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(1)

研 究 場 文 川‖川‖川川l‖川‖川‖ll

段発発破 にお ける振動 レベルの数値 シ ミュレーシ ョン による推定

国松 直●,中川浩二◆,三浦房紀暮,今村 戚●●

本研究は段発発破における発破転勤 レべItの推定式 を提案することを目的 として行 ったもの である。夜勤 レベルはJIS規格においてJISC1510を疏足する扱軌 レベル計の柑示伍によ 粥定される。そこで,振動 レベル計の特性について調べ,その特性 を再現するための計井軌 こ よるシ ミュ レーションナt]グラムを検討 した.

その 7'E・グラムを用いて振動波形がL しない範田について,振動 レベルに対する段発発破 の砂時差の効果を検討 し,段発発破における振動 レベルの推定式の推案 を行 っI=。

1.枯 す

従来よ り,大型の地紋段披,発破作薬等 を伴 う建設 工群に軽骨,舶鍬 まつさものであるという考え方が定 甘 している。 しか し.近年 トンネル掘削や宅地造成の ためのこれ らの作兼が住宅地近傍で行われ る地金が著 しく相加 し,そのr=め唖股工gf現場 よ り発生ナ引抜音, 頼動が公例雌 として グE7‑A'ッ7'されてきr=。公 事例RZlとしての立場よ り,唖放工布に伴 う軽菅.振動 はそれぞれ昭和43年.昭和51年に制定された併曹規制 法,振動規制法による法的な規制 を受けることになる。

しか し.この転勤税制法においては,発破振動のよ うに立 ち上が りが鋭 く,かつ継絞時rmの短い撹動に対 してJ蛾 定がなされていない。このため,現実の何題 とし て唾役工堺の主たる振動の一つである先攻振動に対 して 自治体や住民 と撞工英音とのMでは, この摂劫規制法 に示 されている振動 レベルによ り取 り決めがなされ る ことが多い。そこで.発破振動の規制において も振動 レベ ルの考え方は現実の問噂 として対処 しなければな らない もの となっている。

発俵による岩盤掘削を含む施工計面 を立てるに際 し て,既 存栴避物に対する彫管や振動公啓 といっr=発破 振動が・間噂 とされ る可任性がLある場合にはその予河が 必賓 となる。発破振動の予潤は,従来振動が既存桝造 物に与える影野について多く間切にされてきr=ため, その評価法 として優れている舶肋速度に関するものは

昭和6071日受理

●山口大学工学部唾股工学科

755山口料亭抑耐常盤台

TEL0836‑3ト5100内線544.255.383 0

0宇部熟産㈱伊佐セ メン ト工場

759‑22山口県輿弥市伊佐町伊佐 TEL08375‑2‑1212(代)

しばしば行われているが,公較軌 を評価するための振 動 レべ叫こ関する合理的なものはほとんど見 られないよ うである。特に振動 レベルの予i剛こおいでは,般助速度 の場合における主たる原田である爆砕からの先取 と胡瓜 のほかに段発売鹿における秒時m附が問唖 となる.今 E] 発破振動 を制御するr=めの手段 として,多段の段発 を可 能にするための発破鱒の開発や秒時制伽のr=めの刷 抑留管の開発などがみ られ る。これ らを勘案すると, 振動 レベルの予測 を段発発破の秒時問輔の彩管 とも考 慮 して行 うことは特に瓜車であると考えられ る.

ホ研究は以上のことからまず税政 レベル計の特性 を 明らかに し,これ を故位的にシ ミュ レー トするための 計好投 ナt,グラムを検討 した。挽いて擬助 レベ ルの定 跡 こ従い,また開発 したナF)グラムを用いた解析によ り投売発破の発破頓動 レベルを推定する式 を投薬 した.

2.振動レベルおよび振Jbレベル計

JISZ8735(振動 レベル油定方法)ではJISC 1510 (振動 レベル計)で定め られた授動 レベル計を用いて, その指示伍によ り振動 レベルを測定することが規定さ れている.

JISC1510では,振動 レベル(VL)を次のように デシベルで定点 している.

VL=201ogl○(A/Ao) (dB) tl) ここで,Apは基準の振動h速度であ り,Ao=1018m/

S2である。また,Aは人体が振動 を感 じる感 じ方( 体感覚)に対 して補正 を行なった加速成典劾伍であ り.

次式で与えられ る。

A=[:Aq,10CA"]1 t2

ここに,ん は周波J.,(Hヱ)成分の般軌加速鹿央効 伍T・あ り,ち は周波牡/.,(H毛)に対す る補伍 (相

‑ 96 エ薬火英協会丘

(2)

(gp)osuodsaJS^=DlatJ

100

0

20

FlQIt

1

ヽ ● P ● ヽ P P / ● ^ h

I

.

ヽ ヽ

3 1 2 4 8 16

31.5 6390 FreqtJO

nCy (Hz)

Fig.1 FreqtJetlCyChamCteristicsofthe

relAtiveresponse.

レスポンス) を来す。この相対 レスポンスは周波軟 に依存 し,Fig.1に示すような周波欺特性 を有するり .

従って,撹助 レベル肝はこの周波弓削こ対す る補正の めにFig.1の特性をもつ摂動感覚補正回路

を庇えてい なければならないと規定されている。振動

レベル計自 体は鉛乱 水平の両特性 を伯えているものである

; 振軌規定に用いられるものは鉛旺振動のみである。一方

,衝撃正弦振動の#綬時間 と人件が感 じる頓助 の大きさ

との問には爽故的にFig.2に示すような関係 があると

されているl)。JISC1510および同解脱によ ると授

動 L'ベル計の柑示特性はこの央故括集をもとに 丑涜

回路の平滑時定政が0.6秒に相当する特性を持つ ように規定されている.Fig

.2において時定故0.6に相当する 柑示特性は破放く比較的高周波

成分)と典故(比較的低周波成分)とのは

ば中fmの レスポンスを もつことになるようである。

02 7.6Tt01t28

l

l

lI

(qp

)]asuodsa^t)

AOI0.02 0.050.1 0.2 0.5 1.02D 50 tbction time(i)

Fig.2 R也pOnSeForthesi

ngletoneburst

Sign al.

このように,振動 レベルの定跡 ま人体感

覚をもとに 敢学的に地定されたものであ り.また振動

レベル帥 ま この規定を近似的に稚気回路により喪現す

るものであ

る。従 って,これ らの伍が必ず しも「改するとは骨い 軽 く,さらに必ず しも人体盛混 色も恩典に衷 わナ もの ともいえない. しか しながら.肌述のように

JIS規格 では振動 レベルは振動 レベル計の指示伍で

規定されて いるため,振肋 レベルを亀 じafこはま

ず振動 レベル計 の特性 を十分に把超 してお く必要

3.栃b レベル計とその特性のシミュレーがある。

ション 般助 レベル計は加速度 ピックアップにより検

出され た伯母 を上紀の特性に従って般肋 レベルとして

定虫化 するための集配である。そのため肌述のように擬

肋 レ ベル計は振動感覚補正回路 と指示特性回路 を有 し

てい ら.いまこれ をシミュレー トするためには丙回路

をそ れぞれ シ ミュレー トすることが必牢となる。未研究で 紘.北村 らl)により開発された振動感覚補正回路 シミ ュレーシ9ンに指示

特性回路のシ ミュレーションを加 えて捨合 し.与えられた加速度伯母に対

して発破擬軌 レベルを井出する計井織プt・グ

ラムを作成 した.

3.1振動感覚補正回蕗のシミュレ ーション 北村 らは線型デジタルフィルタ一理飴を用いて擬

レベル計をシ ミュレー トする方法 を示 している。

しか し.このシ ミュ レー

ションにおいては立ち上が り特性 に間切があると述べられている.そこT

,ホ肝死では 北村 らによ り訴串されたシミュレーション式のうち炉波幹 回路.振動感覚補正回路のシミュ レ‑ション部分 である以下の藍分方程式

のみ を用いた。

8)伊波世回路振動 レベル計が90

H王以上の周波掛 こ対 して次 式を用いる.

3b=(1‑2elLJcos(aaL)+e

bJJ)̲l

+2edJlcos(dA

L)淋̲I

‑e‑b々 3h̲,

(31 ただ し,I.. Jhはそれぞれn

テップ日の入力お よび出力系列.またa‑400.3345である。

b)で来す。頼政感覚Fig.1の周波掛 こ対する相対 レスポンスを次式正回路

(3)

摂動 レベル計の指示特性回蕗は整涜b)路および指示 計回路からなる。波形は蘇流回路 (実効肌をとるため の回路)で金波暗流の後, コンデ ンサーによって平滑 化されて指示計の入力となる。また,指示計は可動 コ イル形計皆で,日盛 りを対欺 El盛 りとして指針の振れ 角をdBで読み取 るものであ る。この柑示特性回路 を 簡単に来すr=めに,佐l)が放伐計掛 こよりその シミ ュ レーションを行なった回路 を若干修正 し,本研究で 用いた ものがFig.3である。

・ I d

SquBTLRg Rootextroctlon Fi9,3 ElecLriccircuitforsimLJhliortotthe

vibmtionlt!vcLmeter.

Fjg.3の回路において. 自乗された入力旬旺 をV., コンテJンサー租圧 を Veとすれば,以 下に示す式に従 って時間領域で現時rmステ ッ7'V.を求ゎ.その V.

の平方根の伍 を井出することによって指示特性のシ ミ ュ レーションが可位 となる。

Jl)立ち上が り特性 (V.・Lh/(Rl十R7)1ん

V..i(V.・R7/(fh+Rt) ‑V..)(ト e‑LJ/1)

+V. (5)

ここで, V.Aは現時m)ステ ップのコン7・Jンサー屯庄 Veoは約時fJt)ステ ップの コンデ ンサ成庄

r)は時定政であ り.rl=CRIR2/(Lh+R2)

Cは コンデンサー容LIt.R).R2抵抗.JIは時間間

b)立ち下が り特性

(tT.・R2/(RI+R2)<V,o)

i) V.≧V,。

Ve‑(V<。‑V.・Rl/(Rl+RZ))

eJL/rl+V.IV]/(Rl+R2) t6)

追) V.<V,

VC..‑V,。eLl/I) t7) ここで, T3は時定敢T・あ り, rt=CR3

C.Rl,R)に関 しては.作成 しr=7't,グラムに正弦 波般劫を入力 し,振軸 レベル計が示す立 ち上が り特性 および立ち下が り特性 を放 t,よく虫わ仇を次行錯誤 的に求めればよいことになる.未研究では針泳法検定合

格点である振動 レベル計 (リオン牡!臥 VM‑148) 用いて検討 を行なっr=結果,C‑100JLF.RL=30丘D,

th=9.3〟 を紺r=.以 下の解析 ではこれ らの値 を使 用 した。

I.0 0.8

:oO6n Iき0.

0.2 0.0

‑:SbTdot

… .Vi如 tion 'Le咋Imeter

0 1 2

(4)

Fig.5 lntertzLittedsinewave(tnodel

Wave).した間欠正弦波形を用いて.抄時垂が振動レベルに与

える好守を敢依計算ナt,グラム により検肘した。

Fig.5はモデル波形を示したもの{・あり,国中のTd

は単発発破のモデル波形の相成時間.Tlは段発発癌の 抄時差 を喪 している。申尭発破般 こ よ り 観測され 加速度 波形に はい ろいろな周波 含まれ, 税 時rqも一 定ではない。また,般肋 レベル計の振動感覚補正

特性はFig.1に示 したように1Hz‑90Hz

の範EIで規 定され.それ以外では12dB/octの蓮斯特性 を持た

せる とが望ましいと されている.こ れらのことを て,周波敢 20,50.80H王の3 勘案 し

,搬時剛TJは波敦を変化させることにより20ms‑150msの種々の

波を単発発破のモデル波形 として用いた形に対して.秒時差TIと相成時間TJの比,T,=TJTJをJl'ラJ‑タとして,T.の加に対するモTl‑ル波形についての授動レベルの低減を調べた。ここ, これらのモデル波 T,‑‑1は迎挽正弦波形であり波形が

韮丑しない範EBlでは放火の授動レベルを示す.そこで.この伍を基坤として他のT,> 1

(5)

gal)に対す る振肋 レベルシミュ レーション括集を示 したものである。 また,Bl中の棚 はT,=lの連紀正 弦波形入力に対するシミュレーション着果であ り, 2 秒彼でほぼ120dBに連 していることがわかる。モデ ル波形に対 して振動 レベルは714区間で上昇,(Tl‑

Td)区閑で下降 を繰 り返 しながらある‑定位‑漸近 する。Fig.2に示 されているように,総統時間が2 以上でははば一定伍と人体が感 じることを勘案 して, ここでは波形入力時か ら2秒後の伍 を段発発破の振動 レベル(VLd)とした。

Fig.7a)‑C)は各周波井の単発発破のモヂ/レ波形 について継紋時PJ)をパラメー タとして T,の増 加に伴 うレベルを示 したものである。これ らの回はすべて T,の増加に伴い右下が りの俵向 を示 し, T,の 増加 が振動 レベルの低減に有効に作用 していることを喪 し ている.

ここで.周波数の彫苛 を同一搬 時間 (Td=100ms) についてみれば,T,=7に対 して20Hzでは‑6.3dB. 50H王で‑6.4dBとほとんど差がなく, レベル盛の低 汝に対 して周波軟の彫執 ま小さいものと思われる。ま た.搬 時間の形啓 を同一周波欺 くFig.8,f=50H王) についてみれば,T,‑7に対 してT4=20msでは17.4

()t)6)uo!tt)J一吉UV(JOnuo)むtaUUV(Jt)67uol一。Jata3リく 00500501̲2

2

卜竺 +

Tirnetrns

)

(a) dB,Td=40ms‑7.OdB,Td=100ms 6.4dB Tdの増加に伴い レベル差は小 さくなる傾向がみ

れ る。5.秒時豊変化に伴 う爽馳 波形の振動 レベルの変

石灰石岩盤上で紀餐 した単発発破の加速度 波形●)を 用いて振動 レベルに及ぼ十秒時差の彫敬 二

ついて検肘 を加えた。用いた加速度波形は薬丑 1kg

の発破 に よ る尭破振動を爆源から100.150,200m振れ

r=地 点で 観測 した も

のである。

爽振動波形 (以下爽波形 と称する)は単

発苛政のモ デル波形のように波形の継紋時間を明瞭に

判別するこ とができない.そこで,振動感覚正を行

なった後の 波形に対 して.耐蔚工学の分野で広 く用い

られている VaJlmArCkeandLaiJによ り軽 案 された

次式 を用い て継舵時間を

決定 した。

Td=(2.74))to/(Aw ),×1000

(81

ここで.Tdは搬 時間(ms),Zoは全振動

エネルギー (qn*/93).Ab4‑は加速度の最大値 (孤/sI

)である.

また,Ioは^(L)を加速度の時刻歴として次式で与

えられる。

toA'(I)dt

0

5 1

0

‑I Tinc(bI・(ms) Fig.8 0bseryedwavesand

theirdumtionLime. a)obseⅣedwavesb)durat

iontimeoEaccelerT ogramscorrectedFortheyibnllionleye1

(6)

Fig.8に振動感覚補正を行なう肘および行なっ r=故 の来波形の一例を示す。後者に対 しては式(8は り阿ら れr=継親時間 も併せて示 している。この推挽時問を用 いて段発発破のモデル波形 と同掛こT,に対す る レベ ル袋を求めた括集をFig.9に示す.この括恥土T,の 増1加こ伴い レベル歪が大きくなること,またT4が増 加すれば レベル丑が小さくなることなどモデル波形で 持ちれr=括集 と同様の仰向を示 している。

6.秒時善を考慮に入れたGJZIレベルの推定 0.1 レベルの推定

従来の発破振動の推定式は皮大速度般怖 くPPlつ を その対食 としてお り,一浪的に次式のように宙き虫さ れる8㌧

PPV‑KWLra (cm/S) ここで,Kは使用する火薬帝の種類や性能.発破条 件.地盤条件によって定 まる定放,Wは雷管の段当り の捻紫苑丑 (kg),Dは爆辞か らの拒解 くm)である。

qの伍は通常0.5.‑1.0の屯田であ り,Pの伍は2.0 後の伍 をとる敬合が多いようである。

政大連皮振噂 と振動 レベルとの関には入力を達成正 也振動 とした場合.8H王以上では理告的に次式が成立 する。

VL=20loglO(PPV)+91 01, このことから,授動 レベルの推定はrAnこ上式 を変 形 した次式により行われているようである。

tTL=(91+20togIOK)+

+20qIo且lO〟‑20βlogIoD しか し,式州はあくまでも連虎正弦振動をその対食 としてお り.発破振動のように一過性の波動に卸 しで は過大な酔顔を与えることになる。また,式川 を段発 発破へ着用することに対 して結合理性に欠ける。そこ

0

‑2

'A t̀

i1I̲6

‑8

tO

DWisqtv○Qrl1l210Drr[ ●= 2nm

314 5 6

Td trnSJ67‑●

7616817125

Svntb○l l● Alt

0 2 4 6

0 10 Tr

Fig.9 TherelationshipbetweenT,aJldAtrLd Fortheobservedv8VeS

で.段発発破の振肋 レベルの推定式 として秒時史の効 果を含めて新たに次のような式 を考えることにする。VLd=

VLrr.l‑AVLd 上式にお

いて,T.=1に対する授動 レベル (VL7,‑

L)は

単発発破の振動 レべIレ(VZ,S)と波形 の推 挽時 fqに密接

に閑適 していることが考えられ る。Fig.IO

T,=1に対する振動 レベルとJP菟発破に対する 般助 レ

ベルの重 くVLr,。1‑VLs)をとり,俄軸に点 紋時間をとってナtここで○印 )I/トした括集である。

はモデル波形,●印は 爽波形を表す。

LrI

t h

(P )

(1^1^1SL=.

) 0 25 50 75 tOO

(7)

0tJ

a^JnUUCuSSaJbJJOICIUa!U!IlaOU

○'HodelvpcLVeS

●:Chcf

Ved叫 ⅣOS

0 50 100

DuTQtion timtP(msJ 150 Fig.ll Therehtionshipbetweendumtiontimeandcoeff

icientDrop regTeSSion

curve. であ り,回侭正線の回 りに分布 していることがわ

かる。

モTl‑ル波形に対するFig.11の回伸 式 は次式 となる

式場の係敢D‑(‑0.0128Td+8.9

7)

上式 を劫lSh 代入

すれば結局, レベル盛は rdとT, 色パラメー タとして次式 を乗せる。AVLd=(‑0.0128Td+8.97)Log)(i/

rr)u77

以上のような検肘よ,段発発破の

秒時藍が一定で, 無限に同一の投売苑痕が挽 くものと仮定

したとき,初 段の起爆から2秒役 (Fig.2より人

体感覚上2秒以降 は一定の振動 レベルと感 じる)の段発発破の

振動 レベ ル(VLd

)の推定式は式伯 に知 4),脚 を代 入 して着局, 次式で与えられ る。

VLd=VLs+(28.1+9.69loglO(I/Td) +(10.0128Td+8.97)logLO(I/

Tr)08 上式中のVLs(単発尭債の税政

レベル)および槻 時間 Tdは通常行われる釈放発破にお

いて得ることが できる.その措梁を用いて,上式からT,

lの,ある 砂時盛に対する般動 レペILを推定

することができる。

式叫 より段発発破の振動 レベ ルを井 出

するために は波形の推挽時Fqと砂時盛が必要である

。JP発発破の 発蔽振動の相成時間は,最近よく発破振軌 レ

ベルが同 価 とされる嬢蹄からの鹿趣が100m一200

mの坊合,お よそ100ms軽度 となることが多いようであ

る.いま, 波形の血統時間を100

JnSと仮定すれ ば式uqは秒時差 のみ 女中牧 とした次式で表され る。VLd=VLs+24.1‑7.69loglOTt'

上式はFig.78)‑C),9にみ られJ

tように レベル毒 が rdにそれほど大 きく形申 さ

れないことを考 えれば 他の TdJこ対する夙垂は小 さ

い ものといえる。

発破計面に当たっては拭故発破により単発発破の振 助 レベルを井出 Lr=故.軸 を用い

TIと段 発 発破 の関係より奴制伍を前足する Ttを決定 すれば よい と いえる。ただ し,式脚 はTd己100m8と仮定 してい

るのでTl

100m8を満たさなければならない。まr

=,唾鵜に大 きな TIを代入すれば式仏9Hま成立 し

なくなるし.段発 発破の振動 レベルを2秒枚の伍で定めてい

ることより Ti<2伽msという条件が必要である

7.結 論 .

発破振動に伴 う振動公事を仮肋 レ

ベルで規制するこ とが多くなり.振動 レベルの低減法

および推定式の放 立の必要性がこれに伴って高まってき

ている。最大速 度巌鰭の低城法には従来より段発売鹿が

用いられ効果 をあげているが,段発売舷が振動 レベ

ルに与える好守.

特にその砂時豊が般

助 レベルに与える形管については いままで明らかにされ

ていなかった。

そこで,未研究はこの点に関 して検肘を

加えるため, まずJISC1510に規定 され ている板 軌

レベル計 をシ ミュ レーシ)ンするr=めのナt)グラ

ムを検討 し.モデ ル波形および爽波形を用いて振動 レ

ベルにおよは十秒 時差の好守 を調べ,その括恥 こ基づ

いて段発発破に対 する転勤 レベルの推定式を稔宰 Lf=t

,のである。

その爵果,段発発破の抄時透 くTt)が一定 T・.抄時 差に対する坤菟発破の榊絞時rmの比 (

T,)が l以上で, 無限に同一の唯我苑政が挽 くと仮定 した

ときの2 後の振動 レ

ベルの推定式はTd=100msと仮定 すれば 次式で与えられ る

VLd=VLs+24.I‑7.6

9loglOTI'

(100m8<Td<2000m

s) 発破計画に

(8)

勤 レベルを井出 Lr=後,上式 を用いて Tiと段発 発鼓 の振動 レベルの関係より規制任を満足する T(を決定 すればよいといえる。

未研究では波形が砿丑 しない屯田に‑っいて検討 を行 ったが今後は波形が丑丑する範囲について検討を行 う 必要があるとともに,畔発発破の摂動 レベルの推定が 大きな設題 といえる。

軸 辞

表研究の遂行に当た り,宇和興産掃伊佐セメン ト工 敬,秋山剛二,原田晋作両氏は じめ,採鉱一課のヰ氏 には多大な協力を瞬いた。振動 レベル計のシ ミュレー ションす。グラムの作成に当た り,山口大学工秦短期 大学称倍額処理工学科,古や和沸肺には多 くの有益 な助雷 を頂いた。ここに紀 して感謝の意を表す次第で ある。

lJた とえば.公宰防止の技術 と法規再弛串良全書 r新版 ・公賓防止の技術 と汝規 〔振動縮〕,通商 産業省立地公賓局(1980)

2)北村額寿 ・桜井春輔 ・繋縄草書,窮39回土木学会 年次学術抑 会概要典.Ⅲ部門,885‑886(19 84)

3)佐々宏一.物理探鉱,34.16‑23(1981) 4)国松 妊 ・中川浩二 ・三浦房紀 ・中油光広.山口

大学工学鉢研究報告.35.12l〜127(1984) 5)VanmaTCke.E.H.andLa.S.P..Bullelinof

t

heScismologiCalSocietyoEAmerica.VoI.70. 1293‑1307(1980)

6)たとえば.工藁火薬協会絹.「発破ハンド7'ック.

山海堂 (1976)

EstimationoftheⅥbrationLeve一ofDelay818Stin9Vibrations bytheNLnTVedcalSirnulation

bySunaoKUNIMATSU+,KojiNAKAGAWA+,FusanoriMIURA',

andTakeshiIMAMURA叫

ThepurposeoEthisstudyistoproposeanew predictorofthevibrationlevel oEblastingvibrations. Thelevelmustbemeasuredbyavibrationlevelmeterthat.

satisfiesJIS(JISC 1510). WefirstreseArchedtheresponsecharacteristicsof 山e levelmeter,anddevelopedacomputerprogram whichcotJldsimulatethosecharac teristics・ Usingtheprogram,WeinvestigatedtheetLectofthedelayonthe level. Intheinvestigation,weassumedthatthedelayblastingw?smadeupoEaSeries ofsingleshotblastingwithatimedelay. Intermittedsinewaveswereusedidea 1izeddelayblastingwavesaswellasobservedwaves.

・ Ontheassumptionthattimedelayislongerthandurationtime,Weproposed anew practicalpredictorforthevibrationlevel,

('FacultyoEengineering,YamagtJchiuniversity.Tokiwadai,UbeCity, YamaguChi,755,Japan.

''IsaCementFactory,UbeIndustriesLTD.,IBA,MineCity ーYamaguchi,759‑22,Japan.)

K8gyaKayakLl.Vol.47.No.2.1986 ‑ JO3

参照

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