JP3041426B1 - 比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システムおよびその管理方法 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】簡素な構成で長期間に渡り低コストでダム管理
を行う。 【解決手段】比抵抗と温度、間隙比、飽和度等の各物性
との関係を予め実験により求めて解析・異常判定の基礎
諸元を取得し、堤体３（４，３Ａ）築造時、堤体３の温
度を検知する温度センサ６と、比抵抗を検知する電極Ｐ
ａ１〜Ｐａｎ、Ｐｂ１〜Ｐｂｎとを堤体３に予め埋設す
る。堤体３完成後、堤体３に埋め込まれた温度センサ６
から収集される温度データと、電気探査装置２により測
定された電位データとをコンピュータ５により処理して
温度分布と比抵抗分布とを経時的に作成し、しかる後、
これら作成された物性分布と比抵抗分布とを、予め実験
で求められた関係式に基づいて比較し、この比較に基づ
いて、比抵抗分布の変化が異常か正常か判定し、異常と
判定された場合、比抵抗分布の領域に応じて異常部位を
検出するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、比抵抗トモグラフ
ィ法によるフィルダム管理システムおよびその管理方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】フィルダム（堤体が土石材料を主要材料
として造られるダム）の管理は従来、表面変位計もしく
は層別沈下計による変形観測、土圧計による応力状態観
測、間隙水圧計もしくは観測孔水位による浸潤線観測及
び流量計による漏水量観測により行われている。

【０００３】しかしながら、従来のフィルダム管理で
は、計器による観測はセンサの経年劣化により観測値の
長期的な信頼性に問題がある。また、観測値は点情報で
あり、二次元的に堤体の異常箇所を特定するためには、
多数の観測点数が必要となり、観測作業に手間がかかる
という問題がある。ここでいう二次元的とは、地下構造
や地形が測線方向と深度方向にのみ変化し、測線下の鉛
直断面に直交する方向（奥行き方向）には変化しないこ
とをいう。さらに、観測点数を増やしたからといって必
ずしも所望の情報が得られるとは限らない。また、観測
点は堤体内部もしくは基礎地盤内部にあるため、遮水部
の安全性に大きく関与する堤体と基礎地盤とが接する部
分に関する情報が得られなかった。このため、フィルダ
ムの異常部を特定するのに、比抵抗トモグラフィ法によ
る二次元的な非破壊探査の適用が考えられる。

【０００４】比抵抗トモグラフィ法は、地表のみに電極
を設置して行う電気探査比抵抗法に対して、探査対象部
分の周囲のボーリング孔やトンネル等を利用して地下に
も電極を設置し、地下の比抵抗構造をより高精度に解析
する手法である。また、比抵抗モニタリングは、電気探
査比抵抗法や比抵抗トモグラフィ法を経時的に実施し、
得られた比抵抗の変化から地下の飽和度や間隙率の変化
を推定する手法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】比抵抗トモグラフィ法
をフィルダムの異常部を特定するのに用いる場合、ダム
築造後に、ボーリング孔を穿設し、電極を設置するよう
にしているので、堤体上流側の貯水池内や堤体底部に電
極を設置するのが困難であった。また、堤体下流側は遮
水部が岩石材料で覆われているため、電流の送信が困難
であった。また、一般的な比抵抗トモグラフィ法では、
探査対象部分の全周に電極を設置することは困難であ
り、電極を設置できない領域での解析精度に問題があっ
た。さらに、探査対象部分の比抵抗構造が未知であるた
め、解析結果に大きな影響を与える初期モデルを試行錯
誤を繰り返しながら求める必要があった。また、自然地
盤を対象とする一般的な比抵抗モニタリングにおいて
は、得られた比抵抗変化の主要因の特定に多くの仮定を
必要とし、特に土木分野では地層の比抵抗に与える外的
条件の影響はあまり考慮されてこなかった。

【０００６】本発明は、上記問題点を除くためになされ
たもので、簡素な構成で、容易かつ高精度にフィルダム
の異常部を把握することができ、しかも長期間に渡り低
コストで管理を行うことができる比抵抗トモグラフィ法
によるフィルダム管理システムおよびその管理方法を提
供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る比抵抗トモ
グラフィ法によるフィルダム管理システムは、遮水部と
遮水部上下流側の外殻部とからなる堤体の築造時、予め
決められた所定の配置に基づいて遮水部の所定の断面の
ほぼ外周に沿って多数埋設された電極と、上記電極と電
気的に接続され、これら電極のうち任意の電流電極によ
り電流を送信し、上記電流電極を除く他の電位電極間の
電位差を測定し、その測定値を外部に出力する電気探査
装置と、電気探査装置と電気的に接続され、この電気探
査装置を制御するとともに、電気探査装置から入力され
た測定値に基づいて所定の断面の比抵抗構造を解析する
コンピュータとを備え、上記所定の断面の比抵抗構造か
ら第１回目の比抵抗分布を作成し、この第１回目の作成
時から所定時間経過後新たな比抵抗分布を順次作成し、
これら経時的に異なる比抵抗分布を比較して比抵抗分布
の変化を経時的にモニターし、比抵抗分布中、異常な比
抵抗変化が発見された際、異常部分に対応する堤体の異
常部位を検出するようにしたものである。

【０００８】本発明に係る比抵抗トモグラフィ法による
フィルダム管理システムでは、遮水部と遮水部上下流側
の外殻部とからなる堤体の築造時、電極を予め決められ
た所定の配置に基づいて遮水部の所定の断面のほぼ外周
に沿って多数埋設し、電気探査装置を上記電極に電気的
に接続し、この電気探査装置によりこれら電極のうち任
意の電流電極により電流を送信し、上記電流電極を除く
他の電位電極間の電位差を測定し、その測定値を外部に
出力し、この電気探査装置と電気的に接続されたコンピ
ュータによりこの電気探査装置を制御するとともに、電
気探査装置から入力された測定値に基づいて所定の断面
の比抵抗構造を解析するようにし、上記所定の断面の比
抵抗構造から第１回目の比抵抗分布を作成し、この第１
回目の作成時から所定時間経過後新たな比抵抗分布を順
次作成し、これら経時的に異なる比抵抗分布を比較して
比抵抗分布の変化を経時的にモニターし、比抵抗分布
中、異常な比抵抗変化が発見された際、異常部分に対応
する堤体の異常部位を検出するようにしているので、非
破壊探査により異常部を正確に検出することができ、し
かも、計測機器が簡素化されて長期間に亘る精密な管理
が可能となる。

【０００９】また、 本発明に係る比抵抗トモグラフィ
法によるフィルダム管理方法は、遮水部と遮水部外側の
外殻部とからなる堤体の築造時、電極を予め決められた
所定の配置に基づいて遮水部の所定の断面のほぼ外周に
沿って多数埋設する電極埋設工程と、電気探査装置を上
記電極と電気的に接続し、これら電極のうち任意の電流
電極により電流を送信し、上記電流電極を除く他の電位
電極間の電位差を測定し、その測定値を外部に出力する
測定工程と、コンピュータを上記電気探査装置と電気的
にかつ制御可能に接続し、電気探査装置から入力された
測定値に基づいて上記所定の断面の比抵抗構造を解析
し、上記所定の断面の比抵抗構造から第１回目の比抵抗
分布を作成するとともに、この第１回目の比抵抗分布作
成時から所定時間経過後新たな比抵抗分布を順次作成す
る比抵抗分布作成工程と、これら経時的に異なる比抵抗
分布を比較して比抵抗分布の変化を経時的にモニター
し、比抵抗分布中、異常な比抵抗変化が発見された際、
異常部分に対応する堤体の異常部位を検出する検出工程
とを備えるようにしたものである。

【００１０】本発明に係る比抵抗トモグラフィ法による
フィルダム管理方法では、電極埋設工程により遮水部と
遮水部外側の外殻部とからなる堤体の築造時、電極を予
め決められた所定の配置に基づいて遮水部の所定の断面
のほぼ外周に沿って多数埋設し、測定工程により電気探
査装置を上記電極と電気的に接続し、これら電極のうち
任意の電流電極により電流を送信し、上記電流電極を除
く他の電位電極間の電位差を測定し、その測定値を外部
に出力し、比抵抗分布作成工程によりコンピュータを上
記電気探査装置と電気的にかつ制御可能に接続し、電気
探査装置から入力された測定値に基づいて上記所定の断
面の比抵抗構造を解析し、上記所定の断面の比抵抗構造
から第１回目の比抵抗分布を作成するとともに、この第
１回目の比抵抗分布作成時から所定時間経過後新たな比
抵抗分布を順次作成し、検出工程によりこれら経時的に
異なる比抵抗分布を比較して比抵抗分布の変化を経時的
にモニターし、比抵抗分布中、異常な比抵抗変化が発見
された際、異常部分に対応する堤体の異常部位を検出す
るようにしているので、堤体全体について探査不能領域
を生じることなく非破壊により精密に探査することがで
きるとともに、電極および電線が機能する限り半永久的
に堤体の管理を行うことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の
形態に係る比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理
システムの概念図、図２はそのフローチャートである。
上記実施の形態に係るフィルダム管理システムは、堤体
３（図１参照）築造の計画段階で、堤体の材料試験（図
２参照）とともに、電極の配置計画が作成される（図２
のステップＳ１参照）。また、所定の実験場では、実験
により予め遮水部４（図１参照）の遮水材料について比
抵抗と温度との関係、比抵抗と間隙比との関係、比抵抗
と飽和度との関係等が求められる（図２のステップＳｐ
１、図５および図６参照、）。さらに、堤体３の基礎掘
削時、基礎地盤の比抵抗測定が行われる（図２のステッ
プＳｐ２参照）。これら実験により求められた比抵抗と
各物性（温度、間隙比、飽和度等）との関係（図５及び
図６参照）と、実地の測定により求められた基礎地盤の
比抵抗測定とに基づいて、比抵抗トモグラフィ法による
初期モデルを既知とするため、解析・異常判定の基礎諸
元を取得する（図２のステップＳｐ３参照）。

【００１２】また、上記実施の形態に係るフィルダム管
理システムは、図１に示すように、電気探査装置２と、
堤体（フィルダム）３内に埋設され、電気探査装置２と
電気的に接続された測定用電極Ｐａ１〜Ｐａｎ、Ｐｂ１
〜Ｐｂｎと、遮水部４の所定位置に埋設される温度セン
サ６と、この温度センサ６と電気的に接続され温度セン
サ６から温度データを外部に出力する温度計７と、電気
探査装置２と温度計７とに電気的に接続され、この電気
探査装置２を制御するとともに、電気探査装置２から送
られてくる測定結果を解析処理する解析・制御用コンピ
ュータ５とを備えている。堤体３は、図１に示すよう
に、遮水部４とこの遮水部４の上下流側に岩石や土砂な
どが投入された外郭部３Ａが形成される。

【００１３】ところで、測定用電極Ｐａ１〜Ｐａｎ、Ｐ
ｂ１〜Ｐｂｎは、図１に示すように、堤体３の築造時、
遮水部４の所定の方向（本実施の形態では、上下流方向
Ａと堤軸方向Ｂとの二方向）に所定の配置で設置され、
築造後、堤体３内に埋め込まれてしまう耐腐食性金属片
により構成される。すなわち、予め決められた電極の配
置計画に基づき（図２のステップＳ１参照）、堤体３の
基礎掘削（図２のステップＳ２参照）後、図１に示すよ
うに、遮水部４の底面となる部分に所定の電極Ｐａ１…
Ｐａ５、Ｐｂ１…Ｐｂ５を設置し（図２のステップＳ３
参照）、盛立てを行いつつ（図２のステップＳ４参
照）、予め決められた所定の設置場所に電極Ｐａ１〜Ｐ
ａｎ、Ｐｂ１〜Ｐｂｎおよび温度センサ６が設置されて
（図２のステップＳ５参照）、遮水部４を形成し堤体３
の盛立てを完了する（図２のステップＳ６参照）ように
なっている。そして盛り立て完了後は、図２に示すよう
に、湛水試験が行われ、供用開始となる。

【００１４】また、堤体３の築造時（図２のステップＳ
３〜Ｓ６参照）、所定の場所に間隙水圧計等の埋設計器
（図示せず）を埋め込むようにしている。これら埋設計
器は、間隙水圧、応力、変形量を計測するためのもの
で、比抵抗トモグラフィ法による解析において、物性の
計測データをコンピュータ５に出力し、その時の比抵抗
分布と比較して物性データと比抵抗分布とを関連づけ、
これら比較を経時的に繰り返し、少なくとも物性と比抵
抗との関係を導くまでその機能を果たせばよい。このた
め、関係式が導かれた後は、たとえ故障しても取り換え
なくともよい。埋設計器のうち、特に間隙水圧計のデー
タから遮水部の飽和領域が推定され、その変化と比抵抗
分布の変化の対応を関連づけることになる。埋設計器そ
のものは、本願発明に特有のものではなく、従来から必
要に応じてダムの一部として設置される。しかしなが
ら、本願発明に関連するのは、特に間隙水圧計による飽
和部の分布である。すなわち、ダムに埋設された間隙水
圧計により、圧力から水柱高を求めると、浸潤線（飽和
部・不飽和部の境界）が描ける。水圧の変化は浸潤線の
変化を示し、飽和部の変化を示す。これにより飽和度に
関する比抵抗変化と関連づけられる。その他、土圧計や
沈下計で異常があった場合、その付近の比抵抗変化と関
連させて異常判断の資料とすることができる。その際、
間隙比が変化しているが直接間隙比を測定しているわけ
ではない。

【００１５】本実施の形態では、各測定用電極系Ｐａ１
〜Ｐａｎ、Ｐｂ１〜Ｐｂｎは、図１に示すように、遮水
部４に対し上下流方向Ａと堤軸方向Ｂとの両方向に遮水
部４のほぼ外周に沿ってそれぞれ埋設される。温度セン
サ６は、遮水部４築造時、各測定用電極系Ｐａ１〜Ｐａ
ｎ、Ｐｂ１〜Ｐｂｎにより形成される平面上の所定位置
に埋設される。この温度センサ６は、得られた比抵抗変
化に対する温度の影響を除いたり、反対に比抵抗変化に
対する温度変化の寄与度を明らかにするために設けら
れ、堤体３内部のそれぞれの埋設位置の温度情報を外部
に送出するようになっている。温度センサ６について
は、電気伝導度が温度で変化し、２５度Ｃ換算で示され
るように、その逆数である比抵抗も温度により変化す
る。堤体上部は温度変化するため、例えば、昼と夜、夏
と冬では比抵抗が異なる。このような日変化、年変化を
堤体異常と誤認しないため、温度センサ６が必要とな
る。

【００１６】電気探査装置２は、図３に示すように、例
えば、測定用電極Ｐ１〜Ｐｎと、このこれら測定用電極
Ｐ１〜Ｐｎごとに電気的に接続された多芯ケーブル２１
と、この多芯ケーブルと電気的に接続された端子板２２
と、この端子板２２に電気的に接続され、端子に接続さ
れ各端子を移動しつつ測定を繰り返す送信器２３および
受信器２４とを備えて構成される。電気探査装置２は、
測定用電極Ｐ１〜Ｐｎのうちある２点の電極（Ｃ１，Ｃ
２）を電流電極として用い、他の測定用電極を電位電極
として電位測定用の電極として用いるようになってい
る。すなわち、電気探査装置２は、例えば、図１に示す
ように、上下流方向Ａに設置された電極Ｐａ１〜Ｐａｎ
のうち、ある２点の電流電極（送信電極）Ｃ１，Ｃ２
（例えばＣ１＝Ｐａ１、Ｃ２＝Ｐａ１４）により電流を
送信し、この電流電極以外の別の２点の電位電極（測定
用電極）Ｐ１、Ｐ２間（例えば、Ｐ１＝Ｐａ２…Ｐａｎ
（Ｐａ１を除く）、Ｐ２＝Ｐａ２…Ｐａｎ（Ｐａ１４を
除く）の電位差を測定し、その測定値をコンピュータ５
に送出するようになっている。測定の組み合わせは決ま
った仕様はないが、できるだけ多くの組み合わせで送受
信を行い、データ数を増やし、解析精度を向上させるこ
とが望ましいが、考え得る全ての組み合わせを測定する
のは不経済でもあるので、現場に応じて必要十分な点数
の測定にとどめることになる。

【００１７】コンピュータ５は、これら複数の組み合わ
せの測定値から、電位電極（例えば電流電極Ｃ１＝Ｐａ
１、Ｃ２＝Ｐａ１４の場合、これらＰａ１、Ｐａ１４を
除いたＰａ２〜Ｐａｎ）により形成される面（すなわ
ち、堤体３の断面）に対応する比抵抗構造を解析するよ
うになっている。また、コンピュータ５に温度計７を介
して温度センサ６からの温度情報が入力されると、電極
Ｐａ１〜Ｐａｎに囲まれた遮水部４断面における温度分
布がモニターできるようになっている。すなわち、コン
ピュータ５は、測定値の変化及び比抵抗構造の変化から
堤体３内の温度分布の変化及び含水状態の変化を推定す
ることができるようになっている。すなわち、入力され
たデータを比抵抗トモグラフィ法により処理し、基準と
なる最初の比抵抗構造を解析し、所定の期間または時間
経過後、同様に処理して解析された比抵抗構造を、以前
のものと比較して経時的な変化をとらえ、この比抵抗変
化により物性の変化を推定するようにしている。

【００１８】次に、本実施の形態に係る比抵抗トモグラ
フィ法によるフィルダム管理システムの作用に基づき比
抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理方法について
説明する。堤体３築造の計画段階で、図２に示すよう
に、電極の配置計画が作成されるとともに（図２のステ
ップＳ１参照）、所定の実験場では、実験により予め比
抵抗と温度との関係、比抵抗と間隙比との関係、比抵抗
と飽和度との関係等が求められる（図２のステップＳｐ
１、図５および図６参照）。また、堤体３の基礎掘削
時、基礎地盤の比抵抗測定が行われる（図２のステップ
Ｓｐ２参照）。これら実験により求められた比抵抗と各
物性（温度、間隙比、飽和度等）との関係（図５及び図
６参照）と、実地の測定により求められた基礎地盤の比
抵抗測定とに基づいて、比抵抗トモグラフィ法による初
期モデルを既知とするため、解析・異常判定の基礎諸元
が取得される（図２のステップＳｐ３参照）。

【００１９】堤体３の築造時、電極Ｐａ１〜Ｐａｎ、Ｐ
ｂ１〜Ｐｂｎが遮水部４のほぼ外周面全体（底部も含
む）に、上下流方向Ａと堤軸方向Ｂとの二方向に所定の
配置で設置されて埋設される（埋設工程）。このため、
電気探査装置２により、これら電極Ｐａ１〜Ｐａｎ、Ｐ
ｂ１〜Ｐｂｎのうち、ある電極系ＰａまたはＰｂのう
ち、いずれか一方の系について、選択されたある２点の
電流電極Ｃ１，Ｃ２（Ｃ１，Ｃ２とも電極Ｐａ１〜Ｐａ
ｎから任意に選択された電流電極（送信用電極）となる
もの）から電流を送信すると、これら電流電極を除く他
の２点の電位電極間の電位差を測定する。この測定は多
数の電極の組み合わせにより行われる（測定工程）。す
なわち、比抵抗トモグラフィ法に基づいて、一方の電極
系Ｐａで囲まれる断面は、探査対象領域として小領域に
分割され、電極の組み合わせによりこれら小領域ごとの
電位差が測定されるようになっている。つまり、この電
極系Ｐａについては、堤体３の上下流方向の断面（図７
の各領域に分割されたモデル参照）を、他の電極系Ｐｂ
については、堤体３の堤軸方向の断面をモデル化して測
定を行う。

【００２０】また、この比抵抗トモグラフィ法によるフ
ィルダム管理方法では、堤体３の築造時（図２のステッ
プＳ３〜Ｓ６参照）、所定の場所に温度センサ６、間隙
水圧計等の埋設計器（図示せず）を埋め込むようにして
いる。これら埋設計器は、各物性の計測データを出力す
るようになっている。ところで、第１義的には、比抵抗
変化の変数として働く関数は、温度であり、堤体３内に
埋設された温度センサ６により得られる堤体３内部の温
度分布モニターにより比抵抗変化に対する温度の影響を
除くようになっている。さらに、埋設計器により計測さ
れたデータはコンピュータ５に出力され、コンピュータ
５は埋設計器により計測された、例えば、浸潤線変化
（飽和部の変化）等のデータを比抵抗変化と比較するよ
うになっている。

【００２１】電気探査装置２により各電極の組み合わせ
ついて行われた測定値は、コンピュータ５に出力され
る。コンピュータ５は電気探査装置２により入力された
測定値に基づき、モデル（図７参照）の比抵抗ブロック
について比抵抗構造を解析し、第１回目の比抵抗分布を
作成する（図２のステップＳ７参照）。次に、この第１
回目の作成時から、経時的に計測を繰り返し（図２のス
テップＳ８参照）、経時的に異なる比抵抗分布を順次作
成する（比抵抗分布作成工程）。この経時的計測時、図
２のステップＳｐ４に示すように、実験により予め取得
された解析・異常判定の基礎諸元（図２のステップＳｐ
３参照）に基づいて、埋設計器から計測される物性のデ
ータと比抵抗分布とを比較し、これら経時的に異なる比
抵抗分布を比較して比抵抗分布の変化を経時的にモニタ
ーし、比抵抗分布中、異常な比抵抗変化が発見された
際、異常部分に対応する堤体の異常部位を検出する（検
出工程、図２のステップＳ９参照）ようになっている。
さらに、図２のステップＳｐ４で得られた埋設計器のデ
ータに基づいて、平常値・異常判定値の更新が行われる
ようになっている（図２のステップＳｐ５参照）。この
ため、経時的計測を繰り返すたびに正常・異常判定の精
度が向上する。

【００２２】上述のように、上記実施の形態にかかるフ
ィルダム管理システムおよびフィルダム管理方法では、
比抵抗と各物性（温度、飽和度等）との関係を予め実験
により求めて解析・異常判定の基礎諸元を取得し、堤体
３築造時、堤体３の間隙水圧等を測定する埋設計器及び
温度センサ６と、比抵抗を検知する電極Ｐａ、Ｐｂとを
堤体３に予め埋設し、堤体３完成後、堤体３に埋め込ま
れた埋設計器及び温度センサ６から収集される物性デー
タと、電気探査装置２により測定された電位データとを
コンピュータ５により処理して物性分布（温度分布、飽
和度分布等）と比抵抗分布とを経時的に作成し、しかる
後、これら作成された物性分布と比抵抗分布とを、予め
実験で求められた関係式に基づいて比較し、この比較に
基づいて、比抵抗分布の変化が異常か正常か判定し、異
常と判定された場合、比抵抗分布の領域に応じて異常部
位を検出するようになっている。さらに、この比較によ
り得られたデータを正常・異常判定の判定データとして
更新しつつ蓄積することができる。

【００２３】また、予め実験により求められた解析・異
常判定の基礎諸元に基づいて、初期モデルを既知とする
ことにより、この既知情報を用いて逆解析を行うと異常
を検出する精度が向上する。この場合、埋設計器から検
出される物性データの有無に関係なく比抵抗分布の変化
により異常を検出することも可能であるが、好ましく
は、比抵抗分布と埋設計器から検出される物性分布とを
比較することにより異常を検出すれば、より精度が向上
する。

【００２４】なお、図５及び図６に示す比抵抗と各物性
（含水比、温度）との関係は、予め室内実験で求められ
るものであり、比抵抗関数の変数となりうる各物性は、
堤体内の温度、遮水材料の飽和度、遮水材料または基礎
地盤のうち少なくともいずれか一方の間隙率、間隙水の
電気伝導度等である。また、電気伝導度は温度の変数と
なっている。温度センサ６は、堤体３内の比抵抗変化か
ら温度の変化の影響を除くために、データが収集できる
限り必要となる。さらに、温度センサ６は二次元的な温
度補正用であるが、温度変化そのものからその点におけ
る異常がわかる場合もある。比抵抗によるモニターは、
堤体３の物性を直接検知する直接的なセンサ類（埋設計
器）が停止した後、利用するもので、間隙水圧計などに
よる計測が可能な間はセンサ類がモニター事項として優
先される。埋設計器の一種としての間隙水圧計について
は、一般的な埋設計器として用いられているので、図示
していない。

【００２５】ところで、比抵抗トモグラフィ法は、多数
の電極の組み合わせにより実測値を取得し、探査対象領
域を小領域に分割し、各小領域の比抵抗値を変化させて
比抵抗分布モデルを修正し、モデルから計算される測定
値と上記実測値とを比較し、その差の二乗和が最小とな
るモデルを求める手法である。ある２時期の解析結果を
比較し、比較抵抗変化部が認められた場合、その部分に
おいて次式（Archie,1942）に示される物性の変化が推
定される。

【００２６】

【数１】

【００２７】ここで飽和度Ｓは

【００２８】

【数２】

【００２９】と表されるので、含水比と土の比抵抗にも
指数関数の関係が成り立つ。

【００３０】図５は、遮水材料に用いられる風化泥岩を
試料として含水比を変化させた場合の比抵抗変化を示す
図であり、予め室内での試験により得られたデータであ
る（数３参照、図２のステップＳｐ１参照）。

【００３１】

【数３】

【００３２】また、間隙水の比抵抗は温度によって変化
するため、比抵抗は温度の関数となる。図６は、粘性土
を試料として温度を変化させた場合の比抵抗変化を示す
図であり、予め室内での試験により得られたデータであ
る（図２のステップＳｐ１参照）。

【００３３】一方、フィルダムに関する異常は大きく２
つの現象としてとらえられる。１つは埋設された間隙水
圧計の計測データから示される、遮水部４内部の含水状
態変化による浸潤線の変化であり、１つは漏水量観測か
らとらえられる遮水部４内部もしくは遮水部４周辺の基
礎地盤中の漏水経路の形成である。これらの異常は、物
性的に前者は遮水材料の飽和度の変化を、後者は遮水材
料もしくは基礎地盤の間隙率の変化及び間隙水の温度や
電気伝導度の変化としてとらえられる。これらの物性
は、上述のように比抵抗関数の変数であり、築堤時に遮
水部４周辺に埋設した電極系を使用する比抵抗トモグラ
フィ法を経時的に実施し、比抵抗分布の変化をモニター
することにより、堤体３の遮水部４の異常を長期的に検
知することができる。また、同時に堤体３内部の温度分
布をモニターすることにより、比抵抗変化に対する温度
変化の寄与度を明らかにできる。比抵抗トモグラフィ法
では、電極系で囲んだ領域の外側の部分における比抵抗
分布も解析できることから、堤体に接する基礎地盤につ
いても異常を検知できる。

【００３４】

【実施例】次に、上記構成に係る比抵抗トモグラフィ法
によるフィルダム管理システムを用いて実験を行った一
実施例を示す。実験は、堤体の上下流方向の断面をモデ
ル化し、遮水部に変化が生じた場合の比抵抗変化につい
て数値実験を行った。モデルはフィルダムを単純化し、
図７に示すように、中央の遮水部を３０Ωｍとし、下流
側のロック部材（外殻部）及び空間を９９９，９９９Ω
ｍ、上流側の飽和したロック材及び貯水を５０Ωｍと
し、基礎地盤は３００Ωｍとした。差分法による数値モ
デリングと逆解析に使用する計算領域は、５９×５０メ
ッシュの範囲とし、逆解析の解析領域は２×２メッシュ
の比抵抗ブロックを単位とする２０×２１ブロックの範
囲とした（図７参照）。電極間隔は２メッシュとし、遮
水部の外周に６４点を配置した。測定電極配置は２極法
とし、総測定点数は２０１６点である。

【００３５】以上のモデルについて、初期モデルの比抵
抗ブロックにケースに応じた比抵抗変化を与え、それに
対して差分法による数値モデリングを行い、測定値を計
算した。この測定値に対して平滑化制約付き最小二乗法
による逆解析を行い、１０回の反復計算結果を解析結果
として表示した。

【００３６】図８は、図７の初期モデルから得られる計
算測定値について、比抵抗構造が未知として、ブロック
比抵抗の初期値を１００Ωｍ均一として解析を行った結
果である。おおむね初期モデルに近い比抵抗値が解析さ
れており、さらに電極系で囲まれた範囲の外側の比抵抗
構造も求められることを示している。

【００３７】図９は、図８と同じ計算測定値を用いて初
期モデル通りの比抵抗構造をブロック比抵抗の初期値と
して与えたものである。比抵抗構造が既知であることに
より解析精度が向上することがわかる。

【００３８】図１０および図１１はそれぞれ、遮水部底
面に電極が設置できない場合で、図８、図９と同様の解
析を行った結果である。この場合、電極は５３点、計算
される測定値は１，３７８点である。図１０および図１
１はいずれも電極のない底面付近の遮水部及び基礎地盤
の解析結果とモデルの差は大きく、このことから、底面
への電極設置の必要性が示されている。

【００３９】図１２は、堤体遮水部の一部に漏水個所が
生じ、間隙率の増大によりその部分が３０Ωｍから２０
Ωｍに変化した場合を想定し、そのモデルから得られた
計算測定値について解析を行った結果である。変化状況
がよく解析されている。

【００４０】図１３は堤体基礎に漏水個所が生じ、間隙
率の増大によりその部分が３００Ωｍから１５０Ωｍに
変化した場合を想定し、そのモデルから得られた計算測
定値について解析を行った結果である。電極系の外側の
変化についても変化状況がよく解析されている。

【００４１】図１４は、堤体上部で浸潤線が変化し、不
飽和部の増大によりその部分が３０Ωｍから５０Ωｍに
変化した場合を想定し、そのモデルから得られた計算測
定値について解析を行った結果である。これについても
変化状況がよく解析されている。

【００４２】以上の結果から、本実施の形態に係る比抵
抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システムでは、
堤体３の遮水部４に生じる比抵抗変化をモニターするこ
とができ、異常の発生と、その場所が推定できる。この
システムでは、各種埋設計器の稼働中には、比抵抗変化
の原因となる物性変化の特定が可能であり、埋設計器故
障後の比抵抗変化の評価に対して事例を蓄積することが
できる。また、このフィルダム管理システムでは、ボー
リング孔内等に電極を設けることによりさらに広い範囲
のモニターを行うことが可能となる。

【００４３】なお、上記実施の形態及び実施例において
は、埋設された測定用電位電極のうち所定の２点の測定
用電位電極を電流電極として用いているが、これに限ら
れるものではなく、図４に示すように、採用する電極配
置Ｐ３１−Ｐ３ｎに応じて送受信に遠電極Ｃ３１、Ｃ３
２のいずれか一方を用い、埋設された測定用電位電極Ｐ
３１−Ｐ３ｎのうち、送受信用に１点ずつ使用してもよ
い。符号２２、２３、２４はそれぞれ端子板、送信器、
受信器である。また、電極は遮水部の堤軸方向と上下流
方向とに埋設するようにしているがこれに限られるもの
ではなく、堤軸方向と上下流方向とのいずれか一方であ
っても本願発明の目的を達成することができる。また、
堤体に応じて適宜配置を変更してもよいことは言うまで
もない。さらに、上記実施の形態にかかるフィルダム管
理システムおよびフィルダム管理方法では、埋設計器と
温度センサとによりデータを収集するようにしてるが、
これに限られるものではなく、たとえ、埋設計器が無い
場合でも、温度センサがあれば本願発明の目的を達成す
ることができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の比抵抗トモ
グラフィ法によるフィルダム管理システムでは、遮水部
と遮水部上下流側の外殻部とからなる堤体の築造時、予
め決められた所定の配置に基づいて遮水部の所定の断面
のほぼ外周に沿って多数埋設された電極と、上記電極と
電気的に接続され、これら電極のうち任意の電流電極に
より電流を送信し、上記電流電極を除く他の電位電極間
の電位差を測定し、その測定値を外部に出力する電気探
査装置と、電気探査装置と電気的に接続され、この電気
探査装置を制御するとともに、電気探査装置から入力さ
れた測定値に基づいて所定の断面の比抵抗構造を解析す
るコンピュータとを備え、上記所定の断面の比抵抗構造
から第１回目の比抵抗分布を作成し、この第１回目の作
成時から所定時間経過後新たな比抵抗分布を順次作成
し、これら経時的に異なる比抵抗分布を比較して比抵抗
分布の変化を経時的にモニターし、比抵抗分布中、異常
な比抵抗変化が発見された際、異常部分に対応する堤体
の異常部位を検出するようにしたので、非破壊探査によ
り異常部を正確に検出することができ、しかも、計測機
器が簡素化されて長期間に亘る精密な管理が可能となる
ので、ダム管理のコストダウンを図ることができる。ま
た、従来の埋設計器に比較してより長期間の計測が可能
となる。このため、長期的なダムの安全管理を行うこと
ができ、異常時の的確な調査計画を立てて対策を講じる
ことができる。さらに、施設の老朽化による補修や更新
時期の評価への応用も期待できる。

【００４５】また、本発明の比抵抗トモグラフィ法によ
るフィルダム管理方法では、遮水部と遮水部外側の外殻
部とからなる堤体の築造時、電極を予め決められた所定
の配置に基づいて遮水部の所定の断面のほぼ外周に沿っ
て多数埋設する電極埋設工程と、電気探査装置を上記電
極と電気的に接続し、これら電極のうち任意の電流電極
により電流を送信し、上記電流電極を除く他の電位電極
間の電位差を測定し、その測定値を外部に出力する測定
工程と、コンピュータを上記電気探査装置と電気的にか
つ制御可能に接続し、電気探査装置から入力された測定
値に基づいて上記所定の断面の比抵抗構造を解析し、上
記所定の断面の比抵抗構造から第１回目の比抵抗分布を
作成するとともに、この第１回目の比抵抗分布作成時か
ら所定時間経過後新たな比抵抗分布を順次作成する比抵
抗分布作成工程と、これら経時的に異なる比抵抗分布を
比較して比抵抗分布の変化を経時的にモニターし、比抵
抗分布中、異常な比抵抗変化が発見された際、異常部分
に対応する堤体の異常部位を検出する検出工程とを備え
るようにしたので、堤体全体について探査不能領域を生
じることなく非破壊により精密に探査することができる
とともに、電極が機能する限り半永久的に堤体の管理を
行うことができるので、管理コストを低減させ、しかも
長期間にわたり管理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る比抵抗トモグラフ
ィ法によるフィルダム管理システムを示す概念図であ
る。

【図２】本発明の一実施の形態に係る比抵抗トモグラフ
ィ法によるフィルダム管理方法の工程を示すフローチャ
ートである。

【図３】図１の比抵抗トモグラフィ法に用いられる電気
探査装置を模式的に示す概念図である。

【図４】図３の電気探査装置の変形例を示す概念図であ
る。

【図５】予め実験で求めた含水比と比抵抗との関係を示
すグラフである。

【図６】予め実験で求めた温度と比抵抗との関係を示す
グラフである。

【図７】細線の領域が計算領域５９×５０メッシュ、太
線の領域が解析領域２０×２１ブロックの計算領域、解
析領域及び初期モデルを示す説明図である。

【図８】図７の初期モデルから得られる計算測定値の解
析結果を示すグラフである。

【図９】図８と同じ計算測定値を用いて初期モデル通り
の比抵抗構造をブロック比抵抗の初期値として与えた解
析結果を示すグラフである。

【図１０】遮水部底面に電極が設置できない場合で、図
８と同様の解析結果を示すグラフである。

【図１１】遮水部底面に電極が設置できない場合で、図
９と同様の解析結果を示すグラフである。

【図１２】堤体遮水部に漏水個所が生じた場合の、モデ
ルから得られた計算測定値についての解析結果を示すグ
ラフである。

【図１３】堤体基礎に漏水個所が生じた場合の、モデル
から得られた計算測定値についての解析結果を示すグラ
フである。

【図１４】堤体上部で浸潤線が変化し不飽和部が生じた
場合の、モデルから得られた計算測定値についての解析
結果である。

【符号の説明】

２ 電気探査装置 ３ フィルダム（堤体） ３Ａ 外殻部 ４ 遮水部 ５ コンピュータ Ｐａ１〜Ｐａｎ、Ｐｂ１〜Ｐｂｎ 測定用電極（電極） Ｃ１、Ｃ２ 送信用電極（電流電極）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−100044（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01V 3/20

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遮水部と遮水部上下流側の外殻部とから
   なる堤体の築造時、予め決められた所定の配置に基づい
   て遮水部の所定の断面のほぼ外周に沿って多数埋設され
   た電極と、上記電極と電気的に接続され、これら電極の
   うち任意の電流電極により電流を送信し、上記電流電極
   を除く他の電位電極間の電位差を測定し、その測定値を
   外部に出力する電気探査装置と、電気探査装置と電気的
   に接続され、この電気探査装置を制御するとともに、電
   気探査装置から入力された測定値に基づいて所定の断面
   の比抵抗構造を解析するコンピュータとを備え、上記所
   定の断面の比抵抗構造から第１回目の比抵抗分布を作成
   し、この第１回目の作成時から所定時間経過後新たな比
   抵抗分布を順次作成し、これら経時的に異なる比抵抗分
   布を比較して比抵抗分布の変化を経時的にモニターし、
   比抵抗分布中、異常な比抵抗変化が発見された際、異常
   部分に対応する堤体の異常部位を検出することを特徴と
   する比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システ
   ム。
2. 【請求項２】 堤体の築造時、予め決められた所定の配
   置に基づいて堤体内に埋設され、物性を計測して外部に
   出力する埋設計器を備え、電気探査装置の測定値により
   解析された比抵抗変化と埋設計器から出力される計測デ
   ータとの比較により堤体内の異常を解析することを特徴
   とする請求項１に記載の比抵抗トモグラフィ法によるフ
   ィルダム管理システム。
3. 【請求項３】 予め遮水部の遮水材料について比抵抗と
   物性との関係を導き、この比抵抗−物性関係に基づい
   て、解析時の異常判定の基礎諸元を取得し、この既知情
   報を用いて逆解析を行うことを特徴とする請求項１また
   は２に記載の比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管
   理システム。
4. 【請求項４】 モニター時、堤体の異常非検出時の値に
   基づいて正常値を、異常検出時の値に基づいて異常判定
   値をそれぞれ更新することを特徴とする請求項１ないし
   ３のうちいずれか１に記載の比抵抗トモグラフィ法によ
   るフィルダム管理システム。
5. 【請求項５】 電極は遮水部の堤軸方向と上下流方向と
   の少なくともいずれか一方に埋設されることを特徴とす
   る請求項１に記載の比抵抗トモグラフィ法によるフィル
   ダム管理システム。
6. 【請求項６】 埋設計器は温度センサとこの温度センサ
   に電気的に接続され堤体の所定の面の温度情報を外部に
   出力する温度計とからなることを特徴とする請求項２に
   記載の比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理シス
   テム。
7. 【請求項７】 遮水部と遮水部外側の外殻部とからなる
   堤体の築造時、電極を予め決められた所定の配置に基づ
   いて遮水部の所定の断面のほぼ外周に沿って多数埋設す
   る電極埋設工程と、電気探査装置を上記電極と電気的に
   接続し、これら電極のうち任意の電流電極により電流を
   送信し、上記電流電極を除く他の電位電極間の電位差を
   測定し、その測定値を外部に出力する測定工程と、コン
   ピュータを上記電気探査装置と電気的にかつ制御可能に
   接続し、電気探査装置から入力された測定値に基づいて
   上記所定の断面の比抵抗構造を解析し、上記所定の断面
   の比抵抗構造から第１回目の比抵抗分布を作成するとと
   もに、この第１回目の比抵抗分布作成時から所定時間経
   過後新たな比抵抗分布を順次作成する比抵抗分布作成工
   程と、これら経時的に異なる比抵抗分布を比較して比抵
   抗分布の変化を経時的にモニターし、比抵抗分布中、異
   常な比抵抗変化が発見された際、異常部分に対応する堤
   体の異常部位を検出する検出工程とを備えたことを特徴
   とする比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理方
   法。
8. 【請求項８】 堤体の築造時、予め決められた所定の配
   置に基づいて物性を計測して外部に出力する埋設計器を
   堤体内に埋設し、電気探査装置の測定値により解析され
   た比抵抗変化と埋設計器から出力される計測データとの
   比較により堤体内の異常を解析することを特徴とする請
   求項７に記載の比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム
   管理方法。
9. 【請求項９】 予め遮水部の遮水材料について比抵抗と
   物性との関係を導き、この比抵抗−物性関係に基づい
   て、解析時の異常判定の基礎諸元を取得し、この既知情
   報を用いて逆解析を行うことを特徴とする請求項７また
   は８に記載の比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管
   理方法。
10. 【請求項１０】 モニター時、堤体の異常非検出時の値
    に基づいて正常値を、異常検出時の値に基づいて異常判
    定値をそれぞれ更新することを特徴とする請求項７ない
    し９のうちいずれか１に記載の比抵抗トモグラフィ法に
    よるフィルダム管理方法。