JP4067498B2 - 地滑り等の検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば地震等に伴う地面や岩盤等の地滑り、崩壊等を検出することのできる地滑り等の検出装置に関するものである。

従来、地震等に伴う岩盤等の崩壊を検出する装置として、岩盤の表面や崩壊前の斜面に杭を打ち込み、この杭に対して鉛直方向に傾斜センサを取り付け、地震等により岩盤や斜面が崩壊又は傾斜した場合に、これを傾斜センサにより検出し、該検出に基づいて警報を発したり、無線により通報する装置が開発されている（特許文献１、２）。

特開平１１−２４１９１９号公報 特開平１１−１０１６３８号公報

ところで、上記従来の装置では、地面又は岩盤が崩壊等して傾斜センサ自体が傾斜することにより上記崩壊を検出するものであるため、例えば地滑り等により地面が水平状態のまま平行に移動した場合は、上記傾斜センサは鉛直方向を保ったままで傾動しないため、当該地滑りを検出することができないという課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、地面或いは岩盤等が水平に移動した場合であっても、これを検出して警報等を行うことのできる地滑り等の検出装置を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、
第１に、地面に打ち込み可能な杭と、該杭に装着される検出部とにより構成される地滑り等の検出装置であって、棒状の検出シャフトを設けて該シャフトの中間部に回動支点となる支点部を形成すると共に上記検出部にシャフト受部を設け、上記支点部を上記シャフト受部に保持することにより上記検出シャフトを上記支点部を以って上記検出部に対して傾動可能とし、かつ上記検出シャフトの下半部と上記検出部との間に複数のスプリングを設けて、これらのスプリングにより上記検出シャフトを直立状態に支持するように構成し、かつ上記検出シャフトに傾斜センサを取り付けると共に、上記検出シャフトの上端部にワイヤ係合部を設け、さらに、上記傾斜センサによる傾き検出信号を受信局に向けて無線送信する無線送信回路を上記検出部に設けたものであることを特徴とする地滑り等の検出装置により構成されるものである。

従って、かかる地滑り等の検出装置の杭を、例えば平面状の地面に打ち込むことにより鉛直に設置し、一方、当該検出装置から所定距離はなれた位置に例えば杭を打ち込み、上記検出装置のワイヤ係合部と上記杭との間にワイヤを張設して、地滑り等を検出し得る警戒状態とすることができる。かかる警戒状態において、地滑り等が発生して、例えば上記検出装置の設置された地面が上記杭から離間する方向に平行にスライドしたとすると、上記検出装置の検出シャフトが上記ワイヤにより引っ張られて上記支点部を中心として傾動するため、上記傾斜センサが当該検出シャフトの傾動を検出し、上記無線送信回路が受信局に向けて当該傾動に基づく傾き検出信号を無線送信する。従って、地面が平行にスライドするような地滑りであっても、容易に検出することが可能である。

第２に、上記地滑り等の検出装置を地面に直立状態となるように打ち込み設置し、該検出装置から所定の距離だけ離間した位置に杭を打ち込み、上記検出装置の上記ワイヤ係合部と上記杭との間にワイヤを張設したものであることを特徴とする上記第１記載の地滑り等の検出装置により構成されるものである。

第３に、上記検出部に、該検出部本体の傾きを検出するための本体傾斜センサを、上記傾斜センサとは別途取り付け、さらに上記検出部に上記傾斜センサと上記本体傾斜センサの何れかを選択的に動作状態とするための切換スイッチを設けたものであることを特徴とする上記第１記載の地滑り等の検出装置により構成されるものである。

本発明によると、地面が平行にスライドするような地滑り等であっても、その発生を確実に検出可能な地滑り等の検出装置を実現し得るものである。

また、１つの検出装置で上記地滑りのみならず、地面、岩盤等の崩壊等をも検出可能な地滑り等の検出装置を実現し得るものである。

また、検出シャフトの傾動を傾斜センサで検出する構成であるため、地面、岩盤等の微小な移動をも正確に検出することができ、地滑り等を初期の段階で早期に検出することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る検出装置１を示すものであり、当該検出装置１は、地面に打ち込まれる杭２と、該杭２の上部に取り付けられる検出部３とにより構成されている。上記杭２は円筒状の本体２ａと逆円錐状の先端部２ｂから構成されている。

上記検出部３において、３ａは、上下面が上板３ａ’、底板３ａ”で閉鎖された筒状筐体であり、当該検出部３の外形を構成するものである。この筒状筐体３ａは、その内部に傾斜センサＳ１，Ｓ２等が内装される空間Ｍが設けられており、底面３ａ”側は上記杭２上部に嵌合する下面開口の連結管部３ｂが上記筐体３ａと同一径で下方向けて延出形成されている。この検出部３の上板３ａ’の中央部には、上記空間Ｍに貫通する貫通孔３ｃが穿設されており、該貫通孔３ｃの内面側全周には、後述の検出シャフト４を回動自在に支持する内面凹球面状の受座（シャフト受部）３ｄが形成されている。

この検出部３は、上記連結管部３ｂを地面等に打ち込まれた杭２の上部に図１に示すように嵌合装着し、４つのボルトＢを上記連結管部３ｂ外側から上記杭２の上部に螺子込むことにより、上記杭２上部に固定される。

４は、検出シャフトであり、直線状のシャフト部４ａと、該シャフト部４ａの上部に螺子込まれた係合ボルト４ｂとから構成されている。上記シャフト部４ａは、その中間部に上記受座３ｄに回動可能に嵌合し得る球状膨出部４ｃが形成されると共に、上端部分には係合ボルト４ｂを螺子込むための雌螺子部４ｄが設けられている。この球状膨出部４ｃは後述のように上記受座３ｄに嵌合することにより、上記検出シャフト４の回動支点となる支点部を構成するものである。

上記係合ボルト４ｂは、その先端部に後述のワイヤＷを結びつける係合リング（ワイヤ係合部）４ｂ’が形成されており、その雄螺子部には止めナット５が予め螺着されている。この係合ボルト４ｂは、上記シャフト部４ａの上記雌螺子部４ｄに上記止めナット５が螺着された状態で螺子込まれており、上記シャフト部４ａへの螺子込み量により、上記検出部３の上板３ａ’からの突出高さｔを調整し得るようになっている。そして、当該係合ボルト４ｂは、上記シャフト部４ａに所定位置まで螺子込んだところで、上記止めナット５をシャフト部４ａ先端部に当接させることにより、上記係合ボルト４ｂを当該螺子込み位置にて固定することができるものである。

このように構成された検出シャフト４は、その球状膨出部４ｃが上記受座３ｄに嵌合されることにより、該球状膨出部４ｃと受座３ｄによりいわゆる球面軸受が形成され、当該検出シャフト４は、かかる嵌合状態で当該球状膨出部４ｃの中心点Ｐを回動支点として任意の方向に傾動し得るように構成されている。

６，６，６，６は、上記検出部３の内部空間Ｍ内において、上記シャフト部４ａを鉛直位置（直立状態）に支持する４つのスプリングであり、これらスプリング６の一端は上記シャフト部４ａの外周面（検出シャフト４の下半部の外周面）に外周方向に各々９０度の角度差を以って固定され、他端は上記検出部３の内周面に固定されている。上記検出シャフト４は、これらのスプリング６により、常時は図１実線で示すように鉛直方向（直立状態）に支持され、かかる状態から何れの方向にも傾動し得るように構成されている。

従って、上記検出シャフト４の上端の係合リング４ｂ’部分を、当該シャフト４と直交する方向（矢印Ｎ方向）に引っ張ると、当該検出シャフト４は上記点Ｐを中心に傾斜するが（図１二点鎖線参照）、該検出シャフト４は常時は上記４つのスプリング６により鉛直方向に位置決めされているので、当該検出部３自体が傾斜しても、当該シャフト４が自重により当該検出部３に対して傾動することはない。尚、上記スプリングのばね係数［Ｋ］を例えば［１ｋｇ／ｍｍ］に設定すると、１０ｋｇの作用力に対してスプリングの伸びを１０ｍｍに設定することができる。

Ｓ１は、上記シャフト部４ａの下端に固定されたシャフト傾斜センサ（傾斜センサ）、Ｓ２は、上記検出部３内に水平に固定された回路基板７上に固設された本体傾斜センサである。これらの傾斜センサＳ１，Ｓ２は上記基板７に電気的に接続されているが、上記シャフト傾斜センサＳ１は上記検出部３内において上記検出シャフト４の傾動に伴って移動するため、上記基板７とはフレキシブルな電線２６により接続されている。

これらの傾斜センサＳ１，Ｓ２としては例えば、図３に示すような公知の圧電型３軸加速度センサを用いる。この傾斜センサは、図４に示すように、センサ筐体２０（図６、図１等参照）内に、表面に同心円状に複数の電極Ｌ１〜Ｌ１６（以下、電極の位置を特定しない場合は単に電極Ｌという）の形成された円形の圧電素子ダイヤフラム２１と、該ダイヤフラム２１の下面に固着され、常時ダイヤフラム２１中央部に対して鉛直下方の力を与える錘２２が設けられている。上記ダイヤフラム２１の周縁は上記センサ筐体２０内周部に固定されており（図６参照）、かかる状態でセンサ筐体２０自体が傾斜したとき、上記錘２２により上記ダイヤフラム２１が変形し、変形した箇所の電極Ｌに生じた正負電荷を、傾斜方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）を示す傾き検出信号（アナログ電気信号）（Ｘ方向検出信号Ａｘ、Ｙ方向検出信号Ａｙ、Ｚ方向検出信号Ａｚ）として上記電極Ｌを通じて出力可能に構成されている。

従って、図５に示すように、傾斜センサＳ１，Ｓ２の傾斜の方向により、該傾斜方向に対応した電極Ｌからの信号が出力されるため、当該出力信号により上記センサの傾斜方向をも検出し得るものである。例えば、Ｘ軸方向に歪が生じた場合は、Ｘ方向検出信号Ａｘが電極Ｌ１〜Ｌ４について「＋、＋、＋、＋」、Ｙ方向検出信号Ａｙが電極Ｌ１〜Ｌ４について全て「０」、Ｚ方向検出信号Ａｚが電極Ｌ１〜Ｌ４について「−、−、＋、＋」となり（図５参照）、これらの信号を検出することで、傾斜の方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の何れか）を特定することができる。尚、具体的には、傾斜方向の検出は後述のＣＰＵ１０ｂにて行う。

上記シャフト傾斜センサＳ１は上記検出シャフト４の傾斜を検出するものであり、上記本体傾斜センサＳ２は、上記杭２に装着された検出部３そのものの傾斜を検出するものである。

次に、本発明の電気的構成を図１１に基づいて説明する。同図において、１０は制御部であり、図１１に示す上記傾斜センサＳ１，Ｓ２の傾き検出信号に基づいて各種検出動作を行うものである。当該制御部１０において、１０ａは図１２に示す動作手順を実現するためのプログラムを記憶していると共に、プログラム実行中に各種データを記憶するＲＡＭ、１０ｂは上記プログラムに基づいて図１２に示す動作を実行するＣＰＵ、１０ｃは上記各センサＳ１，Ｓ２からのアナログ信号としての各方向検出信号（Ｘ方向検出信号Ａｘ、Ｙ方向検出信号Ａｙ、Ｚ方向検出信号Ａｚ）の入力を受け、これらの検出信号をデジタル信号（Ｘ方向検出信号Ａｘ、Ｙ方向検出信号Ａｙ、Ｚ方向検出信号Ａｚ）に変換した上で上記ＣＰＵ１０ｂに送出するＡ／Ｄ変換部、１１は上記ＣＰＵ１０ｂから入力する各種データ信号を無線信号として受信局に向けて送信する無線通信回路である。

１２は上記制御部１０、無線通信回路１１及び傾斜センサＳ１，Ｓ２に電源を供給するための電源回路、１３は上記電源回路に接続されたバッテリーであり、上記検出部３内において、上記底板３ａ”上に固設されている（図１参照）。１４は上記各回路に主電源を供給するための電源スイッチ、１５はセンサ切換スイッチであり、上記電源回路１２を介して供給される電源を上記シャフト傾斜センサＳ１に供給するか、本体傾斜センサＳ２に供給するかを選択するものである。

上記無線通信回路１１は、ＣＰＵ１０ｂから送られてくる傾き方向データ、傾斜角度データ、時刻データ等のデータに基づいて送信データを生成し、搬送波を当該送信データに基づいて変調して当該送信データを受信局に向けて無線送信するものである。

本発明は上述のように構成されるものであるから、以下、その動作を説明する。まず、図１に示す杭２と、単体の杭２’を用意して、図７に示すように、上記杭２と杭２’を所定距離Ｔ離間した状態で、地面に鉛直に打ち込む。その後、上記杭２の上端部に、本発明に係る検出部３をその連結管部３ｂを以って図１に示すように装着し、ボルトＢで当該検出部３を杭２に固定する。このとき、上記検出部３の電源スイッチ１４をオン状態とし、かつ切換スイッチ１５をシャフト傾斜センサＳ１側に切り換えているものとする。従って、上記検出部３内の各回路は動作状態となり、かつシャフト傾斜センサＳ１にのみ電源が供給され、本体傾斜センサＳ２はオフ状態となっているものとする。

その後、上記検出部３の検出シャフト４の係合リング４ｂ’に１本のワイヤＷの一端を結びつけ、さらに該ワイヤＷを伸張した状態で、その他端を上記杭２’に結びつける。即ち、上記係合リング４ｂ’と上記杭２’との間にワイヤを張設する。かかる状態において、上記検出シャフト４の係合リング４ｂ’部分には、ある程度、杭２’方向（矢印Ｎ方向）の力が加わるが、該シャフト４はスプリング６により鉛直位置に保持されているため、上記スプリング６により上記シャフト４は傾斜することなく、鉛直状態を維持する。この状態を以下、警戒状態という。かかる警戒状態において、地滑り、がけ崩れ等が発生しない限り、上記両杭２，２’は上記直立状態を維持するため、傾斜センサＳ１から傾き検出信号は発生せず、無線通信回路１１が動作状態となることはない。

ここで、地滑りが発生し、図７中の地面Ｇが図中矢印Ｑ方向に平行移動して、検出装置１と杭２’との距離が広がったとすると、上記検出装置１が、地面Ｇと共に矢印Ｑ方向に移動するため、該検出装置１の上記検出シャフト４の係合リング４ｂ’部分が矢印Ｎ方向に引っ張られ、図１０（ｂ）に示すように、検出シャフト４は上記Ｐ点を中心として傾動する。

即ち、上記検出シャフト４の動きは、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、鉛直状態（同図（ａ））から、矢印Ｎ方向に引っ張られて傾斜センサＳ１は同図（ｂ）に示すように傾斜する。これにより、該センサＳ１から傾斜方向に応じたＸ方向検出信号Ａｘ，Ｙ方向検出信号Ａｙ，Ｚ方向検出信号Ａｚ（これらをまとめて「アナログ検出信号Ａｘｙｚ」という）が制御部１０のＡ／Ｄ変換部１０ｃに入力し、該アナログ検出信号はＡ／Ｄ変換部１０ｃ内部で各々デジタル信号によるＸ方向検出信号Ａｚ，Ｙ方向検出信号Ａｙ、Ｚ方向検出信号Ａｚに変換され（これらをまとめて「デジタル検出信号Ａｘｙｚ」という）、当該デジタル検出信号ＡｘｙｚがＣＰＵ１０ｂに入力する。

上記ＣＰＵ１０ｂは、上記デジタル検出信号Ａｘｙｚが入力したことを検出すると（図１２、Ｐ１）、当該デジタル検出信号Ａｘｙｚに含まれるＸ方向検出信号Ａｘ、Ｙ方向検出信号Ａｙ、Ｚ方向検出信号Ａｚに基づいて、検出シャフト４の傾き方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）、傾斜角度を算出し、当該傾き方向データ、傾斜角度データ、及び時刻データを含む検出データを無線通信回路１１に送出する（図１２、Ｐ２，Ｐ３）。

上記無線通信回路１１は、上記傾き方向データ、傾斜角度データ及び時刻データを含む上記検出データに基づいて搬送波信号を変調し、上記各データを含む無線信号を生成して受信局に向けて送信する。受信局においては、上記無線信号を受信して、上記傾き方向データ、傾斜角度データ及び時刻データを復調することにより、上記検出装置１を設置している観測地点で地滑りが発生したこと、及び上記傾き方向、傾斜角度、時刻等の各データを確認することができる。

次に、岩石等の崩落の検出については、図９に示す方法により検出することができる。本発明に係る検出装置１を地面Ｇに固定し、一方、斜面に存在する崩落危険のある岩石３１にボルト３０を打ち込み、上記ボルト３０の係合リング３０’と上記検出シャフト４の係合リング４ｂ’との間にワイヤＷを張設することにより、警戒状態を設定する。このような警戒状態において、上記岩石３１が落下方向に移動したとすると、上記ワイヤＷが矢印Ｒ方向に引っ張られ、これにより検出シャフト４が傾動するため、上記シャフト傾斜センサＳ１により当該シャフト４の傾動を検出し、上記と同様の動作手順により、上記受信局にて上記岩石の崩落を検出することができる。

次に、がけ崩れ等を検出する場合は、検出装置１を単独で使用する。即ち、図８に示すように杭２を地面Ｇに打ち込み、その先端に検出部３を同様に取り付ける。この場合、上記と同様に検出部３の電源スイッチ１４をオンすると共に、切換スイッチ１５を本体傾斜センサＳ２側に切り換えて、本体傾斜センサＳ２のみに電源を供給し、シャフト傾斜センサＳ１はオフ状態に設定する。

かかる警戒状態において、がけ崩れ等により斜面が傾斜したとき、それに伴って検出装置１自体が傾斜することになるため、この場合は本体傾斜センサＳ２により、本体の傾きが検出され、上記と同様に無線通信回路１１から受信局に向けて傾き方向データ、傾斜角度データ及び時刻データが送信され、当該観測地点において、がけ崩れ等が発生したことを受信局にて確認することができる。

次に、本発明の他の実施形態を図１３及び図１４により説明する。図１３は本発明に係る検出装置１を２個用いたものであり、２つの検出装置１を所定距離離して地面に鉛直に打ち込み、両検出シャフト４、４の係合リング４ｂ’、４ｂ’をワイヤＷで接続し、ワイヤＷの長さを調節することにより、両検出シャフト４，４が互いに内側に傾いた状態で設定するものである。そして、図１３に示すように、両検出シャフト４、４が傾斜した状態を初期状態として設定する。このようにすると、地滑り等が発生し、両検出装置１，１間の距離が縮小した場合においても、両検出装置１，１間の距離が広がった場合においても、検出シャフト４，４が上記初期状態から傾動する。従って、地滑り等が発生し、上記初期状態から上記検出シャフト４、４の傾斜状態に変化を生じた場合において、当該傾斜状態の変化を検出することができる。

図１４（ａ）（ｂ）に示すものは、さらに複数の検出装置１を並設し、各検出装置１の係合リング４ｂ’をワイヤＷで接続したものである。この場合、各検出装置１の検出シャフト４は、同図（ａ）（ｂ）に示す傾斜状態を初期状態として設定することにより、地滑り等が発生し、当該初期状態から何れかの検出シャフト４が傾斜した場合に、これを検出することで、地滑り等の発生を検出することができる。

上記初期状態の設定は、例えば上記制御部１０に設定ボタンを設け、図１３又は図１４の傾斜状態における検出シャフト４の傾斜角度を初期値として設定し、当該初期値からの傾斜角度を検出し得るように構成することができる。

上述のように、検出シャフト４の傾斜によるシャフト傾斜センサＳ１と、本体傾斜による本体傾斜センサＳ２とを別々に設け、切換スイッチ１５により切り換えて使用できるように構成しているため、１つの検出装置１で、地滑り等の地面の平行移動の検出のみならず、従来から行われていたがけ崩れ等による斜面の傾斜の検出にも使用することができる。

以上のように、本発明によれば、地面が平行にスライドするような地滑り等であっても、その発生を確実に検出することができる。

また、１つの検出装置で上記地滑りのみならず、従来からの地面、岩盤等の崩壊等の検出をも行うことができる地滑り等の検出装置を実現し得るものである。

また、検出シャフトの傾斜をシャフト傾斜センサＳ１で検出する構成であるため、地面、岩盤等の微小な移動をも正確に検出することができ、地滑り等を初期の段階で早期に検出することができる。

また、本発明に係る検出装置を用いて、落石等の起こりやすい場所に落石が当たり易いようなワイヤＷの張設を行うことで、落石、倒木等を検出し得る検出装置を実現できる。さらに、本発明の検出装置１は、例えば、ワイヤＷを進入禁止区域の外周に張設しておき、不正侵入者の該ワイヤＷへの接触を検出することにより、防犯装置としても使用することができる。

本発明に係る地滑り等の検出装置の一実施形態の側面断面図である。 図１のＸ−Ｘ線断面図である。 同上装置の傾きセンサにおけるダイヤフラム及び錘を示す斜視図である。 同上装置の傾きセンサのダイヤフラム上の電極位置を示す図である。 同上装置の傾きセンサにおける正負電荷の発生の状況を示す図である。 同上装置の傾きセンサの状態を示す図であり、（ａ）は静止状態、（ｂ）はＸ軸又はＹ軸方向加速度が生じた状態、（ｃ）はＺ軸方向の加速度が生じた状態である。 同上装置により地滑り等を検出するための警戒状態を示す図である。 同上装置によりがけ崩れ等を検出するための警戒状態を示す図である。 同上装置により岩石等の落下を検出するための警戒状態を示す図である。 同上装置の検出シャフトの動きを示す該シャフト近傍の側面断面図であり、（ａ）は警戒状態、（ｂ）は地滑りが発生した状態を示す。 同上装置の電気的構成を示すブロック図である。 同上装置のＣＰＵの動作手順を示すフローチャートである。 同上装置により地滑り等を検出するための警戒状態を示す図である。 同上装置により地滑り等を検出するための警戒状態を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。

符号の説明

１ 検出装置
２ 杭
２’ 杭
３ 検出部
３ｄ 受座
４ 検出シャフト
４ｂ’ ワイヤ係合部
４ｃ 球状膨出部
６ スプリング
１１ 無線通信回路
Ｗ ワイヤ
Ｓ１ シャフト傾斜センサ
Ｓ２ 本体傾斜センサ

Claims (3)

1. 地面に打ち込み可能な杭と、該杭に装着される検出部とにより構成される地滑り等の検出装置であって、
   棒状の検出シャフトを設けて該シャフトの中間部に回動支点となる支点部を形成すると共に上記検出部にシャフト受部を設け、
   上記支点部を上記シャフト受部に保持することにより上記検出シャフトを上記支点部を以って上記検出部に対して傾動可能とし、
   かつ上記検出シャフトの下半部と上記検出部との間に複数のスプリングを設けて、これらのスプリングにより上記検出シャフトを直立状態に支持するように構成し、
   かつ上記検出シャフトに傾斜センサを取り付けると共に、上記検出シャフトの上端部にワイヤ係合部を設け、
   さらに、上記傾斜センサによる傾き検出信号を受信局に向けて無線送信する無線送信回路を上記検出部に設けたものであることを特徴とする地滑り等の検出装置。
2. 上記地滑り等の検出装置を地面に直立状態となるように打ち込み設置し、該検出装置から所定の距離だけ離間した位置に杭を打ち込み、上記検出装置の上記ワイヤ係合部と上記杭との間にワイヤを張設したものであることを特徴とする請求項１記載の地滑り等の検出装置。
3. 上記検出部に、該検出部本体の傾きを検出するための本体傾斜センサを、上記傾斜センサとは別途取り付け、
   さらに上記検出部に、上記傾斜センサと上記本体傾斜センサの何れかを選択的に動作状態とするための切換スイッチを設けたものであることを特徴とする請求項１記載の地滑り等の検出装置。

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