JP3770692B2 - 振動地盤間隙水圧測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動する地盤中に発生する間隙水圧の変化を測定するための装置に関し、更に詳しく述べると、ボーリング孔内に挿入したスタンドパイプ内において、その下部に設けた圧力センサと地下水位との間の連通を、振動検知時に瞬時に閉止弁で遮断することにより、地下水中の溶存ガスに起因する気泡の集積による測定妨害を解消した振動地盤間隙水圧測定装置に関するものである。この装置は、特に地震時の動的間隙水圧の測定に有用である。
【０００２】
【従来の技術】
地震時に地盤中に発生する異常な間隙水圧は、地盤の流動化や斜面の崩壊などを惹起する要因となるものであり、その測定は地震災害の防止や災害後の処置のために極めて重要である。現在、一般的に用いられている方法は、間隙水圧計を地盤中に封入して間隙水圧を測定する方法である。
【０００３】
地震が起きると地下水の水圧変化が生じ、これを測定することで地盤の流動化の測定が可能である。地盤の流動化とは、地盤の砂状物質が動き、砂粒子同士が緩く結合していた状態から密な状態になることであり、これによって圧力が上昇するからである。小さな地震が発生した時に、どのような間隙水圧が観測されるかを調査することによって、流動化が起きる地盤であるか否か、どの程度の規模の地震で噴砂・流動化が生じるかなどを予測する手掛かりが得られる。そこで、測定の結果、緩い砂で流動化し易い地盤であることが判明した場合には、グラウトを施すなどの予防対策を行うことで、地震による被害を最小限に止めることが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの対策を講じるためにも正確な動的間隙水圧の測定が不可欠である。しかし従来技術のような間隙水圧計を単に地盤中に封入埋設する方式では、必ずしも良好な観測結果が得られていない。その原因は、長期間にわたって間隙水圧計を地中に埋め込んだままにしておくと、地下水中の溶存ガスが気泡となって集積し且つそれらの流出場が無いため、水圧計受圧面や水圧計と測定地盤間の人工充填物中を充満し、それら充満した気泡が、地震時の激しい圧力変動に対して緩衝材として機能し、圧力の大きさのみならず、その振動数などの水圧計への正しい伝達を妨害してしまうためと考えられる。
【０００５】
本発明の目的は、圧力センサ近傍への気泡の集積を防止して振動発生時の圧力変化が正しく圧力センサに伝達されるようにして、良好な間隙水圧観測結果を得ることができるような振動地盤間隙水圧測定装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、地盤中に掘削したボーリング孔内の底部に筒状のフィルタを設置すると共に、該フィルタから地上まで達する水密性のスタンドパイプを立設し、前記フィルタとボーリング孔壁との間隙に透水性物質を充填すると共に、該透水性物質の上部を遮水性物質で覆って埋設する。前記スタンドパイプの下部には該スタンドパイプ内の水頭を測定する圧力センサを組み込み、該圧力センサの設置深度とスタンドパイプ内の平常の地下水位深度との間に、地上に設置した振動センサからの信号により振動検出時に瞬時にスタンドパイプ内の連通性を閉止する瞬時閉止弁を設置する。
【０００７】
瞬時閉止弁は、常時は開放状態としておく。これによって、地下水中に溶存しているガスは気泡となっても、常時スタンドパイプを通って上方に抜け、圧力センサ近傍に集積することはない。振動センサで地盤の振動を検出したならば、直ちに瞬時閉止弁を閉ざす。これによって圧力センサの周囲の空間は実質的に封止されるため、気泡の影響を受けることなく地下水の圧力を正確に測定することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る振動地盤間隙水圧測定装置の実施の一形態を示す説明図である。長尺で水密性のスタンドパイプ１０の下端に有底円筒状のフィルタ１２を装着し、地盤中に掘削したボーリング孔１４内に挿入する。ボーリング孔１４には予めケーシングパイプ１５を挿入しておき、それによって孔壁の崩壊を防ぐ。フィルタ１２は、地下水の出入は自由に許容されているが、砂など固体粒子の流入は阻止できる構造である。このフィルタ１２は、前記ボーリング孔１４の底部に位置するように設置され、前記スタンドパイプ１０は、フィルタ１２から地上まで達する長さとする。そして、前記フィルタ１２とボーリング孔１４の壁面との間隙に砂などの透水性物質１６を充填し、該透水性物質１６の上部をベントナイトなどの遮水性物質１８で覆って埋設する。
【０００９】
前記スタンドパイプ１０内の下部（フィルタ１２の装着部分）に該スタンドパイプ１０内の水頭を測定する圧力センサ２０を設けておく。該圧力センサ２０からの検出信号は、ケーブル２２によって地上の圧力測定器２４に導き、常時圧力を測定できるようにする。圧力測定器２４は、測定値を測定時刻とともに記録し続け、必要に応じてチャートに出力したり、遠隔の基地に情報伝送できるように構成する。更に、圧力センサ２０の設置深度とスタンドパイプ１０内の平常の地下水位深度との間に、瞬時閉止弁２６を設置しておく。この瞬時閉止弁２６は、例えば電磁弁などが好ましく、開放動作は緩慢でもよいが、少なくとも閉止動作は瞬時に行えるもの（地震周期に対して十分短い時間で動作可能なもの）を使用する。地上に設置した振動センサ（ここでは加速度センサ、具体的には地震計２８）の振動検知出力を弁作動部３０に送り、該弁作動部３０からケーブル３１によって駆動信号を伝送して前記瞬時閉止弁２６を駆動する構成である。これらは設定加速度以上の地震検出から電磁弁の閉止完了までに要する時間が極力小さくなるように機器を構成する。このような構成で、地震検出時に、瞬間閉止弁２６が閉止することで、スタンドパイプ１０内の連通性を瞬時に遮断し、圧力センサ２０の周辺を閉塞状態とする。
【００１０】
瞬時閉止弁２６は、平常時においては開放状態を維持している。地下水中の溶存ガスは、地層内に比較して低圧傾向になり易いスタンドパイプ１０内では気泡となるが、スタンドパイプ１０内を上昇し、開放状態の瞬時閉止弁２６を通過して地上に放出される。その状態を保持しながら、圧力センサ２０及び圧力測定器２４は、平常時の間隙水圧を測定し続ける。
【００１１】
地震が発生すると、その地震振動は地上に設置されている地震計２８で検知され、直ちに振動検知出力を弁作動部３０に伝達し、該弁作動部３２からの駆動信号で瞬時閉止弁２６は瞬時に閉止する。これによって、スタンドパイプ１０内の圧力センサ２０を設置している部分は閉塞される。この部分は、前述のように気泡が集積せず常時逃がされているために、地震時の間隙水圧の振動変化を気泡を介在させることなく正確に測定することが可能となる。地震振動が終了した後、弁作動部３２からの駆動信号で瞬時閉止弁２６を開放状態に戻し、気泡の放出路を確保し、次の動的間隙水圧の測定に備える。
【００１２】
【実施例】
実測結果の一例を図２に示す。Ａは地震計により検出した加速度波形（地盤振動波形）である。Ｂは本発明装置による間隙水圧検出結果であり、地震計で地盤振動を検出した瞬間に、それまで開放されていた瞬時閉止弁（ここでは電磁弁を使用）を閉じ、内部の圧力センサで測定した結果を示している。それに対してＣは従来方法であり、圧力センサを単に地盤中に埋設した状態（謂わば本発明装置で瞬時閉止弁を常時閉止している状態）での測定結果を示している。
【００１３】
地盤振動の周期は通常１／１０sec 程度のオーダーなので、振動を検知して電磁弁を閉止する本発明装置で十分間に合い対応できる。電磁弁を閉止する直前まで、地下水の溶存ガスによる気泡が排出し続けるために地盤の振動が水圧変動となりそのまま検出できるため、非常に綺麗な圧力変化の波形が観測できる。それに対してＣの従来方法では、検出した圧力変化の波形の乱れが非常に大きい。これは地下水中の溶存ガスが気泡となって集積し、地盤の振動がその気泡による緩衝作用を受けて、圧力の大きさや振動数などの水圧センサへの正しい伝達が妨害されるためと考えられる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は上記のように、振動センサからの信号により振動検出時に瞬時に瞬時閉止弁を閉じてスタンドパイプ内の連通性を遮断するように構成したので、常時は地下水中に溶存しているガスによる気泡を排出し続けることで気泡の集積を防止し、振動検出時は瞬時閉止弁を閉じることで圧力センサを埋設状態にでき、気泡の緩衝作用を防いで振動発生時の圧力変化を正しく圧力センサに伝達できるため、良好な観測結果を得ることができる。これによって地震災害の防止や災害後の処置などを効果的に実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る振動地盤間隙水圧測定装置の実施の一形態を示す説明図。
【図２】地盤振動波形と間隙水圧の測定結果の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１０ スタンドパイプ
１２ フィルタ
１４ ボーリング孔
１６ 透水性物質
１８ 遮水性物質
２０ 圧力センサ
２４ 圧力測定器
２６ 瞬時閉止弁
２８ 地震計
３０ 弁作動部
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動する地盤中に発生する間隙水圧の変化を測定するための装置に関し、更に詳しく述べると、ボーリング孔内に挿入したスタンドパイプ内において、その下部に設けた圧力センサと地下水位との間の連通を、振動検知時に瞬時に閉止弁で遮断することにより、地下水中の溶存ガスに起因する気泡の集積による測定妨害を解消した振動地盤間隙水圧測定装置に関するものである。この装置は、特に地震時の動的間隙水圧の測定に有用である。
【０００２】
【従来の技術】
地震時に地盤中に発生する異常な間隙水圧は、地盤の流動化や斜面の崩壊などを惹起する要因となるものであり、その測定は地震災害の防止や災害後の処置のために極めて重要である。現在、一般的に用いられている方法は、間隙水圧計を地盤中に封入して間隙水圧を測定する方法である。
【０００３】
地震が起きると地下水の水圧変化が生じ、これを測定することで地盤の流動化の測定が可能である。地盤の流動化とは、地盤の砂状物質が動き、砂粒子同士が緩く結合していた状態から密な状態になることであり、これによって圧力が上昇するからである。小さな地震が発生した時に、どのような間隙水圧が観測されるかを調査することによって、流動化が起きる地盤であるか否か、どの程度の規模の地震で噴砂・流動化が生じるかなどを予測する手掛かりが得られる。そこで、測定の結果、緩い砂で流動化し易い地盤であることが判明した場合には、グラウトを施すなどの予防対策を行うことで、地震による被害を最小限に止めることが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの対策を講じるためにも正確な動的間隙水圧の測定が不可欠である。しかし従来技術のような間隙水圧計を単に地盤中に封入埋設する方式では、必ずしも良好な観測結果が得られていない。その原因は、長期間にわたって間隙水圧計を地中に埋め込んだままにしておくと、地下水中の溶存ガスが気泡となって集積し且つそれらの流出場が無いため、水圧計受圧面や水圧計と測定地盤間の人工充填物中を充満し、それら充満した気泡が、地震時の激しい圧力変動に対して緩衝材として機能し、圧力の大きさのみならず、その振動数などの水圧計への正しい伝達を妨害してしまうためと考えられる。
【０００５】
本発明の目的は、圧力センサ近傍への気泡の集積を防止して振動発生時の圧力変化が正しく圧力センサに伝達されるようにして、良好な間隙水圧観測結果を得ることができるような振動地盤間隙水圧測定装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、地盤中に掘削したボーリング孔内の底部に筒状のフィルタを設置すると共に、該フィルタから地上まで達する水密性のスタンドパイプを立設し、前記フィルタとボーリング孔壁との間隙に透水性物質を充填すると共に、該透水性物質の上部を遮水性物質で覆って埋設する。前記スタンドパイプの下部には該スタンドパイプ内の水頭を測定する圧力センサを組み込み、該圧力センサの設置深度とスタンドパイプ内の平常の地下水位深度との間に、地上に設置した振動センサからの信号により振動検出時に瞬時にスタンドパイプ内の連通性を閉止する瞬時閉止弁を設置する。
【０００７】
瞬時閉止弁は、常時は開放状態としておく。これによって、地下水中に溶存しているガスは気泡となっても、常時スタンドパイプを通って上方に抜け、圧力センサ近傍に集積することはない。振動センサで地盤の振動を検出したならば、直ちに瞬時閉止弁を閉ざす。これによって圧力センサの周囲の空間は実質的に封止されるため、気泡の影響を受けることなく地下水の圧力を正確に測定することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る振動地盤間隙水圧測定装置の実施の一形態を示す説明図である。長尺で水密性のスタンドパイプ１０の下端に有底円筒状のフィルタ１２を装着し、地盤中に掘削したボーリング孔１４内に挿入する。ボーリング孔１４には予めケーシングパイプ１５を挿入しておき、それによって孔壁の崩壊を防ぐ。フィルタ１２は、地下水の出入は自由に許容されているが、砂など固体粒子の流入は阻止できる構造である。このフィルタ１２は、前記ボーリング孔１４の底部に位置するように設置され、前記スタンドパイプ１０は、フィルタ１２から地上まで達する長さとする。そして、前記フィルタ１２とボーリング孔１４の壁面との間隙に砂などの透水性物質１６を充填し、該透水性物質１６の上部をベントナイトなどの遮水性物質１８で覆って埋設する。
【０００９】
前記スタンドパイプ１０内の下部（フィルタ１２の装着部分）に該スタンドパイプ１０内の水頭を測定する圧力センサ２０を設けておく。該圧力センサ２０からの検出信号は、ケーブル２２によって地上の圧力測定器２４に導き、常時圧力を測定できるようにする。圧力測定器２４は、測定値を測定時刻とともに記録し続け、必要に応じてチャートに出力したり、遠隔の基地に情報伝送できるように構成する。更に、圧力センサ２０の設置深度とスタンドパイプ１０内の平常の地下水位深度との間に、瞬時閉止弁２６を設置しておく。この瞬時閉止弁２６は、例えば電磁弁などが好ましく、開放動作は緩慢でもよいが、少なくとも閉止動作は瞬時に行えるもの（地震周期に対して十分短い時間で動作可能なもの）を使用する。地上に設置した振動センサ（ここでは加速度センサ、具体的には地震計２８）の振動検知出力を弁作動部３０に送り、該弁作動部３０からケーブル３１によって駆動信号を伝送して前記瞬時閉止弁２６を駆動する構成である。これらは設定加速度以上の地震検出から電磁弁の閉止完了までに要する時間が極力小さくなるように機器を構成する。このような構成で、地震検出時に、瞬間閉止弁２６が閉止することで、スタンドパイプ１０内の連通性を瞬時に遮断し、圧力センサ２０の周辺を閉塞状態とする。
【００１０】
瞬時閉止弁２６は、平常時においては開放状態を維持している。地下水中の溶存ガスは、地層内に比較して低圧傾向になり易いスタンドパイプ１０内では気泡となるが、スタンドパイプ１０内を上昇し、開放状態の瞬時閉止弁２６を通過して地上に放出される。その状態を保持しながら、圧力センサ２０及び圧力測定器２４は、平常時の間隙水圧を測定し続ける。
【００１１】
地震が発生すると、その地震振動は地上に設置されている地震計２８で検知され、直ちに振動検知出力を弁作動部３０に伝達し、該弁作動部３２からの駆動信号で瞬時閉止弁２６は瞬時に閉止する。これによって、スタンドパイプ１０内の圧力センサ２０を設置している部分は閉塞される。この部分は、前述のように気泡が集積せず常時逃がされているために、地震時の間隙水圧の振動変化を気泡を介在させることなく正確に測定することが可能となる。地震振動が終了した後、弁作動部３２からの駆動信号で瞬時閉止弁２６を開放状態に戻し、気泡の放出路を確保し、次の動的間隙水圧の測定に備える。
【００１２】
【実施例】
実測結果の一例を図２に示す。Ａは地震計により検出した加速度波形（地盤振動波形）である。Ｂは本発明装置による間隙水圧検出結果であり、地震計で地盤振動を検出した瞬間に、それまで開放されていた瞬時閉止弁（ここでは電磁弁を使用）を閉じ、内部の圧力センサで測定した結果を示している。それに対してＣは従来方法であり、圧力センサを単に地盤中に埋設した状態（謂わば本発明装置で瞬時閉止弁を常時閉止している状態）での測定結果を示している。
【００１３】
地盤振動の周期は通常１／１０sec 程度のオーダーなので、振動を検知して電磁弁を閉止する本発明装置で十分間に合い対応できる。電磁弁を閉止する直前まで、地下水の溶存ガスによる気泡が排出し続けるために地盤の振動が水圧変動となりそのまま検出できるため、非常に綺麗な圧力変化の波形が観測できる。それに対してＣの従来方法では、検出した圧力変化の波形の乱れが非常に大きい。これは地下水中の溶存ガスが気泡となって集積し、地盤の振動がその気泡による緩衝作用を受けて、圧力の大きさや振動数などの水圧センサへの正しい伝達が妨害されるためと考えられる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は上記のように、振動センサからの信号により振動検出時に瞬時に瞬時閉止弁を閉じてスタンドパイプ内の連通性を遮断するように構成したので、常時は地下水中に溶存しているガスによる気泡を排出し続けることで気泡の集積を防止し、振動検出時は瞬時閉止弁を閉じることで圧力センサを埋設状態にでき、気泡の緩衝作用を防いで振動発生時の圧力変化を正しく圧力センサに伝達できるため、良好な観測結果を得ることができる。これによって地震災害の防止や災害後の処置などを効果的に実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る振動地盤間隙水圧測定装置の実施の一形態を示す説明図。
【図２】地盤振動波形と間隙水圧の測定結果の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１０ スタンドパイプ
１２ フィルタ
１４ ボーリング孔
１６ 透水性物質
１８ 遮水性物質
２０ 圧力センサ
２４ 圧力測定器
２６ 瞬時閉止弁
２８ 地震計
３０ 弁作動部
Claims (2)
- 地盤中に掘削したボーリング孔内の底部に筒状のフィルタを設置すると共に、該フィルタから地上まで達する水密性のスタンドパイプを立設し、前記スタンドパイプの下部に該スタンドパイプ内の水頭を測定する圧力センサを組み込み、該圧力センサの設置深度とスタンドパイプ内の平常の地下水位深度との間に、振動センサからの信号により振動検出時に瞬時にスタンドパイプ内の連通性を閉止する瞬時閉止弁を設置し、前記フィルタとボーリング孔壁との間隙に透水性物質を充填すると共に、該透水性物質の上部を遮水性物質で覆って埋設したことを特徴とする振動地盤間隙水圧測定装置。
- 振動センサは地表に設置した地震計であり、瞬間閉止弁は電磁弁であって、地震計からの地震検知信号により常開の電磁弁を閉止状態とする請求項１記載の振動地盤間隙水圧測定装置。
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| JP10091797A JP3770692B2 (ja) | 1997-04-03 | 1997-04-03 | 振動地盤間隙水圧測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP10091797A JP3770692B2 (ja) | 1997-04-03 | 1997-04-03 | 振動地盤間隙水圧測定装置 |
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| JPH10281905A JPH10281905A (ja) | 1998-10-23 |
| JP3770692B2 true JP3770692B2 (ja) | 2006-04-26 |
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ID=14286700
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|---|---|---|---|
| JP10091797A Expired - Fee Related JP3770692B2 (ja) | 1997-04-03 | 1997-04-03 | 振動地盤間隙水圧測定装置 |
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- 1997-04-03 JP JP10091797A patent/JP3770692B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH10281905A (ja) | 1998-10-23 |
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