JPH10185633A

JPH10185633A - 地中変位測定装置

Info

Publication number: JPH10185633A
Application number: JP35561696A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Suganuma; 健菅沼; Tomonari Hayashi; 智成林; Takeshi Okada; 岡田　　健; Toru Tomonari; 亨友成
Original assignee: DENSHI OYO KK; Nippon Koei Co Ltd; Applied Electronics Corp
Current assignee: DENSHI OYO KK; Nippon Koei Co Ltd; Applied Electronics Corp
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1998-07-14

Abstract

(57)【要約】【目的】重力に対して縦方向のみならず、横方向の孔
における計測が容易にでき、かつ、広域の角度検出がリ
アルタイムで容易に計測できる装置を提供することを目
的とする。【構成】地中変位測定点のボーリング孔６３に、地中
変位計２８を挿入して地中の変位を求めるようにした装
置において、地中変位計２８は、連結杆部２９とセンサ
杆部３０とを連結してなり、このセンサ杆部３０には、
傾斜によるギャップの変化から角度を検出するセンサユ
ニット３１と、このセンサユニット３１の検出信号を電
気信号に変換する変換器ユニット３２とを具備してなる
ものである。このような構成により、リアルタイムで、
測点を多く測定でき、さらに、水平方向も垂直方向もセ
ンサユニット３１の向きを変えるだけで測定できる。し
かも、長手方向の長さを極めて小さくできる。また、角
度の演算が簡単で、しかも地中変位計２８の構成も堅固
にでき、地中変位の検出には好敵である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、災害防止のため地
山や鉄道路、自動車道路の盛土１３などの挙動観測をす
るための地中変位測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】災害対策や防災事業では、山間部での地
山１１や盛土１３などの挙動観測という計測業務が生じ
る。この計測業務では、種々の計測方法が用いられる
が、その一手法として図１１（ａ）に示すように、計測
地点に縦のボーリング孔を堀るか、図１１（ｂ）に示す
ように、横のボーリング穴を掘り、これらの孔内の変位
・変形を棒状の傾斜計１２で調べることにより、地すべ
り土塊１１や土砂崩れにおける地すべり面を特定した
り、地山１１や盛土１３などの挙動状況をとらえること
ができる。

【０００３】ボーリング孔の変位・変形状態を把握する
方法として、コストや信頼性の面から、従来は、１．差
動トランス方式と、２．歪みゲージ方式が広く用いられ
てきた。これら２種類の方式について以下に説明する。１．差動トランス方式差動トランス２１は、図１２（ｂ）に示すように、駆動
発振器２０に接続された１次コイル１８と、互いに対称
で、かつ逆方向に接続された２次コイル１９とがボビン
にドーナツ状に巻かれ、その中央の空間には、非接触状
態に鉄心１７が挿入され、この鉄心１７と１次・２次コ
イル１８、１９との相対位置の変化により、２つに分か
れた２次コイル１９の１次コイル１８に対する相互イン
ダクタンスが変化し、２次コイル１９の誘導起電圧に差
が生じ、その差が出力トランス２２に出力として得られ
る、というものである。

【０００４】このような差動トランス２１の原理を利用
して傾斜を検出するものは、図１２（ａ）に示すよう
に、振り子１６の吊り紐１５に錘１４を吊り下げ、この
錘１４と一体に鉄心１７を取り付けてなるものである。
このような構成により、被測定物が傾斜すると、振り子
１６は垂直状態を維持し、１次コイル１８と２次コイル
１９が傾斜するので、鉄心１７の相対的な移動距離によ
り傾斜が検出される。

【０００５】２．歪みゲージ方式図１３に示すようなＸ方向歪みゲージ２４（またはＹ方
向歪みゲージ２５）は、金属抵抗素子の抵抗値変化によ
り、被測定物の表面歪みを測定するものである。一般
に、金属材料の抵抗値は、外部からの力が与えられ、伸
びると増加し、圧縮すると減少する性質を持っている。
例えば、最初１の長さのものがΔ１だけ伸びたとして
（その時の歪みはΔ１／１＝εとなる）、最初Ｒであっ
た抵抗値がΔＲだけ変化したとすれば、つぎの関係が成
り立つ。 ΔＲ／Ｒ＝ＫＳε ＫＳは、ゲージ率といい、歪みゲージの感度を表す係数
である。

【０００６】このようなＸ方向歪みゲージ２４とＹ方向
歪みゲージ２５を、図１３（ａ）に示すように、それぞ
れパイプ２３のＸ方向とＹ方向に一致させて貼着し、そ
れぞれの出力を図１３（ｂ）に示すように、ブリッジ回
路２７の一辺に接続する。そして、入力端子２６からの
入力電圧に対する出力トランス２２からの出力がＸ方向
歪みゲージ２４（またはＹ方向歪みゲージ２５）によっ
てどのように変化したかでパイプ２３の歪み量変化をと
らえるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】

１．差動トランス方式は、差動トランス２１自体の補償
構造により温度変化を受けにくいこと、非接触であるた
め、変換部の劣化が少ないことなどの特徴を有する。そ
の反面、振り子型構造のため、長手方向のスケールダウ
ンを図りにくいという問題点を有している。

【０００８】２．歪みゲージ方式は、構造が単純である
ため、製作が容易であるという特徴を有する。しかし、
角度の変化を検出するには、Ｘ方向歪みゲージ２４また
はＹ方向歪みゲージ２５を所定角度毎に多数貼着するこ
とを必要とするばかりか、それぞれのゲージ出力に基づ
く角度の演算が面倒で、パイプ２３に歪みが発生しない
で傾斜したようなときには、角度の変化が測定できない
という問題点がある。

【０００９】本発明は、差動トランス方式では困難であ
った重力に対して縦方向のみならず、横方向の孔におけ
る計測が容易にでき、かつ、広域の角度検出がリアルタ
イムで容易に計測できる装置を提供することを目的とす
るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、地中変位測定
点にボーリング孔６３をあけ、地中変位計２８を挿入し
て地中の変位を求めるようにした地中変位測定装置にお
いて、前記地中変位計２８は、連結杆部２９とセンサ杆
部３０とを連結してなり、このセンサ杆部３０には、傾
斜によるギャップの変化から角度を検出するセンサユニ
ット３１と、このセンサユニット３１の検出信号を電気
信号に変換する変換器ユニット３２とを具備してなるこ
とを特徴とする地中変位測定装置である。

【００１１】傾斜によるギャップの変化から角度を検出
するセンサユニット３１と、この検出信号を電気信号に
変換する変換器ユニット３２とを具備したので、リアル
タイムで、測点を多く測定でき、さらに、水平方向も垂
直方向もセンサユニット３１の向きを変えるだけで測定
できる。しかも、長手方向の長さを極めて小さくでき
る。センサユニット３１が傾斜すると、スプリング４７
により吊り下げられたターゲット４６が傾斜した方向に
移動して、プローブ４８との距離Ｄが変化し、この距離
Ｄの変化とプローブ４８の発振電圧とに相関関係が得ら
れるので、距離Ｄと相関関係のある正確な出力信号がプ
ローブ４８から出力する。したがって、角度の演算が簡
単で、しかも地中変位計２８の構成も堅固にでき、地中
変位の検出には好敵である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図面に基づき
説明する。本発明の地中変位測定装置に使用される地中
変位計２８は、図１（ａ）に示すように、センサ杆部３
０と連結杆部２９とを連結した、たとえば単位長さ１ｍ
の地中変位計２８を、数ｍから数１０ｍの長さに順次連
結した物干し竿のような長い棒状をなしている。このよ
うな地中変位計２８は、計測しようとする地山１１など
の計測地点にボーリング孔６３を垂直に穿設し、その中
に挿入される。この場合、地中変位計２８の最下端部
は、地すべりを起さないと思われる深い安定した地層ま
で挿入されることにより、図１（ｂ）に示すように、地
すべり土塊１１によって地中変位計２８の途中が傾斜す
るようにセットすることが望ましい。

【００１３】前記センサ杆部３０は、図２〜図４に示す
ように、半円筒形の２個のセンサケース３４の中に、セ
ンサユニット３１と変換器ユニット３２とを収納して固
着したものである。前記センサケース３４は、直径が４
０〜５０ｍｍの塩化ビニールパイプなどからなり、両端
部に連結用小径部３８を形成し、中央部分には両端を２
つの壁部３７で仕切られたセンサ収納部３５と変換器収
納部３６が形成されている。このセンサ収納部３５は、
高さの低い円柱体の前記センサユニット３１を、軸方向
に対して水平にセットする水平収納部４４と軸方向に対
して垂直にセットする垂直収納部４３とからなる。

【００１４】前記センサユニット３１の内部構造は、図
６（ｂ）に示すように、高さの低い円柱体のセンサハウ
ジング４５内に、鉄製、銅製などの円盤状のターゲット
４６をベリリウム銅などからなるスプリング４７で中空
に浮かして取付け、また、センサハウジング４５の一方
の面に、ターゲット４６と一定距離Ｄをもって対峙して
プローブ４８を設けてなるものである。このプローブ４
８は、図６（ａ）に示すように、コイル４９を主体と
し、他端部には、コンデンサ５０と発振回路５１が接続
される。

【００１５】前記地中変位計２８を図１（ａ）に示すよ
うに垂直に埋設して計測を行うために、センサユニット
３１が、前後、左右の傾斜に感度を有するものとする場
合には、センサユニット３１を図４（ｂ）のように垂直
収納部４３に収納（センサ杆部３０の長さ方向に対して
直交する方向）する。そして、変換器ユニット３２を変
換器収納部３６へ収納し、ケーブル３３をケーブル孔４
２から外部へ導出し、センサ収納部３５と変換器収納部
３６の隙間にモールド６２を詰め込んで２つのセンサケ
ース３４を合わせる。このとき、一方のセンサケース３
４の位置合わせ突起３９が他方の位置合わせ孔４０へ嵌
合して位置決めし、ついで連結ねじ孔４１にねじ６１を
差し込んで一体に固着する。

【００１６】なお、前記地中変位計２８を水平に埋設し
て計測を行うために、センサユニット３１が、上下の傾
斜に感度を有するものとする場合には、センサユニット
３１を図４（ａ）のように水平収納部４４に収納（セン
サ杆部３０の長さ方向と同一方向）する。

【００１７】このようにして構成されたセンサ杆部３０
は、その連結用小径部３８を連結杆部２９の端部に嵌合
して、溶着により、または接着剤６０により固定的に連
結して１本が約１ｍの地中変位計２８が形成される。こ
のような単位長さの地中変位計２８が目的によって数本
から１０数本、必要に応じてさらに長く連結される。

【００１８】以上のように構成された地中変位計２８
が、図１（ａ）のような垂直のボーリング孔６３に挿入
される。そして、地すべりが発生して、図１（ｂ）のよ
うに地すべり土塊１１により折り曲げられ、傾斜する
と、傾斜したセンサユニット３１がその角度を検出して
出力する。

【００１９】このセンサユニット３１の傾斜角度計測原
理を図６（ａ）により説明する。プローブ４８のコイル
４９に数ＭＨｚの発振回路５１を接続すると、コイル４
９とターゲット４６の距離Ｄが近いと、ターゲット４６
に渦電流が発生する。距離Ｄがさらに近づいて、コイル
４９からのエネルギーの供給が多くなると、プローブ４
８の発信電圧が下がってゆき、逆に遠くなると発振電圧
が上がってゆく。

【００２０】ここで、センサユニット３１が傾斜する
と、スプリング４７により吊り下げられたターゲット４
６が傾斜した方向に移動するので、プローブ４８との距
離Ｄが変化する。この距離Ｄの変化とプローブ４８の発
振電圧とに相関関係が得られるので、距離Ｄと相関関係
のある信号がプローブ４８から出力する。このセンサユ
ニット３１の出力は、図５に示す変換器ユニット３２へ
入力し、検波回路５２で検波し、信号増幅回路５３で増
幅して電圧出力回路５４から信号出力端子５８へ信号を
出力する。この変換器ユニット３２内の電源は、電源５
９からノイズキャンセラー５５、安定化電源５６を経て
ノイズが除去され、かつ、安定化した電圧が供給され
る。なお、センサユニット３１の発振電圧と距離Ｄと
は、非直線の関係となるので、直線化回路により比例的
な関係となるように補正される。図５において、５７
は、シールドケースである。

【００２１】つぎにこのようなセンサユニット３１によ
る地中変位計２８としての作用を図１により説明する。
図１（ｃ）において、設置直後の地中変位計２８は、図
１（ａ）に示したように垂直な状態であり、傾斜した地
中変位計２８は、図１（ｂ）に丸で囲んだ変動後の状態
である。この図１（ｃ）において、Ｌ１は地中変位計２
８の長さ、Ａｎは変動量、θｎは傾斜角度、Ｌ２は斜辺
の長さであり、Ｌ１≒Ｌ２とすると、Ａｎ＝Ｌ２ｔａｎ
θｎとなる。このＡｎを次式で累積することによりボー
リング孔６３内の相対変位量ｄがとらえられる。

【００２２】つぎに具体的な試験結果を以下に説明す
る。（１）試験体試験に使用した地中変位計２８は、連結杆部２９とセン
サ杆部３０のパイプが内径４０ｍｍ、長さ１ｍの塩ビパ
イプからなり、その中にセンサユニット３１と変換器ユ
ニット３２を収納したものを１本の単位長さとし、これ
を接着剤６０で８本（８ｍ）直線的に連結したものとす
る。この場合、センサユニット３１は、図４（ｂ）に示
すように、前後、左右方向に感度を有するように取り付
けられたものが用いられる。

【００２３】（２）試験方法８ｍの地中変位計２８を、垂直なボーリング孔６３に差
し込み、上端部と下端部を固定的に取付け、中央部付近
を変位させセンサユニット３１の出力値とパイプの変形
量を測定する。すなわち、地中変位計２８の上下端部
は、地すべりが生ぜず、中央部分に地すべりが発生した
ものとした場合を測定する。パイプの変形量は、パイプ
を弓状にわん曲させ、試験体に０．５ｍ間隔で設けた測
定点と垂直な基準線とパイプの距離により測定し、試験
体の変位状況をプロットする。また、各変位状況におけ
るセンサ出力値をセンサユニット３１で計測し、変換器
ユニット３２へ送って試験体の変位量を算出する。作用
点での変位量は、１０ｍｍ毎に１００ｍｍまで順次変位
させた。地中変位計２８の測定方向（感度方向）は、図
７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すようなつぎの３種類で行っ
た。なお、、図７において、２重線の矢印は変位方向を
示し、１本線の矢印方向はセンサユニット３１の感度方
向を示している。試験１：図７（ａ）に示すように、センサユニット３
１の感度方向に対して平行方向の場合。試験２：図７（ｂ）に示すように、センサユニット３
１の感度方向に対して平行方向の場合。試験３：図７（ｃ）に示すように、センサユニット３
１の感度方向に対して垂直方向の場合。

【００２４】（３）試験用機器８本の地中変位計２８にそれぞれ取り付けられたセンサ
杆部３０からの信号出力端子５８をすべて記録計（図示
せず）に入力して、センサ出力値を測定する。

【００２５】（４）試験結果試験１：測定方向ラインと同一方向に１０ｍｍ毎に０
〜１００ｍｍまで８本の地中変位計２８の略中央部を変
位させる。試験結果は、図８に示すとおりである。試験２：測定方向ラインと逆方向に１０ｍｍ毎に０〜
１００ｍｍまで８本の地中変位計２８の略中央部を変位
させる。試験結果は、図９に示すとおりである。試験３：測定方向ラインを９０度ずらして１０ｍｍ毎
に０〜１００ｍｍまで８本の地中変位計２８の略中央部
を変位させる。試験結果は、図９に示すとおりである。

【００２６】（５）データの解析試験結果を元にし、実際の塩ビパイプの変位量とセンサ
杆部３０の計測量とを比較して、誤差や設置・施工上の
特性などを把握する。解析：地中変位計２８からの電圧出力値を、初期状態
からの相対変位角およびパイプの変位量とから算出し、
これを累積してゆくことによりパイプの変位量を算出し
てゆく。地中変位計２８を垂直に設置した図１（ａ）の
状態を初期状態とする。この状態を基準として試験体に
変位を加えたときの差分を求めてゆく。試験体に変位を
加えた状態を図６（ｃ）とする。このときの最下端地中
変位計２８は、その長さをＬ１、変動量をＡ１、傾斜角
度をθ１とすると、Ａ１は、近似的に次式（１）で求め
ることができる。Ａ１≒１０００×ｔａｎθ１ …………（１）本実施例では、８本の塩ビパイプＬ１、Ｌ２、Ｌ３、…
Ｌ８の各側点における変動量Ａ１、Ａ２、Ａ３、…Ａ８
を前記（１）式を用いて求める。塩ビパイプの各側点に
おける相対変動量Ａｎは、次式（２）により求めた。図６（ｃ）に示すような例では、相対変位量ｄは、ｄ＝Ａ１＋Ａ２＋Ａ３として求めることができる。結果試験結果を元にして前記５．の方法を用いて試験体の
相対変位量を求めた。算出結果は、図８、図９および図
１０に示すとおりである。これらの試験１、試験２の結
果から、実測による試験体の変動量と、センサ出力値に
よる試験体の変動量（算出値）とは、非常に近似してい
ることが判る。その結果、本発明による地中計測装置を
用いて変位量（傾斜角度）を測定することにより、単位
測定長間の変位形状の把握が可能であることが判る。ま
た、試験３では、センサ感度方向に対して直角方向の変
化分に対しては、変位量をとらえないことが判る。

【００２７】

【発明の効果】

（１）本発明は、傾斜によるギャップの変化から角度を
検出するセンサユニット３１と、この検出信号を電気信
号に変換する変換器ユニット３２とを具備したので、リ
アルタイムで、測点を多く測定でき、さらに、水平方向
も垂直方向もセンサユニット３１の向きを変えるだけで
測定できる。しかも、長手方向の長さを極めて小さくで
き、従来の差動トランス方式が振り子型構造のため、長
手方向のスケールダウンを図りにくいという問題点を解
決している。

【００２８】（２）本発明は、センサユニット３１が傾
斜すると、スプリング４７により吊り下げられたターゲ
ット４６が傾斜した方向に移動して、プローブ４８との
距離Ｄが変化し、この距離Ｄの変化とプローブ４８の発
振電圧とに相関関係が得られるので、距離Ｄと相関関係
のある正確な出力信号がプローブ４８から出力する。ま
た、感度に指向性をもたせることができる。したがっ
て、角度の演算が簡単で、しかも地中変位計２８の構成
も堅固にでき、地中変位の検出には好敵である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による地中変位測定装置の基本的動作を
説明するもので、（ａ）は、計測地点にボーリング孔６
３を穿設して地中変位計２８を挿入している説明図、
（ｂ）は、地すべり土塊１１により地中変位計２８の一
部が傾斜している状態の説明図、（ｃ）は、傾斜角度の
演算の説明図である。

【図２】本発明によるセンサ杆部３０の分解斜視図であ
る。

【図３】図２におけるセンサユニット３１の取付け角度
を９０度ずらして取り付ける例を示す分解斜視図であ
る。

【図４】（ａ）は、センサユニット３１を図２の状態に
取り付けて組み立てた状態の断面図、（ｂ）は、センサ
ユニット３１を図３の状態に取り付けて組み立てた状態
の断面図である。

【図５】本発明による変換器ユニット３２のブロック図
である。

【図６】（ａ）は、センサユニット３１の原理の説明
図、（ｂ）は、センサユニット３１の断面図、（ｃ）
は、地中変位計２８が変位したときの演算の説明図であ
る。

【図７】（ａ）は、試験１（センサユニット３１の感度
方向に対して平行で、測定方向ラインと同一の場合）の
説明図、（ｂ）は、試験２（センサユニット３１の感度
方向に対して平行で、測定方向ラインと逆の場合）の説
明図、（ｃ）は、試験３（センサユニット３１の感度方
向に対して垂直方向の場合）の説明図である。

【図８】試験１の測定結果のグラフである。

【図９】試験２の測定結果のグラフである。

【図１０】試験３の測定結果のグラフである。

【図１１】（ａ）は、測定地点に縦のボーリング孔を堀
り、この孔内の変位・変形を棒状の傾斜計１２で調べる
場合の説明図、（ｂ）は、横のボーリング穴を掘り、こ
の孔内の変位・変形を棒状の傾斜計１２で調べる場合の
説明図である。

【図１２】（ａ）は、従来の差動トランス方式による測
定方法の説明図、（ｂ）は、差動トランスの原理の説明
図である。

【図１３】（ａ）は、従来の歪みゲージ方式による測定
方法の説明図、（ｂ）は、歪みゲージの原理の説明図で
ある。

【符号の説明】

１０…地山、１１…地すべり土塊、１２…傾斜計、１３
…盛土、１４…錘、１５…吊り紐、１６…振り子、１７
…鉄心、１８…１次コイル、１９…２次コイル、２０…
駆動発振器、２１…差動トランス、２２…出力トラン
ス、２３…パイプ、２４…Ｘ方向歪みゲージ、２５…Ｙ
方向歪みゲージ、２６…入力端子、２７…ブリッジ回
路、２８…地中変位計、２９…連結杆部、３０…センサ
杆部、３１…センサユニット、３２…変換器ユニット、
３３…ケーブル、３４…センサケース、３５…センサ収
納部、３６…変換器収納部、３７…壁部、３８…連結用
小径部、３９…位置合わせ突起、４０…位置合わせ孔、
４１…連結ねじ孔、４２…ケーブル孔、４３…垂直収納
部、４４…水平収納部、４５…センサハウジング、４６
…ターゲット、４７…スプリング、４８…プローブ、４
９…コイル、５０…コンデンサ、５１…発振回路、５２
…検波回路、５３…信号増幅回路、５４…電圧出力回
路、５５…ノイズキャンセラー、５６…安定化電源、５
７…シールドケース、５８…信号出力端子、５９…電
源、６０…接着剤、６１…ねじ、６２…モールド、６３
…ボーリング孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田健神奈川県横浜市港北区新吉田町624−１ルミエールＡ−101 (72)発明者友成亨東京都中野区本町４丁目48番17号株式会社電子応用内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地中変位測定点にボーリング孔６３をあ
け、地中変位計２８を挿入して地中の変位を求めるよう
にした地中変位測定装置において、前記地中変位計２８
は、連結杆部２９とセンサ杆部３０とを連結してなり、
このセンサ杆部３０には、傾斜によるギャップの変化か
ら角度を検出するセンサユニット３１と、このセンサユ
ニット３１の検出信号を電気信号に変換する変換器ユニ
ット３２とを具備してなることを特徴とする地中変位測
定装置。
【請求項２】地中変位計２８は、連結杆部２９とセン
サ杆部３０とを連結して単位長さの地中変位計２８と
し、この地中変位計２８を測定範囲に応じて複数本連結
してなることを特徴とする請求項１記載の地中変位測定
装置。
【請求項３】センサユニット３１は、センサハウジン
グ４５内に、導電体のターゲット４６をスプリング４７
で中空に浮かして取付け、センサハウジング４５の一方
の面に、ターゲット４６と一定距離をもって対峙してプ
ローブ４８を設けてなり、このプローブ４８のコイル４
９に高周波数の発振回路５１を接続してターゲット４６
に渦電流を発生させ、プローブ４８の発振電圧の変化か
ら距離を算出し、傾斜角度を求めるようにしたことを特
徴とする請求項１記載の地中変位測定装置。
【請求項４】センサユニット３１は、地中変位計２８
を垂直に埋設し、前後、左右の傾斜に感度を有するもの
とする場合には、センサユニット３１をセンサ杆部３０
の長さ方向に対して直交する方向に収納してなることを
特徴とする請求項１記載の地中変位測定装置。
【請求項５】センサユニット３１は、地中変位計２８
を水平に埋設し、上下の傾斜に感度を有するものとする
場合には、センサユニット３１をセンサ杆部３０の長さ
方向と同一方向に収納してなることを特徴とする請求項
１記載の地中変位測定装置。