JP2001107349A - 地盤速度構造の推定方法および推定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 調査目的地での地盤速度構造を、安価に、正
確に推定できる地盤速度構造推定方法および推定システ
ムを提供する。 【解決手段】 調査目的地１の近隣のグラウンド３にて
微動観測装置１０により地盤振動探査を行って、その分
散特性から逆解析によってＶ１〜Ｖ６の地盤速度構造を
求める第１のステップと、調査目的地１にて、狭小の調
査スペースで行なえる表層探査装置３０により、表層部
のＶａ、Ｖｂの地盤速度溝造を求める第２のステップ
と、前記第１のステップで求めた地盤速度構造の表層部
Ｖ１を、解析装置２０により前記第２のステップで求め
た地盤速度構造Ｖａ、Ｖｂで置き換える第３のステップ
とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レイリー波の分散
特性から地盤の速度構造を求める逆解析法（インバージ
ョン法）と、他の表層探査法を用いて、調査目的地の地
盤の速度構造を推定する方法および推定システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】地下構造を調査するには、地面に直接ロ
ッドを貫入するサウンディング法や、地表面にて波を発
生させ計測する物理探査法がある。一般の戸建て住宅向
けに行う深さ数ｍ程度の調査には、調査費用および手軽
さから、前者ではスウェーデン式サウンディング試験や
簡易動的コーン貫入試験が多用され、後者では地表面に
小型の起振機を置き、レイリー波を発生させる表面波探
査法がある。そして、より深い調査に対しては、前者で
は標準貫入試験、後者では地表面にて衝撃波を発生させ
て反射波や屈折波を計測する地震探査法、同じく発生さ
せた衝撃波の直接波を計測するＰＳ検層がある。

【０００３】それに加えて最近では、比較的深層部の調
査では常時微動を観測し、周波数−波数スペクトル法や
空間自己相関法によって、周波数と位相速度の関係（以
下、観測分散特性）を得て、地下地盤モデルから計算さ
れる理論上の周波数と位相速度の関係（以下、理論分散
特性）と、上記観測分散特性を比較することで、地盤モ
デルの修正を繰り返して地下速度構造を推定するインバ
ージョン法が用いられることが多い。インバージョン法
には最小２乗法がよく用いられているが、近年では遺伝
アルゴリズム法を用いる場合もある。なお、この時のパ
ラメータは、Ｐ波・Ｓ波速度、密度、層厚の４種類があ
るが、理論分散特性に大きく影響を与えるのはＳ波速度
と層厚であることから、この２種類をパラメータとして
計算させることが一般的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、防災意識の高ま
りから免震機能を有する構造物が普及してきており、免
震住宅も建設されはじめている。そのため、地震動の予
測には工学的基盤までの速度構造を得る必要がある。工
学的基盤はＳ波速度で４００ｍ／ｓ以上を持つ層で定義
され、地域によってその深さは多様であるが、戸建て住
宅の建設地等では深さ数１０ｍから１００ｍを越える場
合もある。戸建て住宅向けの地盤調査では、せいぜい１
５ｍ程度の深さまでしか対応できないため、標準貫入試
験や地震探査法、ＰＳ検層によるところとなるが、標準
貫入試験やＰＳ検層は比較的広い調査場所を必要としな
いものの、深さと調査費用はほぼ比例するため、戸建て
住宅向けに工学的基盤までの深い調査を、これらで調査
することは経済的に成り立ちにくい。また地震深査法で
は調査費用に加え、極めて広い調査場所も必要とする。

【０００５】上記の常時微動を観測する方法で深い調査
を行うとすると、調査費用としては安くなるものの、複
数の振動センサを大きな半径で設置するセンサアレイが
必要となる。しかし建設時において、微動観測地として
広い空間を確保できるケースは少なく、特に大規模な造
成地区でない限り、宅地では不可能である。この方法で
観測する場合、６０ｍ程度の深さまでの地盤速度構造を
観測するとき、センサアレイの半径（中心の振動センサ
から最遠のセンサまでの距離）は、８０ｍ程度で設定さ
れている場合がある。

【０００６】そのため、例えば近憐の公園、グラウンド
等にて実施せざるを得ない。ところが近隣といえども厳
密には建設地とは雑れているので、深層部はほぼ類似し
ているといえるが、比較的表層部では土質状況が異なっ
ていることもある。このような状況において、センサア
レイの大きな半径を確保できる近傍での結果を、そのま
ま建設地の地盤速度構造として地震動の挙動を予測する
には危険であり、建設地における建築物の正確な免震設
計を行なうことは不可能である。本発明は、このような
問題に鑑みてなされたものであって、その目的とすると
ころは、調査目的地の地盤速度構造を安価に調査でき、
調査目的地での地盤速度構造を正確に推定できる方法を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明に係る地盤速度構造の推定方法は、調査目的地の
近隣にて微動観測装置により地盤振動探査を行って、そ
の分散特性から逆解析によって地盤速度構造を求める第
１のステップと、調査目的地にて、狭小の調査スペース
で行なえる表層探査装置により、表層部の地盤速度溝造
を求める第２のステップと、前記第１のステップで求め
た地盤速度構造の表層部を、解析装置により前記第２の
ステップで求めた地盤速度構造で置き換える第３のステ
ップと、を有することを特徴とする。

【０００８】また、本発明に係る地盤速度構造の推定方
法の好ましい具体的な態様としては、前記第２のステッ
プは、地表面に起振機を配置した表層探査装置によりＳ
波速度を計測して地盤速度溝造を求めることを特徴とし
ている。さらに、本発明に係る地盤速度構造の推定方法
の好ましい具体的な他の態様としては、前記第２のステ
ップは、スウェーデン式サウンディング試験法、標準貫
入試験法、または簡易動的コーン貫入試験法を用いる表
層探査装置により、地盤強度を計測して地盤速度溝造を
求めることを特徴としている。

【０００９】本発明に係る地盤速度構造の推定システム
は、調査目的地の近隣にて地盤振動探査を行ない逆解析
により地盤速度構造を求める微動観測装置と、調査目的
地にて表層部の地盤速度溝造を求めるスウェーデン式サ
ウンディング試験法、または標準貫入試験法、もしくは
簡易動的コーン貫入試験法を用いる表層探査装置と、前
記微動観測装置により求めた地盤速度溝造を、前記表層
部の地盤速度溝造で置き換える置換手段とを備えること
を特徴とする。

【００１０】このように構成された本発明の地盤速度構
造の推定方法および推定システムは、広い調査スペース
では微動観測装置により地盤速度構造を求め、狭い調査
目的地では表面探査装置により表層部の地盤速度構造を
求め、前記の地盤速度構造の表層部を、表層部の地盤速
度構造に置き換える。これにより、安い調査費用で、正
確な地盤速度構造を推定することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る地盤速度構造
の推定方法および推定システムの一実施形態を図面に基
づき詳細に説明する。図１は、本発明に係る地盤速度構
造の推定方法を実施する調査目的地近傍の平面図、図２
は、逆解析により地盤速度構造を求める微動観測装置お
よび表層探査装置のブロック図である。図１、２におい
て、地盤速度構造を求める調査目的地１は宅地内にあ
り、道路２を隔ててグラウンド３がある。調査目的地１
は隣地に既存建物４、５があり塀６で囲まれており、微
動観測に必要な広い敷地が確保できないため、道路２を
隔てた近隣のグラウンド３にて微動観測装置により地盤
振動探査を行なう。

【００１２】ここで、広大なグラウンド３で微動観測に
より地盤振動探査を行なう微動観測装置１０について説
明する。グラウンド３上に４個の振動センサ１１〜１４
を用意し、これらの振動センサ１１、１２、１３が半径
Ｒの円周上の３点に等間隔に設置されると共に、振動セ
ンサ１４が円周の中心に設置され、センサアレイ１５を
構成している。４個の振動センサ１１〜１４の出力は解
析装置２０に入力され、解析装置２０にデータ等を入力
する入力装置２１が接続され、解析装置２０からの解析
結果を出力する出力装置２２が接続されている。解析装
置２０には、地盤データベース２３が接続されている。
また、解析装置２０には、地盤速度溝造データを置き換
える置換手段を備えている。

【００１３】振動センサ１１〜１４は、複数個用いて常
時微動の表面波の鉛直成分を同時に検出するものであ
り、センサアレイ１５の半径Ｒは調査対象の地盤、求め
たい深さにより決定される。このとき１つのセンサアレ
イ１５で得られる分散特性は周波数範囲が狭いため、セ
ンサアレイ１５の分散特性を合成して幅広い周波数範囲
で分散特性を作成する。実際には、センサアレイ１５の
半径を変えて、順次計測を行なう。

【００１４】解析装置２０は地盤の速度構造を逆解析法
（インバージョン法）により求めるものであり、入力装
置２１を介して解析が行われる。先ず、地盤データベー
ス２３などを参考にして初期値のデータベースモデルを
決定し、解析装置２０にて、微動観測により求めた観測
分散特性と合致するように参考モデルを修正する逆解析
を行い、当該地盤の速度構造を推定し、出力装置２２に
結果を出力するものである。

【００１５】建築予定地である調査目的地１には、表層
探査装置３０が設置される。表層探査装置３０は、表層
探査法により表層部の地盤速度溝造を求めるものであ
り、一般的に使用されるスウェーデン式サウンディング
試験法、または標準貫入試験法、もしくは動的コーン貫
入試験法を用いる装置であり、狭い調査スペースでの測
定が可能である。

【００１６】前記の如く構成された本発明の地盤速度構
造の推定方法、および推定システムの作用について、図
３〜６を参照して以下に説明する。図３は、図２の微動
観測装置から得られる分散特性図、図４は、図３の分散
特性図から得られる地盤速度構造図、図５（ａ）は、微
動観測装置から得られる地盤構造を示す断面図、図５
（ｂ）は表層探査法により得られる地盤構造を示す断面
図、図５（ｃ）は図５（ａ）の表層部に図５（ｂ）を置
換した地盤構造を示す断面図、図６は、図５（ｃ）より
得られる地盤速度構造図である。

【００１７】第１のステップとして、調査目的地１の近
隣のグラウンド３にて微動観測装置１０により地盤振動
探査を行って、その分散特性から逆解析によって地盤速
度構造を求める。センサアレイの半径を１ｍ、５ｍ、１
０ｍ、１５ｍと順次変えて計測し、解析装置２０により
分散特性を算出し、図３の分散特性を得る。そして、こ
の分散特性から図４に示される地盤速度構造を推定す
る。前記の地盤速度構造から、Ｓ波速度がＶ１〜Ｖ６の
層構造を有する、図５（ａ）の地盤構造を示す断面図が
得られる。

【００１８】つぎに、第２のステップとして、調査目的
地１にて、狭小の調査スペースで行なえる表層探査装置
３０により、表層部の地盤速度溝造を求める。すなわ
ち、実際の建設予定のある調査目的地１において、例え
ば、住宅用の地盤調査では最も一般的なスウェーデン式
サウンディング法により、比較的表層部の地盤速度構造
を推定して求める。このスウェーデン式サウンディング
法では、スクリューポイントを貫入不能となる深さまで
貫入させて調査を行ない、静的貫入抵抗ＷｓｗおよびＮ
ｓｗを得る。

【００１９】なお、静的貫入抵抗Ｗｓｗは、１ｋＮ（１
００ｋｇｆ）以下の荷重で貫入する場合の荷重、Ｎｓｗ
は、Ｗｓｗ＝１ｋＮ（１００ｋｇｆ）の荷重で貫入が止
まった後、回転により所定の目盛線まで貫入させた時の
半回転数から換算した貫入量１ｍ当たりの半回転数であ
る。そして、Ｎｓｗから砂層の場合は数１によってＮ値
へと換算し、粘土層の場合は数２によってＮ値へと換算
する。

【００２０】

【数１】砂 層：Ｎ＝２＋０．０６７×Ｎｓｗ

【００２１】

【数２】粘土層：Ｎ＝３＋０．０５×Ｎｓｗ

【００２２】さらに、前記のようにして得られたＮ値
を、数３にてＳ波速度に換算し、表層部のＳ波速度、Ｖ
ａ、Ｖｂを得ることができる。

【００２３】

【数３】Ｖｓ＝８９．８×Ｎ^0.341

【００２４】このようにして得られたＶａは、Ｓ波速度
が約１００ｍ／ｓであり、深さが地表より１．５ｍ程度
であり、Ｖｂは、Ｓ波速度が約１２０ｍ／ｓであり、深
さが地表より３ｍ程度で、層厚が１．５ｍ程度であり、
図５（ｂ）に示される層構造を有する地盤構造の断面図
を得ることができる。図４、図５（ａ）に示される微動
計測による地盤速度構造はグラウンド３で調査したもの
で、グラウンド造成時に表層部を地盤改良していること
が分かっている。そのため、表層部のＳ波速度も造成前
に比べて大きな値となっており、実際の建設予定地とは
表層部が異なっていることが容易に推測でき、表層探査
装置３０により求めた地盤速度構造Ｖａ、Ｖｂで確認で
きる。

【００２５】第３のステップとして、第１のステップで
求めた地盤速度構造の表層部を、第２のステップで求め
た地盤速度構造で置き換えることを、解析装置２０の置
換手段により行なう。すなわち、解析装置２０内の置換
手段（図示せず）により、図５（ａ）のＳ波速度がＶ１
の表層の層部分を、図５（ｂ）のＳ波速度がＶａ、Ｖｂ
の２層の部分に置き換える。このような置き換えによ
り、図５（ｃ）の地盤構造を示す断面図が得られ、図６
に示される地盤速度構造図が得られる。

【００２６】このようにして、近隣の広い調査スペース
において、微動観測装置により基盤を含めた深層までの
地盤振動探査を行ない、次いで、調査目的地において、
表層探査装置により表層部の地盤速度溝造を求め、微動
観測装置により求めた地盤速度構造の表層部を、表層部
の地盤速度構造で置き換えるようにして地盤速度構造を
推定するため、調査深さと調査費用がほぼ比例する探査
装置では表層部分だけ調査し、調査深さと調査費用が比
例しない微動観測装置により深層まで調査するので、調
査費用を安価にすることができ、微動観測装置により深
層まで正確に地盤調査を行なうことができる。

【００２７】なお、表層探査法の他の方法として標準貫
入試験を実施する場合は、直接、Ｎ値を得ることができ
るので、数３でＳ波速度に換算することができる。前記
したように、標準貫入試験の調査費は深さにほぼ比例す
るが、表層部のみの調査であるため、少ない費用で実施
することができる。

【００２８】また、表層探査法として、簡易動的コーン
貫入試験を実施する場合は、数４の関係からＮ値に換算
することができ、数３でＳ波速度に換算することができ
る。なお、数４におけるＮｄは、質量５Ｋｇのハンマー
を５０ｃｍの高さから自由落下させ、先端角６０度の鋼
製コーンが貫入するときの貫入量１０ｃｍに要する打撃
回数である。

【００２９】

【数４】Ｎ＝Ｎｄ／１．５

【００３０】この簡易動的コーン貫入試験は、前記した
Ｎｄから、原位置における土の貫入抵抗を簡易に求める
ものである。表層探査法を用いる装置としての簡易動的
コーン貫入試験も、比較的表層部のみの調査であるた
め、地盤速度構造を安価に測定することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明の地盤速度構造の推定方法および推定システムは、微
動観測装置による地盤速度構造の比較的表層部を、実際
の調査目的地で表層探査装置により求めた地盤速度構造
で置き換えることで、微動観測のためのセンサアレイが
設置できない狭小の調査目的地でも、安価で正確な地盤
速度構造を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る地盤速度構造の推定方法を実施す
る調査目的地近傍の平面図。

【図２】逆解析により地盤速度構造を求める微動観測装
置および表層探査装置のブロック図。

【図３】図２の微動観測装置から得られる分散特性図。

【図４】図３の分散特性図から得られる地盤速度構造
図。

【図５】（ａ）は微動観測装置から得られる地盤構造を
示す断面図、（ｂ）は表層探査法により得られる地盤構
造を示す断面図、（ｃ）は（ａ）の表層部に（ｂ）を置
換した地盤構造を示す断面図。

【図６】図５（ｃ）より得られる地盤速度構造図。

【符号の説明】

１ 調査目的地 ３ グラウンド １０ 微動観測装置 １１、１２、１３、１４ 振動センサ １５ センサアレイ ２０ 解析装置 ２１ 入力装置 ２２ 出力装置 ２３ 地盤データベース ３０ 表層探査装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 調査目的地の近隣にて、微動観測装置に
   より地盤振動探査を行ない、その分散特性から逆解析に
   より地盤速度構造を求める第１のステップと、 調査目的地にて、表層探査装置により表層部の地盤速度
   溝造を求める第２のステップと、 前記第１のステップで求めた地盤速度構造の表層部を、
   前記第２のステップで求めた地盤速度構造で置き換える
   第３のステップと、を有する地盤速度構造の推定方法。
2. 【請求項２】 前記第２のステップは、地表面に起振機
   を配置した表層探査装置によりＳ波速度を計測して地盤
   速度溝造を求めることを特徴とする請求項１記載の地盤
   速度溝造の推定方法。
3. 【請求項３】 前記第２のステップは、スウェーデン式
   サウンディング試験法、標準貫入試験法、または簡易動
   的コーン貫入試験法を用いる表層探査装置により、地盤
   強度を計測して地盤速度溝造を求めることを特徴とする
   請求項１記載の地盤速度構造の推定方法。
4. 【請求項４】 調査目的地の近隣にて地盤振動探査を行
   ない、逆解析により地盤速度構造を求める微動観測装置
   と、 調査目的地にて表層部の地盤速度溝造を求める表層探査
   装置と、 前記微動観測装置により求めた地盤速度溝造を、前記表
   層部の地盤速度溝造で置き換える置換手段と、を備える
   地盤速度構造の推定システム。