JPH11160172A

JPH11160172A - 土砂崩壊監視装置

Info

Publication number: JPH11160172A
Application number: JP34705797A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Sasaki; 寿朗佐々木
Original assignee: Nippon Koei Co Ltd
Current assignee: Nippon Koei Co Ltd
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 1999-06-18

Abstract

(57)【要約】【目的】土砂のゆっくりとした堆積や流出を確実に検
知でき、しかも広範囲の検知区間の監視を低価格で提供
できる装置を提供することを目的とする。【構成】土砂の流出個所及び／又は堆積個所に埋設さ
れ、地圧の変化を液圧の変化として捕らえる圧力チュー
ブ１９と、この圧力チューブ１９に連結され、内圧の変
化を検出する圧力センサ３０と、検出データを解析する
データロガー３１とからなる装置である。このような装
置において、土砂１６が徐々にゆっくりと堆積し、次第
に圧力チューブ１９内部圧力が上昇し、警戒量に達し、
予め設定された圧力を越えると、データロガー３１から
検知信号が出力して危険状態発生を知らせ、また、土砂
１７がゆっくりと流出し、次第に圧力チューブ１９内部
圧力が下降して警戒量に達し、予め設定された圧力以下
になると、データロガー３１から検知信号が出力して危
険状態発生を知らせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、線路、道路、堤
防、人家などの近くの傾斜地において、土砂が徐々にゆ
っくりと堆積したり、流出したりしたときの地圧変化を
確実に検出して、保守管理に役立てたり、２次災害を防
止するするための土砂崩壊監視装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】傾斜地における土砂崩壊や地滑りをその
発生源で検出するには、従来より光ファイバーを使用す
る方法、ＡＥロッドを使用する方法などが知られてい
る。これらのうち、光ファイバーを使用する方法は、土
砂崩壊や地滑りの方向に対して略直角に光ファイバーを
張設し、土砂崩壊や地滑りにより光ファイバーが伸びた
り、屈折したり、切断したときの後方散乱光の減衰量の
変化、光の周波数の変化などを検知するものである。

【０００３】また、ＡＥロッドを使用する方法は、土砂
崩壊や地滑りの地点に、ＡＥ（アコーステックエミッシ
ョン）センサを取り付けたウェーブガイドパイプを埋設
しておき、土砂崩壊や地滑りが生じたときに、それまで
に蓄えられていた歪エネルギーが音となって伝播し、こ
の音を電気信号に変換し、出力するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記光ファイバーを使
用する方法やＡＥロッドを使用する方法は、多量の土砂
が短時間で崩壊したり地滑りしたりする場合の検出には
有効である。しかし、崩壊が比較的弱い降雨に伴う土粒
子の弱い流出により長時間かけて徐々にゆっくりと進行
して堆積したり流出する場合には、これら従来の方法
は、不向きである。

【０００５】具体的には、図１に示すように、盛土１３
の上に路床１２を形成し、その上に枕木１１を並べて線
路軌道１０を敷設しているような場合、このような鉄道
沿線に隣接された１００〜５００ｍ規模の長い線路脇斜
面１５は、傾斜勾配が１：１．５程度と緩く切られるこ
とがある。もし、地山材料が軟質であると、線路脇斜面
１５における崩壊土砂１７の崩壊が比較的弱い降雨に伴
う土粒子の弱い流出により徐々にゆっくりと進行する形
で発生して、側溝１４などのある斜面法尻１８にゆっく
りと少しずつ堆積土砂１６が堆積する。

【０００６】このような場合の土砂崩壊監視用として上
記の光ファイバー法やＡＥロッド法を用いる場合には、
以下のような問題点を有していた。１）光ファイバーは、土砂が徐々にゆっくりと堆積した
り、流出したりする場合、光ファイバーの伸び、屈折な
どが小さくて後方散乱光の変化をほとんど起こさず、セ
ンサとして作動しないか、作動しても他の原因によるも
のかの判断ができにくい。２）センサとしての光ファイバーは、安価であるが、検
出信号の計測、解析などの計測機器が極めて高価であ
る。３）光ファイバーの計測機器は、周波数特性を分析する
などにより崩壊位置を特定するが、そのための演算に数
分間もかかり、緊急を要する装置には不向きである。４）ＡＥロッドを土砂崩壊や地滑りの予測地点に埋設し
たとしても、土砂が徐々にゆっくりと堆積したり、流出
したりする場合、ＡＥロッドが硬いので、このＡＥロッ
ドに沿って流出する土砂によって歪エネルギーが音とな
って伝播するまでには至らず、センサとして作動しない
可能性が高い。５）ＡＥロッドの計測機器は、比較的安価であるが、Ａ
Ｅロッドが１ｍ当り４〜５ｋｇあり、監視個所への埋設
工事が面倒で、作業性が悪い。

【０００７】本発明は、土砂が徐々にゆっくりと堆積し
たり、流出したりする場合における崩壊や堆積を確実に
検知でき、しかも広範囲の検知区間の監視を低価格で提
供できる装置を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、土砂の流出個
所及び／又は堆積個所に埋設され、地圧の変化を液圧の
変化として捕らえる圧力チューブ１９と、この圧力チュ
ーブ１９に連結され、この圧力チューブ１９の内圧の変
化を検出する圧力センサ３０と、この圧力センサ３０の
検出データを解析するデータロガー３１とからなる土砂
崩壊監視装置である。

【０００９】前記圧力チューブ１９は、外力や外気温度
の変化などで伸縮することがないが、容易に変形しやす
い材料で、加圧されたとき堆積する堆積土砂１６の重量
で容易につぶれて、圧力チューブ１９の内部に充填され
た液体に圧力上昇をもたらし、加圧を解除されたとき圧
力差で容易に膨らんで、内圧の減少をもたらすものであ
り、圧力チューブ１９の内部に注入される液体は、外気
温度による膨張係数ができるだけ小さく、また、外気温
度で凍結しにくい不凍性とし、かつ、液体を含めた圧力
チューブ１９全体の比重を土砂の比重と同程度以上とし
たものが使用される。

【００１０】以上のような構成において、土砂の堆積し
易い個所に設置された土砂崩壊監視装置では、堆積土砂
１６が徐々にゆっくりと堆積し、次第に圧力チューブ１
９内部圧力が上昇する。そして、堆積土砂１６の堆積量
が警戒量に達し、予め設定された圧力を越えると、デー
タロガー３１から検知信号が出力して危険状態発生を知
らせる。

【００１１】土砂の崩壊し易い個所に設置された土砂崩
壊監視装置では、崩壊土砂１７が徐々にゆっくりと流出
し、次第に圧力チューブ１９内部圧力が下降する。そし
て、崩壊土砂１７の崩壊量が警戒量に達し、予め設定さ
れた圧力以下になると、データロガー３１から検知信号
が出力して危険状態発生を知らせる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の基本的な原理は、線路脇
斜面１５の崩壊などによる土砂の流出個所及び／又は堆
積個所の地圧の変化を、予め埋設してある圧力チューブ
１９内の液圧の変化として捕らえ、土砂崩壊を検知する
ものである。

【００１３】具体的実施例を図１〜図３に基づき説明す
ると、圧力チューブ１９の一端に注液装置２１を連結
し、他端に空気抜き装置２６を連結し、また、前記注液
装置２１には、圧力センサ３０を設け、この圧力センサ
３０は、データロガー３１、パソコン３２に順次結合し
てなるものである。

【００１４】前記圧力チューブ１９は、直径が２０〜１
００ｍｍ程度で、長さが１０〜３０ｍ程度のものを１単
位とする。前記圧力チューブ１９は、外力や外気温度の
変化などで伸縮することがないが、容易に変形しやすい
材料からなり、加圧されたときと、加圧を解除されたと
きに次の特性を有するものが用いられる。１）加圧時の特性：埋設時の被り土圧又はその上に堆積
する堆積土砂１６の重量で容易につぶれて、圧力チュー
ブ１９の内部に充填された液体に圧力上昇をもたらすも
のであること。２）加圧解除時の特性：被り土圧の流出による被り土圧
の減少と内圧の差で容易に膨らむか又は予め堆積土砂１
６の重量でつぶれている状態から膨らんで、内圧の減少
をもたらすものであること。

【００１５】前記注液装置２１は、注液パイプ２３、チ
ーズ２４、ユニオン２５、前記注液パイプ２３に設けた
バルブ２２等からなり、バルブ２２を開いて注液パイプ
２３からチーズ２４、ユニオン２５を経て圧力チューブ
１９の内部に液体が注入される。この液体は、外気温度
による膨張係数ができるだけ小さく、また、外気温度で
凍結しにくい不凍性が好ましい。また、埋設した圧力チ
ューブ１９が降雨などによる地下水位の上昇による浮力
を受けて浮き上がらないように、液体を含めた圧力チュ
ーブ１９全体の比重を土砂の比重と同程度以上とする。

【００１６】前記空気抜き装置２６は、ユニオン２７、
チーズ２８、バルブ２９などからなり、圧力チューブ１
９内の空気が抜けた状態でバルブ２９を閉めて液体で充
填された圧力チューブ１９内を一定圧に保持する。

【００１７】前記注液装置２１には、シリコンダイヤフ
ラム型、力平衡式などの圧力センサ３０が取り付けられ
る。この圧力センサ３０は、注液装置２１に取り付ける
場合に限られるものではなく、空気抜き装置２６側に取
り付けても、また、圧力チューブ１９の途中に取り付け
ても良く、要するに圧力チューブ１９の内部の圧力を検
出できる個所であればよい。

【００１８】以上のように構成された土砂崩壊監視装置
９は、土砂の堆積しやすい個所や土砂が崩壊しやすい個
所に埋設される。例えば、鉄道沿線においては、図１に
示すように、堆積土砂１６は、路床１２の天端から斜面
高さ５０ｃｍ程度に達して堆積すると考えられる。この
場合、側溝１４と斜面法尻１８との間には、７０ｃｍ程
度の堆積土砂１６が堆積する。このような土砂の堆積し
易い個所に、埋設溝２０を掘削して複数個の土砂崩壊監
視装置９を順次一直線上に設置し、埋め戻し土３３で埋
設する。また、線路脇斜面１５の途中であってゆっくり
と土砂の崩壊や流出が行われている個所にも、埋設溝２
０を掘削して複数個の土砂崩壊監視装置９を順次一直線
上に設置し、埋め戻し土３３で埋設する。

【００１９】以上のような構成による作用を説明する。
土砂の崩壊や堆積のない状態では、圧力チューブ１９に
圧入した液体の圧力と埋め戻し土３３による圧力とによ
り所定の圧力が発生し、すべての土砂崩壊監視装置９の
初期圧力としてそれぞれデータロガー３１にて集計さ
れ、パソコン３２で表示され、さらに、必要に応じて記
録紙に波形データが記録される。

【００２０】土砂の堆積し易い個所に設置された土砂崩
壊監視装置９では、堆積土砂１６が徐々にゆっくりと堆
積し、次第に圧力チューブ１９の内部圧力が上昇する。
そして、堆積土砂１６の堆積量が警戒量に達し、予め設
定された圧力を越えると、データロガー３１から検知信
号が出力して危険状態発生を知らせる。この場合におい
て、圧力チューブ１９を動物や人間が踏み付けたり、小
さな落石があったりしたときのパルス状の信号が予め設
定された圧力を越えても、出力信号が現われるので、こ
のようなノイズには作動しないようにしなければならな
い。そのためには、堆積土砂１６の堆積量の速度や、内
部圧力の積分値を用いてノイズをできるだけ排除するよ
うにすることが必要である。また、図１に示すような鉄
道沿線においては、線路軌道１０に土砂が被る前に検知
しなければならないので、圧力チューブ１９を堆積土砂
１６の最も多く堆積する個所に設置するだけでなく、線
路軌道１０の近くの路床１２など複数個所に設置して複
数の圧力チューブ１９の出力の総合的な判断で監視する
ようにする。

【００２１】土砂の崩壊し易い個所に設置された土砂崩
壊監視装置９では、崩壊土砂１７が徐々にゆっくりと流
出し、次第に圧力チューブ１９の内部圧力が下降する。
そして、崩壊土砂１７の崩壊量が警戒量に達し、予め設
定された圧力以下になると、データロガー３１から検知
信号が出力して危険状態発生を知らせる。また、この崩
壊土砂１７がゆっくりと流出している個所と、堆積土砂
１６がゆっくりと堆積している個所とが、上下位置にあ
るなど、土砂崩壊と堆積が相互に関連している個所にお
いては、流出個所の圧力チューブ１９の内部圧力と、堆
積個所の圧力チューブ１９の内部圧力との関連性を常に
把握しながら監視するようにすれば、ノイズを排除して
信頼性の高い監視ができる。

【００２２】本発明による土砂崩壊監視装置９の有効性
を確認するために行った実験結果は以下の通りである。「実験１」図４（ａ）に示すように、圧力チューブ１９
は、内径５０ｍｍ、長さ２０ｍのビニール製チューブが
用いられ、この圧力チューブ１９を、埋設溝２０に敷い
た砂３４の上に設置する。注液装置２１から液体として
水を、初期条件として予めある圧力（バックプレッシャ
ー）、例えば１．００９ｋｇ／ｃｍ²を与える。この状
態で、外力として人の片方の足３５（６０．５ｋｇ）で
踏み付けを繰り返す。このときの出力波形が図４（ｂ）
で示され、最大で１．１０２ｋｇ／ｃｍ²が得られ、初
期条件に対する増分量は、０．０９３ｋｇ／ｃｍ²とな
っている。

【００２３】「実験２」図５（ａ）に示すように、圧力
チューブ１９は、内径３２ｍｍの場合で、他は、実験１
と同一である。バックプレッシャー０．９８０ｋｇ／ｃ
ｍ²を与え、外力として人の片方の足３５（６０．５ｋ
ｇ）で踏み付けを繰り返す。このときの出力波形が図５
（ｂ）で示され、最大で１．１３８ｋｇ／ｃｍ²が得ら
れ、初期条件に対する増分量は、０．１６５ｋｇ／ｃｍ
²となっている。

【００２４】「実験３」図６（ａ）に示すように、内径
３２ｍｍの圧力チューブ１９を、埋設溝２０に敷いた砂
３４の上に設置する。初期条件として、５ｃｍ×２０ｍ
の砂３４を被せ、バックプレッシャー１．００７ｋｇ／
ｃｍ²を与える。この状態から外力として５０ｃｍ×２
ｍの堆積土砂１６（８００．０ｋｇ）を徐々に堆積す
る。このときの出力波形が図６（ｂ）で示され、最大で
１．０６４ｋｇ／ｃｍ²が得られ、初期条件に対する増
分量は、０．０５７ｋｇ／ｃｍ²となっている。

【００２５】「実験４」図７（ａ）に示すように、「実
験４」では、「実験３」における５ｃｍ×２０ｍの砂３
４と５０ｃｍ×２ｍの堆積土砂１６（８００．０ｋｇ）
を初期条件として被せ、このときの圧力１．０６４ｋｇ
／ｃｍ²をバックプレッシャーとして与える。この５０
ｃｍ×２ｍの上に外力としてさらに４０ｃｍ×２ｍの堆
積土砂１６（６４０．０ｋｇ）を徐々に堆積する。この
ときの出力波形が図７（ｂ）で示され、最大で約１．０
６４ｋｇ／ｃｍ²が得られ、初期条件に対する増分量
は、０．０００ｋｇ／ｃｍ²であった。このことは、５
０ｃｍ×２ｍの上に外力としてさらに堆積土砂１６を堆
積しても、最初に堆積した堆積土砂１６がアーチアクシ
ョンなどの作用をなし、ほとんど圧力変化として得られ
ないことをあらわしている。

【００２６】「実験５」図８（ａ）に示すように、内径
３２ｍｍの圧力チューブ１９を、埋設溝２０に敷いた砂
３４の上に設置し、初期条件として、５ｃｍ×２０ｍの
砂３４と５０ｃｍ×２ｍの堆積土砂１６を被せ、バック
プレッシャー１．０１６ｋｇ／ｃｍ²を与える。この状
態から外力としてバックホー３６の無端軌道帯３７を載
せて移動する。このときの出力波形が図８（ｂ）で示さ
れ、最大で１．０７６ｋｇ／ｃｍ²が得られ、初期条件
に対する増分量は、０．０６０ｋｇ／ｃｍ²となってい
る。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、上述のように、土砂の流出個
所及び／又は堆積個所に埋設され、地圧の変化を液圧の
変化として捕らえる圧力チューブ１９と、この圧力チュ
ーブ１９に連結され、この圧力チューブ１９の内圧の変
化を検出する圧力センサ３０と、この圧力センサ３０の
検出データを解析するデータロガー３１とにより構成し
たので、土砂が徐々にゆっくりと堆積したり、流出した
りする場合の圧力変化を確実に検知できる。また、セン
サとしての圧力チューブ１９はもちろんのこと、検出信
号の計測、解析などの計測機器は、圧力センサ３０とデ
ータロガー３１を主体とするものであるから、即応性に
優れ、しかも、安価に提供できる。

【００２８】圧力チューブ１９は、外力や外気温度の変
化などで伸縮することがないが、容易に変形しやすい材
料からなり、加圧されたとき堆積する堆積土砂１６の重
量で容易につぶれて、圧力チューブ１９の内部に充填さ
れた液体に圧力上昇をもたらし、加圧を解除されたとき
圧力差で容易に膨らんで、内圧の減少をもたらすものか
らなるので、運搬の時は小さく折り畳むことができ、ま
た、設置の際には、軽量であるので埋設溝２０への設置
が簡単で、しかも、埋設溝２０の地均しも簡単にでき、
作業性に優れている。

【００２９】圧力チューブ１９の内部に注入される液体
は、外気温度による膨張係数ができるだけ小さく、ま
た、外気温で凍結しにくい不凍性とし、かつ、液体を含
めた圧力チューブ１９全体の比重を土砂の比重と同程度
以上としたので、長期間の設置で圧力チューブ１９の内
部圧力が変化したり、圧力チューブ１９が浮き上がった
りすることなく、長期間安定した監視が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による土砂崩壊監視装置９を堆積土砂１
６の個所と崩壊土砂１７の個所に設置した状態の説明図
である。

【図２】本発明による圧力チューブ１９、注液装置２
１、空気抜き装置２６の連結状態を示す正面図である。

【図３】本発明による土砂崩壊監視装置９の設置状態の
詳細な斜視図である。

【図４】実験１を説明するためのもので、（ａ）は、圧
力チューブ１９の初期状態と外力を加えた状態の断面
図、（ｂ）は、圧力変化の特性図である。

【図５】実験２を説明するためのもので、（ａ）は、圧
力チューブ１９の初期状態と外力を加えた状態の断面
図、（ｂ）は、圧力変化の特性図である。

【図６】実験３を説明するためのもので、（ａ）は、圧
力チューブ１９の初期状態と外力を加えた状態の断面
図、（ｂ）は、圧力変化の特性図である。

【図７】実験４を説明するためのもので、（ａ）は、圧
力チューブ１９の初期状態と外力を加えた状態の断面
図、（ｂ）は、圧力変化の特性図である。

【図８】実験５を説明するためのもので、（ａ）は、圧
力チューブ１９の初期状態と外力を加えた状態の断面
図、（ｂ）は、圧力変化の特性図である。

【図９】実験１から実験５までの結果をまとめた説明図
である。

【符号の説明】

９…土砂崩壊監視装置、１０…線路軌道、１１…枕木、
１２…路床、１３…盛土、１４…側溝、１５…線路脇斜
面、１６…堆積土砂、１７…崩壊土砂、１８…斜面法
尻、１９…圧力チューブ、２０…埋設溝、２１…注液装
置、２２…バルブ、２３…注液パイプ、２４…チーズ、
２５…ユニオン、２６…空気抜き装置、２７…ユニオ
ン、２８…チーズ、２９…バルブ、３０…圧力センサ、
３１…データロガー、３２…パソコン、３３…埋め戻し
土、３４…砂、３５…足、３６…バックホー、３７…無
端軌道帯。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】土砂の流出個所及び／又は堆積個所に埋設
され、地圧の変化を液圧の変化として捕らえる圧力チュ
ーブ１９と、この圧力チューブ１９に連結され、この圧
力チューブ１９の内圧の変化を検出する圧力センサ３０
と、この圧力センサ３０の検出データを解析するデータ
ロガー３１とからなることを特徴とする土砂崩壊監視装
置。
【請求項２】圧力チューブ１９は、外力や外気温度の変
化などでほとんど伸縮することがないが、容易に変形し
やすい材料からなり、加圧されたとき堆積する堆積土砂
１６の重量で容易につぶれて、圧力チューブ１９の内部
に充填された液体に圧力上昇をもたらし、加圧を解除さ
れたとき圧力差で容易に膨らんで、内圧の減少をもたら
すものからなることを特徴とする請求項１記載の土砂崩
壊監視装置。
【請求項３】圧力チューブ１９の内部に注入される液体
は、外気温度による膨張係数ができるだけ小さく、ま
た、外気温度で凍結しにくい不凍性とし、かつ、液体を
含めた圧力チューブ１９全体の比重を土砂の比重と同程
度以上としたことを特徴とする請求項１または２記載の
土砂崩壊監視装置。