JP6326155B1

JP6326155B1 - 地盤傾斜計による地盤傾斜確認方法

Info

Publication number: JP6326155B1
Application number: JP2017017333A
Authority: JP
Inventors: 宏納谷; 昇林田
Original assignee: Rexxam Co Ltd
Current assignee: Rexxam Co Ltd
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2037-02-02
Also published as: JP2018124191A

Abstract

【課題】道路のり面、危険斜面、及び構造物等の地盤の傾斜を、専門的な計測値の解析や高価なシステムを必要とすることなく、迅速且つ容易に設置可能な地盤傾斜計を用いて簡易な方法で検出する。【解決手段】計測対象位置2における地盤の傾斜角度を測定するための二軸の重力加速度計センサーと、上記計測対象位置2における傾斜方位角度を特定する電子コンパスとを内蔵し、設置初期値からの相対的な傾斜角度及び傾斜方位角度のデータを出力可能とする地盤傾斜計1において、上記重力加速度計センサーは角度データ分解能が0.1°以下であるとともに、上記電子コンパスは方位データ分解能が±1.0°以下であって、上記地盤傾斜計1によって計測対象位置2における傾斜方位角度を経時的に測定するとともにその標準偏差を算出し、この標準偏差の値が計測対象位置2の非傾斜時の標準偏差の値の４分の１未満となった時点が計測対象位置2における地盤の傾斜時であることを確認可能とする。【選択図】図１

Description

本発明は、地すべりなどによる地盤の傾斜を地盤傾斜計によって確認するための傾斜確認方法に関するものである。

特開２００２−１６８６２１号公報

近年、局地的な短時間豪雨による土砂災害が多く発生している。このような土砂災害が発生した場合に被害を最小限にくいとどめるためには、土砂災害の発生やそのおそれなどを速やかに関係機関や住民に伝達し、警戒避難体制をとることが重要である。

そして従来より、地盤が変動したことを伝達するために、監視員による定期的な目視点検や、住民などからの通報といった手段が取られている場合が多い。しかし、監視員や住民は斜面防災の専門家ではないことが多い上に、目視点検のみでは斜面傾斜の有無を的確に判断することは困難であった。

そこで、特許文献１に示す如く、地盤の微小な傾斜についても検知可能な地盤傾斜計が以前から使用されている。この地盤傾斜計は、地すべりによる地盤の傾斜運動を観測することができるものであって、その結果から地すべりの移動状況を判定することを目的としている。

しかしながら、従来の地盤傾斜計はその取り扱いが煩雑なものであって専門の作業員が必要となるとともに、計測データの解析にも専門家を必要とするため結果を得るまでに時間及び高いコストがかかるものとなっていた。

そこで、本発明は上記の如き課題を解決しようとするものであって、道路のり面、危険斜面、及び構造物等の地盤の変動を、専門的な計測値の解析や高価なシステムを必要とすることなく、簡易な構成の地盤傾斜計を用いて迅速且つ容易に確認可能にしようとするものである。

本発明は上述の如き課題を解決するため、計測対象位置における地盤の傾斜角度を測定するための二軸の重力加速度計センサーと、上記計測対象位置における傾斜方位角度を特定する電子コンパスとを内蔵し、設置初期値からの相対的な傾斜角度及び傾斜方位角度のデータを出力可能とする地盤傾斜計を用いたものである。このように、本発明の地盤傾斜計は重力加速度計センサーと電子コンパスとで計測するものであるから、簡易な構成とすることができるため取り扱いが容易となるとともにコストを低く抑えることができる。

そして、上記重力加速度計センサーは角度データ分解能が0.1°以下であるとともに、上記電子コンパスは方位データ分解能が±1.0°以下としている。このようにすることにより、わずかな傾斜についてもデータとして出力することができるため、目視点検では判断できないレベルの地盤の変動についても容易に検知することが可能となる。

そして、上記地盤傾斜計によって計測対象位置における傾斜方位角度を経時的に測定するとともにその標準偏差を算出し、この標準偏差の値が計測対象位置の非傾斜時の標準偏差の値の４分の１未満となった時点が、計測対象位置における地盤の傾斜時であることを確認可能としたものである。このように、地盤傾斜計を用いて計測対象位置における傾斜角度や傾斜方位角度を測定するのみならず、この傾斜方位角度の標準偏差を算出することによって、計測対象位置での地盤傾斜の発生を確認することができるため、専門的な解析を必要とすることなく容易且つ迅速に地盤の変化を認識することが可能となる。

また、傾斜方位角度は、0.3秒間隔で測定したものであってもよい。傾斜方位角度を0.3秒間隔で測定して標準偏差を算出することにより、ほぼリアルタイムに地盤傾斜が発生したことを判断できる。そのため，地盤傾斜計に警報装置（サイレンや赤色灯等）を接続することにより、避難や作業中止、通行止め等の措置を速やかに取ることが可能となる。

また、地盤傾斜計は、計測対象位置に複数個配置したものであってもよい。このように地盤傾斜計を複数個配置することにより、より正確な地盤変動箇所を検知することができる。

本発明は上述の如く、重力加速度計センサーと電子コンパスとを備えた地盤傾斜計を用いて経時的に傾斜方位角度を測定し、計測対象位置の傾斜方位角度の標準偏差を算出することにより、計測対象位置における地盤傾斜の発生を容易に確認することができる。従って、高価なシステムの使用や専門的な数値の解析を必要とすることなく、簡易な構成の装置によって、従来の傾斜角度の測定や目視確認では判断が難しいレベルの地盤の斜面や構造物の変化を、容易且つ迅速に判断することが可能となる。

実施例1の地盤傾斜計を示す側面図。地盤の傾斜角度θを示す概念図。実施例1の計測対象位置を示す概念図。検証実験における傾斜角度の経時的変化を示すグラフ。検証実験における傾斜方位角度の経時的変化を示すグラフ。検証実験における傾斜方位角度の標準偏差を示すグラフ。実証実験における傾斜角度及び傾斜方位角度を示すグラフ。

本発明における実施例１を説明すると、図１に示す如く(１)は地盤傾斜計であって、内部に二軸の重力加速度計センサー(図示せず。)と電子コンパス(図示せず。)とを備えている。この地盤傾斜計(1)では、図２(a)の白抜き矢印にて示す垂直設置時の重力加速度ｇと図２(b)の斜線矢印にて示す傾斜時の計測加速度Ｃとを測定するとともに、ｇとＣの値の差から計測対象位置(2)の地盤の傾斜角度θ(測定分解能0.025°)を算出可能としている。

また上記電子コンパスによって、重力加速度計センサーが向いている方向(測定分解能0.9°)を計測し、傾斜方位角度を算出可能としている。尚、重力加速度計センサーの測定角度レンジは±30°、計測間隔は１分〜２４時間に設定することができるとともに、設定された基準値を超えた場合に、設定された基準値を超えたかどうかの判断を0.3秒間隔で行う。

そして上記の如き構成の地盤傾斜計(1)を、図３に示す計測対象位置(2)となる高速道路の切土のり面に設置した。この切土のり面では、傾斜全体の変化を観測するため３側線に合計１０基、図３に示すＡ−１〜Ａ−３、Ｂ−１〜Ｂ−２、Ｃ−１〜Ｃ−５の地点にそれぞれ設置した。また各地盤傾斜計(1)は、上記各地点に図１に示す如くコンクリートシール(3)にアンカーボルト(4)で留めて固定している。

そして上記地盤傾斜計(1)を用いて、この地盤傾斜計(1)を強制的に傾斜した際の検証実験を行った。この検証実験では、各地盤傾斜計(1)のうち、特にA-2、B-1、C-4の地点について観測を行った。またこの検証実験では、強制傾斜角度のステップ値を0.1°とし、図１(ｂ)に示す如く地盤傾斜計(1)の台座(5)下の一方のアンカーボルト(4)に、厚さ0.1mmのワッシャー(6)を2枚ずつ挟み込むことにより、のり面山側方向に0.1°間隔で傾きを与えた。

そして上記各地点の地盤傾斜計(1)について、段階的且つ経時的に傾きを変化させた。具体的には、強制傾斜角度を一定時間毎に0.1°ずつ５段階まで累積的に増加させ、６段階目で元の傾斜していない状態に戻した。また、傾斜１の傾斜角度を0.1°、傾斜２の傾斜角度を0.2°、傾斜３の傾斜角度を0.3°、傾斜４の傾斜角度を0.4°、傾斜５の傾斜角度を0.5°とし、傾斜６の傾斜角度を0.0°(ワッシャー(6)なし。)とするとともに、傾斜１〜６の各時間間隔を約５日間とした。尚、各地盤傾斜計(1)の測定誤差は、最大で約0.3°である。

上記方法によって行った検証実験の測定結果について、図４、５に示す。図４は、地盤傾斜計(1)における重力加速度計センサーによって検出された傾斜1〜傾斜６までの傾斜角度の経時変化をグラフに表したものである。また図５は、地盤傾斜計(1)の電子コンパスによって検出された傾斜1〜傾斜６までの傾斜方位角度の計測値の経時変化をグラフに表したものである。測定の結果、傾斜角度は図４に示す如く、角度の累積に伴って地盤傾斜計(1)の測定誤差を含みながら変化している。そしてA-2、B-1、C-4の各地点において、強制傾斜を付与した瞬間に階段状に傾斜角度が急激に上昇していることが読み取れる。

次に、傾斜方位角度は図５に示す如く、強制傾斜を与える傾斜1よりも前の時点、及び強制傾斜を解除した傾斜６以降では地盤傾斜計(1)が傾いておらず、傾斜方位角度の計測値が各方位に大きくばらついている。尚、本実施例の地盤傾斜計(1)は、最大で0.3°程度の誤差を有し、地盤傾斜計(1)が傾いていない垂直状態のときには、この誤差の範囲で傾斜方位角度の計測値が各方位にばらつくという特性を備えている。

そして図５に示す如く、A-2、B-1、C-4とも強制傾斜を付与する傾斜１までは傾斜方位角度の値が大きくばらついているが、傾斜２〜５の強制傾斜時では、その計測値がある一定の方位に集中するという傾向が見られ、強制傾斜角度が大きくなるに従ってその集中度合いが顕著となっている。

更に、この強制傾斜実験で得た傾斜方位角度のデータから、傾斜１〜傾斜６での各傾斜方位角度について標準偏差を算出した。その結果を表１及び図６に示す。

表１及び図６より、強制傾斜を与える前はA-2で88.9、B-1で258.5、C-4で299.2であったが、強制傾斜を与えることによりその値が小さくなり、傾斜角度が最大となる傾斜５では、A-2で7.7、B-1で21.0、C-4で5.5となった。即ち、A-2、B-1、C-4の全ての観測地点、及び傾斜１〜５のいずれの強制傾斜角度でも、強制傾斜を付与した後の標準偏差の値は、強制傾斜を付与する前の標準偏差の値の4分の1未満となった。

このように傾斜方位角度の計測値は、傾斜角度が大きくなるにつれてばらつきが小さくなり、ある方位角度に集約する傾向にある。即ち、傾斜方位角度がある方向に集約されると、地盤傾斜が生じたことを示すことになるといえる。従って、傾斜方位角度の集約は斜面の変動や構造物の傾斜の変化を判断するための指標となる。そして、このように傾斜方位角度が集約した時点が、計測対象位置(2)における地盤の傾斜時であると言えることから、傾斜方位角度の標準偏差を算出することによって、地盤の傾斜時点を容易に判断することができる。

次に、この強制傾斜実験の結果を実証するために、上記検証実験の際にA-1〜A-3、B-1〜B-2、C-1〜C-5の地点に設置した地盤傾斜計(1)を用いて実証実験を行った。まず、ある年の６月〜１１月の間、上記地盤傾斜計(1)を設置してこの地盤傾斜計(1)で観測された観測データを確認した。上記期間中、８月２日〜４日にかけての３日間は、台風による降雨量815.5mm、時間最大雨量74.0mmを記録している。

その結果、降水量が多い７月２４日〜８月１３日の期間に地盤の変化が確認されている。この期間の観測データを詳しく解析すると、C-1、C-5の地点において傾斜角度及び傾斜方位角度に変化がみられた。但し、C-2、C-3、C-4とＡ側線、Ｂ側線では明らかな変化は計測されなかった。

そして特にC-5が設置されている切土のり下段付近では、シールコンクリートに約45mmの段差と約50mmのせり出しが発生していた。C-5における傾斜角度、傾斜方位角度、及び降水量の各観測データを記録したグラフを図７に示す。図７より、C-5の傾斜角度の計測値は、７月30日〜31日に＋0.1°程度変化し、その後累積しているように見える。しかし、その前後の傾斜計測値の周期変動が最大約0.2°あり、0.1°程度の変化はこの周期変動より小さいため明確に傾斜変動したかどうかの判断はできない。

その一方、図７に示す傾斜方位角度のばらつきは、７月２９日までと７月３０日以降とで明確に違いが見られる。即ち、傾斜方位角度の標準偏差(2σ)は、７月２４日〜７月２９日までの３日間は239.0であるが、雨が降り始めた７月３０日〜８月１日では43.4と傾斜前の４分の１以下に急激に減少し、降雨量が多くなった８月２日〜８月４日では27.2と更にその値が減少した。そして、７月３０日以降の傾斜方位角度の平均は294.2であり、ほぼ斜面谷川の道路本線方向に切り土のり面が傾斜変動したことを示している。

以上の結果より、７月３０日以降の傾斜方位角度の標準偏差の値が７月２９日までの値の４分の１以下に減少しており、この標準偏差の値の変化は、降雨量が増える８月２日より前の７月３０日０：００にのり面中段付近の変化が発生したことを捕らえていたと考えられる。

このように、この実証実験の結果からも、地盤が傾斜することによって傾斜方位角度の計測値が集約されることから、本実施例の如く地盤傾斜計(1)の傾斜方位角度のばらつき度合いを数値化して標準偏差を算出することにより、従来から使用されている地盤傾斜計(1)や目視では判断できないレベルの斜面や構造物の微細な変化をはっきりと確認することが可能となる。

１地盤傾斜計
２計測対象位置

Claims

計測対象位置における地盤の傾斜角度を測定するための二軸の重力加速度計センサーと、上記計測対象位置における傾斜方位角度を特定する電子コンパスとを内蔵し、設置初期値からの相対的な傾斜角度及び傾斜方位角度のデータを出力可能とする地盤傾斜計において、上記重力加速度計センサーは、角度データ分解能が0.1°以下であるとともに、上記電子コンパスは、方位データ分解能が±1.0°以下であって、上記地盤傾斜計によって計測対象位置における傾斜方位角度を経時的に測定するとともにその標準偏差を算出し、この標準偏差の値が計測対象位置の非傾斜時の標準偏差の値の４分の１未満となった時点が、計測対象位置における地盤の傾斜時であることを確認可能としたことを特徴とする、地盤傾斜計による地盤傾斜確認方法。
傾斜方位角度は、0.3秒間隔で測定したことを特徴とする請求項１の地盤傾斜計による地盤傾斜確認方法。
地盤傾斜計は、計測対象位置に複数個配置したことを特徴とする請求項１の地盤傾斜計による地盤傾斜確認方法。