(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震動による加速度波形を検出し、この加速度波形に基づいて、ＳＩ値、最大加速度、地盤の変位、加速度波形の周期およびこの周期毎の最大加速度のうちの少なくとも２つを検出すると共に、それぞれが所定の閾値以上であるか否かを判断することによって液状化現象の発生を検知する地盤の液状化検知方法であって、
前記加速度波形を同一水平面内の互いに直交する２軸方向およびこの２軸とは異なる方向それぞれにおいて求め、これら複数方向の加速度波形を基に液状化現象の発生を検知する
ことを特徴とする地盤の液状化検知方法。
【請求項２】
地震動による加速度波形を検出し、この加速度波形の周期を検出すると共に、この周期毎の最大加速度を検出し、各周期毎にこれら周期と最大加速度とが共に所定の閾値以上であるか否かを判断することによって液状化現象の発生を検知する地盤の液状化検知方法であって、
前記加速度波形を同一水平面内の互いに直交する２軸方向およびこの２軸とは異なる方向それぞれにおいて求め、これら複数方向の加速度波形を基に液状化現象の発生を検知する
ことを特徴とする地盤の液状化検知方法。
【請求項３】
前記加速度波形を同一水平面内の互いに直交する２軸方向のそれぞれにおいて検出し、前記２軸方向と異なる方向の加速度波形を、前記検出された加速度波形に基づいて演算によって求める
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の地盤の液状化検知方法。
【請求項４】
地震動による加速度波形を検出する地震波検出手段と、
前記加速度波形に基づいてＳＩ値を検出するＳＩ値検出手段、最大加速度を検出する最大加速度検出手段、地盤の変位を検出する地盤変位検出手段、前記加速度波形の周期を検出する周期検出手段および前記周期毎に最大加速度を検出する周期最大加速度検出手段のうちの少なくとも２つの検出手段と、
これら検出手段それぞれの検出値出力が所定の閾値以上であるか否かを判断することにより液状化現象の発生の有無を判定する液状化判定手段とを備え、
前記地震波検出手段は、前記加速度波形を同一水平面内の互いに直交する２軸方向およびこの２軸と異なる方向のそれぞれにおいて求めるものであり、前記地震波検出手段により検出された複数方向の加速度波形を基に、液状化現象の発生を検知する
ことを特徴とする地盤の液状化検知装置。
【請求項５】
地震動による加速度波形を検出する地震波検出手段と、
前記加速度波形に基づいて加速度波形の周期を検出する周期検出手段と、
前記周期毎の最大加速度を検出する周期最大加速度検出手段と、
前記周期検出手段と前記周期最大加速度検出手段のそれぞれの検出値出力が所定の閾値以上であるか否かを判断することによって液状化現象の発生の有無を判定する液状化判定手段とを備え、
前記地震波検出手段は、前記加速度波形を同一水平面内の互いに直交する２軸方向およびこの２軸と異なる方向のそれぞれにおいて求めるものであり、前記地震波検出手段により検出された複数方向の加速度波形を基に、液状化現象の発生を検知する
ことを特徴とする地盤の液状化検知装置。
【請求項６】
前記地震波検出手段は、同一水平面内の互いに直交する２軸方向それぞれについて前記加速度波形を検出し、前記２軸方向と異なる方向の加速度波形を前記検出された２軸方向の加速度波形に基づいて演算により求めるものである
ことを特徴とする請求項４または請求項５記載の地盤の液状化検知装置。
【請求項７】
複数の地点に設置された請求項４，請求項５，請求項６のいずれか一項に記載の液状化検知装置と、
これら複数の液状化検知装置から検知結果を送信する通信手段と、
前記検知結果を基に前記複数の地点における液状化発生状況を監視する監視手段と
を備えたことを特徴とする地盤の液状化検知システム。
【請求項８】
前記複数の液状化検知装置を多数のガス配管が埋設されたガス供給エリアに設けたことを特徴をする請求項７記載の地盤の液状化検知システム。
【請求項９】
更に、前記監視手段において、液状化現象の発生が確認された場合に当該液状化検知地点におけるガス配管の埋設状況を考慮して前記ガス配管に対して遮断指示を行うことを特徴とする請求項８記載の地盤の液状化検知システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震動により発生する液状化現象を検知するための地盤の液状化検知方法並びに液状化検知装置およびシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤の液状化は、地震時に砂質土層の間隙水圧の上昇に伴って砂質土の剪断強度等が低下し、地盤が急激に不安定な状態になり、噴砂，噴水または側方流動が発生する現象である。液状化現象は、地下水位よりも深いところに位置するゆるい砂質土層で発生し易く、ライフラインをはじめとする建物の埋設管などに生じた被害を拡大させる要因の１つとなっている。そのため、地震発生直後に液状化の発生の有無を検知すると共に、液状化が発生した場合にはその程度を把握することが二次災害を軽減させるために重要である。
【０００３】
例えばライフラインである水道やガスの導管に関しては、地盤の液状化が発生すると被害率が増大すると言われており、液状化が発生し導管に大きな被害が発生した場合には、迅速に供給を停止する必要がある。そのため、液状化の迅速な検知方法の開発が望まれている。
【０００４】
従来、このような地盤の液状化を検知する方法としては、地下に直接間隙水圧計を設置して間隙水圧を測定する方法の他に、例えば特開平６−１０３３５号公報に開示された地盤の液状化検知方法がある。この液状化検知方法は、先端に開口部を有する中空管を液状化が予想されるゆるい砂質土層に設置し、地震時等に発生する地盤の過剰間隙水圧によって生じる地下水の流れを開口部を通して中空管に導き、中空管内の水位上昇量を中空管内に設置した水圧計で測定することによって液状化の程度を推定するものである。また、他の検知方法としては、特開平６−１７４１３号公報に開示された地盤の液状化検知方法がある。この液状化検知方法は、上述の中空管の上端を閉塞させ、下部側面に多数の開口を設けると共に例えば中空管の内部に空気圧を測定する圧力計を設置して、中空管内の水位上昇に伴う中空管内の空気圧の上昇を測定し、中空管の水位上昇と上端の空気圧との和を基にして液状化の程度を推定するものである。更に、他の検知方法としては、特開平７−１０９７２５号公報に開示された地盤の液状化早期検知方法がある。この液状化検知方法は、液状化をもたらす地震の規模および距離の範囲と加速度レベルとを予め設定しておき、地震初動の情報から地震の規模と距離を推定し、地震加速度のモニタリングを行い、それらの結果に基づいて地盤の液状化をもたらすか否かを判定すると共にその判定に基づいて揚水することにより液状化の防止を図るものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来、種々の液状化検知方法が提案されている。しかしながら、地下に直接間隙水圧計を設置して間隙水圧を測定する方法では、間隙水圧計を設置する際にボーリング工事を伴うために費用がかかることに加えて、直接地下に埋設するために水圧計が故障し易く、故障すると再度ボーリング工事を行う必要があるため更に費用がかかるという問題があった。
【０００６】
また、特開平６−１０３３５号公報に開示された液状化検知方法では、地下に間隙水圧計を埋設して間隙水圧の変動を直接測定する方法に比べて、装置の設置および修理にかかる費用や労力を低減させることができる。それに加えて、測定用の電子機器がすべて地表に存在し、故障が少なく耐久性に優れていると共に電子機器が故障した場合であっても簡単に交換することができるため、保守および管理が容易であるという利点を有する。また、特開平６−１７４１３号公報に開示された液状化検知方法では、上述の利点に加えて、上端を閉塞して水位上昇量を抑制することにより、広範囲の間隙水圧を測定することができること、および反応性が良いことを特徴とする。しかしながら、これらの方法においても、中空管等の検知装置の設置に依然ボーリング工事が必要であり、大がかりであると共に費用がかかるという問題があった。
【０００７】
更に、特開平７−１０９７２５号公報に開示された液状化検知方法では、早期に液状化を検知できるという利点を有するが、基本的に地震加速度レベルのみを基に液状化の発生の有無が判断されるため、液状化発生の判定に関する信頼性の面で問題があった。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、安価で、設置が容易であると共に、液状化現象の発生の有無について迅速に、より精度良く判定することができる地盤の液状化検知方法並びに液状化検知装置およびシステムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の地盤の液状化検知方法は、地震動による加速度波形を検出し、この加速度波形に基づいて、ＳＩ値、最大加速度、地盤の変位、加速度波形の周期およびこの周期毎の最大加速度（すなわち、周期最大加速度）のうちの少なくとも２つを検出すると共に、それぞれが所定の閾値以上であるか否かを判断するものであり、かつ、加速度波形を同一水平面内の互いに直交する２軸方向および２軸とは異なる他の方向それぞれにおいて求め、これら複数方向の加速度波形を基に液状化現象の発生を検知するものである。
【００１０】
なお、本明細書において、最大加速度とは、加速度波形の基線を境とした正負の振幅値のうち絶対値が最も大きなものをいうものとする。
【００１１】
この地盤の液状化検知方法では、同一水平面内の複数方向の加速度波形を基に検知されるＳＩ値、最大加速度、地盤の変位、加速度波形の周期、この周期毎の最大加速度（周期最大加速度）のうちの２つ以上のパラメータが検知され、それぞれ所定の閾値以上であるか否かが判断される。この判断に基づき、地盤に液状化現象が発生したか否かの判定がなされる。ここで、ＳＩ値、周期最大加速度等を検出する際には、検出された加速度波形に予め基線補正、すなわち、地震が検出されない平常時での出力のドリフト分を波形出力から差し引く補正が施される。
【００１２】
請求項２記載の地盤の液状化検知方法は、地震動による加速度波形を検出し、この加速度波形の周期を検出すると共に、この周期毎の最大加速度（周期最大加速度）を検出し、各周期毎にこれら周期と周期最大加速度とが共に所定の閾値以上であるか否かを判断するものであり、かつ、加速度波形を同一水平面内の互いに直交する２軸方向および２軸とは異なる他の方向それぞれにおいて求め、これら複数方向の加速度波形を基に液状化現象の発生を検知するものである。
【００１４】
請求項３記載の地盤の液状化検知方法は、請求項１または２記載の方法において、加速度波形を同一水平面内の互いに直交する２軸方向において検出し、２軸と異なる方向における加速度波形については、検出された加速度波形に基づいて演算によって求めるものである。
【００１５】
請求項４記載の地盤の液状化検知装置は、地震動の加速度波形を検出する地震波検出手段と、ＳＩ値を検出するＳＩ値検出手段、最大加速度を検出する最大加速度検出手段、地盤の変位を検出する地盤変位検出手段、加速度波形の周期を検出する周期検出手段および周期毎の最大加速度（周期最大加速度）を検出する周期最大加速度検出手段のうちの少なくとも２つの検出手段と、これら検出手段それぞれの検出値出力が所定の閾値以上であるか否かを判断することにより液状化現象が発生したか否かを判定する液状化判定手段とを備え、かつ、地震波検出手段が、加速度波形を同一水平面内の互いに直交する２軸方向およびこの２軸と異なる方向のそれぞれにおいて求めるものであり、この地震波検出手段により検出された複数方向の加速度波形を基に、液状化現象の発生を検知するものである。
【００１６】
この地盤の液状化検知装置では、地震波検出手段により検出された同一水平面内の複数の加速度波形に基づく各種パラメータ（ＳＩ値、最大加速度、地盤変位、周期、周期最大加速度）のうち少なくとも２つが検出され、検出されたパラメータが閾値以上であるか否かが判断される。これらパラメータ出力が閾値以上である場合に、地盤に液状化現象が発生したと判定される。
【００１７】
請求項５記載の地盤の液状化検知装置は、地震動による加速度波形を検出する地震波検出手段と、加速度波形に基づいて加速度波形の周期を検出する周期検出手段と、周期毎の最大加速度（周期最大加速度）を検出する周期最大加速度検出手段と、周期検出手段と周期最大加速度検出手段のそれぞれの検出値出力が所定の閾値以上であるか否かを判断することによって液状化現象の発生の有無を判定する液状化判定手段とを備え、かつ、地震波検出手段が、加速度波形を同一水平面内の互いに直交する２軸方向およびこの２軸と異なる方向のそれぞれにおいて求めるものであり、この地震波検出手段により検出された複数方向の加速度波形を基に、液状化現象の発生を検知するものである。
【００１８】
この地盤の液状化検知装置では、地震波検出手段により検出された同一水平面内の複数の加速度波形より、その周期および周期毎の最大加速度（周期最大加速度）が検出され、周期および周期毎の最大加速度（周期最大加速度）がそれぞれ閾値以上であるか否かが判断される。これら周期および周期毎の最大加速度（周期最大加速度）がそれぞれ閾値以上であった場合、地盤に液状化現象が発生したと判定される。
【００２１】
請求項６記載の地盤の液状化検知装置は、請求項４または５記載のものにおいて、地震波検出手段が、同一水平面内の互いに直交する２軸方向それぞれについて加速度波形を検出し、これら２軸と異なる方向の加速度波形を２軸方向の加速度波形に基づいて演算により求めるものである。
【００２２】
請求項７記載の地盤の液状化検知システムは、複数の地点に設置された請求項４，請求項５，請求項６のいずれか一項に記載の液状化検知装置と、これら複数の液状化検知装置から検知結果を送信する通信手段と、検知結果を基に前記複数の地点における液状化発生状況を監視する監視手段とを備えている。
【００２３】
この地盤の液状化検知システムでは、各液状化検知地点における液状化検知装置での判定結果が、通信手段によって監視手段に向けて送信され、この監視手段により複数の液状化検知地点における液状化発生状況が監視される。
【００２４】
請求項８記載の地盤の液状化検知システムは、請求項７記載のものにおいて、複数の液状化検知地点を多数のガス配管が埋設されたガス供給エリアに設けたものである。
【００２５】
請求項９記載の地盤の液状化検知システムは、請求項８記載のものにおいて、更に、監視手段において、液状化現象の発生が確認された場合に当該液状化検知地点におけるガス配管の埋設状況を考慮してガス配管に対して遮断指示を行うものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の第１の実施の形態に係る地盤の液状化検知装置１０１の機能構成を表すブロック図である。なお、本発明の地盤の液状化検知方法は、この液状化検知装置１０１の作用に具現化されているため、その説明は省略する。
【００２８】
この液状化検知装置１０１は、地震波検出センサ１０２と液状化判定部１０３とを含んで構成されている。地震波検出センサ１０２は水平面の直交２軸方向それぞれにおいて地震波の加速度波形を検出する地震波検出手段１０と、地震波検出手段１０により検出された加速度波形から波形の１周期毎に最大加速度（周期最大加速度，Ａｐｍａｘ）を検出する周期最大加速度検出手段１２と、地震波検出手段１０により検出された加速度波形を基にＳＩ値（ＳＩ）を検出するＳＩ値検出手段１３とを備えている。液状化判定部１０３は、地震波検出手段１０により検出された加速度波形の振動の周期（Ｐ）を検出する周期検出手段１１と、地盤変位（Ｄ）を検知する地盤変位検出手段１４とを備えている。
【００２９】
液状化判定部１０３は更に液状化判定手段１５を備えている。この液状化判定手段１５は、周期最大加速度検出手段１２により検出された周期最大加速度Ａｐｍａｘ、周期検出手段１１により検出された周期Ｐ、ＳＩ値検出手段１３により検出されたＳＩ値および地盤変位検出手段１４により検出された地盤変位Ｄがそれぞれ所定の閾値（Ａ０  ，Ｐ０  ，ＳＩ０  ，Ｄ０  ）より大きいか否かを判断し、周期最大加速度Ａｐｍａｘ、周期Ｐ、ＳＩ値および地盤変位Ｄが共に各閾値より大きい場合に地盤に液状化現象が発生したと判定するものである。なお、地盤変位検出手段１４では、地盤の変位Ｄを変位センサにより直接検出してもよいが、後述するように、周期最大加速度ＡｐｍａｘおよびＳＩ値を用いてＴＯＷＨＡＴＡ  ｅｔ  ａｌ．（ＳＯＩＬＳ  ＡＮＤ  ＦＯＵＮＤ  ＡＴＩＯＮＳ，  Ｖｏｌ．３６，  ２９−４４，  １９９６）が示した近似式により求めることにより簡易な構成とすることができる。
【００３０】
図２は図１に示した液状化検知装置１０１を備えた地盤の液状化検知システムをガス供給ラインに適用した構成例を表すものである。
【００３１】
このガス供給ラインは、ガス製造工場４００から各地区の家庭６００や工場６０１等へガスを供給するものであり、その途中にガスの圧力を調整するためのガバナステーション５００およびガバナ室１００が配設されている。ガバナ室１００内部に設置された液状化検知装置１０１は制御盤２００を介して中央の監視室３００に接続されている。監視室３００には他の地区の液状化検知装置が同様に接続されており、各地区からの情報を基に液状化発生の有無を監視し、ガスの供給遮断を行うものである。なお、監視室３００は本発明の監視手段に対応している。
【００３２】
このガス供給ラインでは、通常、ガス製造工場４００で製造された高圧のガスがガスタンク４０１に貯蔵されており、緊急時に遮断される遮断弁４０２ａを有するガバナ（ガス整圧器）４０２により圧力調整された後、高圧導管４０３中を通過してガス供給エリアの各地区毎、例えば３６００箇所に設置されたガバナステーション５００に送られる。ガバナステーション５００はガバナ５０１および緊急遮断弁５０２を備えており、ガバナステーション５００に送られたガスは、ガバナ５０１により中圧に圧力調整された後、中圧導管５０３中を通過し、更に液状化検知装置１０１に含まれる緊急時に遮断される遮断弁１０４ａを有したガバナ１０４により低圧に圧力調整され、低圧導管１０５中を通過して各家庭６００や工場６０１等に供給される。
【００３３】
ガバナ室（防爆域）１００は、ガバナステーション５００と各家庭６００や工場６０１等とのラインの間に設置されており、液状化検知装置１０１と、ガバナ１０４を含んで構成されている。
【００３４】
液状化検知装置１０１は、所定の耐圧力を満足するようにアルミニウムなどの金属で作製された防爆ケースの内部に、地震波検出センサ１０２と液状化判定部１０３を含んで構成されている。
【００３５】
本実施の形態における地震波検出センサ１０２は、所謂ＳＩ（Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）センサと称されるもので、水平面上の直交した２軸（Ｘ，Ｙ）方向において、地表の加速度波形（地震波形）を検出し、これを保存して出力できると共に、周期最大加速度（Ａｐｍａｘ）を計測することができるものである。
【００３６】
地震波検出センサ１０２により得られるＳＩ値は、地震による一般的な建物の揺れの程度を数値化したものであり、地震の加速度を入力として応答解析を行うことにより求められた特定の固有周波数範囲における平均値である。このＳＩ値は、具体的には、以下の式（１）により求めることができ、過去の観測結果から最大加速度よりも、震度や地震被害の有無との相関関係が高いことが知られている。なお、地震波検出センサ１０２には、静電容量型，ピエゾ抵抗型あるいは圧電型などの半導体加速度センサが含まれている。
【００３７】
【数１】
0003594843.tif 000002
【００３８】
既に述べたように、地震波検出手段１０、周期最大加速度検出手段１２およびＳＩ値検出手段１３は、それぞれこの地震波検出センサ１０２により実現することができる。
【００３９】
液状化判定部１０３は、この地震波検出センサ１０２の出力（加速度波形、周期最大加速度ＡｐｍａｘおよびＳＩ値）を基に、加速度波形の周期Ｐおよび地盤変位Ｄを求め、これら周期Ｐ、地盤変位Ｄ、周期最大加速度ＡｐｍａｘおよびＳＩ値が共に閾値（    Ａ０  ，Ｐ０  ，ＳＩ０  ，Ｄ０  ）より大きいか否かを判断し、いずれもが閾値よりも大きい場合に当該液状化検知装置１０１が設置された地盤に液状化現象が発生したと判定し、通信網を介して監視室３００に液状化発生信号１０２１を送信するものである。この液状化判定部１０３は、具体的にはマイクロコンピュータにより構成され、図示しないＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等に格納されたプログラムを実行することによって後述のように動作するようになっている。すなわち、この液状化判定部１０３により上記周期検出手段１１、地盤変位検出手段１４および液状化判定手段１５がそれぞれ実現される。
【００４０】
本実施の形態では、加速度波形の周期Ｐは、図３に示したように加速度波形が基線Ｚを横切る時間（ゼロクロス時間）間隔を基にして推定されるゼロクロス周期を用いる。ここでは、基線Ｚを横切った地震波が更に基線Ｚを２回横切るまでの時間を１ゼロクロス周期とするが、この周期の定義は任意であり、例えば、加速度波形が基線と交わる点と点との間隔１つ分を計測したり、点と点との間隔３つ分を計測してそれを３で割り、間隔の平均値を求めて、それを半周期と定義することもできる。
【００４１】
ところで、地震動による加速度波形の特徴として、図４に示したように、Ｐ波，Ｓ波等の実体波の後から周期の長い表面波が到来することが挙げられる。中規模以上の地震の際には、この表面波の到来時においてはじめて４つのパラメータ全ての条件を満足することがあり、このような場合には、液状化が発生していないにもかかわらず、発生していると誤判定を行うこととなる。従って、表面波による波形と実体波による液状化波形とを識別し、表面波による影響を排除する必要がある。ここで、表面波は、前述のように液状化波形と同様に、長周期成分を多く含むが、その加速度は液状化波形の加速度よりも小さくなる特徴を有する。
【００４２】
本実施の形態では、このような表面波による影響を排除するために、判定に用いる最大加速度の値（絶対値）を、地震波全体（Ｐ波，Ｓ波等の実体波および表面波）での最大値（地震波最大加速度Ａｍａｘ  ）ではなく、周期内での最大値（周期最大加速度Ａｐｍａｘ）とし、各周期毎にこれら周期最大加速度Ａｐｍａｘと周期Ｐが共に所定の閾値Ａ０  ，Ｐ０  以上であるか否かを判断し、これらが同時に閾値以上であり、かつ他のパラメータが閾値以上である場合に、液状化が発生したと判定するものである。
【００４３】
また、液状化現象が発生する場合の地震波の他の特徴として、加速度波形にもかかわらず変位が大きく、波形がサイン（ｓｉｎ）カーブに類似していることが挙げられる。上述のＴＯＷＨＡＴＡ  ｅｔ  ａｌ．は、地震波形がサインカーブに類似している場合には、地盤変位Ｄの最大値Ｄｍａｘ  は下記に示す式（３）によって近似的に算出することができることを示している。本実施の形態では、ＳＩ値およびＡｍａｘ  として検出センサ１０２により出力される周期最大加速度Ａｐｍａｘを用いてこの
近似式（式２）から地盤変位Ｄを算出する。
【００４４】
【数２】
Ｄｍａｘ  ＝２×（ＳＩ）２  ／Ａｍａｘ  …（２）
【００４５】
地震波検出センサ１０２は、常時、  周期最大加速度ＡｐｍａｘおよびＳＩ値を出力しているため、式（２）を用いて地盤変位Ｄを算出する方法は本システムに好適な方法である。これにより、地震波の長周期のノイズが拡大されて不安定である地盤の変位を直接測定する必要がなくなり、容易にかつ精度よく変位を算出することができる。
【００４６】
液状化判定部１０３においては、次のような判定動作が行われるようになっている。すなわち、地震波の加速度の周期Ｐおよび地盤変位Ｄが求められると、液状化判定手段１５では、周期最大加速度Ａｐｍａｘ、周期Ｐ、地盤変位ＤおよびＳＩ値    が共に閾値（Ａ０  ，Ｐ０  ，ＳＩ０  ，Ｄ０  ）より大きいか否かの判断がなされる。この判断は、まず、ゆるい砂質土層で液状化現象が発生するのに十分なＳＩ値ＳＩ０  を例えば２０ｋｉｎｅ（＝ｃｍ／ｓ）と設定し、算出されたＳＩ値が設定した閾値ＳＩ０  より大きい地震波を抽出する。次に、抽出された地震波のうちで、上述のように一般的に液状化現象が発生した場合には大きい値を示す地盤変位Ｄが設定した閾値Ｄ０  以上であるものを更に抽出する。なお、地盤変位Ｄの閾値Ｄ０  は例えば１０ｃｍとする。
【００４７】
更に、各周期毎に、周期最大加速度Ａｐｍａｘと周期Ｐが共にそれぞれ設定した閾値（Ａ０  ，Ｐ０  ）以上であるか否かを判定し、共に閾値以上である場合を抽出する。本実施の形態では、液状化現象が発生するのに十分な最大加速度Ａ０  を例えば１００ｇａｌ（＝ｃｍ／ｓ２  ）と設定し、周期Ｐの閾値Ｐ０  は例えば２．０秒とする。なお、この周期最大加速度の閾値Ａｏ  は、表面波より先に到来する実体波における最大加速度（すなわち、前述の地震波最大加速度Ａｍａｘ  ）に１．０未満の所定の値（例えば０．２）を乗じた値にすることも可能である。このようにして、周期毎に検知された周期最大加速度Ａｐｍａｘ、周期Ｐ、および算出された地盤変位Ｄ、ＳＩ値が全て閾値（Ａ０  ，Ｐ０  ，ＳＩ０  ，Ｄ０  ）より大きい地震波が抽出された検知地点においては、地盤に液状化現象が発生したと判定される。
【００４８】
非防爆域にある制御盤２００は、機械式地震センサ２０１と、判定回路２０２および警報報知部２０３を含んで構成されている。液状化判定部１０３において地盤に液状化現象が発生したと判定された場合、液状化判定部１０３から判定回路２０２へ例えばリレー信号などの遮断信号が出力されるようになっている。一方、機械式地震センサ２０１の信号も判定回路２０２へ出力されるようになっている。判定回路２０２は、これら液状化判定部１０３からの出力と機械式地震センサの出力が共に検知される場合を論理積により判定し、その場合には遮断信号を出力して遮断弁１０４ａを駆動しガバナ１０４を遮断するようになっている。同時に、警報報知部２０３にも警報信号を出力し、信号に応答した警報報知部は警報（例えば表示ランプの点灯または点滅、ブザー警報）を報知するようになっている。
【００４９】
監視室３００は、判定回路２０２において地盤に液状化現象が発生したと判定された場合に、判定回路２０２から出力される液状化発生信号１２０２に対応して、ガバナ４０２と緊急遮断弁５０２の両方またはいずれか一方に対して緊急遮断指示を出力するようになっている。この緊急遮断指示の出力先は、当該液状化検知装置１０１の属する液状化検知地点におけるガス配管の埋設状況等を考慮して決定される。
【００５０】
次に、以上のような構成の地盤の液状化検知装置１００および液状化検知システムの動作について、図５および先の図１，図２を参照しながら説明する。
【００５１】
まず、地震波検出センサ１０２により地震波形（加速度波形）が所定の時間間隔で検知される（ステップＳ１００）。
【００５２】
液状化判定部１０３では、地震波検出センサ１０２により算出されるＳＩ値がその閾値ＳＩ０  より大きいか否かを判断し（ステップＳ１０１）、閾値ＳＩ０  より大きい場合（ステップＳ１０１；Ｙ）には、続いて液状化判定部１０３において式１を用いて求めた地盤の変位Ｄがその閾値Ｄ０  より大きいか否かを判断する（ステップＳ１０２）。地盤の変位Ｄがその閾値Ｄ０  より大きい場合（ステップＳ１０２；Ｙ）には、地震波検出センサ１０２から出力される周期最大加速度Ａｐｍａｘがその閾値Ａ０  より大きく、かつ液状化判定部１０２において求めた周期Ｐがその閾値Ｐ０  より大きいか否かを判断する（ステップＳ１０３）。
【００５３】
周期最大加速度Ａｐｍａｘがその閾値Ａ０  より大きく、かつそのときの周期Ｐがその閾値Ｐ０  より大きい場合（ステップＳ１０３；Ｙ）には、液状化判定部１０３は、地盤に液状化現象が発生したと判定し（ステップＳ１０４）、判定回路２０２を介して中央の監視室３００に対して液状化発生信号１２０２を出力すると共に警報報知部２０３に警報信号を出力する（ステップＳ１０５）。また、同時にガバナ１０４に緊急遮断指示を出力することによりガバナ１０４の遮断弁１０４ａを駆動し、ガバナ１０４以降のガス流路を遮断する。
【００５４】
監視室３００では液状化発生信号１２０２に応答してガス製造工場４００のガバナ４０２とガバナステーション５００における緊急遮断弁５０２の両方またはいずれか一方に対して緊急遮断指示を出力する。これによりガバナ４０２の遮断弁４０２ａと緊急遮断弁５０２の両方またはいずれか一方が駆動され、ガス流路が遮断される。
【００５５】
一方、得られたＳＩ値がその閾値ＳＩ０  未満であった場合（ステップＳ１０１；Ｎ）、得られた地盤の変位Ｄがその閾値Ｄ０  未満であった場合（ステップＳ１０２；Ｎ）、あるいは周期最大加速度Ａｐｍａｘと周期Ｐの一方もしくは両方が閾値（Ａ０  ，Ｐ０  ）未満であった場合（ステップＳ１０３；Ｎ）には、いずれの場合においても液状化判定部１０３は、地盤に液状化現象が発生していないと判定する（ステップＳ１０６）。その後、所定の時間間隔で次の加速度波形が入力されると、動作はステップＳ１００に戻り、以下、同様の判定が周期的に繰り返し実行される。
【００５６】
以上のように本実施の形態の地盤の液状化検知システムでは、地表の地震波形のみを用いて地盤の液状化が発生したか否かの判定を行うようにしたので、各液状化検知地点の地表に地震波検出センサ１０２を設置するだけでよく、その他の演算用の電子機器等も全て地表に存在するので、測定機器を地下に埋設するものと比較して安価なシステムとなる。また、容易に設置することができるため、より多くの地震波検出センサ１０２を設置することができ、高密度の液状化検知網を実現して面的に液状化発生状況を把握することが可能である。更には、このシステムは、液状化の有無について加速度が計測可能な一般的な地震計のみからなるシステムにおいて構成することも可能である。従って、液状化現象を直接観測するための特殊な装置を要せず、安価に実現できる。
【００５７】
また、本実施の形態では周期Ｐをゼロクロス周期とし、地盤の変位Ｄを近似式により求めるようにしたので、演算速度が著しく向上する。また、本実施例では所定間隔で加速度値が入力される毎に判定がなされるため、条件を満足した時点で直ちに判定結果が出力される。従って、地盤の液状化現象が生じた場合に、液状化判定部１０２により迅速に検知できると共に、その後の対応措置を迅速に採ることができる。
【００５８】
更に、本実施の形態では、液状化発生の有無を判定するためのパラメータとして、周期Ｐ，地盤の変位Ｄ，周期最大加速度ＡｐｍａｘおよびＳＩ値の４つを用いるようにしたので、信頼性の高い判定結果を得ることができる。
【００５９】
加えて、本実施の形態では、主要なパラメータとしての最大加速度（絶対値）を、地震波の加速度波形全体から抽出したＡｍａｘ  ではなく、周期（ゼロクロス周期）毎にリアルタイムに連続して抽出し、各周期毎に、周期および周期最大加速度が同時に各々閾値以上であるか否かを判断し、これらが同時に閾値以上である場合に、液状化発生と判断するようにしたので、中規模地震等が発生し、加速度は小さいが長周期成分を含む表面波が到来した場合において、液状化と誤って判断するようなことがなくなり、精度よく液状化を判定することができる。
【００６０】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００６１】
本実施の形態に係る液状化検知システムは、地震動の加速度を水平面の直交２軸方向およびそれ以外の方向それぞれについて求めることを除き、その他の構成および作用効果は第１の実施の形態と同様である。以下、第１の実施の形態と異なる点についてのみ説明し、その他の構成および作用効果の説明は省略する。
【００６２】
本実施の形態においては、図１に示した地震波検出センサ１０２に含まれる地震波検出手段１０は、水平面の直交２軸方向の地震波の加速度波形を検出し、その加速度から射影演算法により他の方向の加速度波形を求め、これら複数方向の加速度波形データを周期最大加速度検出手段１２、ＳＩ値検出手段１３および周期検出手段１１にそれぞれ出力するようになっている。
【００６３】
本実施の形態における地震波検出センサ１０２は、所定の一方向に向けて設置されるものであり、地震動により生じた加速度波形を水平面の直交する２軸（Ｘ，Ｙ）方向それぞれについて保存し、これら２軸方向の加速度波形を射影投影法により他の方向へ射影（ベクトル射影）し、その射影成分の合成から水平面内の所定の方向についての加速度波形を求め、各方向について加速度波形を出力できると共に、各方向それぞれについて最大加速度Ａｍａｘ  およびＳＩ値を出力できるようになっている。
【００６４】
図６は、この射影演算法によって、直交する２軸方向以外の方向の加速度成分を求める場合の具体例を説明するためのものである。同一水平面の直交する２軸（Ｘ，Ｙ）のうち、Ｘ軸を０゜、Ｙ軸を９０゜とし、Ｘ軸からの角度をθとしたとき、θ方向への射影加速度αθはＸ軸方向の加速度αＸとＹ軸方向の加速度αＹを用いて以下の式（３）により求めることができる。
【００６５】
【数３】
αθ＝αＸｃｏｓθ＋αＹｓｉｎ（θ−９０゜）…（３）
（０°≦θ≦１８０°）
【００６６】
具体的には、例えば射影方向の軸数を８軸、射影角度θを２２．５゜刻みに、０゜、２２．５゜，４５゜，６７．５゜，９０゜，１１２．５゜，１３５゜，１５７．５゜とする。このうち、ある時刻で、地震波検出センサ１０２のＸ軸，Ｙ軸の出力がαＸ１  ，αＹ１  であるとき、射影角度θ１  ＝２２．５°の方向の加速度は、図のＸ１  ｃｏｓ２２．５°と、Ｙ１  ｓｉｎ（２２．５°−９０゜）で求められる加速度の和となる。なお、θが１８０°以降は各角度の加速度の負の値となるため、射影演算は不要となる。
【００６７】
本実施の形態の地震波検出手段１０では、このような射影演算によって求めた多方向（３以上）の加速度波形を用いて液状化判定を行うものである。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００６８】
次に、本実施の形態における地盤の液状化検知システムの動作について、図７および先の図１，図２を参照しつつ説明する。
【００６９】
まず、地震波検出センサ１０２において、２軸方向の地震動による加速度が検知される（ステップＳ２００）と共に、前述のような加速度射影演算が行われ、例えば８軸方向の加速度（射影成分の合成ベクトル）が算出される（ステップＳ２０１）。以下、８軸方向それぞれにおいて、周期最大加速度Ａｐｍａｘ、周期Ｐ、地盤変位ＤおよびＳＩ値が共に閾値（Ａ０  ，Ｐ０  ，ＳＩ０  ，Ｄ０  ）より大きいか否かの判断がなされる。
【００７０】
すなわち、液状化判定部１０３では、まず、地震波検出センサ１０２により算出されるＳＩ値がその閾値ＳＩ０  より大きいか否かを判断し（ステップＳ２０２）、閾値ＳＩ０  より大きい場合（ステップＳ２０２；Ｙ）には、続いて液状化判定部１０３において式１を用いて求めた地盤の変位Ｄがその閾値Ｄ０  より大きいか否かを判断する（ステップＳ２０３）。地盤の変位Ｄがその閾値Ｄ０  より大きい場合（ステップＳ２０３；Ｙ）には、地震波検出センサ１０２から出力される周期最大加速度Ａｐｍａｘがその閾値Ａ０  より大きく、かつ液状化判定部１０２において求めた周期Ｐが、その閾値Ｐ０  より大きいか否かを判断する（ステップＳ２０４）。
【００７１】
周期最大加速度Ａｐｍａｘがその閾値Ａ０  より大きく、かつそのときの周期Ｐがその閾値Ｐ０  より大きい場合（ステップＳ２０４；Ｙ）には、液状化判定部１０３は、地盤に液状化現象が発生したと判定する（ステップＳ２０５）。その後は、第１の実施の形態と同様に、判定回路２０２を介して中央の監視室３００に対して液状化発生信号１２０２を出力すると共に警報報知部２０３に警報信号を出力する（ステップＳ２０６）。
【００７２】
一方、得られたＳＩ値がその閾値ＳＩ０  未満であった場合（ステップＳ２０２；Ｎ）、得られた地盤の変位Ｄがその閾値Ｄ０  未満であった場合（ステップＳ２０３；Ｎ）、得られた周期最大加速度Ａｐｍａｘと周期Ｐの一方もしくは両方が閾値（Ａ０  ，Ｐ０  ）未満であった場合（ステップＳ２０４；Ｎ）には、いずれの場合においても液状化判定部１０３は、地盤に液状化現象が発生していないと判定する（ステップＳ２０７）。その後、所定の周期で次の加速度波形が入力される毎に、動作はステップＳ２００に戻り、以下、同様の判定を繰り返す。
【００７３】
本実施の形態では、水平面内の直交２軸方向の加速度波形に加え、他の方向の加速度波形をも求め、これら多方向の加速度波形に基づいて液状化の判定を行うようにしたので、地震波検出センサの取り付け角度によって、液状化が発生しているにもかかわらず液状化なしと判定するような誤判定がなくなり、第１の実施の形態よりも判定精度が向上する。
【００７４】
更に、本実施の形態では、直交２軸方向の実測データを基に、射影投影法によって他の方向の加速度データを演算により求めるようにしたので、１つの地震波検出センサで、複数のセンサを互いに方向（取り付け角度）を変えて設置した場合と同等の効果を得ることができる。勿論、本発明では、実際に複数の地震波検出センサを互いに取り付け角度を変えて設置し、これら複数のセンサによって地震波形を全て実計測にて検知するようにしてもよい。
【００７５】
次に、過去に地震が発生した際に記録された地震波形を分析して、周期最大加速度Ａｐｍａｘ，ゼロクロス周期Ｐ，地盤の変位Ｄ，およびＳＩ値を算出し、上記第２の実施の形態に係る地盤の液状化検知システムの判定方法に当てはめた結果を説明する。
【００７６】
表１は、過去に発生した地震の際に記録された各地の地震波形について、第３の実施の形態の方法によるシミュレーションを行って得た液状化判定結果と、加震実験を行い実機にて地震波を検知し判定して得た液状化判定結果を、各観測地点で実際に調査した結果と比較して表したものである。加震実験については、加震台の能力限界により全ての地震波を実験することはできなかった。表中、○は液状化したと判定されたことを示し、×は液状化は起こらなかったと判定したもの、―は、加震実験について実施できなかったものを示している。
【００７７】
【表１】
0003594843.tif 000003
【００７８】
実際に液状化を生じた地点で記録された地震波形については、全て液状化が発生したと判定することができた。また、液状化を生じなかった地点で記録された地震波形を基に液状化が発生したとする誤った判定は存在せず、過去の地震で生じた液状化現象をほぼ１００％の精度で判定することができた。実際に液状化検知システムを駆動させるときには、誤った判定によりガス配管が遮断された場合、その後の復旧作業に相当の時間を要するが、本システムにおいてはそのようなおそれは殆どないといえる。
【００７９】
このように過去の地震波形を基に行ったシミュレーション結果および加震実験の結果から、周期最大加速度Ａｐｍａｘおよび周期Ｐが共に閾値を越え、さらにＳＩ値および地盤変位Ｄについても共に閾値を越える地震については、ほぼ１００％液状化現象が発生することが分かった。
【００８０】
以上実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、第２の実施の形態では、８軸方向についてそれぞれ加速度データを得るようにしたが、その数は限定するものではない。
【００８１】
また、上記実施の形態では、加速度波形に基づいて得られるＳＩ値、地盤の変位、加速度波形の周期、および周期毎の最大加速度（周期最大加速度）の４つのパラメータのいずれもが所定の閾値を越えた場合に液状化現象が発生したと判定するようにしたが、パラメータの数はこれに限定するものではなく、これらパラメータのうち少なくとも２つのパラメータを用いるようにすれば、従来技術よりも判定精度が向上する。更に、上記実施の形態では、最大加速度を、周期毎の最大加速度（すなわち周期最大加速度）として表面波の影響を排除するようにしたが、周期毎ではなく、加速度波形全体のなかでの最大の加速度（最大加速度）を加えて、５つのパラメータのうち少なくとも２つのパラメータを用いるような構成としてもよい。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の地盤の液状化検知方法または液状化検知装置によれば、地震動による加速度波形を同一水平面内の複数の方向について検出し、この加速度波形に基づいて、ＳＩ値、最大加速度、地盤の変位、加速度波形の周期およびこの周期毎の最大加速度（周期最大加速度）のうちの少なくとも２つを検出すると共に、それぞれが所定の閾値以上であるか否かを判断することによって液状化現象の発生を検知するようにしたので、簡易かつ迅速に地盤の液状化を精度良く検知することができる。
【００８３】
また、特に、判定に際し、加速度波形の周期を検出すると共に、この周期毎の最大加速度（周期最大加速度）を検出し、各周期毎にこれら周期と最大加速度とが共に所定の閾値以上であるか否かを判断することにより、長周期であっても加速度が液状化を起こすほど大きくない表面波の影響を排除でき、より信頼性の高い判定結果を得ることができる。
【００８４】
更に、地震動の加速度波形を、同一水平面内の互いに直交する２軸方向およびこれら２軸方向とは異なる他の方向それぞれにおいて求め、これら複数の加速度波形に基づいて各パラメータが閾値以上であるかを判断することにより、センサの設置方向に影響されることなく、より信頼性の高い液状化判定を行うことができる。
【００８５】
また、本発明の液状化検知システムによれば、複数の地点に本発明の液状化検知装置を備えるようにしたので、簡易な構成で、精度よく液状化の有無を判断し、複数の検知地点における液状化発生状況を容易に監視することができると共に迅速な対応措置をとることが可能になる。更に、この液状化検知システムは、液状化の有無について加速度が計測可能な一般的な地震計のみからなるシステムにおいて構成することもできるので、液状化現象を直接観測するための特殊な装置を要せず、安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る液状化検知装置の機能構成を表すブロック図である。
【図２】図１に示した液状化検知装置を備えた液状化検知システムの構成を表す概略図である。
【図３】地震動による加速度波形の周期（ゼロクロス周期）を説明するための波形図である。
【図４】液状化判定に及ぼす表面波の影響を説明するための波形図である。
【図５】図２に示した液状化検知システムの動作を説明するための流れ図である。
【図６】射影演算法を説明するためのベクトル図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る液状化検知システムの動作を説明するための流れ図である。
【符号の説明】
１０…地震波検出手段、１１…周期検出手段、１２…周期最大加速度検出手段、１３…ＳＩ値検出手段、１４…地盤変化検出手段、１５…液状化判定手段、１０１…液状化検知装置、１０２…地震波検出センサ、１０３…液状化判定部、２０３…警報報知部（警報手段）、３００…監視室（監視手段）
【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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【図７】
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