたものである、請求項２に記載の土質材料の特性把握方法。

【請求項4】

前記錘の底面が平面であり、
前記剛性測定部は、
前記加速度センサからの出力に基づいて、前記錘の底面が球面であると仮定した場合の前記容器内の土質材料の剛性を特定する第１特定部と、
前記第１特定部にて特定された土質材料の剛性に基づいて、前記錘の底面が平面である場合の前記容器内の土質材料の剛性を特定する第２特定部と、
を有する、請求項１～請求項３のいずれか１つに記載の土質材料の特性把握方法。

【請求項5】

締固め施工領域の締固めを管理する方法であって、
前記締固め施工領域の含水比を測定する含水比測定工程と、
前記締固め施工領域の剛性を測定する剛性測定工程と、
請求項１～請求項４のいずれか１つに記載の土質材料の特性把握方法で取得された前記土質材料の剛性と含水比と乾燥密度との関係性と、前記含水比測定工程で測定された含水比と、前記剛性測定工程で測定された剛性とに基づいて、前記締固め施工領域の乾燥密度を特定する乾燥密度特定工程と、
を含む、締固め管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、土質材料の突固め試験に用いられる試験装置と、土質材料の特性を把握する方法と、締固め施工領域の締固めを管理する方法とに関する。

【背景技術】

【0002】

盛土などの施工時において、土に静的圧力や衝撃力、振動などを加えて締固めると、土粒子相互の間隔が狭くなって、土粒子の間のかみ合わせが良くなり、土が安定化する。土の締固めの効果は、例えば、土の密度（乾燥密度）の高まる度合いによって判定される。

【0003】

土の締固めにおける密度管理では、例えば、施工転圧された土の乾燥密度と、室内突固め試験で得られた最大乾燥密度との比によって表される締固め度（Ｄｃ値）が指標として用いられる。この突固め試験の一例として、ＪＩＳ Ａ １２１０（突固めによる土の締固め試験）を挙げることができる（特許文献１の段落０００２，０００３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００１－３２４４２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、一般に、土を締固めるときに、密度（乾燥密度）が増加するにつれて、剛性（例えば変形係数）が単純に増加するとは限らない（例えば特開２０１９－２１８４号公報参照）。ゆえに、土の締固めにおける施工管理を土の剛性に着目して行う場合には、土を締固めたときの乾燥密度と含水比と剛性との関係性を事前に把握した上で施工することが好ましい。この点、従来の室内突固め試験では、土を突固めたときの乾燥密度と含水比との関係性を知ることができるのみであった。

【0006】

本発明は、このような実状に鑑み、突固め試験時に剛性も測定することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る土質材料の特性把握方法は、試験装置を用いて突固め試験を行うことで、土質材料の特性を把握する方法である。
前記試験装置は、
土質材料を収容可能であり、かつ、上面が開口している容器と、
前記容器内に収容された土質材料上に落下される錘と、
前記錘に取り付けられた加速度センサと、
前記加速度センサからの出力に基づいて、前記容器内の土質材料の剛性を測定する剛性測定部と、
を備える。

【0008】

本発明に係る土質材料の特性把握方法は、
前記容器内の土質材料を前記錘により突固めるサイクルを繰り返す第１の突固め試験を第１の突固めエネルギーで行うことと、
前記第１の突固め試験において土質材料の含水比と乾燥密度との関係性を示す第１の締固め曲線を取得することと、
前記第１の突固め試験においてサイクルごとに土質材料の剛性を前記剛性測定部にて測定することと、
前記第１の突固めエネルギーとは異なる第２の突固めエネルギーで土質材料に対して第２の突固め試験を行うことと、
前記第２の突固め試験において土質材料の含水比と乾燥密度との関係性を示す第２の締固め曲線を取得することと、
前記第１の締固め曲線及び前記第２の締固め曲線に基づいて、前記第１の突固め試験におけるサイクルごとの締固め曲線を推定することと、
前記第１の突固め試験で得られるサイクルごとの土質材料の剛性と含水比との関係性と、前記推定された前記第１の突固め試験におけるサイクルごとの締固め曲線と、に基づいて、土質材料の剛性と含水比と乾燥密度との関係性を取得することと、
を含む。

【0009】

本発明に係る締固め管理方法は、締固め施工領域の締固めを管理する方法である。
本発明に係る締固め管理方法は、
前記締固め施工領域の含水比を測定する含水比測定工程と、
前記締固め施工領域の剛性を測定する剛性測定工程と、
前述の土質材料の特性把握方法で取得された前記土質材料の剛性と含水比と乾燥密度との関係性と、前記含水比測定工程で測定された締固め施工領域の含水比と、前記剛性測定工程で測定された締固め施工領域の剛性とに基づいて、前記締固め施工領域の乾燥密度を特定する乾燥密度特定工程と、
を含む。

【0010】

ここで、本発明における「剛性」とは、外力に対する変形の程度を表す指標である。本発明における「剛性」には、例えば、変形係数が含まれる。ここにおいて、「変形係数」とは、土のような応力に対する変形の大きい材料において定義される量である（例えば、「土質試験の方法と解説」土質工学会（平成２年３月３１日発行）参照）。通常、材料の応力－ひずみ曲線において最大応力の１／３の時の応力とひずみ量から求められる量を弾性係数と呼んでいるが、土のように変形量の大きい材料では、同じ応力－ひずみ曲線において、最大応力の１／２における応力とひずみ量から求められる変形係数が特性の評価によいとされている（特許第３３７２０１２号公報の段落０００８参照）。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、土質材料の突固め試験に用いられる試験装置の剛性測定部は、錘に取り付けられた加速度センサからの出力に基づいて、容器内の土質材料の剛性を測定する。ゆえに、突固め試験時に剛性も測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態における試験装置の概略構成を示す図

【図2】試験装置を構成する剛性測定部の概略構成を示す図

【図3】土質材料の変形係数の測定方法を示すフローチャート

【図4】突固め時の衝撃加速度波形を示す図

【図5】土質材料の変形係数と、見掛けの変形係数との関係性を示す図

【図6】土質材料の特性を把握する方法の一例を示すフローチャート

【図7】第１の突固め試験における突固め位置（錘の落下位置）を示す図

【図8】第１の突固め試験にて取得されるサイクル数と含水比と変形係数との関係性を示す図

【図9】第１の突固め試験で得られた第１の締固め曲線と、第２の突固め試験で得られた第２の締固め曲線とを示す図

【図10】正規化締固め曲線を示す図

【図11】第１の突固め試験における各サイクルごとの締固め曲線を示す図

【図12】土質材料の変形係数と含水比と乾燥密度との関係性を示す図

【図13】図１２に示した図の活用方法の一例を示す図

【図14】締固め施工領域の締固めを管理する方法の一例を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。尚、全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。

【0014】

図１及び図２は、本発明の一実施形態における試験装置１０の概略構成を示す。
試験装置１０は、土質材料の突固め試験に用いられるものである。ここで、土質材料の突固め試験とは、所定の突固めエネルギーＣＥＬで土質材料の突固めを行って、締固め曲線（含水比ｗと乾燥密度ρ_ｄとの関係性を示す曲線）を得る試験を意味し、例えば室内で実施されるものである。

【0015】

試験装置１０は、例えば、ＪＩＳ Ａ １２１０（突固めによる土の締固め試験）で用いられる試験装置と同様の構成を有している。すなわち、試験装置１０は、土質材料からなる試料１１を収容可能な容器（モールド）１２と、容器１２内に収容された試料１１上に落下される錘（ランマ）１３とを備える。土質材料の突固め試験では、容器１２内に収容された試料１１上に錘１３を規定の高さから繰り返し自由落下させて突固め（締固め）を行う。この突固め試験で用いられる試料１１は、例えば、後述する締固め施工領域でサンプリングされたものであってもよい。

【0016】

尚、本実施形態では、土質材料の一例として、礫分が約５２％（質量）、砂分が約２２％（質量）、細粒分が約２６％（質量）であって、土粒子密度が約２．８ｇ／ｃｍ^３であるものを用いているが、土質材料の構成はこれに限らない。

【0017】

容器１２は、鉛直方向に延びる円筒状である。容器１２は、上面１２ａが開口しており、下面１２ｂの開口が底板１４によって閉じられている。

【0018】

錘１３は金属製であり、鉛直方向に延びる円柱状である。錘１３の実際の底面１３ａは平面である。錘１３の上端には、鉛直方向に延びる柄１５の下端が取り付けられている。

【0019】

本実施形態では、錘１３に加速度センサ（加速度計）１６が取り付けられており、錘１３と加速度センサ１６とが一体的に挙動する。加速度センサ１６は、柄１５に取り付けられたケーブル１７を介して、剛性測定部２０に接続されている。加速度センサ１６からの出力（例えば、測定した加速度に対応する電気信号）は、ケーブル１７を介して、剛性測定部２０に送られる。尚、加速度センサ１６と剛性測定部２０との間の通信方式については、本実施形態では、ケーブル１７を用いた有線方式であるが、有線方式に限らず無線方式（ワイヤレス方式）であってもよい。

【0020】

剛性測定部２０は、試験装置１０を構成するものである。本実施形態では、剛性測定部２０で測定される剛性の一例として変形係数Ｅを挙げて、以下説明する。

【0021】

剛性測定部２０は、第１特定部２０ａと第２特定部２０ｂとを有する。第１特定部２０ａは、加速度センサ１６からの出力に基づいて、見掛けの変形係数Ｅｒを特定する機能を有する。第２特定部２０ｂは、見掛けの変形係数Ｅｒに基づいて、試料１１の変形係数Ｅ（土質材料の変形係数Ｅ）を特定する機能を有する。すなわち、剛性測定部２０は、加速度センサ１６からの出力に基づいて、試料１１の変形係数Ｅ（土質材料の変形係数Ｅ）を測定することができるように構成されている。この測定結果は、例えば突固め回数（錘１３の落下回数、計数装置によるカウント数）などに関連付けられて、記憶部２１に格納され得る。尚、記憶部２１に格納されている各種データについては、例えばディスプレイである表示部（図示せず）にて表示可能であってもよく、また、プリンタなどの印刷装置（図示せず）によって紙などの媒体に印刷可能であってもよい。

【0022】

図３は、剛性測定部２０によって実現され得る、変形係数Ｅの測定方法を示すフローチャートである。

【0023】

変形係数Ｅの測定方法では、まず、ステップＳ１にて、第１特定部２０ａにおいて、見掛けの変形係数Ｅｒを特定する。ここで、見掛けの変形係数Ｅｒの特定方法について、図１～図３に加えて図４を用いて説明する。

【0024】

図４は、突固め時の衝撃加速度波形を示す図である。容器１２内に収容された試料１１上に錘１３を規定の高さから自由落下させることで、加速度センサ１６によって、例えば図４に示す衝撃加速度波形が取得される。この波形において、図４に示す時間Ｔは、錘１３の試料１１との接触時間（錘１３の着地時の衝撃波長）である。見掛けの変形係数Ｅｒについては、錘１３の底面が球面（仮想球面）１３ｂであると仮定した上で、Ｈｅｒｔｚ（ヘルツ）の球体接触理論に基づく以下の式（１）に基づいて算出され得る。

【0025】

【数1】

【0026】

ここで、式（１）において、
Ｔ：錘１３の試料１１（土質材料）との接触時間（錘１３の着地時の衝撃波長）
α：定数（≒４．５３）
ν_１：錘１３のポアソン比
Ｅ_１：錘１３の弾性係数
ν_２：試料１１（土質材料）のポアソン比
Ｅｒ：試料１１（土質試料）の見掛けの変形係数
Ｍ：錘１３の質量
Ｒ：球面１３ｂの曲率半径
Ｖ_０：錘１３の着地時速度（＝（２ｇｈ）^１／２，ｇ：重力加速度，ｈ：落下高さ）
である。尚、球面１３ｂの曲率半径Ｒは、円形平面状の実際の底面１３ａの半径に等しい。

【0027】

式（１）において、試料１１（土質材料）のポアソン比ν_２については、土質に応じた標準値を用いるので、式（１）において接触時間Ｔが取得できれば試料１１（土質材料）の見掛けの変形係数Ｅｒが求まる。このようにして、ステップＳ１では、第１特定部２０ａにて、錘１３の底面が球面１３ｂであると仮定した場合の試料１１（土質試料）の変形係数（すなわち、見掛けの変形係数Ｅｒ）を特定する。

【0028】

次に、ステップＳ２にて、第２特定部２０ｂにおいて、見掛けの変形係数Ｅｒに基づいて、真の変形係数Ｅを特定する。この真の変形係数Ｅは、本実施形態では、底面１３ａが平面である錘１３を用いて推定した試料１１の変形係数Ｅ（土質材料の変形係数Ｅ）に対応し得る。この変形係数Ｅの特定には、例えば図５に示す変形係数Ｅと見掛けの変形係数Ｅｒとの関係性を示す図が用いられ得る。図５は、例えば事前の実験などで取得され得る。

【0029】

つまり、剛性測定部２０では、図４に示す突固め時の衝撃加速度波形から得られる接触時間Ｔを式（１）に代入することで、錘１３の底面が球面１３ｂであると仮定した場合の変形係数（見掛けの変形係数Ｅｒ）を特定し、これを図５を用いて補正することで、底面１３ａが平面である錘１３を用いて推定した変形係数Ｅを特定している。このようにして、剛性測定部２０にて変形係数Ｅが測定され得る。

【0030】

図６は、土質材料の特性把握方法の一例を示すフローチャートである。

【0031】

まず、ステップＳ１１にて、試験装置１０を用いて、変形係数Ｅの測定を含む第１の突固め試験を実施する。第１の突固め試験では、ＪＩＳ Ａ １２１０のＥ－ｃ法（突固めエネルギーＣＥＬ≒２５００ｋＪ／ｍ^３；通称４．５Ｅｃ）に従い、内径１５ｃｍの容器１２に試料１１を３層に分けて入れ、錘１３で各層９２回ずつ突固める。図７は、突固め位置を示しており、例えば市販の自動突固め装置によって、図７に示す「１」～「７」の順に突固め位置を移動させ（これを各層ごとに１３サイクル繰り返して最後に「１」の位置で終了）、「７」の位置で、毎回、変形係数Ｅを測定する。

【0032】

図８は、第１の突固め試験にて取得されるサイクル数Ｎと含水比ｗと変形係数Ｅとの関係性を示す図である。図８の関係図を得るために、前述のステップＳ１１にて、試料１１の含水比ｗを図８に示す６種類に調整した。また、図８に示すサイクル数Ｎは、前述の３層のうちのいずれか１つの層におけるものであり、例えば最上層（３層目）である。

【0033】

次に、ステップＳ１２にて、第２の突固め試験を実施する。第２の突固め試験では、第１の突固め試験と同一の試料（土質が同質であれば、完全に同一でなくてもよい）に対して、ＪＩＳ Ａ １２１０のＢ－ｃ法（突固めエネルギーＣＥＬ≒５５０ｋＪ／ｍ^３；通称１Ｅｃ）に従い、通常の突固め試験を実施する。つまり、ステップＳ１２では、第１の突固め試験と異なる突固めエネルギーＣＥＬで、第２の突固め試験を実施している。尚、ステップＳ１２については、ステップＳ１１に先立って実施されてもよく、又は、ステップＳ１１と並行に実施されてもよい。尚、本実施形態では錘１３の実際の底面１３ａは平面であるので、容器１２内の試料を均一に突固めて締固めることができる。

【0034】

図９は、ステップＳ１１における第１の突固め試験で得られた第１の締固め曲線Ｌ１と、ステップＳ１２における第２の突固め試験で得られた第２の締固め曲線Ｌ２とを示す図である。ここで、第１の締固め曲線Ｌ１は、第１の突固め試験で得られた含水比ｗと乾燥密度ρ_ｄとの関係性を示す曲線である。また、第２の締固め曲線Ｌ２は、第２の突固め試験で得られた含水比ｗと乾燥密度ρ_ｄとの関係性を示す曲線である。また、図９は、土質材料に関する、突固めエネルギーＣＥＬと、含水比ｗと、乾燥密度ρ_ｄとの関係性を示している。尚、図９には、飽和度Ｓｒ＝１００％を示す曲線と、最適飽和度（Ｓｒ）_ｏｐｔを示す曲線とが図示されている。

【0035】

次に、ステップＳ１３にて、第１の突固め試験における（例えば最上層での）各サイクルごとの締固め曲線Ｆ１～Ｆ１３（後述する図１１参照）を推定する。ここで、締固め曲線Ｆ１～Ｆ１３は、第１の突固め試験の途中での締固め曲線であり、すなわち、第１の突固め試験の途中での含水比ｗと乾燥密度ρ_ｄとの関係性を示す曲線である。

【0036】

締固め曲線Ｆ１～Ｆ１３の推定方法について、以下説明する。この推定方法には、以下の参考文献１に開示の事項が含まれている。
参考文献１：龍岡文夫（２０１９）：盛土の締固め管理における飽和度とエネルギーの管理の意義、第５４回地盤工学研究発表会、０３５２、ｐｐ．７０３－７０４。

【0037】

まず、図９に示す第１の締固め曲線Ｌ１の最大乾燥密度ρ_ｄｍａｘと第２の締固め曲線Ｌ２の最大乾燥密度ρ_ｄｍａｘとの比、及び、第１の突固め試験の突固めエネルギーＣＥＬと第２の突固め試験の突固めエネルギーＣＥＬとの比に基づいて、下記の式（２）（参考文献１参照）の係数Ｃを算出する。本例ではＣ＝０．０９３である。

【0038】

ρ_{ｄｍａｘ４．５}／ρ_{ｄｍａｘ１}＝１＋Ｃ・ｌｏｇ_１０（ＣＥＬ_４．５／ＣＥＬ_１） …（２）

【0039】

式（２）における下添字「１」，「４．５」は、それぞれ、１Ｅｃ，４．５Ｅｃを意味する。「ρ_{ｄｍａｘ４．５}／ρ_{ｄｍａｘ１}」は、第１の締固め曲線Ｌ１の最大乾燥密度ρ_ｄｍａｘと第２の締固め曲線Ｌ２の最大乾燥密度ρ_ｄｍａｘとの比である。「ＣＥＬ_４．５／ＣＥＬ_１」は、第１の突固め試験の突固めエネルギーＣＥＬと第２の突固め試験の突固めエネルギーＣＥＬとの比である。

【0040】

次に、この算出された係数Ｃを用いて、式（２）から、突固めのＮサイクル目での突固めエネルギーＣＥＬ_Ｎに対する最大乾燥密度ρ_{ｄｍａｘ＿Ｎ}を求める。ここでは、突固めエネルギーＣＥＬ_Ｎは、Ｎ－１サイクルまでの累積突固め回数７（Ｎ－１）に４（Ｎサイクル目での突固め回数の中央値）を加えた回数に比例するとした。

【0041】

次に、図９に示した第１の締固め曲線Ｌ１と第２の締固め曲線Ｌ２とについて、縦軸の乾燥密度ρ_ｄを各々の最大乾燥密度ρ_ｄｍａｘで除し、横軸の含水比ｗを飽和度Ｓｒの定義に基づく以下の式（３）によりＳｒ－（Ｓｒ）_ｏｐｔに変換して、図１０に示す正規化締固め曲線Ｌｓ（参考文献１参照）を求める。

【0042】

Ｓｒ＝ｗ／（ρ_ｗ／ρ_ｄ－ρ_ｗ／ρ_ｓ） …（３）

【0043】

ここで、ρ_ｗは水の密度、ρ_ｓは土粒子密度である。最適飽和度（Ｓｒ）_ｏｐｔは、締固め曲線Ｌ１，Ｌ２のピーク（最大乾燥密度ρ_ｄｍａｘ）における飽和度Ｓｒに対応する。ここにおいて、同一材料で最適飽和度（Ｓｒ）_ｏｐｔは突固めエネルギーＣＥＬによらず一定（参考文献１参照）であると見なして、本例では１Ｅｃ，４．５Ｅｃの平均値（８９．４％）を用いている。

【0044】

次に、図１０に示す正規化締固め曲線Ｌｓで、各横軸値での縦軸値ρ_ｄ／ρ_ｄｍａｘ（真の突固め度）を求め、その値に前述の各サイクルの最大乾燥密度ρ_{ｄｍａｘ＿Ｎ}を乗じて乾燥密度ρ_ｄを求め、各横軸値に最適飽和度（Ｓｒ）_ｏｐｔを加えて飽和度Ｓｒを求めて式（３）にて含水比ｗに変換することで、各サイクル（Ｎ＝１～１３）での締固め曲線Ｆ１～Ｆ１３（図１１参照）を推定する。図１１は、推定された各サイクル（Ｎ＝１～１３）ごとの締固め曲線Ｆ１～Ｆ１３を示す。

【0045】

各サイクルごとの締固め曲線Ｆ１～Ｆ１３を推定した後、ステップＳ１４にて、変形係数Ｅと含水比ｗと乾燥密度ρ_ｄとの関係性を取得する。本例では、図１１に示す各サイクル（Ｎ＝１～１３）ごとの締固め曲線Ｆ１～Ｆ１３と、図８に示した６種類の含水比ｗの等値線（図１１中の実線の矢印）との交点を、各変形係数Ｅの測定時の含水比ｗ及び乾燥密度ρ_ｄと見なすことで、変形係数Ｅと含水比ｗと乾燥密度ρ_ｄとの関係性を取得する。

【0046】

ステップＳ１４で得られた変形係数Ｅと含水比ｗと乾燥密度ρ_ｄとの関係性を図示したものの一例が、図１２である。図１２は、土質材料の変形係数Ｅと含水比ｗと乾燥密度ρ_ｄとの関係性を示す図である。図１２は、縦軸を乾燥密度ρ_ｄとし、横軸を含水比ｗとした平面上に、変形係数Ｅのコンター（等値線）と飽和度Ｓｒのコンターとを載せている。尚、図１２では、変形係数Ｅの各値を斜字で示している。

【0047】

図１２に示す変形係数Ｅのコンターを作図する方法の一例を以下説明する。この例には、以下の参考文献２に開示の事項が含まれている。
参考文献２：龍岡文夫・藤代健司・川辺翔平・菊池喜昭・建山和由・根本忠（２０１３）：連載 地盤工学・技術ノート、第３回 盛土の締固め（３）、基礎工、２０１３年９月号、ｐｐ．１０３－１０６。

【0048】

参考文献２によれば、変形係数Ｅについては、飽和度Ｓｒの関数ｆ（Ｓｒ）と乾燥密度ρ_ｄの関数ｆ（ρ_ｄ）との積として、以下の式（４）で表すことができる。

【0049】

Ｅ＝ｆ（Ｓｒ）・ｆ（ρ_ｄ） …（４）

【0050】

ここで、関数ｆ（Ｓｒ）は、変形係数Ｅと同じ次元を有し、関数ｆ（ρ_ｄ）は無次元である。また、関数ｆ（ρ_ｄ）と関数ｆ（Ｓｒ）とは、以下の式（５）及び（６）で表すことができる。

【0051】

ｆ（ρ_ｄ）＝（ρ_ｄ／ρ_ｗ－ａ）^ｂ …（５）
ｆ（Ｓｒ）＝ｔ＋（ｓ－ｔ）［１＋ｅｘｐ｛（ｕ－Ｓｒ）／ｖ｝］ …（６）

【0052】

ここで、ａ，ｂ，ｓ，ｔ，ｕ，ｖは定数であり、式（６）は、下限値ｓ、上限値ｔのＢｏｌｔｚｍａｎｎ関数である。前述のステップＳ１４にて取得される変形係数Ｅと含水比ｗと乾燥密度ρ_ｄとの関係性を構成するデータ群に対して最適となるように、定数ａ，ｂ，ｓ，ｔ，ｕ，ｖを選定することで、変形係数Ｅを数式表示することができる。この数式表示された変形係数Ｅを用いて、図１２に示す変形係数Ｅのコンターを作図することができる。

【0053】

次に、図１２の活用方法の一例について、図１３を用いて説明する。
図１２に示した変形係数Ｅと含水比ｗと乾燥密度ρ_ｄとの関係性を用いて現場締固め時の変形係数Ｅを知るためには、転圧回数Ｎｆと締固めエネルギー（前述の突固めエネルギーと同義）ＣＥＬとの関係を明らかにする必要がある。その方法としては、まず、少なくとも１種類の含水比ｗにおいて転圧試験を行い、図１３に模式的に黒三角（▲）点で示すように、各転圧回数Ｎｆ（例えばＮｆ＝２，４，６…）での乾燥密度ρ_ｄを求める。ここで、図１３において、点Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６は、それぞれ、転圧回数Ｎｆ＝２，４，６に対応している。そして、これらの点を通るように、正規化締固め曲線Ｌｓに基づいて、各転圧回数Ｎｆでの現場締固め曲線を描けばよい。ここで、図１３において、曲線Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６は、それぞれ、転圧回数Ｎｆ＝２，４，６に対応する現場締固め曲線である。これにより、任意の含水比ｗでの転圧回数Ｎｆと変形係数Ｅとの関係性や転圧回数Ｎｆと乾燥密度ρ_ｄとの関係性、更に、各転圧回数Ｎｆでの最大乾燥密度ρ_{ｄｍａｘ＿Ｎｆ}や最適含水比ｗ_{ｏｐｔ＿Ｎｆ}をなども推定できる。

【0054】

図１４は、前述の土質材料からなる締固め施工領域の締固めを管理する方法の一例を示すフローチャートである。

【0055】

まず、ステップＳ２１にて、締固め施工領域の含水比ｗを測定する（含水比測定工程）。

【0056】

次に、ステップＳ２２にて、締固め施工領域の変形係数Ｅを測定する（剛性測定工程）。この変形係数Ｅの測定には、例えば、特開２０１５－１５１８２６号公報に開示の地盤剛性測定装置や、特開２０１９－２１８４号公報に開示の剛性測定部を搭載した締固め機械が用いられ得る。尚、ステップＳ２２については、ステップＳ２１に先立って実施されてもよく、又は、ステップＳ２１と並行に実施されてもよい。

【0057】

次に、ステップＳ２３にて、例えば前述の図１２に示した変形係数Ｅと含水比ｗと乾燥密度ρ_ｄとの関係性と、ステップＳ２１，Ｓ２２にて測定された含水比ｗ及び変形係数Ｅとに基づいて、締固め施工領域の乾燥密度ρ_ｄを特定する（乾燥密度特定工程）。

【0058】

このようにして、締固め施工領域の含水比ｗと変形係数Ｅとを測定することで、簡易に乾燥密度ρ_ｄを把握することができ、ひいては、締固め度（Ｄｃ値）を指標とした施工管理を簡易に行うことができる。

【0059】

本実施形態によれば、土質材料の突固め試験に用いられる試験装置１０は、土質材料（試料１１）を収容可能であり、かつ、上面が開口している容器１２と、容器１２内に収容された土質材料（試料１１）上に落下される錘１３と、錘１３に取り付けられた加速度センサ１６と、加速度センサ１６からの出力に基づいて、容器１２内の土質材料（試料１１）の剛性（例えば変形係数Ｅ）を測定する剛性測定部２０と、を備える。ゆえに、突固め試験時に剛性（例えば変形係数Ｅ）も測定することができる。

【0060】

また本実施形態によれば、錘１３の底面（実際の底面１３ａ）が平面である。剛性測定部２０は、加速度センサ１６からの出力に基づいて、錘１３の底面が球面１３ｂであると仮定した場合の容器１２内の土質材料（試料１１）の剛性（例えば見掛けの変形係数Ｅｒ）を特定する第１特定部２０ａと、第１特定部２０ａにて特定された土質材料（試料１１）の剛性（例えば見掛けの変形係数Ｅｒ）に基づいて、錘１３の底面が平面である場合（実際の底面１３ａである場合）の容器１２内の土質材料（試料１１）の剛性（例えば変形係数Ｅ）を特定する第２特定部２０ｂと、を有する。ゆえに、例えば、ＪＩＳ Ａ １２１０で用いられる錘（ランマ）を、そのまま、剛性の測定に用いることができる。

【0061】

また本実施形態によれば、土質材料の特性把握方法は、試験装置１０を用いて少なくとも第１の突固め試験を行うことで、土質材料の剛性（例えば変形係数Ｅ）と含水比ｗと乾燥密度ρ_ｄとの関係性を取得することを含む。ゆえに、これらの関係性を簡易に把握することができる。

【0062】

また本実施形態によれば、土質材料の特性把握方法では、土質材料の剛性（例えば変形係数Ｅ）と含水比ｗと乾燥密度ρ_ｄとの関係性の取得のために、突固めエネルギーＣＥＬが異なる複数回の突固め試験（第１の突固め試験及び第２の突固め試験）を行う。ゆえに、これらの関係性を精度よく把握することができる。

【0063】

また本実施形態によれば、土質材料の特性把握方法は、突固めエネルギーＣＥＬが異なる複数回の突固め試験（第１の突固め試験及び第２の突固め試験）を行った結果（例えば第１の締固め曲線Ｌ１及び第２の締固め曲線Ｌ２）に基づいて、突固め試験の途中での締固め曲線Ｆ１～Ｆ１３（例えば、突固め試験を構成する各サイクルごとの締固め曲線Ｆ１～Ｆ１３）を推定することを含む（図１１参照）。この推定される締固め曲線の本数については、試験装置１０で測定される剛性（例えば変形係数Ｅ）の測定頻度に応じて決定されることが好ましい。

【0064】

また本実施形態によれば、土質材料の特性把握方法は、土質材料の剛性（例えば変形係数Ｅ）と含水比ｗと乾燥密度ρ_ｄとの関係性を示す図（図１２参照）を作成することを含む。ゆえに、例えば、現場締固めに際して、図１２を活用することで、任意の含水比ｗでの転圧回数Ｎｆと変形係数Ｅとの関係性や転圧回数Ｎｆと乾燥密度ρ_ｄとの関係性、更に、各転圧回数Ｎｆでの最大乾燥密度ρ_{ｄｍａｘ＿Ｎｆ}や最適含水比ｗ_{ｏｐｔ＿Ｎｆ}をなども推定できる（図１３参照）。

【0065】

また本実施形態によれば、締固め施工領域の締固めを管理する方法は、締固め施工領域の含水比ｗを測定する含水比測定工程（ステップＳ２１）と、締固め施工領域の剛性（例えば変形係数Ｅ）を測定する剛性測定工程（ステップＳ２２）と、締固め施工領域の乾燥密度ρ_ｄを特定する乾燥密度特定工程（ステップＳ２３）と、を含む。乾燥密度特定工程（ステップＳ２３）では、前述の特性把握方法で取得された剛性（例えば変形係数Ｅ）と含水比ｗと乾燥密度ρ_ｄとの関係性（図１２参照）と、含水比測定工程（ステップＳ２１）で測定された含水比ｗと、剛性測定工程（ステップＳ２２）で測定された剛性（例えば変形係数Ｅ）とに基づいて、締固め施工領域の乾燥密度ρ_ｄを特定する。従って、締固め施工領域の含水比ｗと変形係数Ｅとを測定することで、簡易に乾燥密度ρ_ｄを把握することができる。

【0066】

本実施形態では、本発明における「剛性」の一例として変形係数Ｅを挙げて説明したが、変形係数Ｅに限らず、例えば、バネ定数又は反力係数であってもよい（特許第３９０８０３１号公報の段落０００７参照）。

【0067】

本実施形態における第２の突固め試験では、前述の試験装置１０を用いてもよく、又は、ＪＩＳ Ａ １２１０で用いられる従来の試験装置をそのまま用いてもよい。すなわち、第２の突固め試験については、第１の突固め試験と異なる突固めエネルギーＣＥＬで実施される限りにおいて、任意の試験装置が用いられ得る。

【0068】

本実施形態では、剛性の測定を伴う第１の突固め試験と、剛性の測定を伴わない第２の突固め試験とを、それぞれ１回ずつ実施しているが、第１の突固め試験及び第２の突固め試験の少なくとも一方を複数回実施してもよい。また、第１の突固め試験と第２の突固め試験とを合計で３回以上実施することで、突固めエネルギーＣＥＬが互いに異なる３回以上の突固め試験を実施してもよい。

【0069】

本実施形態の第１の突固め試験において、前述の自動突固め試験機を用いる場合には、その試験機に落下回数をカウントする計数装置（カウンター）が付属されていることから、これをデータ収録装置に連動させ、データ収録が必要なタイミングでのみ加速度測定（衝撃加速度波形の取得）を行うようにしてもよい。これにより、必要なタイミングで効率的かつ確実にデータを取得することができる。もちろん、錘の落下するすべてのタイミングでデータを取得してもよいことは言うまでもない。

【0070】

図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
尚、出願当初の請求項は以下の通りであった。
［請求項１］
土質材料の突固め試験に用いられる試験装置であって、
土質材料を収容可能であり、かつ、上面が開口している容器と、
前記容器内に収容された土質材料上に落下される錘と、
前記錘に取り付けられた加速度センサと、
前記加速度センサからの出力に基づいて、前記容器内の土質材料の剛性を測定する剛性測定部と、
を備える、試験装置。
［請求項２］
前記錘の底面が平面であり、
前記剛性測定部は、
前記加速度センサからの出力に基づいて、前記錘の底面が球面であると仮定した場合の前記容器内の土質材料の剛性を特定する第１特定部と、
前記第１特定部にて特定された土質材料の剛性に基づいて、前記錘の底面が平面である場合の前記容器内の土質材料の剛性を特定する第２特定部と、
を有する、請求項１に記載の試験装置。
［請求項３］
請求項１又は請求項２に記載の試験装置を用いて前記突固め試験を行うことで、土質材料の剛性と含水比と乾燥密度との関係性を取得することを含む、土質材料の特性把握方法。
［請求項４］
前記関係性の取得のために、突固めエネルギーが異なる複数回の前記突固め試験を行う、請求項３に記載の土質材料の特性把握方法。
［請求項５］
突固めエネルギーが異なる複数回の前記突固め試験を行った結果に基づいて、前記突固め試験の途中での締固め曲線を推定することを含む、請求項４に記載の土質材料の特性把握方法。
［請求項６］
前記関係性を示す図を作成することを含む、請求項３～請求項５のいずれか１つに記載の土質材料の特性把握方法。
［請求項７］
締固め施工領域の締固めを管理する方法であって、
前記締固め施工領域の含水比を測定する含水比測定工程と、
前記締固め施工領域の剛性を測定する剛性測定工程と、
請求項３～請求項６のいずれか１つに記載の特性把握方法で取得された前記関係性と、前記含水比測定工程で測定された含水比と、前記剛性測定工程で測定された剛性とに基づいて、前記締固め施工領域の乾燥密度を特定する乾燥密度特定工程と、
を含む、締固め管理方法。

【符号の説明】

【0071】

１０…試験装置、１１…試料（土質材料）、１２…容器（モールド）、１２ａ…上面、１２ｂ…下面、１３…錘（ランマ）、１３ａ…底面、１３ｂ…球面、１４…底板、１５…柄、１６…加速度センサ（加速度計）、１７…ケーブル、２０…剛性測定部、２０ａ…第１特定部…２０ｂ…第２特定部、２１…記憶部、Ｆ１～Ｆ１３…締固め曲線、Ｌ１…第１の締固め曲線、Ｌ２…第２の締固め曲線、Ｌｓ…正規化締固め曲線、Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６…点、Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６…曲線、Ｒ…曲率半径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】