(57)【要約】【課題】地すべりや表層崩壊等の地盤変位が発生する予測を、特定イオンの濃度が急上昇した場合に発生する可能性がある、とする予測よりも予測確度を高くする。【解決手段】地すべりや表層崩壊等の微視的な地盤変位があって亀裂が発生した場合、微細な土粒子が地下水に混じると共に、ここが活発なイオン交換の場になると推定されることから、地下水の濁度の急上昇が観測され、さらに地下水中の特定イオン濃度の急上昇が観測された場合、暫くしてから傾斜計に観測できる程度の地盤変位が発生する可能性がある、と予測するようにした。【選択図】図１
2010281118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地すべりや表層崩壊等の地盤変位が発生するとされる地区の地下水の濁度と該地下水中に存在する特定イオンの濃度を継続的に測定し、濁度が急上昇した後、イオン濃度に急上昇する変化があった場合、前記地盤変位が発生する可能性があるとして予測するようにしたことを特徴とする地盤変位の予測方法。
【請求項２】
地盤変位が複数観測された場合に、濁度の急上昇が観測されてから特定イオン濃度の急上昇が観測されるまでの第一時間、該特定イオン濃度の急上昇が観測されてから地盤変位が測定されるまでの第二時間をそれぞれ観測し、該観測された各複数の時間に基づいて時間の第一、第二採択域を決定し、当該測定地区において濁度の急上昇が観測されてから特定イオン濃度の急上昇が観測されるまでの時間が第一採択域で決定された時間内であった場合に、特定イオン濃度の急上昇が観測されてから第二採択域の時間内に地盤変位が発生する可能性があると予測するようにしたことを特徴とする請求項１記載の地盤変位の予測方法。
【請求項３】
地すべりや表層崩壊等の地盤変位が発生するとされる地区の地下水の濁度を測定する濁度測定手段と、該地下水中に存在する特定イオンの濃度を測定するイオン濃度測定手段と、該測定した濁度およびイオン濃度を経時的に登録する登録手段と、該登録された濁度が急上昇した後、イオン濃度に急上昇する変化があった場合、前記地盤変位が発生する可能性があると予測する予測手段と、該予測した結果を報知する報知手段とを備えて構成したことを特徴とする地盤変位の予測装置。
【請求項４】
登録手段は、複数の地盤変位が測定された場合に、濁度の急上昇が観測されてから特定イオン濃度の急上昇が観測されるまでの各複数の第一時間と、特定イオン濃度の急上昇が観測されてから地盤変位が測定されるまでの各複数の第二時間をそれぞれ登録するものであると共に、該登録された複数の第一、第二時間に基づき時間の第一、第二採択域を決定する採択域決定手段を備え、予測手段は、当該測定地区において濁度の急上昇が観測されてから特定イオン濃度の急上昇が観測されるまでの時間が第一採択域で決定された時間内であった場合に、特定イオン濃度の急上昇が観測されてから第二採択域の時間内に地盤変位が発生する可能性があると予測するものであることを特徴とする請求項３記載の地盤変位の予測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、斜面地盤において発生することがある地すべり、表層崩壊、がけ崩れなどの斜面崩壊によって引き起こされる地盤変位の予測方法および予測装置の技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自然災害の一つとして土砂災害があり、このような土砂災害として、傾斜地に発生する地すべり、表層崩壊、がけ崩れ、土石流などによる災害がある。そして、このような傾斜地での土砂災害は、斜面地盤の崩壊によって地盤の変位、つまり地盤の変状や移動が引き起こされることになり、このような地盤変位を測定する手法については、例えば、高精度の電子測距・測角儀を用い、地盤変位のある地区からはずれた任意の位置を基準点として地盤変位がある区域に配した指標までの距離、角度の変化を測定して地盤変位を測定するようにしたもの（特許文献１）、地盤変位がある任意の位置に測定用の孔を掘り、ここに歪ケーブルを挿入し、地盤変位によって生じた歪量を計測することで地盤変位の測定をするようにしたもの（特許文献２）が知られている。
ところが前記従来のものは、高価な測定機器が必要であるうえ、実際に斜面崩壊が発生している最中または発生した後の地盤変位を測定するものであって、該地盤変位の発生を予測するものではない。そうしてこのような地盤変位による土砂災害は、小規模であれば発生後においても、被害発生がないか、あっても殆ど影響がない範囲で対処ができるが、規模が大きいものについては、何らかの被害を生じた後での対処となる場合が多く、土砂災害を未然に防ぐことはできないのが一般である。
【０００３】
そうして、土砂災害の発生を未然に防ぐためには、地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位の発生を予測（予知、予兆検知、前兆検知）することが要求され、そこで地下水の濁度が急激に高くなる変化があったとき、地盤変位が発生する前兆であると予測することが提唱されている（特許文献３）。ところで該濁度測定に基づいて地盤変位を予測するものは、地震や台風、暴風雨等の自然災害の最中またはこれらが去った直後の地盤変位を予測するものであるから、この場合の濁度変化は、地盤変位が発生する地下において既に大きな地盤変位が発生し、これによって地下水に土砂の濁りが混じることに起因するものであるから、直近のものしか予測することが難しく、この予測ができたとしても、地盤補修は到底間に合わず、退避することがせいぜい、というような現実的な問題がある。
そこで本発明の発明者は、地すべりや表層崩壊等の地盤変位は、地盤の不安定化が増大することで発生すると考えられ、この要因の一つとして地下水の存在があげられる。強い極性を示す水分子は、地下水となって流れる際に、土粒子表面のイオン交換基との間でイオン交換を行うことは一般に知られており、ここで交換されて地下水組成となって地下水と共に流れるイオンの量（濃度）は、地下水と接触するイオン交換基の数が多いほど大きく、さらにこのイオン交換基の数は、土粒子の表面積が大きいほど多くなる。
一方、地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊に至るプロセスで発生する地盤の土質力学的な変化は、土粒子表面積の増減に関与し、さらにイオン交換の反応場の大きさも同様に関与することと考えられ、これらのことから、地盤の土質力学的な変化は、地下水の組成に変化をもたらすものと推論した。
そしてこのような推論をもとに、地盤変位の発生というものが、地盤内部での風化が進行することに伴い地盤変位がある前駆的段階で、土粒子レベルで微視的な地盤変位（局所的な地盤の破壊、土粒子レベルでの微小な破壊）が発生し、この微視的な地盤変位が発生すると、この部位を浸透する地下水がイオン交換の場を提供し、そして微視的な地盤変位が成長するに伴いイオン交換が激しくなり、その後、傾斜計で測定できるような地盤変化が発生するであろう、つまり、地下水内の特定イオンの濃度が急激に増大した場合に、数ヵ月後に地盤沈下が発生するであろうと予測する発明を提唱した（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１１８８５１号公報
【特許文献２】特開平１０−８２６６７号公報
【特許文献３】特開平９−３０５８７６号公報
【特許文献４】特開２００２−３３９３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで前記特定イオンの濃度が急激に上昇したときを地盤変位が発生する前兆であると予測したものでは、事実、特定イオンの急激な上昇変化が発生してから数ヶ月経過してから傾斜計での地盤変位が測定されており、地盤管理に大いに寄与している。
しかしながら地下水中の特定イオンの濃度の急激な上昇があった場合に地盤変位が発生する前兆であると予測できたとしても、この急激な上昇範囲の特定が難しく、経験的な値に基づいて予測せざるを得ない。そしてこのような急激な上昇が観測されてから、具体的にどのくらい経過したら地盤変位が観測されるか、についての特定も難しく、このようなことから、地盤変位の発生予測の確度をさらに高めることが要求され、ここに本発明が解決せんとする課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明としては、地すべりや表層崩壊等の地盤変位が発生するとされる地区の地下水の濁度と該地下水中に存在する特定イオンの濃度を継続的に測定し、濁度が急上昇した後、イオン濃度に急上昇する変化があった場合、前記地盤変位が発生する可能性があるとして予測するようにしたことを特徴とする地盤変位の予測方法である。
請求項２の発明としては、地盤変位が複数観測された場合に、濁度の急上昇が観測されてから特定イオン濃度の急上昇が観測されるまでの第一時間、該特定イオン濃度の急上昇が観測されてから地盤変位が測定されるまでの第二時間をそれぞれ観測し、該観測された各複数の時間に基づいて時間の第一、第二採択域を決定し、当該測定地区において濁度の急上昇が観測されてから特定イオン濃度の急上昇が観測されるまでの時間が第一採択域で決定された時間内であった場合に、特定イオン濃度の急上昇が観測されてから第二採択域の時間内に地盤変位が発生する可能性があると予測するようにしたことを特徴とする請求項１記載の地盤変位の予測方法である。
請求項３の発明としては、地すべりや表層崩壊等の地盤変位が発生するとされる地区の地下水の濁度を測定する濁度測定手段と、該地下水中に存在する特定イオンの濃度を測定するイオン濃度測定手段と、該測定した濁度およびイオン濃度を経時的に登録する登録手段と、該登録された濁度が急上昇した後、イオン濃度に急上昇する変化があった場合、前記地盤変位が発生する可能性があると予測する予測手段と、該予測した結果を報知する報知手段とを備えて構成したことを特徴とする地盤変位の予測装置である。
請求項４の発明としては、登録手段は、複数の地盤変位が測定された場合に、濁度の急上昇が観測されてから特定イオン濃度の急上昇が観測されるまでの各複数の第一時間と、特定イオン濃度の急上昇が観測されてから地盤変位が測定されるまでの各複数の第二時間をそれぞれ登録するものであると共に、該登録された複数の第一、第二時間に基づき時間の第一、第二採択域を決定する採択域決定手段を備え、予測手段は、当該測定地区において濁度の急上昇が観測されてから特定イオン濃度の急上昇が観測されるまでの時間が第一採択域で決定された時間内であった場合に、特定イオン濃度の急上昇が観測されてから第二採択域の時間内に地盤変位が発生する可能性があると予測するものであることを特徴とする請求項３記載の地盤変位の予測装置である。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１または３の発明によれば、濁度の急上昇が観測された後、特定イオン濃度の急上昇が観測された場合に、地盤変位が発生する可能性があるとする確度の高い予測ができることになり、地盤変位の予測の信頼性が高くなる。
請求項２または４の発明によれば、過去に観測された複数の地盤変位に基づく濁度の急上昇が観測されてから特定イオン濃度の急上昇が観測されるまでの第一時間、該イオン濃度が急上昇したときから前記地盤変位が測定されるまでの第二時間に基づいてそれぞれ決定された第一、第二採択域に基づいた地盤変位の予測ができることになって地盤変異の信頼性が高い予測ができることになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】Ａ地区の濁度、イオン濃度、そして傾斜計の測定結果を示すグラフ図である。
【図２】Ｂ地区の濁度、イオン濃度、そして傾斜計の測定結果を示すグラフ図である。
【図３】測定装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
前述したように、地盤変位が発生する前兆として特定イオンの濃度が急激に増加する現象は、地盤変位を予測するファクターの一つであるが、さらに地盤変位発生の前兆となる他のファクターが発見できれば、地盤変異予測の確度が高くなって信頼性が向上することになる。
ところで地盤変位を傾斜計で実際に観測すると、時間をかけてだらだらと変位する場合と、あるとき突然的に変位する場合とがあるが、前者の場合には傾斜計を観測し続けることで地盤変位の凡その予測がつくのに対し、後者のものは傾斜計を観測しているだけでは地盤変位の予測がつかないという問題がある。
そこで前記後者の地盤変位が発生する初期プロセスについて検討したところ、地盤内部での風化が進行することに伴い地盤内に微視的な崩壊がまず発生し、これが段階的に成長していって傾斜計に到達し、あるとき突然的に観測される大きさになるであろうと推測した。そしてこのような微視的な崩壊は初期においては微小な亀裂の発生となるが、この初期の微小な亀裂の段階では微細な土粒子の分散はあるが僅かであって濁度に影響を及ぼすまでには至らないと共に、特定イオンのイオン交換の場になっても特定イオンの濃度に崩壊を予測できるほどの顕著な変化はない。このような状態で微視的ではあるが段階的な崩壊が進行していくと、亀裂も大きくなって土粒子の分散が活発化すると共に粒子径も大きくなり、これが地下水に混じり込んで濁度が高くなると共に、特定イオンのイオン交換もますます活発化して特定イオンの急激な濃度上昇が発生するのではないか、そしてこのような現象が地盤変位の予兆として発生した後、さらなる崩壊が進行することで傾斜計で観測できるほどの地盤変位になるのではないか、そうであれば、地下水の濁度と特定イオンの濃度とを測定し、これを評価することにより地盤変位の確度の高い予測ができるのではないかと推論した。
そこで、地盤変位が発生しやすい地区において、地下水の濁度と特定イオンの濃度との両者の変化を観測し、検討したところ、地下水の濁度が急激に高くなった後、特定イオンの濃度が急激に高くなる変化が観測された場合、該イオン濃度が高くなった後に地盤変位が発生することが多発し、これによってこのように予測することは有用で、地盤変位発生の予測確度が高くなることが確認され、本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明において、地盤変位がある地区の地下水中の濁度と特定イオンの濃度とを測定して地盤変位の発生を予測するためには、該濁度および特定イオンの濃度を定期的、かつ、継続的に測定することが好ましい。測定する時間的間隔としては、毎日、１日置き等の日単位、あるいは１週間毎、２週間毎等の週単位、さらには月単位等、適宜の時間的単位を採用することができるが、予測精度を高めるためには、時間的間隔が短いほど好ましいことはいうまでもない。濃度測定される特定イオンとしては無機物イオンであって、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、硫酸イオン、塩化物イオンが例示される。
また、測定される地下水は、地盤変位がある面か、この面に可及的近い場所の地下水であるほど好ましく、例えば地質調査の結果からすでに地盤変位の面が想定されている場合には、ボーリング等を行って可及的に変位面付近に存在する地下水を用いて測定することが好ましい。
しかしながら、このような地盤変位があるところは、地盤の不安定要因があるなどして施工上の制約が多い場合があり、そこで、周辺の地下水流系を考慮したうえで、斜面崩壊がある地区に設置された集水井や排水工などの既存設備で得られる地下水（排水）、あるいは既設の傾斜計孔内に貯留されている地下水を測定用の試料とするようにしてもよい。
【００１１】
さらにまた、このような地盤変位は、個々の測定地区によって地盤の性状が異なることもあって特異的なものであり、そこで測定地区を特定地区とし、該特定地区において測定される濁度の急上昇が観測された後、特定イオンの濃度が急上昇した場合、該急上昇したときから地盤変位が観測されるケースの観測を複数し、そして該観測した複数の時間を母集団とし、この母集団の時間の中から通常知られた統計手法に基づいて採択時間の幅を採択し、前記濁度の急上昇が観測された後、特定イオンの濃度が急上昇した場合において、該イオン濃度が急上昇してから前記採択時間の範囲のあいだに地盤変位が発生する可能性が高いとして予測するようにすれば、当該特定地区での地盤変位の確度の高い予測ができることになる。
【００１２】
このような予測は、パーソナルコンピュータ１を用いて実施することができる。パーソナルコンピュータ１は、入力手段２、ディスプレイ３、コンピュータ本体４とを備え、コンピュータ本体４には、測定現場に設けた濁度計５、イオン濃度測定装置６、地中３ｍ、６ｍの深さに設けた傾斜計７、８からの測定結果が適宜の回線を介して入力するようにしておき、そして該入力した測定結果を時系列的に登録する登録手段、該登録された濁度が急上昇した後、イオン濃度に急上昇する変化があった場合、前記地盤変位が発生する可能性があると予測する予測手段と、該予測した結果を報知する報知手段とを備えるように設定しておけば、高い確度で地盤変位の予測ができることになる。
さらにこのものにおいて、登録手段としては、複数の地盤変位が測定された場合に、濁度の急上昇が観測されてから特定イオン濃度の急上昇が観測されるまでの各複数の第一時間と、特定イオン濃度の急上昇が観測されてから地盤変位が測定されるまでの各複数の第二時間をそれぞれ登録するものとし、さらに該登録された複数の第一、第二時間に基づいて時間の第一、第二採択域を統計学的に決定する採択域決定手段を備えたものとし、そして予測手段としては、当該測定地区において濁度の急上昇が観測されてから特定イオン濃度の急上昇が観測されるまでの時間が第一採択域で決定された時間内であった場合に、特定イオン濃度の急上昇が観測されてから第二採択域の時間内に地盤変位が発生する可能性が高いとして予測するようにし、これをディスプレイ４で報知するものとしておけば、より確実な予測報知ができるようになって好ましい。
【００１３】
以下に、測定事例について具体的に説明する。
＜測定事例１＞
図１は、実際に地すべりが観測されているあるＡ地区での地下水に含有するカルシウムイオンのイオン濃度を、イオン選択性電極法を用いて測定すると共に、市販の濁度計を用いて濁度の測定を約１年にわたって行った測定結果と、地中３ｍ、６ｍのところに設置した孔内傾斜計の変位の測定結果についてたものが示されている。
この地区は、カルシウムイオンの濃度に急激な増大変化があることがたびたび測定されているが、図面における測定開始日を基準として１０５日目付近に大きな濁度変化があり、１１５日目付近に大きな濃度変化が測定された。その後、１４２日目付近に両傾斜計に地盤変位が観測された。さらに２１８日目付近に急激な濁度変化が観測され、その後の２５０日目付近にカルシウムイオン濃度の上昇が観測された。そしてその後の２７２日目付近に傾斜計に地盤変位が観測された。これらの観測結果からみて、濁度の増大変化が認められた後、カルシウムイオンの濃度に増大変化が認められた場合に、前者では約２７日後に、後者では約２２日後に地盤変位が観測されたことになる。
このＡ地区において、さらに長期間に亘って観測を続けたところ、濁度が増大する変化だけがあって地盤変位が観測された場合、イオン濃度が増大する変化だけがあって地盤変位が観測された場合、イオン濃度が増大する変化があった後、濁度が増大する変化があってから地盤変位が観測される場合に比して、濁度が増大する変化があった後、イオン濃度が増大する変化があった場合に、傾斜計での地盤変位の観測がなされる場合が格段に多いことが確認され、そこで斯かる地盤変位が観測された場合について、濁度の増大変化が認められてからカルシウムイオン濃度の増大が観測されるまでの日数（第一時間）、該カルシウムイオン濃度の増大が観測されてから傾斜計で地盤変位が観測されるまでの日数（第二時間）について、統計的手法に基づいて各日数の採択域（第一、第二採択域）を決定したところ、Ａ地区では、濁度の増大変化があった後、５〜５０日（第一採択域）のあいだに特定イオン濃度の増大変化が認められた場合、特定イオン濃度の増大変化が認められたときから２０日〜５０日（第二採択域）までのあいだに傾斜計で観測されるレベルの地盤変位が発生する可能性が高いと予測することができ、これは地盤変位の予測について二つのパラメーターを関連つけて行ったものであって確度の高い予測といえる。
なお、このものでは、最初の地盤変位が観測されたものにおいて、１５８日目に濁度の急激な上昇が観測されたが、これは後日、傾斜計で観測できるほどの地盤変位が在ったことに伴い発生した土粒子が地下水に流れ込んだことによるものと推定される。
【００１４】
＜測定事例２＞
次に、図２は測定事例１とは別のＢ地区において、同じようにして濁度とカルシウムイオンの濃度変化を測定した結果を示す。このＢ地区も頻繁に傾斜計での測定で地盤変位が観測されるところであるが、観測開始日から１６０日目付近に濁度の急激な増加があり、その直後の１７１日目付近にカルシウムイオンの濃度が急激に上昇していることが観測された。その後の２３３日目付近に傾斜計で観測される最初の地盤変位があり、２９０日目付近に第二回目の地盤変位、３２５日目付近に第三回目の地盤変位が観測された。このように濁度の急激な増加後、カルシウムイオン濃度の急激な上昇の観測が１回であるにも拘らず、その後にさらに２回の地盤変位が観測されたが、これは地震で言えば余震的な地盤変位によるものと推定される。
因みに、このＢ地区においても、更に長期間にわたって同様の観測を続けたところ、盤変位が観測された場合について、濁度の増大変化が認められてからカルシウムイオン濃度の増大が観測されるまでの日数（第一時間）、該カルシウムイオン濃度の増大が観測されてから傾斜計で地盤変位が観測されるまでの日数（第二時間）について、統計的手法に基づいて各時間の採択域を決定したところ、Ｂ地区では、濁度の増大変化があった後、５〜４０日（第一採択域）のあいだに特定イオン濃度の増大変化が認められた場合、特定イオン濃度の増大変化が認められたときから４０日〜１００日（第二採択域）までのあいだに傾斜計で観測されるレベルの地盤変位が発生する可能性が高いと予測することができる。
なお、このものでは、前記第一回目から第三回目まで観測された地盤変位について、観測直後に何れも急激な濁度の上昇が観測されており、これはＡ地区と同様、傾斜計で観測できるほどの地盤変位が在ったことに伴い発生した土粒子が地下水に流れ込んだことによるものと推定されるが、このＢ地区では、傾斜計で観測されるような地盤変位があった場合に、土粒子が地下水に流れ込みやすい土質である、と判断することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
斜面地盤において発生することがある地すべり、表層崩壊、がけ崩れなどの地盤変位を、地下水の濁度測定と特定イオンのイオン濃度の測定とによって高い確度で予測することができ、産業上の利用可能性がある。
【図１】
2010281118.tif 000003
【図２】
2010281118.tif 000004
【図３】
2010281118.tif 000005