(57)【要約】【課題】光ファイバを用いて任意の深度での地盤の変位、水位、及び温度のうち少なくとも２つを独立して算出することができる地盤挙動計測装置及び地盤挙動計測方法を提供する。【解決手段】地盤挙動計測方法に用いられる地盤挙動計測装置１０は、地盤１２に形成された孔１４内に挿入された光ファイバ１６と、光ファイバ１６に光を入射する光源２２と、光ファイバ１６に入射される入射光と光ファイバ１６から反射される反射光の周波数変化を解析することで光ファイバ１６の歪み量を計測する解析装置２４と、孔１４内の異なる位置において地盤１２と光ファイバ１６との間に充填された第１充填材２８、第２充填材３０、及び第３充填材３２からなる充填材層２６と、を有する。【選択図】図１
2020169864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に形成された孔内に挿入された光ファイバと、
前記光ファイバに接続され、前記光ファイバに光を入射する光源と、
前記光ファイバに入射される入射光と前記光ファイバから反射される反射光の周波数変化を解析することで前記光ファイバの歪み量を計測する解析装置と、
前記孔内の異なる位置において前記地盤と前記光ファイバとの間に充填された複数の異なる充填材からなる充填材層と、
を有し、
前記充填材層は、前記光ファイバを前記地盤に対して一体的に保持する第１充填材と、透水性を有し前記光ファイバを前記地盤に対して相対移動可能に保持する第２充填材と、非透水性を有し前記光ファイバを前記地盤に対して相対移動可能に保持する第３充填材とのうち、少なくとも２つからなる、
地盤挙動計測装置。
【請求項２】
前記充填材層を構成する前記充填材は、前記第１充填材、前記第２充填材、及び前記第３充填材であり、
前記孔内には、前記第１充填材で保持される箇所の歪みを許容した第１光ファイバと、前記第２充填材で保持される箇所の歪みを許容した第２光ファイバと、前記第３充填材で保持される箇所の歪みを許容した第３光ファイバと、がそれぞれ挿入される、
請求項１に記載の地盤挙動計測装置。
【請求項３】
前記充填材層を構成する前記充填材は、前記第１充填材、前記第２充填材、及び前記第３充填材であり、
前記光ファイバの前記第１充填材で保持された箇所からの反射光によって、前記地盤の変動、前記地盤中の水位変動、及び前記地盤中の温度変動の３成分による前記光ファイバの歪み量を計測し、
前記光ファイバの前記第２充填材で保持された箇所からの反射光によって、前記地盤中の水位変動、及び前記地盤中の温度変動の２成分による前記光ファイバの歪み量を計測し、
前記光ファイバの前記第３充填材で保持された箇所からの反射光によって、前記地盤中の温度変動の１成分による前記光ファイバの歪み量を計測し、
前記３成分による前記光ファイバの歪み量、前記２成分による前記光ファイバの歪み量、及び前記１成分による前記光ファイバの歪み量の差分を算出することで、前記地盤の変動による前記光ファイバの歪み量、前記地盤中の水位変動による前記光ファイバの歪み量、及び前記地盤中の温度変動による前記光ファイバの歪み量をそれぞれ算出し、
前記地盤の変動による前記光ファイバの歪み量、前記地盤中の水位変動による前記光ファイバの歪み量、及び前記地盤中の温度変動による前記光ファイバの歪み量に基いて、前記地盤の変位、前記地盤中の水位、及び前記地盤中の温度を算出する、
請求項１又は２に記載の地盤挙動計測装置を用いた地盤挙動計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤挙動計測装置及び地盤挙動計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤の変位を計測する方法として、従来、層別沈下計を用いた計測方法が知られている。層別沈下計を用いた計測方法では、計測する地盤の深度毎に直径１００ｍｍ程度の層別沈下計をそれぞれ設置する必要があり、また、層別沈下計に接続されるケーブルも層別沈下計毎にそれぞれ配線する必要がある。このため、層別沈下計の設置やケーブルの配線に手間がかかるとともに、地盤に大径の孔を形成しなければならず、多地点、多深度のデータを取得することは難しかった。
【０００３】
ここで、近年、直径１ｍｍ〜２ｍｍ程度の光ファイバを用いて地盤の変位を計測することが試みられている。例えば特許文献１には、土中に埋設した光ファイバにパルス光を入力し、光ファイバから出力される戻り光を解析することで光ファイバの各位置の歪み量を計測し、この歪み量に基いて土砂の移動量（地盤の変位）を算出する土砂異常検出装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、地盤に形成されたボーリング孔に光ファイバを挿入して高強度グラウト及び低強度グラウトを充填し、光ファイバに入射した入射光と光ファイバから反射した反射光の周波数変化を解析することで光ファイバの歪み量を計測し、この歪み量に基いて地盤の沈下量（変位）を算出する地盤沈下計測装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０２７１０７号公報
【特許文献２】特許第３７２８２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光ファイバを用いて地盤の変位を計測する場合、層別沈下計等を用いる場合と比較して地盤に形成する孔を小径とすることができ、光ファイバの設置も容易であるため、多地点、多深度の計測が容易となる。
【０００７】
一方、一般的に光ファイバには、地盤変動だけでなく地盤中の水位変動や温度変動によっても歪みが生じる。このため、特許文献１に示す土砂異常検出装置や特許文献２に示す地盤沈下計測装置では、地盤の変動、地盤中の水位変動、及び地盤中の温度変動の３成分の総和による光ファイバの歪み量しか計測することができない。すなわち、地盤変動による光ファイバの歪み量のみを計測することはできず、地盤中の水位及び地盤中の温度から独立した地盤の変位のみを算出することはできなかった。
【０００８】
本発明は上記事実に鑑み、光ファイバを用いて任意の深度での地盤の変位、水位、及び温度のうち少なくとも２つを独立して算出することができる地盤挙動計測装置及び地盤挙動計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の地盤挙動計測装置は、地盤に形成された孔内に挿入された光ファイバと、前記光ファイバに接続され、前記光ファイバに光を入射する光源と、前記光ファイバに入射される入射光と前記光ファイバから反射される反射光の周波数変化を解析することで前記光ファイバの歪み量を計測する解析装置と、前記孔内の異なる位置において前記地盤と前記光ファイバとの間に充填された複数の異なる充填材からなる充填材層と、を有し、前記充填材層は、前記光ファイバを前記地盤に対して一体的に保持する第１充填材と、透水性を有し前記光ファイバを前記地盤に対して相対移動可能に保持する第２充填材と、非透水性を有し前記光ファイバを前記地盤に対して相対移動可能に保持する第３充填材とのうち、少なくとも２つからなる。
【００１０】
上記構成によれば、地盤に形成された孔内に光ファイバを挿入し、光源によって光ファイバに光を入射して入射光と反射光の周波数変化を解析装置で解析することで、光ファイバの各位置の歪み量を計測することができる。
【００１１】
ここで、孔内における地盤と光ファイバとの間には、異なる位置に充填された複数の異なる充填材からなる充填材層が設けられている。この充填材層は、光ファイバを地盤に対して一体的に保持する第１充填材と、透水性を有し光ファイバを地盤に対して相対移動可能に保持する第２充填材と、非透水性を有し光ファイバを地盤に対して相対移動可能に保持する第３充填材とのうち、少なくとも２つからなる。
【００１２】
このため、光ファイバの第１充填材で保持された箇所からの反射光によって、地盤の変動、地盤中の水位変動、及び地盤中の温度変動の３成分による光ファイバの歪み量を計測することができる。また、光ファイバの第２充填材で保持された箇所からの反射光によって、地盤中の水位変動、及び地盤中の温度変動の２成分による光ファイバの歪み量を計測することができる。さらに、光ファイバの第３充填材で保持された箇所からの反射光によって、地盤中の温度変動の１成分による光ファイバの歪み量を計測することができる。
【００１３】
この３成分、２成分、及び１成分による光ファイバの歪み量の差分を算出することで、地盤の変動、地盤中の水位変動、及び地盤中の温度変動による光ファイバの歪み量のうち少なくとも２つを独立して算出し、この歪み量に基いて、任意の深度での地盤の変位、水位、及び温度のうち少なくとも２つを独立して算出することができる。
【００１４】
請求項２に記載の地盤挙動計測装置は、請求項１に記載の地盤挙動計測装置であって、前記充填材層を構成する前記充填材は、前記第１充填材、前記第２充填材、及び前記第３充填材であり、前記孔内には、前記第１充填材で保持される箇所の歪みを許容した第１光ファイバと、前記第２充填材で保持される箇所の歪みを許容した第２光ファイバと、前記第３充填材で保持される箇所の歪みを許容した第３光ファイバと、がそれぞれ挿入される。
【００１５】
上記構成によれば、第１充填材で保持される箇所の歪みを許容した第１光ファイバと、第２充填材で保持される箇所の歪みを許容した第２光ファイバと、第３充填材で保持される箇所の歪みを許容した第３光ファイバと、が孔内にそれぞれ挿入されている。これにより、第１光ファイバによって上述の３成分による歪み量を計測し、第２光ファイバによって上述の２成分による歪み量を計測し、第３光ファイバによって上述の１成分による歪み量を計測することができる。
【００１６】
このため、例えば１本の光ファイバによって３成分、２成分、及び１成分による歪み量をそれぞれ計測する構成と比較して、３成分、２成分、及び１成分による歪み量の区別が容易となり、計測精度を高めることができる。
【００１７】
請求項３に記載の地盤挙動計測方法は、請求項１又は２に記載の地盤挙動計測装置を用いた地盤挙動計測方法であって、前記充填材層を構成する前記充填材は、前記第１充填材、前記第２充填材、及び前記第３充填材であり、前記光ファイバの前記第１充填材で保持された箇所からの反射光によって、前記地盤の変動、前記地盤中の水位変動、及び前記地盤中の温度変動の３成分による前記光ファイバの歪み量を計測し、前記光ファイバの前記第２充填材で保持された箇所からの反射光によって、前記地盤中の水位変動、及び前記地盤中の温度変動の２成分による前記光ファイバの歪み量を計測し、前記光ファイバの前記第３充填材で保持された箇所からの反射光によって、前記地盤中の温度変動の１成分による前記光ファイバの歪み量を計測し、前記３成分による前記光ファイバの歪み量、前記２成分による前記光ファイバの歪み量、及び前記１成分による前記光ファイバの歪み量の差分を算出することで、前記地盤の変動による前記光ファイバの歪み量、前記地盤中の水位変動による前記光ファイバの歪み量、及び前記地盤中の温度変動による前記光ファイバの歪み量をそれぞれ算出し、前記地盤の変動による前記光ファイバの歪み量、前記地盤中の水位変動による前記光ファイバの歪み量、及び前記地盤中の温度変動による前記光ファイバの歪み量に基いて、前記地盤の変位、前記地盤中の水位、及び前記地盤中の温度を算出する。
【００１８】
上記構成によれば、地盤の変動、地盤中の水位変動、及び地盤中の温度変動の３成分による光ファイバの歪み量、地盤中の水位変動、及び地盤中の温度変動の２成分による光ファイバの歪み量、及び地盤中の温度変動の１成分による光ファイバの歪み量の差分を算出することで、地盤の変動、地盤中の水位変動、及び地盤中の温度変動による光ファイバの歪み量を独立して算出することができる。また、この歪み量に基いて、任意の深度での地盤の変位、水位、及び温度を独立して算出することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る地盤挙動計測装置及び地盤挙動計測方法によれば、光ファイバを用いて任意の深度での地盤の変位、水位、及び温度のうち少なくとも２つを独立して算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る地盤挙動計測装置を示す立断面図である。
【図２】（Ａ）は地盤挙動計測装置における第１充填材を示す立断面図であり、（Ｂ）は第２充填材を示す立断面図であり、（Ｃ）は第３充填材を示す立断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施形態に係る地盤挙動計測方法を示す工程図である。
【図４】第２実施形態に係る地盤挙動計測装置を示す立断面図である。
【図５】（Ａ）は第３実施形態に係る地盤挙動計測装置を示す斜視図であり、（Ｂ）はその平面図である。
【図６】変形例に係る地盤挙動計測装置を示す立断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係る地盤挙動計測装置及び地盤挙動計測方法について説明する。なお、図中において、矢印Ｘは孔の深さ方向又は鉛直方向を指し、矢印Ｙは孔の径方向又は水平方向を指す。
【００２２】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る地盤挙動計測装置及び地盤挙動計測方法について、図１〜図３を用いて説明する。
【００２３】
（構造）
図１に示すように、本実施形態の地盤挙動計測装置１０は、地盤１２に形成された孔１４内に挿入された１本の光ファイバ１６を有している。なお、本実施形態では、孔１４は、例えば地盤１２の根切部１２Ａの底部に形成されており、鉛直方向に延びている。
【００２４】
光ファイバ１６は、例えば直径１ｍｍ〜２ｍｍ程度の樹脂製又はガラス製の管であり、屈折率が高いコア（図示省略）とコアの外側に設けられた屈曲率の低いクラッド（図示省略）と、を有している。
【００２５】
光ファイバ１６は、周囲の温度や圧力、振動等によって歪む性質を有しており、光ファイバ１６の歪み量を計測することで、光ファイバ１６が挿入された孔１４の周囲の地盤挙動、すなわち地盤１２の変位や水位、温度等が計測可能とされている。なお、本実施形態では、光ファイバ１６は、長さ方向の全長にわたって連続的に歪みの計測が可能とされた分布型（ＢＯＴＤＲ方式）とされている。
【００２６】
光ファイバ１６は、孔１４に沿って鉛直方向に延びており、光ファイバ１６の下端部には重り１８が取付けられている。一方、光ファイバ１６の上端部には、地盤１２上に設置された計測器２０が接続されている。計測器２０は、光ファイバ１６のコアに光（パルス光）を入射する光源２２と、光ファイバ１６の歪み量を計測する解析装置２４と、光ファイバ１６からの反射光を受光する図示しない受光器と、を有している。
【００２７】
解析装置２４は、光ファイバ１６に入射される入射光と光ファイバ１６から反射される反射光の周波数変化を解析することで、光ファイバ１６の歪み量を計測する。具体的には、周囲の地盤１２の変動や水位変動、温度変動等によって光ファイバ１６が歪むことで、光ファイバ１６から反射される反射光としてのブリルアン散乱光の周波数シフト量が変化する。
【００２８】
このブリルアン散乱光の周波数シフト量、及び光が入射してからブリルアン散乱光として計測器２０（受光器）に戻ってくるまでの経過時間を解析装置２４によって解析することで、光ファイバ１６の長さ方向における歪みの位置、及びその位置における歪み量を計測する。また、この光ファイバ１６の歪み量に基いて、周囲の地盤１２の変位や水位、温度等を算出する。
【００２９】
孔１４の内径は、光ファイバ１６の外径より大きくされており、孔１４内、すなわち地盤１２と光ファイバ１６との間には、充填材層２６が設けられている。本実施形態では、充填材層２６は、孔１４内の異なる位置（深さ）にそれぞれ充填された第１充填材２８、第２充填材３０、及び第３充填材３２の３つからなる。また、孔１４内には、深さ方向に複数の充填材層２６が積層されており、これにより、孔１４内には、第１充填材２８、第２充填材３０、及び第３充填材３２がそれぞれ複数充填されている。
【００３０】
第１充填材２８、第２充填材３０、及び第３充填材３２は、それぞれ異なる材料で構成されており、第１充填材２８は、光ファイバ１６を地盤１２に対して一体的に保持する材料で構成されている。
【００３１】
具体的には、第１充填材２８は、例えば光ファイバ１６と地盤１２とを固定するグラウトからなり、光ファイバ１６を地盤１２に対して追随する状態で保持する。これにより、図２（Ａ）に示すように、光ファイバ１６には、地盤１２の鉛直方向の変動Δｄによる歪みεｄ、地盤１２中の水位変動Δｕによる歪みεｕ、及び地盤１２中の温度変動Δｔによる歪みεｔの３成分による歪みが生じる。
【００３２】
また、第２充填材３０は、透水性を有し、光ファイバ１６を地盤１２に対して相対移動可能に保持する材料で構成されている。具体的には、第２充填材３０は、例えば地盤１２に対して相対移動可能に設けられた透水マットからなり、地盤１２中の地下水を通すとともに、光ファイバ１６を地盤１２に対して追随しない状態で保持する。これにより、図２（Ｂ）に示すように、光ファイバ１６には、地盤１２中の水位変動Δｕによる歪みεｕ、及び地盤１２中の温度変動Δｔによる歪みεｔの２成分による歪みが生じる。
【００３３】
また、第３充填材３２は、非透水性を有し、光ファイバ１６を地盤１２に対して相対移動可能に保持する材料で構成されている。具体的には、第３充填材３２は、例えば地盤１２より柔らかく、地盤１２に対して相対移動可能に設けられた粘土材からなり、地盤１２中の地下水を通さず、かつ光ファイバ１６を地盤１２に対して追随しない状態で保持する。これにより、図２（Ｃ）に示すように、光ファイバ１６には、地盤１２中の温度変動Δｔによる歪みεｔの１成分による歪みが生じる。
【００３４】
なお、図１に示すように、本実施形態では、充填材層２６における各充填材の積層順は、上から第１充填材２８、第２充填材３０、及び第３充填材３２の順とされている。また、第２充填材３０及び第３充填材３２の充填高さ（深さ）は略同じ高さとされており、第１充填材２８の充填高さ（深さ）は第２充填材３０及び第３充填材３２の充填高さ（深さ）より高くされている。
【００３５】
（計測方法）
次に、本実施形態の地盤挙動計測装置１０を用いて地盤挙動（地盤１２の変位、水位、及び温度）を計測する方法について説明する。
【００３６】
まず、図３（Ａ）に示すように、地盤１２（根切部１２Ａ）を掘削しながら例えば鉛直方向にケーシング３４を挿入していくことにより、地盤１２に孔１４を形成する。なお、地質等を調査する調査孔を地盤１２に別途形成する場合には、光ファイバ１６を挿入するための孔１４として、この調査孔を利用してもよい。
【００３７】
次に、図３（Ｂ）に示すように、光ファイバ１６の下端部に重り１８を取付け、光ファイバ１６を孔１４内に挿入する。その後、図示しないグラウト等の充填材によって、光ファイバ１６の下端部（重り１８）を孔１４の底部に固定する。
【００３８】
そして、光ファイバ１６に一定の張力を付加して光ファイバ１６の歪みを無くした状態で、ケーシング３４を抜きつつ、孔１４内に第１充填材２８、第２充填材３０、及び第３充填材３２を充填していく。これにより、図３（Ｃ）に示すように、光ファイバ１６と地盤１２との間に充填材層２６を形成する。なお、このとき、第１充填材２８、第２充填材３０、及び第３充填材３２の境界部分に図示しないスペーサを設置することにより、充填時に各充填材が混ざり合うことを抑制する。
【００３９】
孔１４内への光ファイバ１６の設置完了後、まず、図１に示す光源２２から光ファイバ１６内に光を入射して反射光の周波数を計測することで、初期値を設定する。その後、所定の時間間隔で光源２２から光ファイバ１６内に光を入射して反射光の周波数を計測し、初期値と比較した周波数シフト量を解析することで、光ファイバ１６の長さ方向における歪みの位置、及びその位置における歪み量を計測する。
【００４０】
具体的には、上述したように、光ファイバ１６の第１充填材２８で保持された箇所では、地盤１２の鉛直方向の変動Δｄによる歪みεｄ、地盤１２中の水位変動Δｕによる歪みεｕ、及び地盤１２中の温度変動Δｔによる歪みεｔの３成分による歪みが生じる。このため、解析装置２４によって、光ファイバ１６の第１充填材２８で保持された箇所からの反射光を解析することで、上記３成分による歪み量を計測する。
【００４１】
また、光ファイバ１６の第２充填材３０で保持された箇所では、地盤１２中の水位変動Δｕによる歪みεｕ、及び地盤１２中の温度変動Δｔによる歪みεｔの２成分による歪みが生じる。このため、解析装置２４によって、光ファイバ１６の第２充填材３０で保持された箇所からの反射光を解析することで、上記２成分による歪み量を計測する。
【００４２】
さらに、光ファイバ１６の第３充填材３２で保持された箇所では、地盤１２中の温度変動Δｔによる歪みεｔの１成分による歪みが生じる。このため、解析装置２４によって、光ファイバ１６の第３充填材３２で保持された箇所からの反射光を解析することで、上記１成分による歪み量を計測する。
【００４３】
この上記３成分、２成分、及び１成分による光ファイバ１６の歪み量の差分を算出することで、地盤１２の鉛直方向の変動Δｄによる光ファイバ１６の歪み量、水位変動Δｕによる光ファイバ１６の歪み量、及び温度変動Δｔによる光ファイバ１６の歪み量をそれぞれ算出する。そして、この地盤１２の変動Δｄによる光ファイバ１６の歪み量、水位変動Δｕによる光ファイバ１６の歪み量、及び温度変動Δｔによる光ファイバ１６の歪み量に基いて、地盤１２の鉛直変位、地盤１２中の水位、及び地盤１２中の温度をそれぞれ算出する。
【００４４】
以上の工程によって地盤挙動、すなわち地盤１２の鉛直変位、地盤１２中の水位、及び地盤１２中の温度をそれぞれ計測することができる。なお、上記の工程は一例であり、工程の順番が異なっていたり他の工程が含まれたりしても構わない。
【００４５】
（作用、効果）
本実施形態の地盤挙動計測装置１０及び地盤挙動計測方法によれば、地盤１２に形成された孔１４内に光ファイバ１６を挿入し、光ファイバ１６に光を入射して入射光と反射光の周波数変化を解析することで、光ファイバ１６の長さ方向の各位置の歪み量を計測することができる。
【００４６】
ここで、孔１４内における地盤１２と光ファイバ１６との間には、光ファイバ１６を地盤１２に対して一体的に保持する第１充填材２８と、透水性を有し光ファイバ１６を地盤に対して相対移動可能に保持する第２充填材３０と、非透水性を有し光ファイバ１６を地盤１２に対して相対移動可能に保持する第３充填材３２と、が充填されている。
【００４７】
このため、光ファイバ１６の各充填材で保持された箇所の歪み量をそれぞれ計測し、その光ファイバ１６の歪み量の差分をそれぞれ算出することで、地盤１２の変動、水位変動、及び温度変動による光ファイバ１６の歪み量をそれぞれ独立して算出することができる。また、この歪み量に基いて、任意の深度での地盤１２の鉛直変位、水位、及び温度をそれぞれ独立して算出することができる。
【００４８】
このように、本実施形態では、１本の光ファイバ１６によって地盤１２の鉛直変位、水位、及び温度をそれぞれ独立して計測することができるため、複数の光ファイバを用いて地盤１２の鉛直変位、水位、及び温度を計測する構成と比較して、光ファイバの本数を減らすことができ、施工性を高めることができる。
【００４９】
また、光ファイバ１６の径は、直径１ｍｍ〜２ｍｍ程度であるため、形成する孔１４の内径を小さくすることができ、地盤１２に形成する孔１４の数を増やしたり、深さを深くしたりすることが容易となる。これにより、光ファイバ１６によって多点、多深度の計測が可能となり、地盤１２の変位、水位、温度を３次元的に把握することができる。
【００５０】
さらに、地盤１２に調査孔を形成する場合には、光ファイバ１６を挿入するための孔１４として調査孔を利用することができるため、孔１４を形成するための費用や工期を削減することができる。
【００５１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る地盤挙動計測装置及び地盤挙動計測方法について、図４を用いて説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略し、差異点を中心に説明する。
【００５２】
第１実施形態の地盤挙動計測装置１０では、１本の光ファイバ１６が孔１４内に挿入されていた。一方、図４に示すように、本実施形態の地盤挙動計測装置４０では、３本の光ファイバ４２（第１光ファイバ４２Ａ、第２光ファイバ４２Ｂ、及び第３光ファイバ４２Ｃ）が孔１４内に挿入されている。
【００５３】
なお、第１実施形態と同様に、孔１４は、例えば地盤１２の根切部１２Ａの底部に形成されて鉛直方向に延びており、孔１４内には第１充填材２８、第２充填材３０、及び第３充填材３２からなる充填材層２６が設けられている。
【００５４】
第１光ファイバ４２Ａ、第２光ファイバ４２Ｂ、及び第３光ファイバ４２Ｃは、それぞれ第１実施形態の光ファイバ１６と同様の構成とされており、孔１４に沿ってそれぞれ鉛直方向に延びている。
【００５５】
また、第１光ファイバ４２Ａは、第２充填材３０及び第３充填材３２で保持される箇所が、例えばスチール等の金属製のチューブ４４によって被覆されている。このチューブ４４により、第１光ファイバ４２Ａは、第２充填材３０及び第３充填材３２で保持される箇所の歪みが抑制され、第１充填材２８で保持される箇所の歪みのみが許容されている。
【００５６】
また、第２光ファイバ４２Ｂは、第１充填材２８及び第３充填材３２で保持される箇所がチューブ４４によって被覆されている。このチューブ４４により、第２光ファイバ４２Ｂは、第１充填材２８及び第３充填材３２で保持される箇所の歪みが抑制され、第２充填材３０で保持される箇所の歪みのみが許容されている。
【００５７】
さらに、第３光ファイバ４２Ｃは、第１充填材２８及び第２充填材３０で保持される箇所がチューブ４４によって被覆されている。このチューブ４４により、第３光ファイバ４２Ｃは、第１充填材２８及び第２充填材３０で保持される箇所の歪みが抑制され、第３充填材３２で保持される箇所の歪みのみが許容されている。
【００５８】
３本の光ファイバ４２は、第１実施形態と同様の方法によって孔１４内に挿入され、各々の光ファイバ４２に入射される入射光と各々の光ファイバ４２から反射される反射光の周波数変化を解析することで、歪み量がそれぞれ計測される。
【００５９】
ここで、上述したように、第１光ファイバ４２Ａは、第１充填材２８で保持される箇所の歪みのみが許容されている。すなわち、第１光ファイバ４２Ａには、図２（Ａ）に示す地盤１２の鉛直方向の変動Δｄによる歪みεｄ、水位変動Δｕによる歪みεｕ、及び温度変動Δｔによる歪みεｔの３成分による歪みが生じる。このため、第１光ファイバ４２Ａからの反射光によって、上記３成分による歪み量を計測することができる。
【００６０】
同様に、第２光ファイバ４２Ｂは、第２充填材３０で保持される箇所の歪みのみが許容されている。すなわち、第２光ファイバ４２Ｂには、図２（Ｂ）に示す水位変動Δｕによる歪みεｕ、及び温度変動Δｔによる歪みεｔの２成分による歪みが生じる。このため、第２光ファイバ４２Ｂからの反射光によって、上記２成分による歪み量を計測することができる。
【００６１】
また、第３光ファイバ４２Ｃは、第３充填材３２で保持される箇所の歪みのみが許容されている。すなわち、第３光ファイバ４２Ｃには、図２（Ｃ）に示す温度変動Δｔによる歪みεｔの１成分による歪みが生じる。このため、第３光ファイバ４２Ｃからの反射光によって、上記１成分による歪み量を計測することができる。
【００６２】
この各光ファイバ４２の歪み量の差分を算出することで、地盤１２の鉛直方向の変動Δｄによる歪み量、水位変動Δｕによる歪み量、及び温度変動Δｔによる歪み量をそれぞれ算出することができる。そして、この地盤１２の変動Δｄによる光ファイバ４２の歪み量、水位変動Δｕによる光ファイバ４２の歪み量、及び温度変動Δｔによる光ファイバ４２の歪み量に基いて、地盤１２の鉛直変位、地盤１２中の水位、及び地盤１２中の温度をそれぞれ算出することができる。
【００６３】
本実施形態によれば、３本の光ファイバ４２を用いて第１充填材２８で保持される箇所の歪み、第２充填材３０で保持される箇所の歪み、及び第３充填材３２で保持される箇所の歪みをそれぞれ計測することで、地盤１２の鉛直変位、水位、及び温度をそれぞれ独立して計測することができる。
【００６４】
このように、３本の光ファイバ４２を用いる構成とすることで、第１実施形態のように１本の光ファイバ１６用いて地盤挙動を計測する構成と比較して、各充填材で保持された箇所における光ファイバ１６の歪みを区別することが容易となり、計測精度を高めることができる。
【００６５】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る地盤挙動計測装置及び地盤挙動計測方法について、図５を用いて説明する。なお、第１実施形態、第２実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略し、差異点を中心に説明する。
【００６６】
第１、第２実施形態の地盤挙動計測装置１０、４０では、光ファイバ１６、４２によって地盤１２の鉛直変位を計測していたのに対し、本実施形態の地盤挙動計測装置５０では、地盤５２の鉛直変位に加えて地盤５２の水平変位を計測する。
【００６７】
具体的には、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、本実施形態の地盤挙動計測装置５０は、孔５４内に挿入された鉛直変位計測用の鉛直用光ファイバ５６と、水平変位計測用の一対の水平用光ファイバ５８と、を有している。
【００６８】
孔５４は、地盤５２に形成された掘削部５２Ａの外周に沿って複数（本実施形態では３つ）形成されており、各孔５４内に鉛直用光ファイバ５６及び一対の水平用光ファイバ５８がそれぞれ挿入されている。また、図示を省略するが、孔５４内には、第１、第２実施形態と同様に、第１充填材２８、第２充填材３０、及び第３充填材３２からなる充填材層２６が設けられている。
【００６９】
鉛直用光ファイバ５６は、第１実施形態の光ファイバ１６と同様の構成とされており、孔５４に沿って鉛直方向に延びるとともに、上端部が計測器２０（図１参照）に接続されている。一方、一対の水平用光ファイバ５８は、孔５４に沿って鉛直方向に延びており、例えば金属製の板材６０の両主面にそれぞれ張付けられている。
【００７０】
板材６０は、孔５４に沿って鉛直方向に延びているとともに、主面が掘削部５２Ａに対向するように、すなわち面内方向が掘削部５２Ａの外周に沿うように配置されている。また、板材６０は、第１充填材２８（図１参照）としてのグラウトによって、孔５４内において地盤５２と一体的に固定されている。
【００７１】
図５（Ｂ）に示すように、掘削部５２Ａの背面の地盤５２に水平方向の変動Δｄが生じた場合、地盤５２と一体的に固定されている板材６０にも厚さ方向、すなわち面外方向に変動Δｄが生じる。これにより、板材６０に張付けられた一対の水平用光ファイバ５８には、地盤５２の水平方向（板材６０の厚さ方向）の変動Δｄによる歪みεｄが生じる。また、図示を省略するが、水平用光ファイバ５８には、地盤５２中の水位変動Δｕによる歪みεｕ、及び地盤５２中の温度変動Δｔによる歪みεｔも生じる。
【００７２】
この一対の水平用光ファイバ５８の歪み量の平均を算出し、鉛直用光ファイバ５６によって計測された地盤５２中の水位変動Δｕ、及び温度変動Δｔによる歪み量との差分を算出する。これにより、地盤５２の水平方向の変動Δｄによる水平用光ファイバ５８の歪み量を独立して算出し、任意の深度での地盤５２の水平変位を独立して算出することができる。
【００７３】
本実施形態によれば、鉛直用光ファイバ５６とは別に水平用光ファイバ５８を孔５４内に挿入することで、地盤５２の鉛直変位と水平変位をそれぞれ独立して算出することができる。
【００７４】
また、板材６０の両主面に一対の水平用光ファイバ５８が張付けられている。このため、一対の水平用光ファイバ５８の歪み量の平均値を用いて地盤５２の水平変位を算出することができ、板材６０の一方の主面のみに水平用光ファイバが張付けられている構成と比較して、計測精度を高めることができる。
【００７５】
＜その他の実施形態＞
以上、本発明について第１〜第３実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能である。
【００７６】
第１実施形態等では、第１充填材２８がグラウトとされていたが、第１充填材２８は、少なくとも光ファイバ１６を地盤１２に対して一体的に保持することができる程度の固さを有する材料で構成されていればよい。例えば、掘削した地盤１２の強度と同程度の強度を有する材料を孔１４内に埋め戻すことで第１充填材２８を構成してもよい。
【００７７】
同様に、第１実施形態等では、第２充填材３０が透水マットとされていたが、第２充填材３０は、少なくとも透水性を有し、光ファイバ１６を地盤１２に対して相対移動可能に保持することができる材料で構成されていればよい。例えば、多孔質の柔らかいスポンジや、地盤１２に対して滑り性を有する孔あきゴム、側面に複数の孔が形成された有孔管等によって第２充填材３０を構成してもよい。
【００７８】
また、第１実施形態等では、第３充填材３２が粘土材とされていたが、第３充填材３２は、少なくとも非透水性を有し、光ファイバ１６を地盤１２に対して相対移動可能に保持することができる材料で構成されていればよい。例えば、側面に孔が形成されていない管部材等によって第３充填材３２を構成してもよい。
【００７９】
また、第１実施形態等では、上から第１充填材２８、第２充填材３０、及び第３充填材３２の順に積層されていたが、各充填材の積層順や積層数、及び充填高さ（深さ）等は、地盤１２の位置や形状、計測する地盤挙動の種類等によって適宜定めることができる。
【００８０】
さらに、第１実施形態等では、光ファイバ１６が長さ方向の全長にわたって連続的に歪みの計測が可能とされた分布型（ＢＯＴＤＲ方式）とされていた。しかし、特に地盤１２中の水位や温度は、地盤１２の変位と比較して、必ずしも連続的に計測する必要はない。このため、例えば長さ方向に所定の間隔を空けて形成されたセンサ部において歪みの計測が可能とされた多点型（ＦＢＧ方式）の光ファイバを用いて地盤挙動を計測する構成としてもよい。
【００８１】
また、第１実施形態等では、充填材層２６が第１充填材２８、第２充填材３０、第３充填材３２の３つの充填材で構成されていたが、充填材層２６は少なくとも２つの充填材で構成されていればよい。ここで、変形例として、２つの充填材からなる充填材層６６が設けられた孔６４に光ファイバ１６を挿入し、地盤挙動としての地盤６２の不透水層７０の連続性を計測する方法について、図６を用いて説明する。
【００８２】
図６に示すように、本変形例では、地盤６２は、一対の遮水壁６８によって仕切られており、地下水を通さない不透水層７０を有している。また、遮水壁６８で仕切られた地盤６２中には地下水汲上げ用の井戸７２が形成されており、この地盤６２に所定の間隔を空けて形成された複数（本変形例では３つ）の孔６４に、光ファイバ１６がそれぞれ挿入されている。
【００８３】
孔６４内には、第２充填材３０及び第３充填材３２の２つの充填材からなる充填材層６６が設けられており、複数の充填材層６６が孔６４の深さ方向に積層されている。なお、各孔６４に挿入された光ファイバ１６は、第１実施形態の光ファイバ１６と同じものであり、上端部が計測器２０（図１参照）に接続されている。
【００８４】
本変形例では、光ファイバ１６の第２充填材３０で保持された箇所からの反射光によって、地盤６２中の水位変動Δｕ及び温度変動Δｔの２成分による光ファイバ１６の歪み量を計測する。また、光ファイバ１６の第３充填材３２で保持された箇所からの反射光によって、地盤６２中の温度変動Δｔの１成分による光ファイバ１６の歪み量を計測する。この２成分と１成分による光ファイバ１６の歪み量の差分を算出し、任意の深度での地盤６２中の水位、及び温度をそれぞれ算出する。
【００８５】
一般的に、遮水壁６８及び連続した不透水層７０で囲まれた地盤６２の地下水を、井戸７２を介して地盤６２上に排水した場合、地盤６２中の温度は変化せず、水位のみが低下する。一方、不透水層７０が連続していない場合、すなわち一部に隙間７０Ａが空いている場合には、地下水を地盤６２上に排水しても隙間７０Ａから新たに地下水が流れ込む。このため、地盤６２中の水位は低下し難くなり、流れ込む地下水の水流によって隙間７０Ａの周囲の地盤６２中の温度が低下する。
【００８６】
このため、地下水の排水前の地盤６２中の水位及び温度と、地下水の排水後の地盤６２中の水位及び温度と、を比較することで、不透水層７０の連続性、すなわち不透水層７０の隙間７０Ａの有無、及び隙間７０Ａの位置を判断することができる。
【００８７】
具体的には、例えば図６に示すように、不透水層７０の中央部分に隙間７０Ａが空いている場合、不透水層７０が連続している場合と比較して、地下水の排水後の地盤６２中の水位が低下し難い。また、３つの孔６４のうち、中央に形成されている孔６４に挿入された光ファイバ１６で計測された温度が低下する。これにより、不透水層７０の中央部分に隙間７０Ａが空いていると判断することができる。
【００８８】
なお、上記の第１〜第３実施形態、及び変形例の構成は、適宜組み合わせることが可能である。例えば、第２実施形態の構成と第３実施形態の構成を組み合わせて、鉛直変位計測用の３本の光ファイバ４２と、水平変位計測用の水平用光ファイバ５８と、をそれぞれ孔１４、５４内に挿入する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１０、４０、５０     地盤挙動計測装置
１２、５２、６２     地盤
１４、５４、６４     孔
１６、４２           光ファイバ
２２                 光源
２４                 解析装置
２６、６６           充填材層
２８                 第１充填材
３０                 第２充填材
３２                 第３充填材
４２Ａ               第１光ファイバ
４２Ｂ               第２光ファイバ
４２Ｃ               第３光ファイバ
５６                 鉛直用光ファイバ（光ファイバの一例）
５８                 水平用光ファイバ（光ファイバの一例）
Δｄ                 地盤の変動
Δｔ                 温度変動
Δｕ                 水位変動
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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