JP7250873B1 - 地盤の比抵抗モニタリング装置及び斜面崩壊警報システム - Google Patents
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Abstract
Description
ρa=KV/I ・・・(1)
なお、式(1)のKは、電極間の距離で決まる係数である電極配置係数である。また、見掛比抵抗ρaは、地盤を均質であると仮定した場合の比抵抗であり、電極周辺の平均的な比抵抗を反映する。
また、上記の見掛比抵抗に基づき、所定の逆解析手法により、地盤中の比抵抗構造を推定する。そして、推定した比抵抗構造に基づき、地盤の土層内における帯水層を低比抵抗層として検出し、地盤の土層内における帯水層の厚さの割合を算出する。
ρa=KV/I ・・・(1)
・曲線No.1:距離rが0.4~2.0m付近までは、見掛比抵抗ρaは不飽和帯に対応する高比抵抗(2000Ωm)に維持され、距離rが2.0m以上では、見掛比抵抗ρaは基盤に対応する高比抵抗(1000Ωm)に向かって低下するように変化している。
・曲線No.2:距離rが0.4m付近では、見掛比抵抗ρaは湿潤帯に対応する中比抵抗(500Ωm)であり、距離rが0.4~2.0mまでは、見掛比抵抗ρaは急激に上昇し、2.0m付近で1000Ωmを上回り、距離rが2.0~6.0m付近までは、見掛比抵抗ρaはゆるやかに上昇し、さらに距離rが6.0m以上では、見掛比抵抗ρaは基盤に対応する高比抵抗(1000Ωm)に向かって低下するように変化している。つまり、曲線No.2は、全体として上側に凸状になっている。
・曲線No.3:距離rが0.4~0.7m付近までは、見掛比抵抗ρaは湿潤帯に対応する中比抵抗(500Ωm)に維持され、距離rが0.7~4.0m付近までは、見掛比抵抗ρaは急激に上昇し、4.0m付近で1000Ωmを上回り、距離rが4.0~8.0m付近までは、見掛比抵抗ρaは緩やかに上昇し、さらに距離rが8.0m以上では、見掛比抵抗ρaは基盤に対応する高比抵抗(1000Ωm)に向かって低下するように変化している。つまり、曲線No.3は、上記の曲線No.2と同様、全体として上側に凸状になっている。
・曲線No.4:距離rが0.4~1.0m付近までは、見掛比抵抗ρaは湿潤帯に対応する中比抵抗(500Ωm)に維持され、距離rが1.0~10.0m付近までは、見掛比抵抗ρaは上昇し、10.0m付近で1000Ωmを上回るように変化している。
・曲線No.5:距離rが0.4~1.0m付近までは、見掛比抵抗ρaは湿潤帯に対応する中比抵抗(500Ωm)に維持され、距離rが1.0~10.0m付近までは、見掛比抵抗ρaは、曲線No.4のそれに比べて緩やかに上昇するように変化している。
・曲線No.6:距離rが0.4~2.0m付近までは、見掛比抵抗ρaは湿潤帯に対応する中比抵抗(500Ωm)に維持され、距離rが2.0~10.0m付近までは、見掛比抵抗ρaは、曲線No.5のそれに比べて緩やかに、直線的に上昇するように変化している。
・曲線No.7:距離rが0.4~3.0m付近までは、見掛比抵抗ρaは湿潤帯に対応する中比抵抗(500Ωm)に維持され、距離rが3.0~10.0m付近までは、見掛比抵抗ρaは上昇し、10.0m付近で700Ωmを上回るように変化している。つまり、曲線No.7は全体として下側に凸状になっている。
・曲線No.8:距離rが0.4~1.0m付近までは、見掛比抵抗ρaは湿潤帯に対応する中比抵抗(500Ωm)に維持され、距離rが1.0~4.0m付近までは、見掛比抵抗ρaは緩やかに低下し、距離rが4.0m以上では、見掛比抵抗ρaは上昇し、10.0m付近で600Ωmを上回るように変化している。つまり、曲線No.8は、上記の曲線No.7と同様、全体として下側に凸状になっている。
・曲線No.9:距離rが0.4~1.0m付近までは、見掛比抵抗ρaは湿潤帯に対応する中比抵抗(500Ωm)に維持され、距離rが1.0~3.0m付近までは、見掛比抵抗ρaは低下し、3.0以上では、見掛比抵抗ρaは上昇し、10.0m付近で600Ωmを上回るように変化している。つまり、曲線No.9は、上記の曲線No.7及び8と同様、全体として下側に凸状になっている。
・曲線No.10:距離rが0.4m付近では、見掛比抵抗ρaは湿潤帯に対応する中比抵抗(500Ωm)であり、距離rが0.4~2.0m付近までは、見掛比抵抗ρaは急激に低下し、距離rが2.0~3.0m付近では、見掛比抵抗ρaは300Ωmを若干下回った状態で維持され、距離rが3.0m以上では、見掛比抵抗ρaは急激に上昇し、10.0m付近で500Ωmを上回るように変化している。つまり、曲線No.10は、上記の曲線No.7~9と同様、全体として下側に凸状になっている。
・曲線No.11:距離rが0.4~2.0m付近までは、見掛比抵抗ρaは帯水層に対応する低比抵抗(222Ωm)に維持され、距離rが2.0m以上では、見掛比抵抗ρaは急激に上昇し、10.0m付近では500Ωmを上回るように変化している。
・解析比抵抗No.6:モデル比抵抗No.6は、図4の土層モデルNo.6に対応するものであり、地表面(深さ0m)から2.5mまでの深さでは、湿潤帯に対応する中比抵抗(500Ωm)であり、その湿潤帯の下層が基盤に対応する高比抵抗(1000Ωm)である。
上記のモデル比抵抗No.6に対し、解析比抵抗No.6は、土層及び基盤の地盤全体にわたって一致している。
・解析比抵抗No.7:モデル比抵抗No.7は、図4の土層モデルNo.7に対応するものであり、地表面から2.0mまでの深さでは、湿潤帯に対応する中比抵抗(500Ωm)であり、湿潤帯の下層で、2.5mまでの深さでは、帯水層に対応する低比抵抗(222Ωm)であり、その帯水層の下層が基盤に対応する高比抵抗(1000Ωm)である。したがって、上記の場合、帯水層の厚さは、0.5mである。
上記のモデル比抵抗No.7に対し、解析比抵抗No.7は、地表面から2.0m付近まで、及び4.0m以下の深さでは一致するものの、2.0~4.0mまでの深さでは不一致である。これは、電気探査で「等価層」と呼ばれる問題で、見掛比抵抗曲線がほぼ同じになる比抵抗構造が、理論上複数存在することによる。
・解析比抵抗No.8:モデル比抵抗No.8は、図4の土層モデルNo.8に対応するものであり、地表面から1.5mまでの深さでは、湿潤帯に対応する中比抵抗(500Ωm)であり、湿潤帯の下層で、2.5mまでの深さでは、帯水層に対応する低比抵抗(222Ωm)であり、その帯水層の下層が基盤に対応する高比抵抗(1000Ωm)である。したがって、上記の場合、帯水層の厚さは、1.0mである。
上記のモデル比抵抗No.8に対し、解析比抵抗No.8は、地表面から1.5m付近の深さ、及び2.5m付近の深さにおいて若干ずれが生じているものの、地盤全体としてほぼ一致している。
・解析比抵抗No.9:モデル比抵抗No.9は、図4の土層モデルNo.9に対応するものであり、地表面から1.0mまでの深さでは、湿潤帯に対応する中比抵抗(500Ωm)であり、湿潤帯の下層で、2.5mまでの深さでは、帯水層に対応する低比抵抗(222Ωm)であり、その帯水層の下層が基盤に対応する高比抵抗(1000Ωm)である。したがって、上記の場合、帯水層の厚さは、1.5mである。
上記のモデル比抵抗No.9に対し、解析比抵抗No.9は、土層及び基盤の地盤全体にわたって一致している。
Fs=T/Wt ・・・(2)
T={(D-H)γwet+H(γsat-γw)}cos2β・tanφ+c ・・・(3)
Wt={(D-H)γwet+H・γsat}cosβ・sinβ ・・・(4)
2 比抵抗測定装置
4 サーバ(見掛比抵抗算出手段、比抵抗構造解析手段、帯水層厚さ割合算出手段、危険度パラメータ設定手段、しきい値設定手段)
5 警報装置(警報手段)
11 電極アレイ
12 測定ユニット
12a 電源(通電電源)
12b 測定制御部(電源制御手段)
12c 通信制御部
13 降雨センサ
G 地盤
C1 電流電極
C2 電流電極
P1n 電位電極
P2n 電位電極
r 電位電極間の1/2の距離
ρa 見掛比抵抗
Fs 安全率
Claims (6)
- 所定の地盤の比抵抗を経時的に測定しながらモニタリングする地盤の比抵抗モニタリング装置であって、
互いに所定方向に所定間隔を隔てた状態で、前記地盤に設置された一対の電流電極と、
当該一対の電流電極を間にした状態で、互いに前記所定方向に所定間隔を隔てて前記地盤に設置された2つの電極を一組とし、前記一対の電流電極に最も近い組から最も遠い組において、各組の前記2つの電極の間隔が次第に大きくなるように設定された複数組の電位電極と、
前記一対の電流電極に電気的に接続され、測定時に、当該一対の電流電極に所定電流を通電することにより、前記地盤に電流を流す通電電源と、
前記複数組の電位電極に電気的に接続され、当該各組の2つの電位電極間の電位差を測定する電位差測定手段と、
前記所定電流及び前記測定された前記電位差に基づいて、前記各組の2つの電位電極の間隔に対応する、前記地盤の所定深さの見掛比抵抗をそれぞれ算出する見掛比抵抗算出手段と、
所定の逆解析手法により、前記算出された見掛比抵抗に基づき、前記地盤中の比抵抗構造を推定する比抵抗構造解析手段と、
前記推定された比抵抗構造に基づき、前記地盤の土層内における帯水層を低比抵抗層として検出し、当該地盤の土層内における帯水層の厚さの割合を算出する帯水層厚さ割合算出手段と、
を備えていることを特徴とする地盤の比抵抗モニタリング装置。 - 前記通電電源を制御する電源制御手段を、さらに備えており、
前記電源制御手段は、第1所定時間ごとに前記一対の電流電極への通電を前記第1所定時間よりも短い第2所定時間ずつ行う第1通電サイクルによって、当該通電電源を制御することを特徴とする請求項1に記載の地盤の比抵抗モニタリング装置。 - 前記所定の地盤における降雨の有無を検出する降雨検出手段を、さらに備えており、
前記電源制御手段は、前記降雨検出手段によって降雨が検出されているときに、前記第1通電サイクルで前記通電を行い、前記降雨が検出されていないときに、前記第1所定時間よりも長い第3所定時間ごとに前記一対の電流電極への通電を前記第2所定時間ずつ行う第2通電サイクルによって、前記通電電源を制御することを特徴とする請求項2に記載の地盤の比抵抗モニタリング装置。 - 前記比抵抗モニタリング装置は、複数の比抵抗モニタリング装置で構成されており、
当該複数の比抵抗モニタリング装置の各々の前記電源制御手段は、前記通電のタイミングが互いに重ならないように、対応する前記通電電源を制御することを特徴とする請求項2又は3に記載の地盤の比抵抗モニタリング装置。 - 請求項1から4のいずれかに記載の比抵抗モニタリング装置によって、傾斜した地盤の斜面崩壊の危険度をモニタリングし、当該危険度が高くなったときに警報を実行する斜面崩壊警報システムであって、
前記比抵抗モニタリング装置によって得られた前記地盤の土層内における帯水層の厚さの割合を、前記斜面崩壊の危険度を表す危険度パラメータとして設定する危険度パラメータ設定手段と、
しきい値を設定するしきい値設定手段と、
前記設定された危険度パラメータが、前記設定されたしきい値に達したときに、前記警報を実行する警報手段と、
を備えていることを特徴とする斜面崩壊警報システム。 - 前記設定されたしきい値は、40%であることを特徴とする請求項5に記載の斜面崩壊警報システム。
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