JP2009007859A - Ground structure estimating method and ground structure estimating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主要には、弾性波を解析して地中の地盤構造を推定する方法に関する。 The present invention mainly relates to a method for estimating an underground structure by analyzing elastic waves.
地中の地盤構造を推定する方法の1つとして、いわゆる微動波探査と呼ばれる方法が知られている。この微動波探査は、計測地点に複数の検出器を設置し、遠方の自然振動(波浪や、遠方の交通振動)からレイリー波成分を取り出すこととしている。そして、検出器間のレイリー波の検出時間差を検出器間の距離で除することで、1〜数十Hz(数百Hz)の各周波数におけるレイリー波速度を求める。次に、このレイリー波速度に所定の定数を乗じて、地盤の深度毎のS波速度(S波構造)を求める。この微動波探査は、例えば特許文献1に開示されている。
また、いわゆるP−S検層によって地中の地盤構造を推定することも行われている。このP−S検層は、地表面に起振機を設置するとともに、起振機から数十cm〜数百mの適宜の距離だけ離れた地点で垂直に穴を掘って、穴内のそれぞれの深さに検出器を設置する。そして、例えば数Hz〜数百Hzで起振機を作動させ、起振機から検出器までの距離を検出器の振動検出遅れ時間で除することで、地盤の深度毎のS波速度を直接的に求める。 In addition, the underground ground structure is estimated by so-called PS logging. In this PS logging, a vibrator is installed on the ground surface, and a hole is dug vertically at an appropriate distance of several tens of centimeters to several hundreds of meters from the vibrator. Install detector at depth. Then, for example, by operating the exciter at several Hz to several hundred Hz and dividing the distance from the exciter to the detector by the vibration detection delay time of the detector, the S wave velocity for each depth of the ground is directly Ask for.
更に、近年は、表面波探査と呼ばれる方法も公知とされている。この表面波探査は、地表面に起振機を設置するとともに、起振機から数十cm〜数百mの適宜の距離だけ離れた地点の地表に検出器を複数個設置する。そして、例えば数Hz〜数百Hzで起振機を作動させ、検出器で取り出した振動波をレイリー波とみなして、検出器の間隔を検出器間の振動検出時間差で除してレイリー波速度を求める。次に、このレイリー波速度に所定の定数を乗じて、地盤の深度毎のS波速度(S波構造)を求める。この表面波探査は、例えば特許文献2及び3に開示されている。
上述の微動波探査は、自然振動をレイリー波として利用するもので、人工振動の発生源(例えば、工場や建設現場等)が近距離にある場合は適用が困難である。また、長時間にわたってデータを蓄積して相関処理を行う必要があり、時間と工数がかかってしまう。 The above-described microtremor wave exploration uses natural vibration as a Rayleigh wave, and is difficult to apply when a source of artificial vibration (for example, a factory or a construction site) is at a short distance. In addition, it is necessary to accumulate data for a long time and perform correlation processing, which takes time and man-hours.
また、P−S検層法は、地中にボーリング孔等を形成する必要があって、適用できる場所が限られてしまう。また、探査に大掛かりな設備を必要とし、時間とコストの増大要因となっている。 Further, the PS logging method needs to form a borehole or the like in the ground, and the place where it can be applied is limited. In addition, exploration requires large-scale equipment, which increases time and cost.
一方、表面波探査は、上述した微動波探査やP−S検層の課題を解決でき、狭い敷地で短時間かつ簡便に測定ができることから、近年特に普及が進んでいる。 On the other hand, surface wave exploration has been particularly widespread in recent years because it can solve the above-mentioned problems of microtremor wave exploration and PS logging, and can be measured in a short site in a short time.
しかしながら一般に、起振機で地盤に振動を加える場合は、その起振点から近い領域においてはレイリー波のみならず多種の弾性波が含まれ、その中からレイリー波だけを取り出すのは困難である。一方で、前記表面波探査は、検出される振動はレイリー波であると一律にみなして解析を行っている。 However, in general, when vibration is applied to the ground with an exciter, not only Rayleigh waves but also various elastic waves are included in the region close to the excitation point, and it is difficult to extract only Rayleigh waves from among them. . On the other hand, in the surface wave exploration, the detected vibration is uniformly regarded as a Rayleigh wave and is analyzed.
この点に関し、本願の発明者らは、特に加振点から近距離の領域において地表面速度とレイリー波速度に大きな差異があることを公知の論文で指摘している(原田隆典,王宏沢,斉藤将司,山下典彦,森源次、調和振動荷重によるP−SV波の地盤振動・波動伝播特性,応用力学論文集,Vol.8,pp.685−692,2005)。この論文では、起振機から検出器までの距離に応じて弾性波速度が変化し、また、同じ距離であっても、周波数が異なると弾性波速度が変化する旨の知見が述べられている。 In this regard, the inventors of the present application pointed out in a well-known paper that there is a large difference between the ground surface velocity and the Rayleigh wave velocity especially in the region close to the excitation point (Takanori Harada, Hiroshi Wang) Masato Saito, Norihiko Yamashita, Genji Mori, P-SV wave ground vibration and wave propagation characteristics due to harmonic vibration load, Vol.8, pp. 685-692, 2005). This paper describes the knowledge that the elastic wave velocity changes according to the distance from the exciter to the detector, and that the elastic wave velocity changes at different frequencies even at the same distance. .
この知見を実際に確認するために、本願発明者らは実機を用いて検証試験を行った。すると、特に起振点から数十cm〜数mの距離に検出器が設置された場合、同じ地層であるにもかかわらず、計測によって得られる層厚や速度等の結果が検出器の位置によって大きく異なることが確認された。また、実際のボーリング調査により得られた地盤構造を上記計測結果と比較したところ、従来の表面波探査による地盤構造推定では相当の誤差が生じる恐れがあることが確認された。 In order to actually confirm this knowledge, the present inventors conducted a verification test using an actual machine. Then, especially when the detector is installed at a distance of several tens of centimeters to several meters from the oscillation point, the results of the layer thickness and speed obtained by the measurement depend on the position of the detector even though it is the same formation. It was confirmed that it was very different. In addition, when comparing the ground structure obtained by the actual boring survey with the above measurement results, it was confirmed that there is a possibility of considerable errors in the ground structure estimation by the conventional surface wave exploration.
以上のとおり、従来の表面波探査は、起振機と検出器との距離を大きく確保できない場合の測定結果の信頼性において、改善の余地が残されていた。本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、狭い敷地でも簡便に計測できるとともに、信頼性の高い結果が得られる地盤構造推定方法を提供することにある。 As described above, the conventional surface wave exploration has left room for improvement in the reliability of the measurement results when the distance between the vibrator and the detector cannot be secured large. The present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object of the present invention is to provide a ground structure estimation method capable of easily measuring even in a narrow site and obtaining a highly reliable result.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。 The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems and the effects thereof will be described.
本発明の第1の観点によれば、以下のような地盤構造推定方法が提供される。即ち、対象地盤の地表に起振機と検出器とを設置して、前記起振機で前記地盤に振動を加え、前記検出器が弾性波を検出して出力する信号に基づいて地中の地盤構造を推定する地盤構造推定方法であって、以下の第1〜第4ステップを含む。即ち、第1ステップでは、振動周波数を変化させながら前記起振機により前記地盤を振動させて、前記検出器に弾性波を検出させ、この検出器の出力信号に基づいて、当該地盤における位相速度の振動数特性と卓越振動数を算出する。第2ステップでは、仮説地盤モデルを作成するとともに、前記第1ステップで得られた前記位相速度の振動数特性において、前記卓越振動数付近の位相速度ピークと、当該卓越振動数より振動数が大きい領域での位相速度ピークとの間での振動数領域における位相速度に基づいて、前記仮説地盤モデルの少なくとも何れか一層のS波速度を定める。第3ステップでは、前記仮説地盤モデルから算出される卓越振動数と、前記第1ステップで算出された卓越振動数との差が所定範囲内となり、かつ、前記仮説地盤モデルから算出される位相速度の振動数特性と、前記第1ステップで算出された位相速度の振動数特性との差が所定範囲内となるまで、当該仮説地盤モデルのパラメータを変更しながら卓越振動数及び位相速度の振動数特性の算出を繰り返し、差が所定範囲内となった場合に当該仮説地盤モデルを推定結果地盤モデルとする。第4ステップでは、前記推定結果地盤モデルを出力する。 According to the first aspect of the present invention, the following ground structure estimation method is provided. That is, an exciter and a detector are installed on the ground surface of the target ground, and the ground is vibrated by the exciter, and the detector detects an elastic wave and outputs it based on a signal in the ground. A ground structure estimation method for estimating a ground structure, which includes the following first to fourth steps. That is, in the first step, the ground is vibrated by the exciter while changing the vibration frequency, the detector detects an elastic wave, and the phase velocity in the ground is determined based on the output signal of the detector. Calculate the frequency characteristics and the dominant frequency. In the second step, a hypothetical ground model is created, and in the frequency characteristics of the phase velocity obtained in the first step, the phase velocity peak near the dominant frequency and the frequency is larger than the dominant frequency. The S wave velocity of at least one layer of the hypothetical ground model is determined based on the phase velocity in the frequency region between the phase velocity peak in the region. In the third step, the difference between the dominant frequency calculated from the hypothetical ground model and the dominant frequency calculated in the first step is within a predetermined range, and the phase velocity calculated from the hypothetical ground model Until the difference between the frequency characteristic of the phase velocity and the frequency characteristic of the phase velocity calculated in the first step is within a predetermined range, while changing the parameters of the hypothetical ground model, the frequency of the dominant frequency and the phase velocity The calculation of the characteristics is repeated, and when the difference falls within a predetermined range, the hypothetical ground model is set as the estimation result ground model. In the fourth step, the estimation result ground model is output.
本方法では、波をレイリー波とみなすのではなく、他の波を含む複合波として解析するため、加振点からの距離の長短にかかわらず一定の推定結果が得られ、特に加振点近傍に検出器を設置した場合でも信頼性の高い推定結果が得られる。従って、測定のために広いスペースを確保できない場合でも精度の良い推定が可能になる。また、作成当初の仮説地盤モデルの層のS波速度が適切に定められるため、推定結果地盤モデルを得るための計算時間及び計算負荷を軽減できる。更に、本方法では、加振点近傍の2地点間(又は、加振点を含む2地点間)で観測される位相速度と地盤振動特性(だけ)を利用して地中の地盤を推定することができる。従って、強い加振力を有する起振機が不要になり、また、少ない検出器の数で地盤を精度良く推定できる。 In this method, the wave is not considered as a Rayleigh wave but is analyzed as a composite wave including other waves, so that a constant estimation result can be obtained regardless of the distance from the excitation point, especially near the excitation point. A reliable estimation result can be obtained even when a detector is installed in the. Therefore, even when a large space cannot be secured for measurement, accurate estimation is possible. Moreover, since the S wave velocity of the hypothetical ground model layer at the time of creation is appropriately determined, the calculation time and calculation load for obtaining the estimation result ground model can be reduced. Furthermore, in this method, the ground in the ground is estimated using the phase velocity and ground vibration characteristics (only) observed between two points near the excitation point (or between two points including the excitation point). be able to. Accordingly, an exciter having a strong excitation force is not required, and the ground can be accurately estimated with a small number of detectors.
前記地盤構造推定方法においては、以下のようにすることが好ましい。即ち、前記第2ステップは、前記位相速度の振動数特性において、前記卓越振動数付近の位相速度ピークと、当該卓越振動数より振動数が大きい領域での位相速度ピークとの間での振動数領域における位相速度の最大値を、前記仮説地盤モデルの少なくとも何れか一層のS波速度として設定する。 In the ground structure estimation method, the following is preferable. That is, in the frequency characteristic of the phase velocity, the second step includes a frequency between a phase velocity peak near the dominant frequency and a phase velocity peak in a region where the frequency is larger than the dominant frequency. The maximum value of the phase velocity in the region is set as the S wave velocity of at least one layer of the hypothetical ground model.
これにより、作成当初の仮説地盤モデルの層のS波速度が一層適切に定められるため、推定結果地盤モデルを得るための計算時間及び計算負荷を更に軽減できる。 Thereby, since the S wave velocity of the layer of the hypothetical ground model at the time of creation is determined more appropriately, the calculation time and the calculation load for obtaining the estimation result ground model can be further reduced.
前記地盤構造推定方法においては、以下のようにすることが好ましい。即ち、前記第3ステップは、ステップAと、ステップBと、を含む。ステップAでは、前記仮説地盤モデルにおいて卓越振動数を算出し、この仮説地盤モデルの卓越振動数と前記第1ステップで算出された卓越振動数の差が所定範囲内となるまで、当該仮説地盤モデルのパラメータを変更しながら卓越振動数の算出を繰り返し、卓越振動数の差が所定範囲内となった場合に当該仮説地盤モデルを第2仮説地盤モデルとする。ステップBでは、前記第2仮説地盤モデルにおいて位相速度の振動数特性を算出し、この第2仮説地盤モデルの位相速度の振動数特性と前記第1ステップで算出された位相速度の振動数特性の差が所定範囲内となるまで、当該仮説地盤モデルのパラメータを変更しながら位相速度の振動数特性の計算を繰り返し、位相速度の振動数特性の差が所定範囲内となった場合に当該第2仮説地盤モデルを推定結果地盤モデルとする。 In the ground structure estimation method, the following is preferable. That is, the third step includes Step A and Step B. In step A, a prevailing frequency is calculated in the hypothetical ground model, and the hypothetical ground model is used until the difference between the prevailing frequency of the hypothetical ground model and the prevailing frequency calculated in the first step is within a predetermined range. The calculation of the dominant frequency is repeated while changing the above parameters, and when the difference between the dominant frequencies falls within a predetermined range, the hypothetical ground model is set as the second hypothetical ground model. In step B, the frequency characteristic of the phase velocity is calculated in the second hypothetical ground model, and the frequency characteristic of the phase velocity of the second hypothetical ground model and the frequency characteristic of the phase velocity calculated in the first step are calculated. The calculation of the frequency characteristic of the phase velocity is repeated while changing the parameters of the hypothetical ground model until the difference is within the predetermined range, and when the difference in the frequency characteristic of the phase velocity is within the predetermined range, the second The hypothetical ground model is used as the estimation result ground model.
これにより、仮説地盤モデルにおいて先ず卓越振動数を一致させてから位相速度の振動数特性を一致させるように計算することで、少ない計算量で推定結果地盤モデルを簡単に得ることができる。従って、計算時間及び計算負荷を軽減できる。 As a result, in the hypothetical ground model, the ground frequency model of the phase velocity is first matched and then the frequency characteristics of the phase velocity are calculated so that the ground model of the estimation result can be easily obtained with a small amount of calculation. Therefore, calculation time and calculation load can be reduced.
前記地盤構造推定方法においては、対象地盤の地表に設置される前記起振機と、当該起振機に最も近い前記検出器との間隔が10m以下であることが好ましい。 In the ground structure estimation method, it is preferable that an interval between the vibrator installed on the ground surface of the target ground and the detector closest to the vibrator is 10 m or less.
即ち、本発明の方法は、起振機と検出器との間隔を狭くせざるを得ないような狭いスペースしかない場合でも、信頼性のある推定結果が得られる点で特に有用である。 That is, the method of the present invention is particularly useful in that a reliable estimation result can be obtained even when there is only a narrow space where the distance between the exciter and the detector must be narrowed.
前記地盤構造推定方法においては、前記第3ステップにおいて、前記仮説地盤モデルの卓越振動数及び位相速度の振動数特性を剛性マトリクス法により算出することが好ましい。 In the ground structure estimation method, it is preferable that, in the third step, the dominant frequency and phase velocity frequency characteristics of the hypothetical ground model are calculated by a stiffness matrix method.
これにより、仮説地盤モデルにおける数値計算上の解の安定性を容易に確保でき、また、比較的簡単なプログラムで計算することができる。 Thereby, the stability of the numerical calculation solution in the hypothetical ground model can be easily secured, and the calculation can be performed with a relatively simple program.
本発明の第2の観点によれば、以下の構成の地盤構造推定装置が提供される。即ち、この地盤構造推定装置は、対象地盤の地表に起振機と検出器とを設置して、前記起振機で前記地盤に振動を加え、前記検出器が弾性波を検出して出力する信号に基づいて地中の地盤を推定する地盤構造推定方法に用いられる。当該地盤構造推定装置は、振動周波数を変化させながら前記起振機により前記地盤を振動させて前記検出器に弾性波を検出させたときのデータに基づいて、当該地盤における位相速度の振動数特性と卓越振動数を算出する。そして地盤構造推定装置は、仮説地盤モデルを作成するとともに、得られた前記位相速度の振動数特性において、前記卓越振動数付近の位相速度ピークと、当該卓越振動数より振動数が大きい領域での位相速度ピークとの間での振動数領域における位相速度に基づいて、前記仮説地盤モデルの少なくとも何れか一層のS波速度を定める。更に、地盤構造推定装置は、前記仮説地盤モデルから算出される卓越振動数と、前記第1ステップで算出された卓越振動数との差が所定範囲内となり、かつ、前記仮説地盤モデルから算出される位相速度の振動数特性と、前記第1ステップで算出された位相速度の振動数特性との差が所定範囲内となるまで、当該仮説地盤モデルのパラメータを変更しながら卓越振動数及び位相速度の振動数特性の算出を繰り返し、差が所定範囲内となった場合に当該仮説地盤モデルを推定結果地盤モデルとする。また、地盤構造推定装置は、得られた前記推定結果地盤モデルを出力可能に構成されている。 According to the 2nd viewpoint of this invention, the ground structure estimation apparatus of the following structures is provided. That is, this ground structure estimation device is provided with a vibration generator and a detector on the ground surface of the target ground, and the vibration is applied to the ground by the vibration generator, and the detector detects and outputs an elastic wave. It is used in a ground structure estimation method that estimates the underground ground based on signals. The ground structure estimation device is based on the data when the ground is vibrated by the vibrator and the detector detects an elastic wave while changing the vibration frequency, and the frequency characteristics of the phase velocity in the ground. And calculate the dominant frequency. Then, the ground structure estimation device creates a hypothetical ground model, and in the obtained frequency characteristics of the phase velocity, a phase velocity peak near the dominant frequency and a region where the frequency is larger than the dominant frequency. Based on the phase velocity in the frequency region between the phase velocity peak and the S-wave velocity of at least any one layer of the hypothetical ground model is determined. Further, the ground structure estimation device has a difference between the dominant frequency calculated from the hypothetical ground model and the dominant frequency calculated in the first step within a predetermined range, and is calculated from the hypothetical ground model. Until the difference between the frequency characteristic of the phase velocity and the frequency characteristic of the phase velocity calculated in the first step is within a predetermined range, the dominant frequency and phase velocity are changed while changing the parameters of the hypothetical ground model. When the difference is within a predetermined range, the hypothetical ground model is set as the estimation result ground model. The ground structure estimation apparatus is configured to be able to output the obtained estimation result ground model.
本装置では、波をレイリー波とみなすのではなく、他の波を含む複合波として解析するため、加振点からの距離の長短にかかわらず一定の推定結果が得られ、特に加振点近傍に検出器を設置した場合でも信頼性の高い推定結果が得られる。従って、測定のために広いスペースを確保できない場合でも精度の良い推定が可能になる。また、作成当初の仮説地盤モデルの層のS波速度が適切に定められるため、推定結果地盤モデルを得るための計算時間及び計算負荷を軽減できる。更に、本装置では、加振点近傍の2地点間(又は、加振点を含む2地点間)で観測される位相速度と地盤振動特性(だけ)を利用して地中の地盤を推定することができる。従って、強い加振力を有する起振機が不要になり、また、少ない検出器の数で地盤を精度良く推定できる。 This device does not consider the wave as a Rayleigh wave, but analyzes it as a composite wave including other waves, so it can obtain a constant estimation result regardless of the distance from the excitation point, especially near the excitation point. A reliable estimation result can be obtained even when a detector is installed in the. Therefore, even when a large space cannot be secured for measurement, accurate estimation is possible. Moreover, since the S wave velocity of the hypothetical ground model layer at the time of creation is appropriately determined, the calculation time and calculation load for obtaining the estimation result ground model can be reduced. Furthermore, in this apparatus, the ground in the ground is estimated using the phase velocity and ground vibration characteristics (only) observed between two points near the excitation point (or between two points including the excitation point). be able to. Accordingly, an exciter having a strong excitation force is not required, and the ground can be accurately estimated with a small number of detectors.
前記地盤構造推定装置においては、前記位相速度の振動数特性において、前記卓越振動数付近の位相速度ピークと、当該卓越振動数より振動数が大きい領域での位相速度ピークとの間での振動数領域における位相速度の最大値を、前記仮説地盤モデルの少なくとも何れか一層のS波速度として設定することが好ましい。 In the ground structure estimation device, in the frequency characteristics of the phase velocity, the frequency between a phase velocity peak near the dominant frequency and a phase velocity peak in a region where the frequency is larger than the dominant frequency. It is preferable to set the maximum value of the phase velocity in the region as the S wave velocity of at least one layer of the hypothetical ground model.
これにより、作成当初の仮説地盤モデルの層のS波速度が一層適切に定められるため、推定結果地盤モデルを得るための計算時間及び計算負荷を更に軽減できる。 Thereby, since the S wave velocity of the layer of the hypothetical ground model at the time of creation is determined more appropriately, the calculation time and the calculation load for obtaining the estimation result ground model can be further reduced.
前記地盤構造推定装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記仮説地盤モデルから推定結果地盤モデルを得るときは、前記仮説地盤モデルにおいて卓越振動数を算出し、この仮説地盤モデルの卓越振動数と前記第1ステップで算出された卓越振動数の差が所定範囲内となるまで、当該仮説地盤モデルのパラメータを変更しながら卓越振動数の算出を繰り返し、卓越振動数の差が所定範囲内となった場合に当該仮説地盤モデルを第2仮説地盤モデルとする。次に、前記第2仮説地盤モデルにおいて位相速度の振動数特性を算出し、この第2仮説地盤モデルの位相速度の振動数特性と前記第1ステップで算出された位相速度の振動数特性の差が所定範囲内となるまで、当該仮説地盤モデルのパラメータを変更しながら位相速度の振動数特性の計算を繰り返し、位相速度の振動数特性の差が所定範囲内となった場合に当該第2仮説地盤モデルを推定結果地盤モデルとする。 The ground structure estimation apparatus preferably has the following configuration. That is, when obtaining an estimation result ground model from the hypothetical ground model, a dominant frequency is calculated in the hypothetical ground model, and a difference between the dominant frequency of the hypothetical ground model and the dominant frequency calculated in the first step is calculated. Until the value falls within the predetermined range, the calculation of the dominant frequency is repeated while changing the parameters of the hypothetical ground model, and when the difference in the dominant frequency falls within the predetermined range, the hypothetical ground model is changed to the second hypothetical ground model. And Next, the frequency characteristic of the phase velocity is calculated in the second hypothetical ground model, and the difference between the frequency characteristic of the phase velocity of the second hypothetical ground model and the frequency characteristic of the phase velocity calculated in the first step is calculated. The calculation of the frequency characteristic of the phase velocity is repeated while changing the parameters of the hypothetical ground model until the value falls within the predetermined range, and when the difference in the frequency characteristic of the phase velocity falls within the predetermined range, the second hypothesis The ground model is used as the estimation result ground model.
これにより、仮説地盤モデルにおいて先ず卓越振動数を一致させてから位相速度の振動数特性を一致させるように計算することで、少ない計算量で推定結果地盤モデルを簡単に得ることができる。従って、計算時間及び計算負荷を軽減できる。 As a result, in the hypothetical ground model, the ground frequency model of the phase velocity is first matched and then the frequency characteristics of the phase velocity are calculated so that the ground model of the estimation result can be easily obtained with a small amount of calculation. Therefore, calculation time and calculation load can be reduced.
前記地盤構造推定装置においては、対象地盤の地表に設置される前記起振機と、当該起振機に最も近い前記検出器との間隔が10m以下であるときのデータに基づいて推定結果地盤モデルを得ることが好ましい。 In the ground structure estimation device, an estimation result ground model is based on data when an interval between the vibrator installed on the ground surface of the target ground and the detector closest to the vibrator is 10 m or less. It is preferable to obtain
即ち、本発明の装置は、起振機と検出器との間隔を狭くせざるを得ないような狭いスペースしかない場合でも、信頼性のある推定結果が得られる点で特に有用である。 That is, the apparatus of the present invention is particularly useful in that a reliable estimation result can be obtained even when there is only a narrow space in which the distance between the exciter and the detector must be narrowed.
前記地盤構造推定装置においては、前記仮説地盤モデルの卓越振動数及び位相速度の振動数特性を剛性マトリクス法により算出することが好ましい。 In the ground structure estimation apparatus, it is preferable to calculate the frequency characteristics of the dominant frequency and phase velocity of the hypothetical ground model by a stiffness matrix method.
これにより、仮説地盤モデルにおける数値計算上の解の安定性を容易に確保でき、また、比較的簡単なプログラムで計算することができる。 Thereby, the stability of the numerical calculation solution in the hypothetical ground model can be easily secured, and the calculation can be performed with a relatively simple program.
次に、発明の実施の形態を説明する。図1は地盤に起振機及び検出器を設置して計測を行う様子を示す概略図、図2は計測作業を説明するフローチャートである。図3及び図4は、解析作業を説明するフローチャートである。 Next, embodiments of the invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing a state in which an exciter and a detector are installed on the ground and measurement is performed, and FIG. 2 is a flowchart for explaining measurement work. 3 and 4 are flowcharts for explaining the analysis work.
図1に示す地盤探査装置1は、起振機11と、検出器12a,12b,12cと、接続箱13と、信号処理器3と、パーソナルコンピュータ(演算表示器)4と、を主要な構成として備えている。
The ground exploration apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a
起振機11は、調査対象の地盤5の地表に設置されており、地盤5の一点(加振点6)に対して鉛直方向の振動を加えることができる。
The
検出器12a,12b,12cは、地盤5の地表において、前記加振点6から直線状に伸びるように設定された計測線上に並べて設置されている。起振機11に最も近い検出器12aは、起振機11から10m以内の距離に設置されている。それぞれの検出器12a,12b,12cは、振り子とサーボアンプとからなる公知のサーボ型加速度ピックアップを備えており、検出器設置点の振動に応じた信号を出力できるようになっている。
The
信号処理器3は、パワーアンプ50と、メインアンプ51a,51b,51cと、信号処理部52と、通信インタフェース53と、を備えている。
The
前記パワーアンプ50の出力側は、前記起振機11にケーブルを介して接続される。また、前記検出器12a,12b,12cのそれぞれが出力する検出信号は、ケーブルを介して接続箱13に送られ、この接続箱13に内蔵された図略のプリアンプによって増幅される。増幅された検出信号は、信号処理器3のメインアンプ51a,51b,51cにケーブルを介して送られる。
The output side of the
そして、メインアンプ51a,51b,51cで増幅された検出信号に対して、信号処理器3の信号処理部52において処理が行われる。処理結果のデータは、通信インタフェース53を介して、パーソナルコンピュータ4が備える通信インタフェース24へ送られる。
Then, the
パーソナルコンピュータ4は、CPU21と、メモリ22と、ハードディスク23と、通信インタフェース24と、表示部25と、操作部26と、を備えている。
The
操作部26は、例えばキーボードやマウスからなり、ユーザは操作部26を介して、パーソナルコンピュータ4の種々の操作を行うことができる。また、表示部25は例えば液晶ディスプレイからなり、各種の演算結果等を表示可能に構成されている。
The
パーソナルコンピュータ4には、適宜のソフトウェアが記憶媒体を使用してインストールされている。このインストール操作によって、ハードディスク23には適宜のプログラムが記憶されている。
Appropriate software is installed in the
ユーザが操作部26を適宜操作することにより、前記プログラムをメモリ22にロードして実行することができる。このプログラムの実行により、起振機11の駆動や信号処理器3の制御、信号処理器3からのデータの受信等が通信インタフェース24を介して行われるとともに、信号処理器3からの受信データに対する演算処理等が行われる。
When the user appropriately operates the
次に、上記の地盤探査装置1を使用した計測作業について、図2のフローチャートを参照して説明する。なお、この計測作業前の開始前に、地盤探査装置1のオペレータが、計測対象となる地盤5に起振機11及び検出器12a,12b,12cを図1のように設置し、信号処理器3や接続箱13等も予めセットアップしておくものとする。
Next, measurement work using the ground exploration apparatus 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. Before the start of the measurement work, the operator of the ground exploration apparatus 1 installs the
計測作業では、最初にオペレータが操作部26を操作して、パーソナルコンピュータ4に所要の計測条件データを入力する(図2のS101)。この計測条件データは、加振点6と検出器12aとの間の距離、検出器12a,12b,12cの間隔L1,L2(図1を参照)、起振機11の駆動周波数を変化させる範囲、及び、起振機11の周波数を1度に変化させる大きさ(ステップ周波数)等からなる。なお、前記の周波数の範囲は、例えば、3〜250Hzの範囲とされる。入力された計測条件データは、メモリ22に適宜保存される。
In the measurement work, the operator first operates the
計測条件の入力が完了すると、最初の周波数がCPU21によって信号処理器3に設定される(S102)。続いて、CPU21の指示によって、その設定された周波数での駆動信号(正弦波信号)が信号処理器3から起振機11へ送信され、起振機11が駆動される(S103)。この結果、加振点6において地盤5に上下方向の調和振動が加えられる。
When the input of measurement conditions is completed, the first frequency is set in the
この起振機11の駆動後、直ちに、CPU21から信号処理器3に対して計測開始が指示される(S104)。すると、信号処理部52が、それぞれの検出器12a,12b,12cから得られた振動の計測処理(S105〜S107)を開始する。
Immediately after driving the
具体的には、信号処理器3は、検出器12aの信号を受信することにより、そのときの振幅W1を取得するとともに、起振機11で生成された振動波が検出器12aで検出されるまでの遅れ時間ΔAを計算して取得する。これを他の検出器12b,12cにおいても行い、検出器12bにおける振幅W2及び遅れ時間ΔB、並びに、検出器12cにおける振幅W3及び遅れ時間ΔCを取得する。
Specifically, the
以上の処理(S105〜S107)で取得された各検出器12a,12b,12cの地点での振幅W1〜W3及び遅れ時間ΔA〜ΔCは、信号処理器3からパーソナルコンピュータ4へ送信され、パーソナルコンピュータ4のメモリ22に随時記憶される。
The amplitudes W1 to W3 and the delay times ΔA to ΔC at the points of the
次に、隣り合う2つの検出器12a,12b間の波の速度を計算する(S108)。具体的には、検出器12a,12bに波が到達した時間の差Δt1を、前記遅れ時間の差を計算することにより取得する(Δt1=ΔB−ΔA)。そして、検出器12a,12b間の間隔L1を前記時間差Δt1で除することにより、両検出器12a,12b間での波の速度V1を求める(V1=L1/Δt1)。
Next, the velocity of the wave between the two
更に、求められた波の速度V1をD1=V1/(K×F)の公知の式に代入し、両検出器12b,12a間の下方領域での深度D1を計算する(S109)。なお、上式において、Fは周波数、Kは変換定数である。計算された速度V1及び深度D1は、パーソナルコンピュータ4のメモリ22に適宜記憶される。
Further, the obtained wave velocity V1 is substituted into a known equation of D1 = V1 / (K × F), and the depth D1 in the lower region between the
次に、2つの検出器12b,12c間の波の速度を計算する(S110)。具体的には、検出器12b,12cに波が到達した時間の差Δt2を、前記S108の処理と同様に、遅れ時間の差を計算することにより取得する(Δt2=ΔC−ΔB)。そして、検出器12b,12c間の間隔L2を前記時間差Δt2で除することにより、両検出器12c,12b間での波の速度V2を求める(V2=L2/Δt2)。
Next, the velocity of the wave between the two
更に、求められた波の速度V2をD2=V2/(K×F)の式に代入して、両検出器12b,12c間の下方領域での深度D2を計算する(S111)。計算された速度V2及び深度D2は、パーソナルコンピュータ4のメモリ22に適宜記憶される。
Further, the obtained wave velocity V2 is substituted into the equation D2 = V2 / (K × F) to calculate the depth D2 in the lower region between the
次に、全ての周波数の計測が完了したかどうかが判定される(S112)。計測が完了していないときは、現在の周波数に前記ステップ周波数を加算した周波数を信号処理器3に設定するとともに(S113)、その新しい周波数で起振機11を駆動し(S103)、再びS104〜S111の処理を行って各種データを計算して取得する。このように、周波数を前記ステップ周波数ずつ変化させながらデータの計算を反復することにより、周波数ごとに、振幅W1,W2,W3、波の速度V1,V2、及び深度D1,D2を求めて、メモリ22に次々と蓄積させることができる。
Next, it is determined whether measurement of all frequencies is completed (S112). When the measurement is not completed, a frequency obtained by adding the step frequency to the current frequency is set in the signal processor 3 (S113), the
処理の反復の結果、S112の判断で全周波数での計測が完了したと判定されると、起振機11が停止されるとともに(S114)、メモリ22に記憶されていた計測条件や計算結果が、データファイルとして例えばハードディスク23に保存される(S115)。
As a result of the repetition of the process, when it is determined that the measurement at all frequencies is completed in the determination of S112, the
なお、このデータファイルに保存される計測条件には、S101の処理で入力された計測条件データの内容が含まれる。また、データファイルに保存される計測結果には、振幅と周波数の関係(F−W1特性、F−W2特性、及びF−W3特性)、速度と周波数の関係(F−V1特性及びF−V2特性)、並びに、速度と深度の関係(D1−V1特性及びD2−V2特性)が含まれる。保存の完了後、計測作業を終了する。 Note that the measurement conditions stored in this data file include the contents of the measurement condition data input in the process of S101. The measurement results stored in the data file include the relationship between amplitude and frequency (F-W1 characteristic, F-W2 characteristic, and F-W3 characteristic), and the relationship between speed and frequency (F-V1 characteristic and F-V2). Characteristics) and the relationship between speed and depth (D1-V1 characteristics and D2-V2 characteristics). After the saving is completed, the measurement work is finished.
次に、上記の計測作業で得られたデータを解析する解析作業について、図3及び図4のフローチャートを参照して説明する。この解析作業は、図1に示すパーソナルコンピュータ4(図2で示す計測処理を実行したパーソナルコンピュータ)で行っても良いが、今回は別のコンピュータで行った場合を例に説明する。
Next, the analysis work for analyzing the data obtained by the above measurement work will be described with reference to the flowcharts of FIGS. This analysis work may be performed by the
このコンピュータ(地盤構造推定装置)は、演算部としてのCPUや、記憶部としてのメモリやハードディスク、出力部としてのディスプレイ及びプリンタ、操作部としてのキーボード及びマウス等を備えている。このコンピュータのハードディスクには、適宜の解析プログラムがインストールされている。 This computer (ground structure estimation device) includes a CPU as an operation unit, a memory and a hard disk as a storage unit, a display and printer as an output unit, a keyboard and a mouse as an operation unit, and the like. An appropriate analysis program is installed on the hard disk of the computer.
ユーザがコンピュータを操作し、前記解析プログラムがメモリに読み出されて実行されると、以下の解析作業が行われる。この解析作業では、最初に、前記計測作業のS115の処理で保存されたデータファイルを読み込み、パーソナルコンピュータの適宜のメモリに記憶する(S201)。 When the user operates the computer and the analysis program is read into the memory and executed, the following analysis work is performed. In this analysis work, first, the data file saved in the process of S115 of the measurement work is read and stored in an appropriate memory of a personal computer (S201).
そして、読み込まれた速度と周波数の関係(F−V1特性)から、地盤5の位相速度特性を算出する(S202)。更に、読み込まれた振幅と周波数の関係(F−W1特性)から、地盤5の卓越振動数を算出する(S203)。
Then, the phase velocity characteristic of the
ここで、卓越振動数とは、地盤振動においてピークを示す振動数のことをいう。例えば、振幅と周波数の関係が図7のようなグラフで表されたとすると、このグラフでは5Hz付近の振動数で振幅がピークを示していることから、卓越振動数は5Hzであると求められる。 Here, the dominant frequency means a frequency that shows a peak in ground vibration. For example, if the relationship between the amplitude and the frequency is represented by a graph as shown in FIG. 7, since the amplitude shows a peak at a frequency near 5 Hz in this graph, the dominant frequency is determined to be 5 Hz.
次に、F−V1特性のデータに平均値処理等を施してノイズを除去した上で、周波数−深度特性を再度計算し、更に、これに基づいてD1’−V1’特性を計算して得る(図3のS204)。そして、D1’−V1’特性において位相速度V1’が最小値を示す点(変曲点)に基づいて、地盤の層厚と各層のS波速度を算出し、仮地盤構造を求める(S205)。 Next, the average value processing or the like is performed on the F-V1 characteristic data to remove noise, the frequency-depth characteristic is calculated again, and the D1′-V1 ′ characteristic is calculated based on this. (S204 in FIG. 3). Then, based on the point (inflection point) where the phase velocity V1 ′ shows the minimum value in the D1′−V1 ′ characteristic, the layer thickness of the ground and the S wave velocity of each layer are calculated to obtain the temporary ground structure (S205). .
図5には、D1’−V1’特性から地盤の層厚と各層のS波速度を求める例が示されている。この図5はコンピュータのディスプレイの表示例であり、D1’−V1’特性(黒い点)をグラフ形式で表示させた様子が示されている。また、図5に示すように、ディスプレイには、ユーザによってプロットされた、D1’−V1’特性の変曲点が白抜き丸印で表示されている。なお、この変曲点は、コンピュータ側で自動判定してプロットしても良い。 FIG. 5 shows an example in which the layer thickness of the ground and the S wave velocity of each layer are obtained from the D1′-V1 ′ characteristics. FIG. 5 is a display example of a display of a computer, and shows a state in which the D1′-V1 ′ characteristic (black dot) is displayed in a graph format. As shown in FIG. 5, the inflection points of the D1'-V1 'characteristic plotted by the user are displayed on the display as white circles. This inflection point may be automatically determined and plotted on the computer side.
この状態でユーザが適宜の操作を行うと、そのプロットされている変曲点の位置が層厚とS波速度を示しているものとして、各層の層厚とS波速度(仮地盤構造)が算出される。なお、図5に示すように、求められた仮地盤構造の深度−S波速度グラフを、D1’−V1’特性のグラフに重ねてディスプレイに表示することもできるようになっている。図5で描かれている深度−S波速度グラフは、地層を挟む2つの変曲点の速度の相加平均を当該地層のS波速度として採用している。ただし、この算出法に限定されるものでもなく、例えば二乗平均等でS波速度を求めても良い。 When the user performs an appropriate operation in this state, it is assumed that the plotted inflection point positions indicate the layer thickness and S wave velocity, and the layer thickness and S wave velocity (temporary ground structure) of each layer are obtained. Calculated. As shown in FIG. 5, the obtained depth-S wave velocity graph of the temporary ground structure can be superimposed on the D1'-V1 'characteristic graph and displayed on the display. The depth-S wave velocity graph depicted in FIG. 5 employs an arithmetic average of the velocities of two inflection points across the formation as the S wave velocity of the formation. However, the method is not limited to this calculation method, and the S wave velocity may be obtained by, for example, the mean square.
算出された仮地盤構造は、地表付近の地層の層数及び層厚、並びに、各層内での弾性定数のデータを含んでいる。この仮地盤構造は、後述の仮説地盤モデルを最初に作成するときのパラメータ設定の根拠として用いることができる。 The calculated temporary ground structure includes data on the number and thickness of the strata near the ground surface and the elastic constants in each stratum. This temporary ground structure can be used as a basis for parameter setting when a hypothetical ground model described later is first created.
以上のようにして仮地盤構造を求めた後は、地盤の推定結果を得るための出発点となる、仮説としての地盤モデルを作成する(図3のS206)。なお、以下、この地盤モデルを「仮説地盤モデル」と称する。この仮説地盤モデルのパラメータは、地盤の層の数と、各層の層厚及び物性値(S波速度、P波速度、密度、材料減衰定数)よりなる。 After obtaining the temporary ground structure as described above, a ground model as a hypothesis is created as a starting point for obtaining the ground estimation result (S206 in FIG. 3). Hereinafter, this ground model is referred to as a “hypothetical ground model”. The parameters of this hypothetical ground model are composed of the number of ground layers, the thickness of each layer, and physical property values (S wave velocity, P wave velocity, density, material damping constant).
S206の処理において、仮説地盤モデルのパラメータは以下のようにして与える。即ち、S202の処理で得られた位相速度特性においては、S203の処理で得られた卓越振動数付近に位相速度のピークが現れるとともに、それよりも大きい振動数領域に位相速度の第2ピークが現れる。例えば、位相速度と振動数の関係が図8のようなグラフで表されたとすると、卓越振動数(5Hz)付近に位相速度のピークが現れるとともに、それよりも大きい振動数(38Hz)で位相速度の第2ピークが現れているのが判る。そして、この2つのピークを示す振動数に挟まれた領域Rにおいては、位相速度はほぼ一定の値を示している。 In the process of S206, the parameters of the hypothetical ground model are given as follows. That is, in the phase velocity characteristic obtained by the process of S202, the peak of the phase velocity appears in the vicinity of the dominant frequency obtained by the process of S203, and the second peak of the phase velocity appears in a frequency region larger than that. appear. For example, if the relationship between the phase velocity and the frequency is represented by a graph as shown in FIG. 8, a peak of the phase velocity appears in the vicinity of the dominant frequency (5 Hz), and the phase velocity at a higher frequency (38 Hz). It can be seen that the second peak appears. And in the area | region R pinched | interposed into the frequency which shows these two peaks, the phase velocity has shown the substantially constant value.
本実施形態では、この略一定の傾向を示す振動数範囲Rでの位相速度に基づく値(具体的には、当該範囲Rでの位相速度の最大値)を、前記仮説地盤モデルにおいて、地表に最も近い第1層のS波速度のパラメータとして設定するのである。なお、仮説地盤モデルのその他のパラメータ(例えば、第1層のP波速度や、第2層以降のP波速度、S波速度等)については、S205で得られた仮地盤構造の値を設定する。 In the present embodiment, a value based on the phase velocity in the frequency range R showing the substantially constant tendency (specifically, the maximum value of the phase velocity in the range R) is applied to the ground surface in the hypothetical ground model. It is set as a parameter of the S wave velocity of the nearest first layer. For other parameters of the hypothetical ground model (for example, P wave velocity of the first layer, P wave velocity of the second layer and after, S wave velocity, etc.), the value of the temporary ground structure obtained in S205 is set. To do.
この仮説地盤モデルの設定方法は、以下の知見に基づくものである。即ち、剛性マトリクスによる水平成層地盤の波動場解析法(上述の論文を参照)によれば、弾性波が地中を伝播して地表面に現れた際の地表面における伝達関数は、加振点6からの距離をx、角速度をωとしたときに、以下の式(1)で表される。
なお、上記の式(1)において、Rは実数部、Iは虚数部である。 In the above formula (1), R is a real part and I is an imaginary part.
また、位相速度(位相角θが一定である点の移動する速さ)を、加振点6からの距離x、角速度ωの関数c(x,ω)として表すと、以下の式(2)のようになる。
上記の式から判るように、本実施形態の地盤構造推定方法においては、伝達関数及び位相速度を、角速度ωだけでなく、加振点6からの距離xをパラメータとして考慮して計算している。従って、この方法によれば、加振点からの距離に関係なく一定の結果が得られるようになり、信頼性及び再現性の高い地盤構造の推定が可能になる。
As can be seen from the above equation, in the ground structure estimation method of the present embodiment, the transfer function and the phase velocity are calculated by considering not only the angular velocity ω but also the distance x from the
また、式(2)から判るように、位相速度c(x,ω)は、加振点6からの距離xに関する微分で与えられる。従って、位相角θが距離xに対して連続であれば位相速度は滑らかに変化するが、位相角θが距離xに対して不連続であれば、その地点での位相速度は非常に大きくなるということが言える。
Further, as can be seen from the equation (2), the phase velocity c (x, ω) is given by differentiation with respect to the distance x from the
ここで本願発明者は、図6に示すような水平成層地盤構造(層厚)と、その物性値(S波速度、P波速度、各層の地盤密度、材料減衰定数)が与えられたサンプル地盤モデルを設定した。このサンプル地盤モデルは、半無限地盤上に横たわる3層の水平成層地盤モデルとなっている。なお、図6において、Hは層厚、CSはS波速度、CPはP波速度、ρは各層の地盤密度、Qは材料減衰定数である。 Here, the inventor of the present application provided a sample ground having a heisei layered ground structure (layer thickness) as shown in FIG. 6 and its physical properties (S wave velocity, P wave velocity, ground density of each layer, material damping constant). A model was set up. This sample ground model is a three-layer water Heisei ground model lying on semi-infinite ground. In FIG. 6, H is the layer thickness, C S is the S wave velocity, C P is the P wave velocity, ρ is the ground density of each layer, and Q is the material damping constant.
この図6に示すサンプル地盤モデルにおいて、地表面の1地点(加振点)に上下方向の調和振動加重を作用させ、剛性マトリクス法から導かれる式(上記の2つの式)に基づいて、地表面の上下方向の地盤の伝達関数と位相速度をシミュレーション計算した。 In the sample ground model shown in FIG. 6, a vertical harmonic vibration load is applied to one point (excitation point) on the ground surface, and based on the equations derived from the stiffness matrix method (the above two equations), The transfer function and phase velocity of the ground in the vertical direction of the surface were calculated by simulation.
図7及び図8は、そのシミュレーション計算の結果を示している。図7は、加振点から1メートル離れた地点での伝達関数の計算結果を振動数毎に示したものである。また、図8は、加振点から1メートル離れた地点での位相速度の計算結果を振動数毎に示したものである。 7 and 8 show the results of the simulation calculation. FIG. 7 shows the calculation result of the transfer function at a point 1 meter away from the excitation point for each frequency. FIG. 8 shows the calculation result of the phase velocity at a point 1 meter away from the excitation point for each frequency.
図7に示すように、サンプル地盤モデルにおける地盤の伝達関数は5Hz付近でピークを示しており、地盤の卓越振動数(1次固有振動数)が約5Hzであることが判る。 As shown in FIG. 7, the transfer function of the ground in the sample ground model shows a peak around 5 Hz, and it can be seen that the dominant frequency (primary natural frequency) of the ground is about 5 Hz.
また、図8に示すように、上記卓越振動数より若干小さい3Hz付近において、位相速度にピークが現れている。なお、このピーク振動数と地盤の卓越振動数との間に若干ズレが生じているのは、図8のグラフの縦軸は速度であって、傾き(即ち、単位時間当たりの変化)が大きいところが位相速度のピークとなるためである。 Further, as shown in FIG. 8, a peak appears in the phase velocity in the vicinity of 3 Hz, which is slightly smaller than the dominant frequency. Note that there is a slight deviation between the peak frequency and the dominant frequency of the ground. The vertical axis of the graph of FIG. 8 is the speed, and the slope (that is, the change per unit time) is large. However, this is because the phase velocity peaks.
図8のグラフを更に考察すると、位相速度がピークを示す振動数よりも高い振動数領域では、位相速度が比較的一定な値を示す一方、約38Hzで位相速度が極端に大きくなっている。そして、地盤の卓越振動数付近から約38Hzまでの比較的一定な位相速度の値は、最大で約80m/sであることがグラフから読み取れる。更に、この80m/sという速度は、図6のサンプル地盤モデルにおける地表面近傍の地盤(第1層)のS波速度CSと一致していることが判る。 Considering the graph of FIG. 8 further, in the frequency region where the phase velocity is higher than the peak frequency, the phase velocity shows a relatively constant value, while the phase velocity is extremely large at about 38 Hz. It can be seen from the graph that the value of the relatively constant phase velocity from the vicinity of the dominant frequency of the ground to about 38 Hz is about 80 m / s at the maximum. Furthermore, rate of the 80 m / s is found to be consistent with the S-wave velocity C S of the ground (first layer) in the vicinity of the ground surface in the sample ground model of FIG.
以上により、位相速度の振動数特性(図8)において、地盤の卓越振動数付近のピーク値から極端に大きい第2のピーク値までの振動数領域での位相速度は、地表面近傍地盤のS波速度と等しくなるのではないかと推測することができる。このような関係は、本願の出願時点で、理論的かつ明解に説明できるまでには至っていない。しかしながら、この関係は、今回の説明のサンプル地盤モデルのみならず、他の複数のモデルを本願発明者が計算した場合においても同様に認められるため、偶然の一致ではなく、公知となっていないある種の必然的な特性であると考えられる。 As described above, in the frequency characteristic of the phase velocity (FIG. 8), the phase velocity in the frequency region from the peak value near the dominant frequency of the ground to the extremely large second peak value is the S of the ground near the ground surface. It can be inferred that it is equal to the wave velocity. Such a relationship has not yet been explained theoretically and clearly at the time of filing of the present application. However, since this relationship is recognized not only in the case of the sample ground model described here but also in the case where the present inventor has calculated a plurality of other models, it is not a coincidence and is not publicly known. This is considered an inevitable characteristic of the species.
本実施形態のS206の処理(図3)では上記発見に鑑み、当初の仮説地盤モデルでの地表に最も近い第1層のS波速度のパラメータとして、卓越振動数付近で位相速度がピークを示す振動数と、それより大きい振動数であって位相速度がピーク(第2ピーク)を示す振動数とに挟まれた振動数領域における、一定の傾向を示す位相速度の最大値を設定するのである。これにより、当初の仮説地盤モデルから出発して後述の推定結果地盤モデルを得るための計算量を良好に低減できる。 In the process of S206 (FIG. 3) of the present embodiment, in view of the above discovery, the phase velocity shows a peak near the dominant frequency as the parameter of the S wave velocity of the first layer closest to the ground surface in the initial hypothetical ground model. The maximum value of the phase velocity showing a certain tendency is set in the frequency region sandwiched between the vibration frequency and the vibration frequency that is higher than that and exhibits the peak (second peak) phase velocity. . Thereby, it is possible to satisfactorily reduce the amount of calculation for obtaining the estimation result ground model described later starting from the initial hypothetical ground model.
次に、上記仮説地盤モデルにおいて、実際の地盤5の計測時(図1)と同じ位置関係となるように検出器12a,12b,12cを設置したと仮定する(S208)。そして、仮説地盤モデルの加振点6を正弦波により振動させたときの各検出器12a,12b,12cの信号データをシミュレーション計算する。このシミュレーション計算には、計測作業時にS101で入力された条件(起振機11と検出器12aの間隔、各検出器12a,12b,12c間の間隔、起振機11を駆動する周波数の範囲等)が用いられる。
Next, it is assumed that the
具体的には、加振点6の振動数として、前記計測条件における最初の周波数と同じ振動数を設定する(S209)。そして、この加振点6に設定振動数での調和振動を与えたときの、検出器12a,12b,12cの得る信号データを計算する(S210)。そして、前記剛性マトリクス法から導かれる式(上述の(1)及び(2)の式)を用いて、S210での計算結果から伝達関数及び位相速度等を算出する(S211)。算出された結果は、コンピュータのメモリに適宜蓄積される。
Specifically, the same frequency as the first frequency in the measurement condition is set as the frequency of the excitation point 6 (S209). Then, signal data obtained by the
そして、以上に説明した伝達関数及び位相速度の計算を、周波数を前記ステップ周波数ずつ変化させながら繰り返すのである(S212,S213)。これにより、伝達関数の振動数特性と、位相速度の振動数特性が得られる。 Then, the calculation of the transfer function and the phase velocity described above is repeated while changing the frequency step by step (S212, S213). Thereby, the frequency characteristic of the transfer function and the frequency characteristic of the phase velocity are obtained.
次に、伝達関数の振動数特性から、地盤モデルの卓越振動数を求める(S214)。また、位相速度の振動数特性から、地表面近傍のS波速度の近似値を求めておく(S215)。 Next, the dominant frequency of the ground model is obtained from the frequency characteristic of the transfer function (S214). Further, an approximate value of the S wave velocity near the ground surface is obtained from the frequency characteristic of the phase velocity (S215).
続いて、S214で算出した仮説地盤モデルの卓越振動数と、S203で実際の地盤5から算出した卓越振動数とを比較する(S216)。そして、卓越振動数の差が予め設定された許容範囲より大きい場合には、仮説地盤モデルの層厚又は地盤定数の少なくとも何れか一方を変更して(S217)、S207の処理に戻り、変更後の仮説地盤モデルについてS207〜S215の処理を再び行う。なお、S217において層厚及び地盤定数をどのように変更するかは、予めコンピュータに記憶させておいた適宜の計算式を用いるものとする。
Subsequently, the dominant frequency of the hypothetical ground model calculated in S214 is compared with the dominant frequency calculated from the
S216の判断で、仮説地盤モデルの卓越振動数とS203で算出した卓越振動数の差が許容範囲以内であると判定された場合は、その仮説地盤モデルを第2仮説地盤モデルとして採用する(S218)。 If it is determined in S216 that the difference between the dominant frequency of the hypothetical ground model and the dominant frequency calculated in S203 is within the allowable range, the hypothetical ground model is adopted as the second hypothetical ground model (S218). ).
次に、この第2仮説地盤モデルに対して、図3のS208〜S215の計算を同様に行い、位相速度特性を算出する(図4のS219)。そして、S219の処理で算出した第2仮説地盤モデルの位相速度特性と、S202の処理で実際の地盤5から算出した位相速度特性を比較する(S220)。この判断で、位相速度特性の差が予め設定された許容範囲より大きい場合は、第2仮説地盤モデルの層厚又は地盤定数の少なくとも一方を変更して(S221)、S219に戻り、変更後の第2仮説地盤モデルについてS219の処理を再び行う。なお、S221において層厚及び地盤定数をどのように変更するかは、予めコンピュータに記憶させておいた適宜の計算式を用いるものとする。
Next, the calculation of S208 to S215 in FIG. 3 is similarly performed on the second hypothetical ground model to calculate the phase velocity characteristic (S219 in FIG. 4). Then, the phase velocity characteristic of the second hypothetical ground model calculated in the process of S219 is compared with the phase velocity characteristic calculated from the
S220の判断で、第2仮説地盤モデルの位相速度特性とS202で算出した位相速度特性の差が許容範囲以内であると判定された場合は、その第2仮説地盤モデルを、推定結果地盤モデルとして採用する(S222)。そして、得られた推定結果地盤モデルの層厚と地盤定数をコンピュータのディスプレイに表示したり、プリンタから印刷したりする(S223)。 If it is determined in S220 that the difference between the phase velocity characteristic of the second hypothetical ground model and the phase velocity characteristic calculated in S202 is within an allowable range, the second hypothetical ground model is used as the estimation result ground model. Adopt (S222). Then, the layer thickness and the ground constant of the obtained estimation result ground model are displayed on a computer display or printed from a printer (S223).
その後は、ユーザの操作に応じて、前記推定結果地盤モデルの地盤構造(層厚と各層のS波速度等)を出力する(S224)。この地盤構造の出力形式としては、例えば図6に示すようなパラメータの一覧として出力することが考えられる。 Thereafter, the ground structure (layer thickness, S wave velocity of each layer, etc.) of the estimation result ground model is output according to the user's operation (S224). As an output format of this ground structure, for example, outputting as a list of parameters as shown in FIG. 6 can be considered.
また、ユーザの操作に応じて、地盤構造解析に有用な各種情報も出力する(S225)。出力可能な情報としては、例えば、周波数と伝達関数の関係や、周波数と位相速度の関係や、深度と位相速度の関係や、深度とS波速度の関係や、深度と地盤構造の関係等が考えられる。情報の出力形式としては、グラフ形式や表形式とすることが考えられる。なお、図9には、深度と地盤構造(層厚及びS波速度)の関係をグラフ形式で出力した例が示されている。 Also, various information useful for the ground structure analysis is output according to the user's operation (S225). Examples of information that can be output include the relationship between frequency and transfer function, the relationship between frequency and phase velocity, the relationship between depth and phase velocity, the relationship between depth and S wave velocity, and the relationship between depth and ground structure. Conceivable. The information output format may be a graph format or a table format. FIG. 9 shows an example in which the relationship between the depth and the ground structure (layer thickness and S wave velocity) is output in a graph format.
以上により、一連の解析処理が終了する。ユーザは、こうして得られた推定結果地盤モデルの情報や、それに基づく各種情報を更に分析及び考察することにより、土木建築分野の基礎、構造物の設計や耐震設計、あるいは地震対策等に有用な情報を得ることができる。 Thus, a series of analysis processes is completed. The user can further analyze and consider the information on the ground model of the estimation result obtained in this way and various information based on the information, thereby providing useful information for the foundation of civil engineering and construction, structural design, seismic design, or earthquake countermeasures. Can be obtained.
以上に示すように、本実施形態の地盤構造推定方法においては、振動周波数を変化させながら前記起振機11により前記地盤5を振動させて、前記検出器12a,12b,12cに弾性波を検出させ、この検出器12a,12b,12cの出力信号に基づいて、当該地盤における位相速度の振動数特性と卓越振動数を算出する(図2の測定作業フロー及び図3のS202、S203)。そして、仮説地盤モデルを作成するとともに、前記位相速度の振動数特性において、前記卓越振動数付近の位相速度ピークと、当該卓越振動数より振動数が大きい領域での位相速度ピークとの間での振動数領域における位相速度に基づいて、前記仮説地盤モデルの複数の層のうち選択された層(地表近傍の層)のS波速度を定める(図3のS206)。更に、前記仮説地盤モデルから算出される卓越振動数と、前記第1ステップで算出された卓越振動数との差が所定範囲内となり、かつ、前記仮説地盤モデルから算出される位相速度の振動数特性と、前記第1ステップで算出された位相速度の振動数特性との差が所定範囲内となるまで、当該仮説地盤モデルのパラメータを変更しながら卓越振動数及び位相速度の振動数特性の算出を繰り返し、差が所定範囲内となった場合に当該仮説地盤モデルを推定結果地盤モデルとする(図3のS207〜図4のS222)。その後、前記推定結果地盤モデルを出力する(S223)。
As described above, in the ground structure estimation method of this embodiment, the
この方法では、レイリー波のみならず他の波を含む複合波(弾性波全般)を探査及び解析することになるため、加振点6からの距離の長短にかかわらず一定の推定結果が得られ、特に加振点6の近傍に検出器を設置した場合でも、従来の表面波探査と異なり、誤差が少なく信頼性の高い推定結果が得られる。従って、計測作業のために広いスペースを確保できない場合でも精度の良い推定が可能になる。同様に、低周波数領域の振動を用いる場合でも、精度の良い推定が可能になる。また、作成当初の仮説地盤モデルにおいて幾つかの層のS波速度が適切に定められるため、仮説地盤モデルから推定結果地盤モデルを逆解析により導くまでの計算の繰返し数を少なくできる。従って、推定結果地盤モデルを得るための計算時間及び計算負荷を軽減できる。更に、本方法では、起振機11の近傍の2地点間で観測される位相速度と地盤振動特性(だけ)を利用して、地中の地盤を推定することができる。従って、強い加振力を有する起振機が不要になり、また、少ない検出器の数で地盤を精度良く推定できる。
In this method, not only Rayleigh waves but also complex waves (in general, elastic waves) including other waves are searched and analyzed, so that a constant estimation result can be obtained regardless of the distance from the
また、本実施形態では、S206の処理において、前記位相速度の振動数特性において、前記卓越振動数付近の位相速度ピークと、当該卓越振動数より振動数が大きい領域での位相速度ピークとの間での振動数領域における位相速度の最大値を、前記仮説地盤モデルの層(地表近傍の層)のS波速度として設定している。 Further, in the present embodiment, in the processing of S206, in the frequency characteristics of the phase velocity, between the phase velocity peak near the dominant frequency and the phase velocity peak in a region where the frequency is higher than the dominant frequency. The maximum value of the phase velocity in the frequency region at is set as the S wave velocity of the hypothetical ground model layer (layer near the ground surface).
これにより、作成当初の仮説地盤モデルにおいて幾つかの層のS波速度が一層適切に定められるため、仮説地盤モデルから推定結果地盤モデルを導くための計算時間及び計算負荷を更に軽減できる。 Thereby, since the S wave velocities of several layers are more appropriately determined in the hypothetical ground model at the time of creation, the calculation time and the calculation load for deriving the estimation result ground model from the hypothetical ground model can be further reduced.
また、本実施形態では、当初の仮説地盤モデルから推定結果地盤モデルを導き出すにあたっては、前記仮説地盤モデルにおいて卓越振動数を算出し(S214)、この仮説地盤モデルの卓越振動数とS203の処理で算出された卓越振動数の差が所定範囲内となるまで、当該仮説地盤モデルのパラメータを変更しながら卓越振動数の算出を繰り返し(S207〜S217)、卓越振動数の差が所定範囲内となった場合に当該仮説地盤モデルを第2仮説地盤モデルとする(S218)。その後、前記第2仮説地盤モデルにおいて位相速度の振動数特性を算出し(S219)、この第2仮説地盤モデルの位相速度の振動数特性と前記第1ステップで算出された位相速度の振動数特性の差が所定範囲内となるまで、当該仮説地盤モデルのパラメータを変更しながら位相速度の振動数特性の計算を繰り返し(S219〜S211)、位相速度の振動数特性の差が所定範囲内となった場合に当該第2仮説地盤モデルを推定結果地盤モデルとする(S222)。 In the present embodiment, when the estimation result ground model is derived from the initial hypothetical ground model, the prevailing vibration frequency is calculated in the hypothetical ground model (S214), and the prevailing vibration frequency of this hypothetical ground model and the processing of S203 are calculated. Until the calculated difference in the dominant frequency falls within the predetermined range, the calculation of the dominant frequency is repeated while changing the parameters of the hypothetical ground model (S207 to S217), and the difference in the dominant frequency falls within the predetermined range. If this is the case, the hypothetical ground model is set as the second hypothetical ground model (S218). Thereafter, the frequency characteristic of the phase velocity is calculated in the second hypothetical ground model (S219), and the frequency characteristic of the phase velocity of the second hypothetical ground model and the frequency characteristic of the phase velocity calculated in the first step are calculated. Until the difference in phase is within the predetermined range, the calculation of the frequency characteristic of the phase velocity is repeated while changing the parameters of the hypothetical ground model (S219 to S211), and the difference in the frequency characteristic of the phase velocity is within the predetermined range. If this happens, the second hypothetical ground model is used as the estimation result ground model (S222).
このように、当初の仮説地盤モデルから、最初に卓越振動数が一致する第2仮説地盤モデルを導き、当該第2仮説地盤モデルの位相速度の振動数特性を一致させるようにして推定結果地盤モデルを得るようにすることで、少ない計算量で推定結果地盤モデルを簡単に得ることができる。従って、計算時間及び計算負荷を軽減できる。 In this way, from the initial hypothetical ground model, a second hypothetical ground model having the same dominant frequency is first derived, and the estimation result ground model is made to match the frequency characteristics of the phase velocity of the second hypothetical ground model. Thus, the estimation result ground model can be easily obtained with a small amount of calculation. Therefore, calculation time and calculation load can be reduced.
また、本実施形態では、対象地盤5の地表に設置される起振機11と、当該起振機11に最も近い前記検出器12aとの間隔が10m以下に設定されている。
Moreover, in this embodiment, the space | interval of the
即ち、本実施形態の地盤構造推定方法は、作業スペース等の事情から上記のように起振機11と検出器12a,12b,12cとの間隔を狭くせざるを得ないような場合でも、信頼性のある推定結果が得られる点で特に有用である。
That is, the ground structure estimation method according to the present embodiment is reliable even when the distance between the
また、本実施形態では、S214の処理において仮説地盤モデルの卓越振動数を剛性マトリクス法により算出し、S219の処理において位相速度の振動数特性を剛性マトリクス法により算出している。 In the present embodiment, the dominant frequency of the hypothetical ground model is calculated by the stiffness matrix method in the process of S214, and the frequency characteristic of the phase velocity is calculated by the stiffness matrix method in the process of S219.
これにより、仮説地盤モデルにおける数値計算上の解の安定性を容易に確保でき、また、比較的簡単なプログラムで計算することができる。 Thereby, the stability of the numerical calculation solution in the hypothetical ground model can be easily secured, and the calculation can be performed with a relatively simple program.
以上に本発明の好適な実施形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the above configuration can be changed as follows, for example.
上記の実施形態では、位相速度等の数値計算に剛性マトリクス法を採用した場合で説明している。しかしながら、弾性波動場の解析方法としては、剛性マトリクス法のほかにも伝達マトリクス法、反射・透過マトリクス法等があるので、それらの方法を用いて数値計算を行うように変更することができる。ただし、剛性マトリクス法を用いる場合は、伝達マトリクス法や反射・透過マトリクス法に比べ、数値計算上の解の安定性を容易に確保できること、比較的簡単なプログラムで計算できること等、様々な利点があるため好ましい。 In the above embodiment, the case where the stiffness matrix method is employed for numerical calculation of the phase velocity and the like is described. However, since the elastic wave field analysis method includes a transmission matrix method, a reflection / transmission matrix method, and the like in addition to the stiffness matrix method, it can be changed to perform numerical calculation using these methods. However, when using the stiffness matrix method, compared to the transfer matrix method and the reflection / transmission matrix method, there are various advantages such as easy stability of the numerical solution and the ability to calculate with a relatively simple program. This is preferable.
上記の実施形態では、図3のS206の処理で、仮説地盤モデルにおける第1層(地表の最も近傍の層)のS波速度を、S202の処理で得られた位相速度特性に基づいて設定している。しかしながら、仮説地盤モデルの第1層に限らず、例えば第2層、第3層等のS波速度(仮説地盤モデルにおいて任意に選択された1つ以上の層)を位相速度特性に基づいて設定するようにしても良い。 In the above embodiment, the S wave velocity of the first layer (the layer closest to the ground surface) in the hypothetical ground model is set based on the phase velocity characteristic obtained in the processing of S202 in the processing of S206 in FIG. ing. However, not limited to the first layer of the hypothetical ground model, for example, S wave velocities (one or more layers arbitrarily selected in the hypothetical ground model) are set based on the phase velocity characteristics. You may make it do.
上記の実施形態では、図3のS206の処理で、仮説地盤モデルにおける第1層のS波速度以外のパラメータを、S205の処理で得られた仮地盤構造を根拠に設定している。しかしながらこれに限定されず、例えば、コンピュータで生成した乱数を前記パラメータに設定することもできる。 In the above embodiment, in the process of S206 in FIG. 3, parameters other than the S wave velocity of the first layer in the hypothetical ground model are set based on the temporary ground structure obtained in the process of S205. However, the present invention is not limited to this. For example, a random number generated by a computer can be set as the parameter.
地盤の位相速度特性の算出(S202の処理)は、隣り合う検出器間の位相遅れを検出器間の距離で除することで求めることもできる。あるいは、起振機11からセンサまでの位相遅れを、起振機11からセンサまでの距離で除することで求めることもできる。
The calculation of the phase velocity characteristic of the ground (the process of S202) can also be obtained by dividing the phase lag between adjacent detectors by the distance between the detectors. Or it can also obtain | require by dividing | segmenting the phase delay from the
図3及び図4の解析作業においては、起振機11に近い側の2つの検出器12a,12bから得られたデータの解析についてだけ説明したが、例えば検出器12b,12cから得られたデータの解析についても同様に行うことができるのは勿論である。
In the analysis work of FIGS. 3 and 4, only the analysis of the data obtained from the two
図1で説明した計測作業において、検出器は4つ以上配置したり、1つ又は2つだけ配置するように変更することができる。 In the measurement operation described with reference to FIG. 1, four or more detectors can be arranged, or only one or two detectors can be arranged.
1 地盤探査装置
3 信号処理器
4 パーソナルコンピュータ
5 地盤
6 加振点
11 起振機
12a,12b,12c 検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (10)
振動周波数を変化させながら前記起振機により前記地盤を振動させて、前記検出器に弾性波を検出させ、この検出器の出力信号に基づいて、当該地盤における位相速度の振動数特性と卓越振動数を算出する第1ステップと、
仮説地盤モデルを作成するとともに、前記第1ステップで得られた位相速度の振動数特性における、前記卓越振動数付近の位相速度ピークと、当該卓越振動数より振動数が大きい領域での位相速度ピークとの間での振動数領域における位相速度に基づいて、前記仮説地盤モデルの少なくとも何れか一層のS波速度を定める第2ステップと、
前記仮説地盤モデルから算出される卓越振動数と、前記第1ステップで算出された卓越振動数との差が所定範囲内となり、かつ、前記仮説地盤モデルから算出される位相速度の振動数特性と、前記第1ステップで算出された位相速度の振動数特性との差が所定範囲内となるまで、当該仮説地盤モデルのパラメータを変更しながら卓越振動数及び位相速度の振動数特性の算出を繰り返し、差が所定範囲内となった場合に当該仮説地盤モデルを推定結果地盤モデルとする第3ステップと、
前記推定結果地盤モデルを出力する第4ステップと、
を含むことを特徴とする地盤構造推定方法。 An exciter and a detector are installed on the ground surface of the target ground, the ground is vibrated with the exciter, and the ground structure in the ground based on a signal output by the detector detecting an elastic wave In the ground structure estimation method for estimating
The ground is vibrated by the exciter while changing the vibration frequency, and the detector detects an elastic wave. Based on the output signal of the detector, the frequency characteristics of the phase velocity and the dominant vibration in the ground A first step of calculating a number;
In addition to creating a hypothetical ground model, the phase velocity peak in the vicinity of the dominant frequency in the frequency characteristic of the phase velocity obtained in the first step, and the phase velocity peak in the region where the frequency is greater than the dominant frequency. A second step of determining an S-wave velocity of at least one layer of the hypothetical ground model based on a phase velocity in a frequency region between
The difference between the dominant frequency calculated from the hypothetical ground model and the dominant frequency calculated in the first step is within a predetermined range, and the frequency characteristics of the phase velocity calculated from the hypothetical ground model are as follows: The calculation of the dominant frequency and the phase velocity frequency characteristics is repeated while changing the parameters of the hypothetical ground model until the difference between the phase velocity frequency characteristics calculated in the first step falls within a predetermined range. , A third step in which the hypothetical ground model is used as an estimation result ground model when the difference falls within a predetermined range;
A fourth step of outputting the estimation result ground model;
A ground structure estimation method comprising:
前記第2ステップは、
前記位相速度の振動数特性において、前記卓越振動数付近の位相速度ピークと、当該卓越振動数より振動数が大きい領域での位相速度ピークとの間での振動数領域における位相速度の最大値を、前記仮説地盤モデルの少なくとも何れか一層のS波速度として設定することを特徴とする地盤構造推定方法。 The ground structure estimation method according to claim 1,
The second step includes
In the frequency characteristics of the phase velocity, the maximum value of the phase velocity in the frequency region between the phase velocity peak near the dominant frequency and the phase velocity peak in the region where the frequency is greater than the dominant frequency is A ground structure estimation method, characterized in that it is set as an S wave velocity of at least one layer of the hypothetical ground model.
前記第3ステップは、
前記仮説地盤モデルにおいて卓越振動数を算出し、この仮説地盤モデルの卓越振動数と前記第1ステップで算出された卓越振動数の差が所定範囲内となるまで、当該仮説地盤モデルのパラメータを変更しながら卓越振動数の算出を繰り返し、卓越振動数の差が所定範囲内となった場合に当該仮説地盤モデルを第2仮説地盤モデルとするステップAと、
前記第2仮説地盤モデルにおいて位相速度の振動数特性を算出し、この第2仮説地盤モデルの位相速度の振動数特性と前記第1ステップで算出された位相速度の振動数特性の差が所定範囲内となるまで、当該仮説地盤モデルのパラメータを変更しながら位相速度の振動数特性の計算を繰り返し、位相速度の振動数特性の差が所定範囲内となった場合に当該第2仮説地盤モデルを推定結果地盤モデルとするステップBと、
を含むことを特徴とする地盤構造推定方法。 The ground structure estimation method according to claim 1 or 2,
The third step includes
Calculate the dominant frequency in the hypothetical ground model, and change the parameters of the hypothetical ground model until the difference between the dominant frequency of the hypothetical ground model and the dominant frequency calculated in the first step is within a predetermined range. While repeating the calculation of the dominant frequency, and when the difference of the dominant frequency is within a predetermined range, the hypothetical ground model as a second hypothetical ground model,
A frequency characteristic of the phase velocity is calculated in the second hypothetical ground model, and a difference between the frequency characteristic of the phase velocity of the second hypothetical ground model and the frequency characteristic of the phase velocity calculated in the first step is within a predetermined range. Until the value is within, repeat the calculation of the frequency characteristics of the phase velocity while changing the parameters of the hypothetical ground model, and if the difference in the frequency characteristics of the phase velocity falls within the predetermined range, Step B as the estimation result ground model,
A ground structure estimation method comprising:
対象地盤の地表に設置される前記起振機と、当該起振機に最も近い前記検出器との間隔が10m以下であることを特徴とする地盤構造推定方法。 A ground structure estimation method according to any one of claims 1 to 3,
A ground structure estimation method, wherein an interval between the vibrator installed on the ground surface of the target ground and the detector closest to the vibrator is 10 m or less.
前記第3ステップにおいては、前記仮説地盤モデルの卓越振動数及び位相速度の振動数特性を剛性マトリクス法により算出することを特徴とする地盤構造推定方法。 A ground structure estimation method according to any one of claims 1 to 4,
In the third step, a ground structure estimation method, wherein the frequency characteristics of the dominant frequency and phase velocity of the hypothetical ground model are calculated by a stiffness matrix method.
振動周波数を変化させながら前記起振機により前記地盤を振動させて前記検出器に弾性波を検出させたときのデータに基づいて、当該地盤における位相速度の振動数特性と卓越振動数を算出し、
仮説地盤モデルを作成するとともに、得られた前記位相速度の振動数特性における、前記卓越振動数付近の位相速度ピークと、当該卓越振動数より振動数が大きい領域での位相速度ピークとの間での振動数領域における位相速度に基づいて、前記仮説地盤モデルの少なくとも何れか一層のS波速度を定め、
前記仮説地盤モデルから算出される卓越振動数と、前記第1ステップで算出された卓越振動数との差が所定範囲内となり、かつ、前記仮説地盤モデルから算出される位相速度の振動数特性と、前記第1ステップで算出された位相速度の振動数特性との差が所定範囲内となるまで、当該仮説地盤モデルのパラメータを変更しながら卓越振動数及び位相速度の振動数特性の算出を繰り返し、差が所定範囲内となった場合に当該仮説地盤モデルを推定結果地盤モデルとし、
前記推定結果地盤モデルを出力可能に構成したとを特徴とする地盤構造推定装置。 A vibrator and a detector are installed on the ground surface of the target ground, the ground is vibrated by the vibrator, and the ground is grounded based on a signal detected and output by the detector. In the ground structure estimation device used for the ground structure estimation method to estimate,
Based on the data when the ground is vibrated by the vibrator and the detector detects an elastic wave while changing the vibration frequency, the frequency characteristics and the dominant frequency of the phase velocity in the ground are calculated. ,
In addition to creating a hypothetical ground model, in the obtained frequency characteristics of the phase velocity, between the phase velocity peak near the dominant frequency and the phase velocity peak in the region where the frequency is greater than the dominant frequency. On the basis of the phase velocity in the frequency region of at least any one layer of the hypothetical ground model,
The difference between the dominant frequency calculated from the hypothetical ground model and the dominant frequency calculated in the first step is within a predetermined range, and the frequency characteristics of the phase velocity calculated from the hypothetical ground model are as follows: The calculation of the dominant frequency and the phase velocity frequency characteristics is repeated while changing the parameters of the hypothetical ground model until the difference between the phase velocity frequency characteristics calculated in the first step falls within a predetermined range. , If the difference falls within the specified range, the hypothetical ground model is the ground result ground model,
A ground structure estimation device configured to be capable of outputting the estimation result ground model.
前記位相速度の振動数特性において、前記卓越振動数付近の位相速度ピークと、当該卓越振動数より振動数が大きい領域での位相速度ピークとの間での振動数領域における位相速度の最大値を、前記仮説地盤モデルの少なくとも何れか一層のS波速度として設定することを特徴とする地盤構造推定装置。 The ground structure estimation device according to claim 6,
In the frequency characteristics of the phase velocity, the maximum value of the phase velocity in the frequency region between the phase velocity peak near the dominant frequency and the phase velocity peak in the region where the frequency is greater than the dominant frequency is A ground structure estimation apparatus, wherein the ground structure estimation device is set as an S-wave velocity of at least one layer of the hypothetical ground model.
前記仮説地盤モデルから推定結果地盤モデルを得るときは、
前記仮説地盤モデルにおいて卓越振動数を算出し、この仮説地盤モデルの卓越振動数と前記第1ステップで算出された卓越振動数の差が所定範囲内となるまで、当該仮説地盤モデルのパラメータを変更しながら卓越振動数の算出を繰り返し、卓越振動数の差が所定範囲内となった場合に当該仮説地盤モデルを第2仮説地盤モデルとし、
前記第2仮説地盤モデルにおいて位相速度の振動数特性を算出し、この第2仮説地盤モデルの位相速度の振動数特性と前記第1ステップで算出された位相速度の振動数特性の差が所定範囲内となるまで、当該仮説地盤モデルのパラメータを変更しながら位相速度の振動数特性の計算を繰り返し、位相速度の振動数特性の差が所定範囲内となった場合に当該第2仮説地盤モデルを推定結果地盤モデルとすることを特徴とする地盤構造推定装置。 The ground structure estimation device according to claim 6 or 7,
When obtaining the estimated ground model from the hypothetical ground model,
Calculate the dominant frequency in the hypothetical ground model, and change the parameters of the hypothetical ground model until the difference between the dominant frequency of the hypothetical ground model and the dominant frequency calculated in the first step is within a predetermined range. While repeating the calculation of the dominant frequency, when the difference in the dominant frequency falls within the predetermined range, the hypothetical ground model is made the second hypothetical ground model,
A frequency characteristic of the phase velocity is calculated in the second hypothetical ground model, and a difference between the frequency characteristic of the phase velocity of the second hypothetical ground model and the frequency characteristic of the phase velocity calculated in the first step is within a predetermined range. Until the value is within, repeat the calculation of the frequency characteristics of the phase velocity while changing the parameters of the hypothetical ground model, and if the difference in the frequency characteristics of the phase velocity falls within the predetermined range, A ground structure estimation device characterized by using a ground model as an estimation result.
対象地盤の地表に設置される前記起振機と、当該起振機に最も近い前記検出器との間隔が10m以下であるときのデータに基づいて推定結果地盤モデルを得ることを特徴とする地盤構造推定装置。 The ground structure estimation device according to any one of claims 6 to 8,
A ground model for obtaining an estimation result ground model based on data when an interval between the vibrator installed on the ground surface of the target ground and the detector closest to the vibrator is 10 m or less Structure estimation device.
前記仮説地盤モデルの卓越振動数及び位相速度の振動数特性を剛性マトリクス法により算出することを特徴とする地盤構造推定装置。 The ground structure estimation device according to any one of claims 6 to 9,
A ground structure estimation device characterized by calculating the frequency characteristics of the dominant frequency and phase velocity of the hypothetical ground model by a stiffness matrix method.
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