JPH10253763A - 岩石又は岩盤の破壊予知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 岩石又は岩盤の微小破壊の発生地点を正確に
特定できる岩石又は岩盤の破壊予知方法を提供する。 【解決手段】 測定対象領域内の複数地点の地中の岩石
又は岩盤中に空洞を形成し、それぞれに光検出器を埋設
する。そしてそれぞれの光検出器を常時作動状態にし
て、空洞内部の光の有無及び光の強度の測定を通時的に
行なう。測定信号は信号処理地点に送信し、それぞれの
測定地点の位置と対応させて観察する。これによって岩
石又は岩盤で微小破壊が起きる際に発生する光を捉ら
え、発生地点と発生時期を検知し、引き続く破壊を予知
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、岩石又は岩盤の微
小破壊に引き続く破壊を予知する岩石又は岩盤の破壊予
知方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】地震発生の際には、前兆現象として電磁
気現象や発光現象等の様々な異常現象が発生する。この
原因は、岩石又は岩盤が破壊される事前の微小破壊によ
るものであろうと考えられており、この前兆現象を検出
することによって、引き続く地震を予知することが可能
である。従来、この電磁気現象を利用した予知方法とし
ては、ＶＡＮ法(P.Varotsos and M.Lazaridon:Techton
ophsics,188(1991)321）などがある。この方法は、地中
の複数地点に測線を張り、地電位を測定するものであ
る。また、発光現象に関しては、実験室レベルで岩石破
壊の際の発光が確認されているが（B.T.Brady and Glen
A.Rowell, Nature,321(1986))、実際の地震予知には利
用されていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記ＶＡＮ法におい
て、岩石又は岩盤の微小破壊発生地点の特定は、各測定
地点で測定された地電位を相互比較し、発生方向を推定
することによって行なわれていた。しかし地電位は、雷
雲の影響や日常生活からでる電磁ノイズなどの影響が大
きく、発生地点の特定が困難であり、また特定されても
その誤差が大きいという問題があった。

【０００４】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、岩石又は岩盤の微小破壊の発生地点を正
確に特定できる岩石又は岩盤の破壊予知方法を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、岩石又は岩盤の前記微小破壊に引き続く
破壊を予知する岩石又は岩盤の破壊予知方法において、
測定対象領域内の複数地点の地中の岩石又は岩盤中に空
洞を形成し、それぞれに光検出器を埋設し、それぞれの
光検出器を常時作動状態にして、空洞内部での光の有無
及び光の強度の測定を通時的に行ない、測定結果を測定
信号に変換して、その測定信号を信号処理地点に送信
し、その信号処理地点において、測定信号をそれぞれの
測定地点の位置と対応させて観察することにより、岩石
又は岩盤で微小破壊が起きる際に発生する光を捉らえ、
これにより微小破壊の発生地点と発生時期を検知するこ
とを特徴としている。上記本発明によると、岩石又は岩
盤の微小破壊の検出に、破壊箇所から発生する光が利用
される。光は岩石又は岩盤中を伝搬しないので、空洞内
で発生した光のみが光検出器によって検出される。よっ
て、光が検出された場合、微小破壊の発生地点は、その
光の検出された光検出器の埋設されている地点と限定さ
れる。

【０００６】また、複数地点に光検出器を埋設し、通時
的に光の有無及び強度を測定し、測定信号をそれぞれの
地点の位置と対応させていることから、微小破壊の発生
を逃すことなく捉えることができ、光の強度より微小破
壊の規模、さらに微小破壊が時間とともに移動してる場
合には、それらの関係より破壊の進行方向、速度等が検
出される。

【０００７】更に、測定信号は信号処理地点に送信され
るので、危険箇所で微小破壊の測定が行なわれる場合で
あっても、信号処理地点を安全な所に設置することによ
って、測定信号の観察・解析等を危険性のない状態で行
なうことができる。

【０００８】また、本発明は、空洞を形成する測定地点
を測定対象領域内に一定間隔で分散させて配置したこと
を特徴としてもよい。

【０００９】上記本発明によると、対象領域内を均等に
測定でき、送信された信号をそれぞれの測定地点の位置
と対応させて観察・解析等を行なう場合に、情報が整理
しやすい。

【００１０】さらに、本発明は、上記の測定地点のそれ
ぞれに複数個の前記光検出器を配置したことを特徴とし
てもよい。

【００１１】上記本発明によると、一地点に複数個の光
検出器が配置されているので、偶発的に一つの光検出器
にノイズとして光が入射した場合でも、同地点の他の光
検出器の信号と比較することによってこの情報を排除す
ることができる。

【００１２】なお、本発明において、岩石又は岩盤と
は、天然の岩石又は岩盤に限定することなく、トンネ
ル、岸壁等における、壁面の崩落防止用にコンクリート
等で形成された岩壁も含むものとする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて説明する。なお、同一部分には同
一符号を付すこととする。

【００１４】図１は、本発明の第１実施形態形態に係る
岩石又は岩盤の破壊予知方法を適用したシステムの説明
図であり、図２は、図１における、岩石又は岩盤中に設
けられた個々の光検出器埋設地点１を拡大した拡大垂直
断面図である。

【００１５】第１実施形態に係る岩石又は岩盤の破壊予
知方法は、空中写真等を用いて予め探査された、断層が
存在する地域に適用されている（図１参照）。それは、
地震の前兆減少として岩石又は岩盤に力がかかった場
合、地殻中の断層部は地盤が弱いため、他の部分に比べ
て微小破壊が起こりやすく、本発明が最も効果的に適用
できるからである。

【００１６】まず、図１中において楕円で囲んである光
検出器埋設部１を図２を用いて説明する。個々の光検出
器埋設部１には、地表２から地中の岩盤３まで細孔４が
形成されており、細孔４の先端から更に下方には、球形
の空洞５が形成されている。その空洞５の内部には、空
洞５内壁の崩落、及び光検出器の汚れ防止のため地上よ
り透光性樹脂が注入され、硬化して樹脂成型体６を形成
している。

【００１７】また、細孔４の先端で樹脂成型体６との境
界部７には、光検出器として４個（図２において記載さ
れているのはそのうち２個である）のＰＭＴ（光電子増
倍管）８、がその受光面を下にして設置されている。な
お、受光面と樹脂成型体６との間は密着することによっ
て光学的に接続されている。また、細孔４の上部は蓋９
によって遮光されている。

【００１８】次に本実施形態と形態の方法を適用したシ
ステムの全体の構成を図１を用いて説明する。断層が存
在する領域内の、格子点状に配列されている複数地点
（Ａ〜Ｐ）に、上述した光検出器埋設部１がそれぞれ設
けられている。それぞれの光検出器埋設部１のＰＭＴ８
には複線のコード１０が接続されており、そのコード１
０の他端は地盤の安定している所に設置された信号処理
施設１００内の電力供給源１０１、及び信号処理装置１
０２へと接続されている。ここで、コード１０は切断等
の危険性を減少させるため地中を通して配線してある。
ＰＭＴ８への電力供給はこのコード１０を介して信号処
理施設１００内の電力供給源１０１より行なわれる。ま
た、信号処理装置１０２は、ＰＭＴ８より送信されてき
た検出光子数を表す信号を測定地点の位置座標及び検出
時間と対応させる処理をするもので、その処理結果はプ
リンタ１０３で出力できるようになっている。さらに、
信号処理装置１０２では、それぞれの測定地点にＰＭＴ
が４個設置されているため、それぞれ４つの信号が送信
されてくるが、偶発的なノイズを除去するために１個の
ＰＭＴにおいてのみ異常な数値を示した場合は、それを
排除するようになっている。

【００１９】信号処理装置１０２では、様々な表示方法
が考えられるが、例えば、図３に示すように、横軸２０
０を時間にとって通時的に各測定地点（Ａ〜Ｐ）の検出
光子数を表す方法と、図４に示すように、基準となる測
定地点（例えば点Ａ）を原点として、縦軸３０１を測定
領域の南北方向に、横軸３０２を東西方向にとり、他の
測定地点（Ｂ〜Ｐ）を実際の位置座標と対応したグラフ
上の座標上に配置し、ある時間での、それぞれの検出光
子数を黒丸の直径で表す方法を選択できるようにしてお
く。

【００２０】次に、本実施形態に係る岩石又は岩盤の破
壊予知方法を説明する。まず、電力供給源１０１よりＰ
ＭＴ８に電力を供給しＰＭＴ８を作動状態にし、さらに
信号処理装置１０２、及びプリンタ１０３もスイッチを
入れ、測定を開始する。信号処理装置１０２の表示方法
は、図３で示した通時的に検出光子数を表す方法にし
て、プリンタ１０３で通時的に出力を続ける。正常時、
すなわち岩石又は岩盤中に微小破壊が生じていない状態
においては、空洞５の内部には光が存在しないので、プ
リンタ１０３の検出光子数はノイズレベルを示し続ける
（図３（ａ）の部分）。

【００２１】前兆現象の発生時（時刻ｔ₁）、すなわち
地震等の原因となる岩石又は岩盤破壊の前兆として例え
ば点Ｅで空洞５の内壁に微小破壊が生じた場合、この微
小破壊箇所で光が発生する。この光は空洞５の内壁面か
ら樹脂成型体６に入射し、この内部を透過してＰＭＴ８
に入射して検出される。検出光に対応したＰＭＴ８の出
力信号は、ＰＭＴ８からコード１０を介して信号処理装
置１０２へ伝達され、点Ｅでの検出光子数はノイズレベ
ルとは異なった異常な値を示す（図３（ｂ）の部分）。

【００２２】この場合に信号処理装置１０２において処
理方法を図４に示す時間を固定した表示方法に切り換
え、例えば、図４（ａ）で示されている時刻ｔ₁の場合
と図４（ｂ）で示されている時刻ｔ₂の場合の、微小破
壊発生地点及び強度等を比較することにより、微小破壊
の位置、規模、進行方向、速度等の情報を把握する。そ
して引き続く地震、すなわち岩石又は岩盤の本格的な破
壊の発生を予知する。

【００２３】本実施形態によると、岩石又は岩盤の微小
破壊の検出に、破壊箇所から発生する光が利用される。
光は岩石又は岩盤中を伝搬しないので、空洞５内で発生
した光のみがＰＭＴ８によって検出される。よって、光
が検出された場合、微小破壊の発生箇所は、その光の検
出されたＰＭＴ８の埋設されている地点と限定すること
ができる。

【００２４】また、空洞を複数地点に設け、通時的に光
検出器の有無及び強度を測定し、測定信号をそれぞれの
地点の位置と対応させていることから、まず、微小破壊
の発生を逃すことなく捉えることができ、また微小破壊
の発生地点、規模、進行方向、速度、が検出できる。

【００２５】更に、測定信号は地盤の安定している所に
設置された信号処理施設１００に送信されるので、地震
が発生した場合も危険性の少ない状態で測定信号の観察
・解析等を行なうことができる。

【００２６】また、ＰＭＴ８を規則正しく、格子点状に
配列しているので、信号処理装置１０２において、送信
された信号をそれぞれの測定地点の位置と対応させて観
察・解析等を行なう場合に、位置が一定間隔の座標で表
されるので情報が整理しやすい。

【００２７】更に、本発明は、前記複数地点には、それ
ぞれに４個のＰＭＴ８が配置され、１つのＰＭＴ８にの
み検出された偶発的なノイズを排除しているので、デー
タの信頼性が高い。

【００２８】また、本実施形態によると、空洞５が設け
られ、内に透光性樹脂が注入され硬化しているので、樹
脂成型体６と空洞５内壁が密着又は十分に近接してい
る。よって、個々のＰＭＴ８の光検出可能領域が広が
り、また空洞５の内壁から放射された光は、内壁より崩
落する崩落片などにより遮られることなく、樹脂成型体
６に入射することができる。また空洞５内が樹脂成型体
６で占められているため空洞５の内壁が崩落して空洞が
埋まることがない。

【００２９】更に、樹脂成型体６とＰＭＴ８は密着する
ことにより光学的に接続されているので、ＰＭＴ８の受
光面が汚染されない。よって長期にわたり測定を継続し
ても、空洞５の内壁から放射される光の量とＰＭＴ８の
検出値の間の相対関係は一定に保たれるので、検出デー
タの長期的信頼性が確保できる。

【００３０】次に本発明に係る岩石又は岩盤の破壊予知
方法を、岩石をくりぬいて形成されたトンネルの崩落予
知方法に適用した第２実施形態について説明する。な
お、ここで、第１実施形態と重複する説明は省略する。
図５は、本実施形態を適用したトンネルの概略図であ
り、図６は、図５のＡ点における岩石中に設けられた光
検出器埋設部１を拡大した垂直断面図である。

【００３１】まず図６を参照して、個々の光検出器埋設
部１の説明をする。個々の光検出器埋設部１には、トン
ネル表面２から岩石３の内部に細孔４が設けられてい
る。その細孔４の内部には第１実施形態と異なり空洞を
設けることなく、直接細孔４内に、透光性樹脂が注入さ
れ、硬化して樹脂成型体６を形成している。樹脂成型体
６内部には、光検出器として３個（図６において記載さ
れているのはそのうち２つである）のＰＭＴ（光電子増
倍管）８が挿入されている。これら光検出器埋設部１
は、図５に示すように、トンネル内壁沿って格子点状に
配列している複数地点に設けられている。

【００３２】信号処理装置１０２の表示方法は、第１実
施形態における図３と同様の通時的に検出格子数を表す
方法と、表示内容は図４に示す場合と同じであるが、測
定地点のトンネル形状に合わせた形で表示する（図７参
照）の方法を用いる。

【００３３】第１実施形態と同様に測定を開始し、トン
ネルの崩落の前兆現象として、例えば点Ｅの岩石に微小
破壊が生じたとき、図３（ｂ）のようにある点において
異常値が検知される。この場合に図７の表示方法に切り
換え、微小破壊の位置（図中黒丸４０１の位置）、規模
（黒丸４０１の大きさ）、進行方向、速度等の情報を把
握し、引き続くトンネルの崩落を予知する。

【００３４】本実施形態によると、トンネルの崩落を予
知することができ、微小破壊発生箇所に対策を施すこと
によって、崩落を未然に防止することができる。

【００３５】なお、本発明は、上記の第１、第２実施形
態に限定されることなく、種々の変形が可能である。光
検出器は、ＰＭＴに限定されず、ＡＰＤ(アバランシェ
フォトダイオード）又は微弱光用ＴＶカメラなどの微弱
光も検出できるものであればよく、カメラタイプの光検
出器の場合には発生した光の分布を測定できる。また光
検出器の数も、３個及び４個に限定されるものでなく１
以上であればよい。また、信号処理装置の表示方法も、
時間、強度、位置の関係を表すものであればよい。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、岩石又
は岩盤の微小破壊の検出に、破壊箇所から発生する光が
利用され、光は岩石又は岩盤中を伝搬しないので、空洞
内で発生した光のみが光検出器によって検出される。よ
って、光が検出された場合、微小破壊の発生箇所は、そ
の光の検出された光検出器の埋設されている地点と限定
することができる。

【００３７】また、複数地点に光検出器を埋設し、通時
的に光の有無及び強度を測定し、測定信号をそれぞれの
地点の位置と対応させていることから、まず、微小破壊
の発生を逃すことなく捉えることができ、また光の強度
より微小破壊の規模、さらに微小破壊が多数の地点で発
生している場合にはそれらの関係より破壊の進行方向、
速度等を検出することができる。

【００３８】更に、測定結果は測定信号に変換され、そ
の測定信号は信号処理地点に送信されるので、危険箇所
で微小破壊の測定が行なわれる場合であっても、信号処
理地点を安全な所に設置することによって、測定信号の
観察・解析等を危険性のない状態で行なうことができ
る。

【００３９】ここで、測定対象領域内に一定間隔で測定
地点に分散させて配置すれば、上記効果に加え、信号処
理地点において、送信された信号をそれぞれの測定地点
の位置と対応させて観察・解析等を行なう場合に、位置
が規則正しい座標で表されるので情報が整理しやすくな
る。

【００４０】また、測定地点に複数個の光検出器を配置
すれば、上記効果に加え、偶発的に一つの光検出器にノ
イズとして光が入射した場合でも、同地点の他の光検出
器の信号と比較することによってこの情報を排除するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態形態に係る岩石又は岩盤
の破壊予知方法を適用した地中の垂直断面図である。

【図２】図１における、岩石又は岩盤中に設けられた個
々の光検出器埋設部５０を拡大した拡大垂直断面図であ
る。

【図３】各測定地点の通時的な検出光子数を表したグラ
フである。

【図４】時間を固定した場合の各測定地点の通時的な検
出光子数を表した図である。

【図５】本実施形態を適用したトンネルの概略図であ
る。

【図６】図５のＡ点における岩石中に設けられた光検出
器埋設部１を拡大した垂直断面図である。

【図７】時間を固定した場合の各測定地点の通時的な検
出光子数を表した図である。

【符号の説明】

１…光検出器埋設部、２…地表、３…岩盤、４…細孔、
５…空洞、６…樹脂成型体、７…境界部、８…ＰＭＴ、
９…蓋、１０…コード、１００…信号処理施設、１０１
…電力供給源、１０２…信号処理装置、２００…横軸、
３０１…縦軸、３０２…横軸。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 岩石又は岩盤の微小破壊に引き続く破壊
   を予知する岩石又は岩盤の破壊予知方法において、 測定対象領域内の複数地点の地中の岩石又は岩盤中に空
   洞を形成し、それぞれに光検出器を埋設し、 それぞれの前記光検出器を常時作動状態にして、前記空
   洞内部での光の有無及び光の強度の測定を通時的に行な
   い、 測定結果を測定信号に変換して、該測定信号を信号処理
   地点に送信し、 該信号処理地点において、前記測定信号をそれぞれの測
   定地点の位置と対応させて観察することにより、 前記岩石又は岩盤で微小破壊が起きる際に発生する光を
   捉らえ、これにより微小破壊の発生地点と発生時期を検
   知することを特徴とする岩石又は岩盤の破壊予知方法。
2. 【請求項２】 前記空洞を形成した前記測定地点を、前
   記測定対象領域内に一定間隔で分散させて配置したこと
   を特徴とする請求項１に記載の岩石又は岩盤の破壊予知
   方法。
3. 【請求項３】 前記測定地点には、それぞれに複数個の
   前記光検出器を配置したことを特徴とする請求項１に記
   載の岩石又は岩盤の破壊予知方法。