(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設される、電気伝導性を有して内部に地下水が流入するストレーナ管により形成された第１アース部と、
前記第１アース部から水平方向に所定の間隔をあけて地中に埋設される、電気伝導性を有して内部に地下水が流入するストレーナ管により形成された第２アース部と、
前記第１アース部及び前記第２アース部に電気的に接続されて、前記第１アース部及び前記第２アース部間の電気抵抗を検出する抵抗検出部とを備え、
前記抵抗検出部で検出される前記第１アース部及び前記第２アース部間の２Ω以下の低電気抵抗値の監視に基づいて２地点間の地すべりを予知することを特徴とする地すべり予知システム。
【請求項２】
請求項１記載の地すべり予知システムにおいて、
前記抵抗検出部の検出結果が所定値を超えている場合に警報を行う警報手段を有することを特徴とする地すべり予知システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の地すべり予知システムにおいて、
前記抵抗検出部における前記第１アース部及び前記第２アース部の少なくとも一方に対する接続位置は、深さ方向に変動自在であることを特徴とする地すべり予知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地すべり予知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地すべりの被害を極力抑えるために、近年においては地すべりを事前に予知することのできる技術が開発されている。例えば、特許文献１記載の地すべり予知システムでは、岩盤と表土層との間に埋設された反射板に対してマイクロ波を発射し、その反射波を受信することで地すべりを予知するようになっている。具体的には、マイクロ波の送信波強度と反射受信波の強度から土中での吸収係数を求め、あらかじめ記憶している吸収係数と土中の含水量との関係データから土中での含水量を算出し、同含水量の大少により地すべりを事前に予知する。
【特許文献１】特開平１１−３０３０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１記載の地すべり予知システムでは、反射板を埋設した地点のみが地すべり予知の対象となるために、広範囲での地すべり予知をする場合においてはその範囲に対して多数の反射板を埋設する必要があった。これにより、施工作業がどうしても煩雑なものになってしまっていた。
【０００４】
本発明の課題は、広範囲の地すべり予知を可能としつつも、施工作業の効率化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明に係る地すべり予知システムは、
地中に埋設される、電気伝導性を有して内部に地下水が流入するストレーナ管により形成された第１アース部と、
前記第１アース部から水平方向に所定の間隔をあけて地中に埋設される、電気伝導性を有して内部に地下水が流入するストレーナ管により形成された第２アース部と、
前記第１アース部及び前記第２アース部に電気的に接続されて、前記第１アース部及び前記第２アース部間の電気抵抗を検出する抵抗検出部とを備え、
前記抵抗検出部で検出される前記第１アース部及び前記第２アース部間の２Ω以下の低電気抵抗値の監視に基づいて２地点間の地すべりを予知することを特徴としている。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の地すべり予知システムにおいて、
前記抵抗検出部の検出結果が所定値を超えている場合に警報を行う警報手段を有することを特徴としている。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の地すべり予知システムにおいて、
前記抵抗検出部における前記第１アース部及び前記第２アース部の少なくとも一方に対する接続位置は、深さ方向に変動自在であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明者らは、地下水位が変動し平衡状態になる前に、２地点間の電気抵抗値が大きく変動し平衡状態に達することを種々の実験により見いだした。この２地点間の電気抵抗値を検出することができれば、その検出結果により飽和地盤となっているか否か、つまり地すべり発生の可能性が高まっているか否かを判断することができる。そして、本発明では、第１アース部と第２アース部間の電気抵抗を抵抗検出部により検出することで、２地点間の電気抵抗値を検出しているので、第１アース部と第２アース部との設置間隔が地すべり予知の対象範囲となる。従来のように、対象範囲全域に多数の反射板を埋設しなくとも、第１アース部と第２アース部だけを対象範囲の両端に設置するだけで広範囲の地すべり予知が可能となり、施工作業の効率化も果たせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本実施形態に係る地すべり予知システムについて説明する。図１は地すべり予知システムの概略構成を示す説明図である。図１に示すように、この地すべり予知システム１０には、地中に埋設される第１アース部１１と、第１アース部１１から水平方向に所定間隔Ｈだけあけて地中に埋設される第２アース部１２とが備えられている。本実施形態では、第１アース部１１が山地や崖などの斜面Ｓにおける上側に埋設されていて、第２アース部１２が斜面Ｓにおける下側に埋設されている。
【００１０】
第１アース部１１及び第２アース部１２は、それぞれ電気伝導性を有する棒状部材である。第１アース部１１及び第２アース部１２の基端部（図における上端部）には、電線１３を介して抵抗検出部１４が電気的に接続されている。
【００１１】
抵抗検出部１４は、第１アース部１１部及び第２アース部１２間の電気抵抗、つまり両アース部１１，１２に挟まれた地盤Ｇ内の電気抵抗を検出するものであり、例えばテスターなどが挙げられる。抵抗検出部１４には、音声や光などで警報を行う警報手段１５が電気的に接続されていて、抵抗検出部１４の検出結果が警報手段１５に出力されるようになっている。
【００１２】
警報手段１５は、抵抗検出部１４の検出結果が所定値を超えている場合に、音声や光などを発して警報を行うようになっている。所定値は、地すべりが発生するか否かを判断するための閾値である。このため、対象地域の傾斜や土壌性質、降雨量など様々な条件を考慮して、種々の実験やシミュレーションなどを行うことにより最適な値が設定されることになる。
【００１３】
ここで、地下水の変動と、電気抵抗値との関係について説明する。
まず、地盤内に擬似的な地下水の変動を発生させるため、下記の実験装置を地中内に埋設した。図２は実験装置１００の概略構成を示す断面図である。図２に示すように実験装置１００は、２つの地盤改良装置１Ａ，１Ｂと、抵抗検出部１４とを備えている。
【００１４】
図３は、地盤改良装置１Ａ，１Ｂの概略構成を示す説明図である。図３に示すように、地盤改良装置１Ａ，１Ｂには、地盤Ｇに埋設されるストレーナ管２と、ストレーナ管２の周囲に配置されたフィルター部３と、ストレーナ管２の上部に連結される基台４とが設けられている。
【００１５】
ストレーナ管２は、例えば鋼管等の非透水性のものからなり、その先端部（図３における下端部）には外周に複数の穴２１をあけて水が通るようにしたストレーナ部２２が設けられている。ストレーナ管２の内部には、当該ストレーナ管２内に流入した地下水を排水するための排水管５と、排水管５の先端部に取り付けられ、複数の穴２１よりも上方に配置される排水ポンプ６とが設けられている。排水ポンプ６が駆動することにより、ストレーナ管２内の地下水は排水管５を介して排水されることになる。
【００１６】
排水管５は、ストレーナ管２の長さ方向に延在していて、その上部に逆止弁（図示省略）が設けられている。逆止弁は、排水管５内の地下水が基端側（図３における上方）に向かう方向に流れるときに開き、先端側（図３における下方）に逆流するときに閉じるようになっている。
【００１７】
フィルター部３は、ストレーナ部２２の穴２１を覆うようにストレーナ管２の周囲に埋設されており、透水性を有する。フィルター部３としては砂利や巻線等を用いることができる。周囲の地盤Ｇからフィルター部３内に浸透した地下水は、ストレーナ部２２の穴２１を介してストレーナ管２内に流入することになる。
【００１８】
基台４は、ストレーナ管２と同径の非透水性の管状部材である。基台４の先端部にはストレーナ管２が連結されている。他方、基台４の基端部（図３における上端部）には、蓋板４１が取り付けられていて、この蓋板４１により遮蔽されている。蓋板４１には、ストレーナ管２内部と真空ポンプ７とを連通可能にするための真空ポンプ接続部４２と、外部の受水槽８と排水管５とを連通可能にするための受水槽接続部４３とが設けられている。また、基台４の周面には、ストレーナ管２内部とコンプレッサー９とを連通可能にするためのコンプレッサー接続部４４が設けられている。これら各接続部４２，４３，４４には、それぞれ開閉状態を切り替えるコック４２ａ，４３ａ，４４ａが設けられている。
【００１９】
真空ポンプ７には、吸引物を気体と水とに分離するための気液分離装置１８が連結されている。気液分離装置１８には受水槽８と活性炭吸着装置１９とが連通されている。そして、気液分離装置１８により分離された水は受水槽８に送られ、気体は活性炭吸着装置１９を通過して大気に放出されるようになっている。
【００２０】
次に、地盤改良装置１Ａ，１Ｂの作用について説明する。この地盤改良装置１Ａ，１Ｂでは、地盤Ｇ内の地下水を重力により集めて排水する重力排水処理と、真空ポンプ７により地盤Ｇ内の地下水を集める真空排水処理と、地盤Ｇ内に圧縮空気を圧送する空気圧送処理とが行えるようになっている。
【００２１】
重力排水処理時における地盤改良装置１Ａ，１Ｂの作用について説明する。
まず、作業者は、受水槽８と受水槽接続部４３とを配管１５ｂを介してする。その後、作業者は、受水槽接続部４３のコック４３ａを開状態、真空ポンプ接続部４２のコック４２ａと、コンプレッサー接続部４４のコック４４ａとを閉状態にしてから、排水ポンプ６を駆動する。
【００２２】
地盤Ｇ内の地下水は、自重によってフィルター部３を通過しストレーナ部２２の穴２１を介してストレーナ管２内に流入している。このストレーナ管２内に流入している地下水を排水ポンプ６が吸引するため、受水槽８には地下水が貯留されることになる。
【００２３】
真空排水処理時における地盤改良装置１Ａ，１Ｂの作用について説明する。
作業者は、真空ポンプ７と真空ポンプ接続部４２とを配管１５ａを介して接続する。同様に、受水槽８と受水槽接続部４３も配管１５ｂを介して接続する。
【００２４】
その後、作業者は、真空ポンプ接続部４２のコック４２ａと、受水槽接続部４３のコック４３ａとを開状態、コンプレッサー接続部４４のコック４４ａを閉状態にしてから、真空ポンプ７及び排水ポンプ６を駆動する。
【００２５】
ここで、図３においては、ストレーナ管２の右半分部分では、真空ポンプ７及び排水ポンプ６の駆動時（吸引時）における地下水及び空気の動きを示し、左半分部分では、コンプレッサー９の駆動時（圧送時）における空気の動きを示している。
【００２６】
真空ポンプ７の駆動によって、ストレーナ管２内が減圧されて排気されると、地盤Ｇ内の地下水はフィルター部３を透過してストレーナ部２２の穴２１からストレーナ管２内に流入することになる（矢印Ｗ１参照）。ストレーナ管２に流入した地下水は排水ポンプ６により排水管５から受水槽８まで排水される（矢印Ｗ２参照）。
【００２７】
さらに、真空ポンプ７の駆動を継続すると、ストレーナ管２の周囲の地盤Ｇから土壌ガスも吸引されて（矢印Ａ１参照）、当該地盤Ｇ内に負圧が伝播することになる。地盤Ｇ内が大気圧よりも負圧になると、水の沸点も下がるために地盤Ｇ内の地下水は水蒸気となってストレーナ管２内に吸引される。これにより、ストレーナ管２周囲の地盤Ｇでは擬似的な真空状態が発生する。
【００２８】
真空ポンプ７により吸引された水蒸気及び土壌ガスは、ストレーナ管２を通過して、気液分離装置１８に送られる（矢印Ａ２参照）。気液分離装置１８では、水蒸気及び土壌ガスが水と気体に分離され、水は受水槽８に送られ、気体は活性炭吸着装置１９に送られる。活性炭吸着装置１９では、気体が浄化されて大気に放出される。
【００２９】
空気圧送処理時における地盤改良装置１Ａ，１Ｂの作用について説明する。
作業者は、コンプレッサー９とコンプレッサー接続部４４とを配管１５ｃを介して接続する。その後、真空ポンプ接続部４２のコック４２ａと、受水槽接続部４３のコック４３ａとを閉状態、コンプレッサー接続部４４のコック４４ａを開状態にしてから、コンプレッサー９を駆動する。
【００３０】
コンプレッサー９が駆動すると、ストレーナ管２内に圧縮空気が供給されることになり（矢印Ａ３参照）、ストレーナ部２２の穴２１からフィルター部３を介して地盤Ｇ内に圧縮空気が注入されることになる（矢印Ａ４参照）。
【００３１】
そして、実験時においては、図２に示すように、地面がほぼ水平な地盤Ｇに、２つの地盤改良装置１Ａ，１Ｂを水平方向に所定間隔あけて埋設する。このとき、抵抗検出部１４は、電線１３を介して各地盤改良装置１Ａ，１Ｂのストレーナ管２に電気的に接続されている。ストレーナ管２は電気伝導性を有しているため、地盤改良装置１Ａ，１Ｂ間の電気抵抗が抵抗検出部１４によって検出されることになる。
【００３２】
［実験１］
まず、地盤改良装置１Ａと地盤改良装置１Ｂとを水平方向の間隔が３０ｍとなるように地盤Ｇに埋設する。そして、地盤改良装置１Ａでは待機状態としてストレーナ管２内の水位を計測している。一方、地盤改良装置１Ｂでは真空排水処理を実行した。真空排水処理の開始から、地盤改良装置１Ａの地下水位と、地盤改良装置１Ｂ近傍の地下水位、抵抗検出部１４の検出結果を計測し、その結果を時系列に表したのが図４のグラフである。
【００３３】
図４に示すように地盤改良装置１Ａの地下水位は常に一定である。一方、地盤改良装置１Ｂ近傍の地下水位は真空排水処理の実行開始後１分程度から徐々に低下し、１６分以降ではおよそ地下６０ｍ付近で平衡状態となっている。ここで、抵抗検出部１４の検出結果は真空排水処理の実行開始後１分程度から急速に電気抵抗値が上昇し、７〜８分以降ではおよそ１．８Ω付近でほぼ平衡状態となっている。
つまり、地下水位が変動し平衡状態になる前に、地盤改良装置１Ａと地盤改良装置１Ｂとの間の電気抵抗値は大きく変動し平衡状態に達していることがわかった。
【００３４】
［実験２］
実験１で埋設した地盤改良装置１Ａ，１Ｂを用いる。地盤改良装置１Ａでは重力排水処理を実行し、地盤改良装置１Ｂでは真空排水処理を実行した。重力排水処理及び真空排水処理の開始から、地盤改良装置１Ｂ近傍の地下水位、抵抗検出部１４の検出結果を計測し、その結果を時系列に表したのが図５のグラフである。
【００３５】
図５に示すように地盤改良装置１Ｂ近傍の地下水位は重力排水処理及び真空排水処理の実行開始後２０〜２２分程度から徐々に低下し、７２分以降ではおよそ地下６０ｍ付近で平衡状態となっている。ここで、抵抗検出部１４の検出結果は重力排水処理及び真空排水処理の実行開始後２分程度から急速に電気抵抗値が上昇し、５〜６分以降ではおよそ−０．５〜−１．５Ω付近でほぼ平衡状態となっている。
この実験２においても、実験１と同様に、地下水位が変動し平衡状態になる前に、地盤改良装置１Ａと地盤改良装置１Ｂとの間の電気抵抗値は大きく変動し平衡状態に達していることがわかった。
【００３６】
［実験３］
実験１で埋設した地盤改良装置１Ａ，１Ｂを用いる。地盤改良装置１Ａでは重力排水処理を実行し、地盤改良装置１Ｂでは空気圧送処理を実行した。その後、所定時間経過後には空気圧送処理を停止した。空気圧送処理の停止時においては、空気が圧送された地盤Ｇ内に地下水が浸透するため、その空気圧が徐々に低下することになる。この地盤Ｇ内の空気圧変動と、抵抗検出部１４の検出結果を計測し、その結果を時系列に表したのが図６のグラフである。なお、計測期間中においては、地盤改良装置１Ａは重力排水処理を継続している。
【００３７】
図６に示すように、重力排水処理及び空気圧送処理の実行開始後１５分程度では、空気が地盤Ｇ内に圧送されているために、空気圧の計測は行っていない。空気圧処理が停止されると、空気圧は０．５ＭＰａから急激に低下し、６４分以降から０．１ＭＰａ付近で平衡状態となる。ここで、抵抗検出部１４の検出結果は、空気圧送処理の直後には上昇し、空気圧送処理の停止５分後〜４６分後間（重力排水処理及び空気圧送処理の実行開始２０分後〜６１程度）ではおよそ−０．５Ω付近でほぼ平衡状態となっている。
上述したように、地盤Ｇ内の空気圧変動は、地下水の浸透に密接に関連しているために、空気圧変動の平衡状態は、地下水の浸透に変動がないこと、すなわち地下水位が平衡状態であることを示している。つまり、実験３においても、実験１，２と同様に、地下水位が変動し平衡状態になる前に、地盤改良装置１Ａと地盤改良装置１Ｂとの間の電気抵抗値は大きく変動し平衡状態に達していることがわかった。
【００３８】
このように、いずれの実験１，２，３でも、地下水位が変動し平衡状態になる前に、２地点間の電気抵抗値が大きく変動し平衡状態に達していることがわかった。換言すると、電気抵抗値が変動し平衡状態になれば、その間においては地下水位が変動している可能性が高い。地下水の変動量によっては、その後に地すべりが発生する可能性も高まることになる。２地点間の電気抵抗を監視することができれば、その２地点間における地すべりを事前に予知することが可能となる。
【００３９】
つまり、上記した地すべり予知システム１０を、地すべり予知の対象範囲に設置しておくと、当該対象範囲の地すべりを事前に予知することが可能となる。具体的に、地すべり予知システム１０の作用について説明する。
【００４０】
まず、作業者は、地すべり予知の対象範囲の両端に、第１アース部１１と、第２アース部１２とを埋設する。そして、作業者は、第１アース部１１と第２アース部１２のそれぞれの基端部に電線１３を介して抵抗検出部１４を接続する。これにより、抵抗検出部１４は、第１アース部１１と第２アース部１２間の電気抵抗を検出することになる。また、抵抗検出部１４は警報手段１５に検出結果を出力している。警報手段１５は、抵抗検出部１４の検出結果が所定値を超えると、地すべりの警報を行う。
【００４１】
以上のように、本実施形態の地すべり予知システム１０によれば、抵抗検出部１４により２地点間の電気抵抗値を検出することで、その検出結果により飽和地盤となっているか否か、つまり地すべり発生の可能性が高まっているか否かを判断することができる。
そして、従来のように対象範囲全域に多数の反射板を埋設しなくとも、第１アース部１１と第２アース部１２だけを対象範囲の両端に設置するだけで広範囲の地すべり予知が可能となり、施工作業の効率化も果たせることができる。
また、抵抗検出部１４の検出結果が所定値を超えると、警報手段１５によって警報が行われるので、地すべりの可能性が高まっていることを事前に報知することができる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、本実施形態では、第１アース部１１及び第２アース部１２のそれぞれが、電気伝導性を有する棒状部材である場合を例示して説明したが、実験装置１００のように第１アース部１１及び第２アース部１２の少なくとも一方を、地盤改良装置１Ａ，１Ｂを適用することも可能である。この場合、地すべりの可能性が高まっていることが、抵抗検出部１４の検出結果により予知されると、地盤改良装置１Ａ，１Ｂのいずれか一方で、重力排水処理若しくは真空排水処理を実行すれば、当該地盤Ｇから地下水を排出でき、地盤Ｇを引き締めることが可能となる。
さらに、真空排水処理の実行後に、空気圧送処理を実行すれば、擬似的な真空状態となっている地盤Ｇ内に空気を浸透させて、当該地盤Ｇを不飽和地盤にすることができる。ここで、不飽和地盤は、飽和地盤よりも透水係数が１／１０〜１／１００に小さくなると言われており、ストレーナ管２の周囲の地盤Ｇが不飽和地盤になるとそれだけ地下水の浸透を防止することが可能となる。つまり、地盤Ｇの地すべりを事前に防止することが可能となる。
【００４３】
また、上記実施形態では、抵抗検出部１４が第１アース部１１及び第２アース部１２のそれぞれの上端部に固定されている場合を例示しているが、抵抗検出部１４における第１アース部１１及び第２アース部１２の少なくとも一方に対する接続位置が、深さ方向に変動自在であってもよい。以下、具体的に図７を参照に説明する。図７に示す地すべり予知システム１０Ａでは、第１アース部１１として地盤改良装置１Ａを適用し、第２アース部１２として鋼管２０からなる観測用井戸２０Ａを適用している。そして、第１アース部１１側の電線１３の先端部１３ａは、ストレーナ管２の上端部に接続されている。これにより、抵抗検出部１４における第１アース部１１との接続位置が固定されたままとなる。一方、第２アース部１２側の電線１３の先端部１３ｂは、周知の移動機構（図示省略）によって鋼管２０内面に接触した状態で深さ方向に変動するようになっている。これにより、抵抗検出部１４における第２アース部１２との接続位置が深さ方向に変動することになる。そして、第２アース部１２側の電線１３の接続位置を変動させて、抵抗検出部１４による抵抗検出を行えば、深さ毎に検出値も異なることになる。この検出値を基にすることで、各深さ毎の地盤中の水分量、密度等を推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本実施形態に係る地すべり予知システム１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】実験装置１００の概略構成を示す断面図である。
【図３】図２の実験装置１００に備わる地盤改良装置の概略構成を示す説明図である。
【図４】実験１による地盤改良装置１Ａの地下水位と、地盤改良装置１Ｂ近傍の地下水位、抵抗検出部１４の検出結果を時系列に表したグラフである。
【図５】実験２による地盤改良装置１Ｂ近傍の地下水位、抵抗検出部１４の検出結果を時系列に表したグラフである。
【図６】実験３による地盤内の空気圧変動と、抵抗検出部１４の検出結果を時系列に表したグラフである。
【図７】本実施形態に係る地すべり予知システムの変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０      地すべり予知システム
１１      第１アース部
１２      第２アース部
１３      電線
１４      抵抗検出部
１５      警報手段
【図１】
0005408908.tif 000002
【図２】
0005408908.tif 000003
【図３】
0005408908.tif 000004
【図４】
0005408908.tif 000005
【図５】
0005408908.tif 000006
【図６】
0005408908.tif 000007
【図７】
0005408908.tif 000008