JP2004293277A

JP2004293277A - 岩盤内の破壊進行面検出システム

Info

Publication number: JP2004293277A
Application number: JP2003127243A
Authority: JP
Inventors: Teruaki Takahashi; 輝明高橋; Kazumasa Sasaki; 一正佐々木; Norifusa Oshima; 紀房大島; Yoshinori Nakamura; 良則中村; Seiichi Muto; 征一武藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】岩盤崩落危険箇所の適切な予測などが可能な岩盤内の破壊進行面検出システムを提供する。
【解決手段】検出対象の岩盤に少なくとも４本のボーリング孔４ａ〜４ｄを互いに近くに設けて、そのうちの少なくとも３本のボーリング孔４ａ〜４ｃに異なる検出方式の岩盤内変位計測装置６，１９，３０を設置して岩盤内の変位を検出し、その変位計測装置６，１９，３０のうちの一つでも変位計測装置の計測データが予め定められた基準値を超えていると判断すると、前記ボーリング孔４ａ〜４ｄのうちの空孔になっている残りのボーリング孔４ｄを使用して原位置で破壊面の確認試験を行なうことを特徴とする。
【選択図】図１４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、岩盤の崩落予測などに適用できる岩盤内の潜在的破壊位置予測検出システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
日本は世界屈指の火山国であり、多数の活火山を有している。それと共に地震についても、日本列島の内部や周辺海域下で多発している。日本列島の地殻の厚さは大略２８〜３５Ｋｍと想定されているが、この日本列島の下では太平洋プレートが休むことなく潜り続けているため、日本列島は「変動帯」と呼ばれる地球上の不安定部分に位置していることになる。そのため地殻の性状は複雑に変化し、小さな島国でありながら世界に類を見ないほど様々な岩石が複雑に分布している。
【０００３】
また、変動帯の特徴として、新しい地質時代の地殻の構造的隆起や、火山活動による地殻変動が続くと同時に、海水面の変位に伴う侵食作用も相まって、全国的に急崖地形を生んできた。急崖地形は、岩盤崩落や落石を引き起こす地形的要因となっている。
【０００４】
図１６は急崖岩盤での風化による崩壊の進行状況を説明するための図で、図中の（ａ）は崩壊の初期段階、（ｂ）は中期段階、（ｃ）は最終段階を示している。初期段階では同図（ａ）に示すように、地球環境下における種々の物理的・化学的作用下で急崖頂部より亀裂の開口化が始まる。そして中期段階では同図（ｂ）に示すように、長時間にわたり風化、応力腐食等による岩盤亀裂の進行、すなわち斜面後背部で次第に空隙が伸長する。最終段階では同図（ｃ）に示すように、岩体が地山から分離して崩落が発生し、崩落後に崩壊新鮮面が露呈する。
【０００５】
−このように岩体が地山から分離して落下する現象は、地滑りとは異なり、極めて高速であるだけに、防災を目的とした計測システムとしては崩壊の予兆となる現象をできるだけ早い段階で把握しなければならない。
【０００６】
しかし、これまでに発生した大規模岩盤崩壊については、事例毎に詳細な調査が実施され、崩壊機構の究明と解析がなされてきたが、崩壊に関わる要因が多岐にわたること、岩盤内部に形成される潜在的破壊面の挙動の確認が極めて困難であることから、岩盤崩壊の予知・予測システムの確立が未だなされていないのが現状である。
【０００７】
従来、斜面表層部の計測には、歪ゲージ式あるいは歪ワイヤ式の表面変位計を用いて表層部の亀裂幅の動きを計測する手段、歪ゲージ式の岩盤傾斜計を用いて傾斜面の傾きを計測する手段、ＧＰＳで衛生電波による傾斜面の動きを計測する手段、歪ワイヤ式の落石センサを用いて斜面からの落石を検出する手段などがある。
【０００８】
また、岩盤内部の計測には、岩盤内に水圧や空気圧をかけて透水状態や透気状態を検出する透水試験や透気試験、歪ゲージ式あるいは地中伸縮ワイヤ式の地中亀裂変位計を用いて孔内亀裂幅の動きを計測する手段、歪ゲージ式の隙間水圧計を用いて地山水圧の動き計測する手段、歪ゲージ式の岩盤温度計を用いて地山温度の動き計測する手段、ＡＥ（ＡｃｏｕｓｔｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎ：弾性波放出）センサを用いて岩盤内の微小歪や微小亀裂を検出する手段などがある。
【０００９】
なお、岩盤崩壊に関する技術文献として、例えば下記の非特許文献１などを挙げることができる。
【００１０】
【非特許文献１】
「岩盤崩壊の発生機構と計測技術」
社団法人岩盤工学会北海道支部平成１２年１２月２０日発行
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前述の斜面表層部の計測手段は、岩盤内部での亀裂変動などは把握できない。また、斜面表層部の計測手段ならびに岩盤内部の計測手段においては、例えば寒暖、気温、風波力、雪害、凍害、振動などの外的環境要因によって特に表層部は測定誤差が生じ易く、その表面層誤差が、内層部の測定値に大きく上乗せされることが多く、従って岩盤崩落危険箇所の適切な予測はされていない。
【００１２】
また、岩盤内部に水圧や空気圧をかけて透水状態や透気状態を検出する透水試験や透気試験では、岩盤内部に大きな水圧差あるいは気圧差を与えるため、その圧力によって岩盤内の破れ目が増進するなどの問題点を有している。
【００１３】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解決し、岩盤崩落危険箇所の適切な予測などが可能な岩盤内の破壊進行面検出システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の第１の手段は、検出対象の岩盤に少なくとも４本のボーリング孔を互いに近くに設けて、そのうちの少なくとも３本のボーリング孔に異なる検出方式の岩盤内変位計測装置を設置して岩盤内の変位を検出し、その変位計測装置のうちの一つでも変位計測装置の計測データが予め定められた基準値を超えていると判断すると、前記ボーリング孔のうちの空孔になっている残りのボーリング孔を使用して原位置で破壊面の確認試験を行なうことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記異なる検出方式の３つの岩盤内変位計測装置が、ボーリング孔の孔長方向歪を計測する孔長方向歪計測装置と、ボーリングの孔径方向歪を計測する孔径方向歪計測装置と、ボーリング孔内での岩盤の亀裂音波を計測する亀裂予兆音波計測装置であることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第３の手段は前記第１の手段または第２の手段において、前記原位置での破壊面の確認試験が透水試験あるいは（ならびに）透気試験あるいは（ならびに）ファイバースコープによる映像確認試験であることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第４の手段は前記第２の手段において、前記孔長方向歪計測装置と孔径方向歪計測装置と亀裂予兆音波計測装置が共に計測用に光ファイバーを使用し、共用する１つの光スイッチ装置から各計測装置の光ファイバーに対して計測用の光信号を出力するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１ならびに図２は急崖岩盤に対するボーリング位置を説明するための図で、これらの図において（ａ）は共に急崖岩盤の断面図、（ｂ）は共に急崖岩盤の正面図である。
【００１８】
これらの図に示すように急崖岩盤１の頂部２と基部３の中間位置に、壁面から内部に向けて４本のボーリング孔４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを穿設する。図１は、４本のボーリング孔４ａ〜４ｄをほぼ一列に水平に穿設した例を示している。図２は、急崖岩盤１の基部３に海食などによってノッチ５が形成された例を示しており、このような場合はボーリングの足場を幅広く設けることができない場合が多いため、ボーリング孔４ａ〜４ｄを２段に分けて穿設する。ノッチ５が形成されている岩盤１でも足場を十分に設けることができれば、図１に示すようにボーリング孔４ａ〜４ｄをほぼ一列に水平に穿設してもよい。
【００１９】
各ボーリング孔４の間隔Ｌは例えば１５０ｃｍ〜３００ｃｍの範囲が適当で、各ボーリング孔４は余り離れない方がよい。ボーリング孔４の深さは少なくとも５０ｍ以上の範囲で選択されるのが好ましい。
【００２０】
この４本のボーリング孔４ａ〜４ｄのうち３本のボーリング孔４（本実施形態ではボーリング孔４ａ〜４ｃ）には、
（１）ボーリング孔４の孔長方向歪を計測する孔長方向歪計測装置、
（２）ボーリング孔４の孔径方向歪を計測する孔径方向歪計測装置、
（３）ボーリング孔４内での可聴、非可聴領域の岩盤の亀裂音波を計測する亀裂予兆音波計測装置、
をそれぞれ個別に挿入、設置して、残りの１本のボーリング孔４は空孔としておく。前記３種類の計測装置は気温、風波力、雪害、凍害、振動などの外的環境要因による測定誤差を最小限にするため、各計測装置はそれぞれ計測部の地中化を図っている。本実施形態では冬季の岩盤凍結及び夏季の炎天下の岩盤表面膨脹の影響を回避するため、測定基点を岩盤表面７より本実施形態では２ｍ奥とした。
図３は、本発明の実施形態に係る孔長方向歪計測装置６の概略構成図である。この図は、孔長方向歪計測装置６を前記ボーリング孔４ａに挿入した例を示している。図４は、その孔長方向歪計測装置６に用いるセンサ付光ファイバー１２の説明図である。
【００２１】
ボーリング孔４ａの孔径は約６０ｍｍ〜９０ｍｍ、その孔深は少なくとも５０ｍ以上で、その岩盤表面７側の開口部には奥行２ｍの大径凹部８が連設され、この大径凹部８を介してボーリング孔４ａの全域にかけて孔長方向歪計測装置６が挿入、設置されている。
【００２２】
孔長方向歪計測装置６の軸方向に沿って少なくとも６つ以上の水圧式アンカー環９が用意され、例えば図３のように６環方式であればアンカー環９ａ〜９ｆが等間隔に設けられ、各水圧式アンカー環９ａ〜９ｆは水圧用管１０で繋がれている。孔長方向歪計測装置６をボーリング孔４ａ内に挿入し、前記水圧用管１０を通して外部から水圧をかけることにより、各水圧式アンカー環９ａ〜９ｆの環径を膨らませて、岩盤孔壁に各水圧式アンカー環９ａ〜９ｆを食い込ませて圧着、固定する。水圧は約３０ｋｇｆ／ｃｍ^２であり、アンカー環９内の高圧状態は、水圧用管１０の入口端部に付設した逆止弁１１によって維持される。
【００２３】
図に示すように１本のセンサ付光ファイバー１２を孔長方向にピンと張って、各水圧式アンカー環９ａ〜９ｆの内径部の一点で固定する。１３ａ〜１３ｆは、その固定点を示している。固定点１３ｆで水圧式アンカー環９ｆと連結した光ファイバー１２はＵターンして、各水圧式アンカー環９ａ〜９ｆを通り大径凹部８を介して岩盤表面７の外側に引き出される。１４は光ファイバー保護管、１５は発泡断熱カバー、１７は前記大径凹部８に充填された発泡断熱材封入部、１８はモルタル仕上げ部、２９は岩盤１内に潜在的に存在している亀裂である。
【００２４】
前記センサ付光ファイバー１２は、例えば６環方式であれば図４に示すように、光ファイバー１２の固定点１３となる水圧式アンカー環９同志の中間部に、ＦＢＧセンサ１６ａ〜１６ｅを光ファイバー１２内に一体に埋め込んだものである。
【００２５】
このＦＢＧセンサ１６ａ〜１６ｅは、光ファイバー１２の内部（コア部内）に屈折率の高い格子板を所定枚数、定間隔に配置したグレーディング成形部から構成されている。この格子板により特定の波長の光だけが反射（Ｂｒａｇｇ波長）し、残りの光は透過する。格子板部分が伸び縮むすると、格子板の間隔および屈折率の変化に応じてブラッグ波長が変化する。
【００２６】
例えば水圧式アンカー環９の間隔が１ｍあって、その１ｍで両端固定されているセンサ付光ファイバー１２に１ｍｍの伸び（０．１％の歪）が生じたとすると、前記ＦＢＧセンサ１６（グレーディング成形部）も同材質で同様に０．１％伸びるように製作されている。そのためこの光ファイバー１２に波長１．５５μｍの入射光を投入すると、反射光としてのブラッグ波長も０．１％、つまり１．５５ｎｍだけ長波長側にシフトする性質があり、このシフト量を測定することで水圧式アンカー環９同志間の変位はブラッグ波長シフト量に１０００倍を乗じることで、ボーリング孔４ａ内における孔長方向の歪としての計測値を得ることができる。
【００２７】
センサ付光ファイバー１２に歪が発生すると、反射光としてのブラッグ波長のシフト量が比例的に変化するが、ブラッグ波長のシフト量は同時に温度の変化を受け易い。この光ファイバーの張力による歪と温度による歪とを正確に分離する手段は特開２００２−２５７５２０号公報に記載されており、１本の光ファイバー１２上に設けられている複数のＦＢＧセンサ１６ａ〜１６ｅの差動検出量について、前記公報の手段により、ブラッグ波長のシフト量を予め温度補正することができている。このセンサ付光ファイバー１２の計測時間は０．０２秒で、ほぼリアルタイムに計測することが可能である。
【００２８】
従来、センサ付光ファイバー１２の替わりに各水圧式アンカー環に連結した変位鋼線を用い、その変位鋼線の伸縮量を電気信号として検出し、多芯ケーブルを介して計測データ演算装置に送信する孔長方向歪計測装置が用いられていた。しかしこの孔長方向歪計測装置は、変位鋼線が金属製であり温度の影響を受け易く、これを排除する手段に適正なものがないため、岩盤内部の微妙な挙動を正確に観察することは難しく、信頼性に問題がある。
【００２９】
図５は本発明の実施形態に係る孔径方向歪計測装置１９のうちの岩盤内でのセンサ付光ファイバー設置状態を示す一部断面図、図６はその孔径方向歪計測装置１９の軸方向と直交する方向での拡大断面図、図７は図６のＡ部の拡大図である。
【００３０】
図５に示すように細長い孔径方向歪計測装置１９は岩盤１に穿孔されたボーリング孔４ｂに挿入され、発泡断熱材封入部１７ならびにモルタル仕上部１８などによって保護されている。
【００３１】
径方向歪計測装置１９は図６に示すように、耐衝撃性の塩化ビニル樹脂などからなる外管２０の内側に塩化ビニル樹脂などからなる内管２１が挿入された二重管構造になっている。外管２０と内管２１のクリアランスは１ｍｍ程度の僅かなもので、外管２０と内管２１はほぼ全周にわたって接近している。
【００３２】
内管２１の内面には等間隔に４つの縦溝２２が軸方向に連続して形成され、合成樹脂あるいは金属からなる十字板２７を各縦溝２２の案内により内管２１の内側に挿入する。内管２１と十字板２７によって形成される４つの室のうち下側の２つの室に丸鋼などからなる回転防止用ウェイト２４をそれぞれ挿入する。
【００３３】
内管２１の外周面には等間隔に４つの保持溝２５が軸方向に連続して形成され、図７に示すように各保持溝２５内には光ファイバー２６ａ〜２６ｄがエポキシ系接着剤などの樹脂層２７によってそれぞれ固定されている。内管２１の外周面とりわけ樹脂層２７の外表部は、合成樹脂製のテープあるいはフィルムからなる被覆材２８によって覆われている。
【００３４】
光ファイバー２６ａは往路線、光ファイバー２６ｂは光ファイバー２６ａの復路線で、相前後する同一心線である。同様に光ファイバー２６ｃは往路線、光ファイバー２６ｄは光ファイバー２６ｃの復路線で、相前後する同一心線である。従って光ファイバー２６は２本使用されていることになる。本実施形態では２本の光ファイバーを使用したが、使用本数をそれ以上増やすことも可能である。
【００３５】
各光ファイバー２６ａ〜２６ｄは、保持溝２５と樹脂層２７と被覆材２８によってシールされ保持溝２５内に確実に保持され、光ファイバー２６の圧迫損傷を回避するこ
とができる。
【００３６】
従来、内管の外周面にその内管の軸方向に沿って検出用光ファイバーを、往路線と復路線で合計４本、樹脂テープやアルミテープで溝無しの内管外表面に固定し、その内管を外管内に挿入した孔径方向歪計測装置が用いられていた。
【００３７】
しかしこの孔径方向歪計測装置は、各検出用光ファイバーが内管の外周面からそれぞれ突出しているため、内管を外管内に挿入する途中で引っ掛かり、巻き付けたテープが部分的にめくれたりして、挿入作業が煩雑である。また、検出用光ファイバーが内管の外周テープ面から突出したとき、圧力を集中して受け易い構造になるため、外管を介して受ける岩盤内部の圧力により検出用光ファイバーが局部的に圧迫損傷を受け易いなどの問題を有している。
【００３８】
この点本実施形態に係る孔径方向歪計測装置は前述のような構造になっているため、外管２０に対する内管２１の挿入が容易で、しかも光ファイバー２６を保持溝２５内に収納するための圧迫損傷を回避することができる。
【００３９】
前記十字板２７の機能は、内管２１同志の長手方向の接続を確実にする機能
と、内管２１内の所定の位置にウェイト２４を保持する機能と、光ファイバー２６を保持している内管２１の力学的補強機能を有している。ウェイト２４は、その重力を利用して光ファイバー２６付きの内管２１が地震などの運動力によって回転変位しないように止めておく機能を有している。
【００４０】
岩盤１内において計測装置１９の軸方向と直角の方向にかかつた力は、外管２０を介して内管２１に保持されている光ファイバー２６に作用し、そのため光ファイバー２６も連動して部分的に歪む（伸縮）。
【００４１】
光ファイバー２６にパルス光を入射している際、前述のように光ファイバー２６の長手方向に物理的歪（伸縮）が起きれば、反射光としては入射光周波数がシフトされたブリルアン散乱を生じ、この光周波数のシフト量が歪発生量に比例していることを利用して、孔径方向の歪量を計測する。図６を例にとるなら孔径のどの方向の歪も検出できるように、周方向に沿って等分割に複数本の光ファイバー２６ａ〜２６ｄが設置されている。このブリルアン散乱光方式の場合も光周波数のシフト量が温度に影響され易いから、光周波数のシフト量を光ファイバー２６の特性を用いて予め温度補正するとより正確な歪発生量を把握することができる。
【００４２】
図８は本発明の実施形態に係る亀裂予兆音波計測装置３０の岩盤内での断面図、図９はその亀裂予兆音波計測装置３０に用いる支持プレートの拡大正面図、図１０はその亀裂予兆音波計測装置３０におけるＡＥ波捕捉部の拡大断面図、図１１は図１０Ｂ−Ｂ線上の断面図である。
【００４３】
亀裂予兆音波計測装置３０は図８に示すように、亀裂音が管内に入り易いように周壁に多数の孔３１を形成した耐衝撃性硬質塩化ビニルなどからなる非金属製の多孔管３２の内側に、小径の硬質塩化ビニルなどからなる非金属製の支持管３３が挿入されている。
【００４４】
支持管３３は、それの軸方向に所定の間隔をおいて配置された複数枚の保持プレート３４によって多孔管３２の中心部に固定されている。保持プレート３４は硬質塩化ビニルなどからなり、図９に示すように中央部に支持管挿通孔３５と固定リング３６が設けられている。固定リング３６の近くにファイバー挿通孔３７が形成され、所定の位置に通気孔３８が設けられている。
【００４５】
多孔管３２と支持管３３の間に１本のＡＥ波捕捉用光ファイバー３９が挿入され、光ファイバー３９の中間部が多孔管３２の先端部で折り返され、その後戻り線が支持管３３の内側を通って亀裂予兆音波計測装置３０から大径凹部８を介して外側に引き出される。そして多孔管３２の軸方向（長手方向）に沿って複数のＡＥ波捕捉部４０が形成されている。
【００４６】
ＡＥ波捕捉部４０は図１０に示すように、炭素ファイバーなどからなる支持ファイバー４１を円弧状に折り曲げ、その複数本（本実施形態では図１１に示すように８本）を支持管３３の外周部に外側が凸になるようにほぼ等間隔に配置する。各支持ファイバー４１の両端部は接着剤４２と締付リング４３で固定されて、全体的に外形がフットボール状のファイバー巻付部４４が形成される。このファイバー巻付部４４にＡＥ波捕捉用光ファイバー３９を螺旋状に巻付けて、ＡＥ波捕捉部４０が構成される。
【００４７】
ファイバー巻付部４４を金属線で構成すると、音波がその金属線に吸収されて大きく減衰してしまうから、本実施形態では炭素ファイバーを使用してファイバー巻付部４４を構成した。ボーリング孔４内の亀裂予兆音波計測装置３０の各部材についても、同様の理由で金属を用いていない。
【００４８】
従ってＡＥ波捕捉用光ファイバー３９のファイバー巻付部４４に巻付けられる部分が検知部分となり、この検知部分の長さは、ファイバー巻付部４４の外形寸法とＡＥ波捕捉用光ファイバー３９の巻付け数によって十分に長く確保できる。巻付けられたＡＥ波捕捉用光ファイバー３９の支持ファイバー４１と支持ファイバー４１との間は、等間隔で設置され互いに干渉を及ぼさないフリーな状態となっている。ＡＥ波捕捉部４０の軸方向の長さは、約１００ｍｍ〜２００ｍｍが適当である。
【００４９】
図８に示すように、１つのファイバー巻付部４４に巻付けられたＡＥ波捕捉用光ファイバー３９は支持プレート３４のファイバー挿通孔３７を通って次のファイバー巻付部４４側に延びている。このようにして１本のＡＥ波捕捉用光ファイバー３９で、複数個のＡＥ波捕捉部４０が定間隔を保ちながら連続して形成される。
【００５０】
図１２はＡＥ波捕捉部４０の変形例を示すＡＥ波捕捉部４０の拡大断面図、図１３はそのＡＥ波捕捉部４０に用いるファイバープレート４５の拡大正面図である。
【００５１】
図１２に示すように支持管３３の外周部に、２枚のファイバープレート４５が約１００ｍｍ〜２００ｍｍの間隔をおいて固定されている。ファイバープレート４５は硬質塩化ビニルなどからなり、図１３に示すように中央部に支持管挿通孔４６と固定リング４７が設けられている。ファイバープレート４５の外周部には４個以上（本実施形態では４個）の切欠状の支持ファイバー係止部４８が形成されている。このファイバープレート４５の適所にファイバー挿通孔３７と通気孔３８が形成されている。
【００５２】
図１２に示すように一方のファイバープレート４５から他方のファイバープレート４５に向けて炭素ファイバーなどからなる支持ファイバー４１を掛け渡して固定することにより、ファイバー巻付部４４が形成される。このファイバー巻付部４４にＡＥ波捕捉用光ファイバー３９を巻付けて、ＡＥ波捕捉部４０が構成される。
【００５３】
この場合もＡＥ波捕捉用光ファイバー３９の検知部分の長さは、ファイバー巻付部４４の外形寸法とＡＥ波捕捉用光ファイバー３９の巻付け数により適当な長さに確保できる。巻付けられたＡＥ波捕捉用光ファイバー３９の支持ファイバー４１と支持ファイバー４１との間は、等間隔に設置され互いに干渉を及ぼさないフリーな状態となっている。
【００５４】
岩盤に塑性変形、亀裂が生じる際、まず非可聴域、つまり２０ＫＨｚ以上の超音波（ＡＥ波もこの一種）が発生し、次に物理的破壊とともに可聴域の亀裂音が発生する。ＡＥ波捕捉用光ファイバー３９にパルス光を入射している際、前述のようにＡＥ波をＡＥ波捕捉部４０で捕捉すると、ＡＥ波捕捉用光ファイバー３９から得られるパルスの波形が変化する。このパルス波形の変化を亀裂予兆音波計測装置３０で計測する。
【００５５】
岩盤の亀裂に伴って発生するＡＥ波を圧電素子で電気的に捕捉する方法があるが、圧電素子から変換して得られる電気信号が極めて微弱であり、そのためにＡＥ波なのかノイズなのか識別が困難で、計測の信頼性に問題がある。
【００５６】
本発明に係る亀裂予兆音波計測装置３０は、検知部であるＡＥ波捕捉部４０でのＡＥ波捕捉用光ファイバー３９の巻付け長さを十分に確保することができ、岩盤内部での塑性変形や割れが生じる前に発生する極く微弱な超音波、ならびにその後の塑性変形や初期段階の割れによって発生する音波を容易かつ高感度で収集することができる。
【００５７】
図１４は潜在的破壊位置予測検出システムの系統図、図１５はそのシステム中の各計測装置６，１９，３０と光スイッチ装置５０との接続関係を示す説明図である。
【００５８】
監視すべき岩盤１のボーリング孔４ａ〜４ｃ内には図１５に示すように孔長方向歪計測装置６，孔径方向歪計測装置１９，亀裂予兆音波計測装置３０がそれぞれ設置されている。各計測装置６，１９，３０に共用あるいは個別の光スイッチ装置５０が接続され、光スイッチ装置５０から各計測装置６，１９，３０の光ファイバー１２，２６，３９に向けて時経列的にパルス状の光信号が出力される。このパルス状光信号は、各計測装置６，１９，３０によって異なる。各計測装置６，１９，３０からの戻りの光信号は光スイッチ装置５０でそれぞれ受光され、電気信号に変換処理される。
【００５９】
光スイッチ装置５０からの各電気信号はデータ化装置５１に送られてデータ化処理され、その計測データは環境要因分離装置５２に送られる。この環境要因分離装置５２には外気温計５３，風向風速計５４，雨雪量計５５，地震計５６からの現地の環境データが入力され、その環境データに基づく環境に関わる要因が前記計測データから分離処理される。
【００６０】
そして岩盤内の微小変位に関する計測データのみが計測用パソコン５７に入力され、また計測用パソコン５７には現地の岩盤１付近に設置したテレビカメラ装置５４からの映像データ（岩盤斜面からの落石、地表の変化、雨水の流れ、積雪状態などの映像データ）も入力される。計測用パソコン５７では、前記環境要因分離装置５２からの計測データ、予め記憶されている孔長方向歪基準値，孔径方向歪基準値，亀裂音波基準値をベースにテレビカメラ装置５４からの映像データを収録しながら、計測データの解析および記録がリアルタイムになされる。
【００６１】
前記光スイッチ装置５０，データ化装置５１，環境要因分離装置５２，計測用パソコン５７は、制御用パソコン６０によりシーケンシャルに制御されている。図に示すように環境要因分離装置５２，計測用パソコン５７，制御用パソコン６０は観測局舎６１内に設置されている。
【００６２】
計測用パソコン５７で得られた解析データや画像などは、中央局監視室の監視用パソコン５９に送信される。中央局には各現地からの解析データが送り込まれ、広い地域にわたってトータル的な監視がなされる。観察員はこの中央局舎内に居て、監視用パソコン５９の画面あるいは監視用パソコン５９から出力される記録紙を通して、岩盤１内で潜在的破壊面の発生と進行など、その挙動が監視される。
【００６３】
前記孔長方向歪データ、孔径方向歪データ、亀裂音波データの異なる３種類のデータに基づく監視により、岩盤内の特定部の動き（変位）を総合的にかつ動的に捉えることができ、岩盤崩壊に繋がる潜在的破壊面（破壊位置）の予知が確実である。
【００６４】
そして解析データの結果、計測データが予め定められている孔長方向歪基準値，孔径方向歪基準値，亀裂音波基準値のいずれかが基準値を超えたと判断されると、監視用パソコン５９のディスプレイあるいは別個の警報装置を介して、報知信号が現地の位置データとともに出力される。観察員はこの報知を確認して現地に赴き、今まで空孔となっていたボーリング孔４ｄを用いて原位置確認試験を行なう。
【００６５】
この原位置確認試験には透水試験、透気試験、ファイバースコープによる映像確認試験、ステップドブレード法、トータルプレッシーヤセル法、ジオセル法などがある。透水試験はボーリング孔４ｄを利用しての岩盤１の局所的な透水係数を算出するもので、ボーリング孔４ｄ内に注水して、孔内水位を一時的に低下または上昇させて、その水位変化を経時的に測定する非定常法と、注水を行なって孔内の水位が一定になったときの水量を測定する定常法があり、対象岩盤の状況により両者のうちのいずれかが選択される。
【００６６】
前記透気試験は、ボーリング孔４ｄ内に空気を送り込んで岩盤１の局所的な透気係数を算出するもので、Ｄａｒｃｙ則により、送気による圧力勾配と定常送気量によって透気係数を求める。
【００６７】
前記ファイバースコープによる映像確認試験は、ボーリング孔４ｄ内にファイバースコープの検知端を挿入して、亀裂などの岩盤内部の状態を映像で確認する方法である。
【００６８】
前記ステップドブレード法は、先端部が階段状になって、各段の中央部に土圧計が埋設されたステップドブレードをボーリング孔４ｄから差し込んで、水平方向での静止土圧を測定する方法である。
【００６９】
前記トータルプレッシーヤセル法は、薄型のダイアフラムを有する土圧計をボーリング孔４ｄから差し込んで、水平方向での全土圧を測定する方法である。
【００７０】
前記ジオセル法は、円筒状の可とう性ゴム膜を受圧部とする測定管をボーリング孔４ｄから差し込んで、土圧を測定する方法である。
【００７１】
原位置確認試験として前記透水試験、透気試験、ステップドブレード法、トータルプレッシーヤセル法、ジオセル法のいずれかを選択するかは、岩盤の性状や原位置の条件などによって適宜選択できる。この原位置試験の中でも透水試験と透気試験は、解析手法などが確立しているため賞用できる。
【００７２】
この原位置確認試験により、潜在的破壊面が予知された部分のひび割れの発達状況、空隙、空洞の大きさを確実に把握することができる。この原位置試験の計測データに基づいて、岩盤亀裂の有無と発達規模の最終的な判断がなされる。
【００７３】
前記実施形態では４本のボーリング孔を穿設して、そのうちの３本のボーリング孔に計測装置を挿入し、残り１本のボーリング孔で原位置確認試験を行なったが、ボーリング孔を５本穿設して、そのうちの３本のボーリング孔に計測装置を挿入し、残り２本のボーリング孔で透水試験と透気試験の原位置確認試験を行なったり、ボーリング孔を６本穿設して、そのうちの５本のボーリング孔に計測装置を挿入し、残り１本のボーリング孔で原位置確認試験を行なうなど、ボーリング孔の数と計測装置や原位置確認試験の数を適宜変更することもできる。
【００７４】
なお、本発明においてボーリング孔を垂直方向に深く穿孔して各種計測装置等を設置することにより、地震予知の助けにもなる。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１記載の第１の手段は前述のように、異なる検出方式の岩盤内変位計測装置で同じ対象岩盤内の変位を検出するから、変位の検出を総合的に捉えることができ、変位の検出が確実で信頼性が高い。さらにいずれかの変位計測装置が基準値を超えている場合には原位置試験を行なうための検討を行なうが、異なる検出方式の変位計測値を掌握することで、原位置確認試験を実施することによる亀裂などの増進を最小限度に抑える手法の選択ができ、また観察員が現地に出向く回数が少なくなる。
【００７６】
請求項２記載の第２の手段は前述のように、異なる検出方式の３つの岩盤内変位計測装置が、孔長方向歪計測装置と孔径方向歪計測装置と亀裂予兆音波計測装置であるから、岩盤内の変位の検出がより確実である。
【００７７】
請求項３記載の第３の手段は前述のように、原位置確認試験として解析手法が確立している透水試験あるいは（ならびに）透気試験を用いるから、原位置確認試験の信頼性が高い。
【００７８】
請求項４記載の第４の手段は前述のように、各計測装置が共に光ファイバーを使用し、共用する１つの光スイッチ装置から光信号を出力するため、システムの構成が簡単になるなどの特長を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態において急崖岩盤に対するボーリング位置を説明するための図で、（ａ）は急崖岩盤の断面図、（ｂ）は急崖岩盤の正面図である。
【図２】本発明の実施形態において急崖岩盤に対するボーリング位置の他の例を説明するための図で、（ａ）は急崖岩盤の断面図、（ｂ）は急崖岩盤の正面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る孔長方向歪計測装置の概略構成図である。
【図４】その孔長方向歪計測装置に用いるセンサ付光ファイバーの説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る孔径方向歪計測装置の岩盤内での設置状態を示す一部断面図である。
【図６】その孔径方向歪計測装置の軸方向と直交する方向での拡大断面図である。
【図７】図６のＡ部の拡大図である。
【図８】本発明の実施形態に係る亀裂予兆音波計測装置の岩盤内での断面図である。
【図９】その亀裂予兆音波計測装置に用いる支持プレートの拡大正面図である。
【図１０】その亀裂予兆音波計測装置におけるＡＥ波捕捉部の拡大断面図である。
【図１１】図１０Ｂ−Ｂ線上の断面図である。
【図１２】ＡＥ波捕捉部の変形例を示す拡大断面図である。
【図１３】そのＡＥ波捕捉部に用いられるファイバープレートの拡大正面図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る岩盤内の潜在的破壊位置予測検出システムの系統図である。
【図１５】その検出システム中の各計測装置と光スイッチ装置との関係を示す説明図である。
【図１６】急崖岩盤での風化による崩壊の進行状況を説明するための図である。
【符号の説明】
１：急崖岩盤、２：頂部、３：基部、４ａ〜４ｄ：ボーリング孔、５：ノッチ、６：孔長方向歪計測装置、７：岩盤表面、８：大径凹部、９ａ〜９ｆ：水圧式アンカー環、１０：水圧用管、１１：逆止弁、１２：センサ付光ファイバー、１３ａ〜１３ｆ：光ファイバー固定点、１４：光ファイバー保護管、１５：発泡断熱カバー、１６ａ〜１６ｆ：ＦＢＧセンサ、１７：発泡断熱材封入部、１８：モルタル仕上部、１９：孔径方向歪計測装置、２０：外管、２１：内管、２２：縦溝、２３：十字板、２４：回転防止用ウエイト、２５：保持溝、２６：光ファイバー、２７：樹脂層、２８：被覆材、２９：亀裂、３０：亀裂予兆音波計測装置、３１：孔、３２：多孔管、３３：支持管、３４：保持プレート、３５：支持管挿通孔、３６：固定リング、３７：ファイバー挿通孔、３８：通気孔、３９：ＡＥ波捕捉用光ファイバー、４０：ＡＥ波捕捉部、４１：支持ファイバー、４２：接着剤、４３：締付リング、４４：ファイバー巻付部、４５：ファイバープレート、４６：支持管挿通孔、４７：固定リング、４８：支持ファイバー係止部、５０：光スイッチ装置、５１：データ化装置、５２：環境要因分離装置、５３：外気温計、５４：風向風速計、５５：雨雪量計、５６：地震計、５７：：計測用パソコン、５８：テレビカメラ装置、５９：監視用パソコン、６０：制御用パソコン、６１：観測局、Ｌ：ボーリング孔の間隔

Claims

検出対象の岩盤に少なくとも４本のボーリング孔を互いに近くに設けて、そのうちの少なくとも３本のボーリング孔に異なる検出方式の岩盤内変位計測装置を設置して岩盤内の変位を検出し、
その変位計測装置のうちの一つでも変位計測装置の計測データが予め定められた基準値を超えていると判断すると、
前記ボーリング孔のうちの空孔になっている残りのボーリング孔を使用して原位置で破壊面の確認試験を行なうことを特徴とする岩盤内の破壊進行面検出システム。
請求項１記載の岩盤内の破壊進行面検出システムにおいて、前記異なる検出方式の３つの岩盤内変位計測装置が、ボーリング孔の孔長方向歪を計測する孔長方向歪計測装置と、ボーリングの孔径方向歪を計測する孔径方向歪計測装置と、ボーリング孔内での岩盤の亀裂音波を計測する亀裂予兆音波計測装置であることを特徴とする岩盤内の破壊進行面検出システム。
請求項１または請求項２記載の岩盤内の破壊進行面検出システムにおいて、前記原位置での破壊面の確認試験が透水試験あるいは（ならびに）透気試験あるいは（ならびに）ファイバースコープによる映像確認試験であることを特徴とする岩盤内の破壊進行面検出システム。
請求項２記載の岩盤内の破壊進行面検出システムにおいて、前記孔長方向歪計測装置と孔径方向歪計測装置と亀裂予兆音波計測装置が共に計測用に光ファイバーを使用し、共用する１つの光スイッチ装置から各計測装置の光ファイバーに対して計測用の光信号を出力するように構成されていることを特徴とする岩盤内の破壊進行面検出システム。