(57)【要約】【解決手段】  加速度計を使用して早期到着地動の様な局所的な地震の前兆事象を監視し、大地震動の立上りを予測し、直流電源によって地盤中の導体に通電し電気浸透によって地下水を適切な免震層へ向かって移動させ、これによってこの免震層内の間隙水圧を上昇させ、それによって特定の免震層の局所化された土壌液状化を地震事象時に選択的に引き起こし、それによって地震事象から生じる上方へ伝播する剪断波地動に対してその特定の土壌層位の上方の構造物及び土壌を免震にすることによって、構造物の真下で地震事象時に土壌液状化を引き起こすことによる地震で引き起こされる振動に対して構造物及び土壌塊を免震にする方法及びシステム。
2005538277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震事象時に地表の構造物を免震にする方法であって、
（ａ）前記構造物に隣接している地球の動きを監視することと、
（ｂ）前記地球の動きから地震事象の立上りを予測することと、
（ｃ）地震事象の前記予測に応答して、前記構造物の真下で且つ地下水面の下方の土壌中に置かれている電気導体の配列に直流電源の湧出しを接続し、前記土壌中の前記電気導体への前記直流電源の接続に応答して、前記地下水を免震層へ向かって移動させ、この免震層内の間隙水圧を上昇させ、それによって地震で引き起こされる前記免震層の選択的な液状化を生じさせ、それによって地震で引き起こされて上方へ伝播する地動に対してその上にある前記構造物を免震にすることと
を具備する方法。
【請求項２】
液状化可能な前記免震層中に置かれている別の電気導体へ向かって移動するのに必要な追加量の水を供給して、前記構造物の真下における前記免震層の液状化を前記地震事象時に引き起こすのに十分に高く前記免震層内の間隙水圧が上昇することを確実にするために、前記導体の少なくとも一つが給水井戸中かまたはそれに隣接して置かれている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
液状化可能な前記免震層中に置かれている別の電気導体へ向かって移動するのに必要な追加量の水を供給して、前記構造物の真下における前記免震層の液状化を前記地震事象時に引き起こすのに十分に高く前記免震層内の間隙水圧が上昇することを確実にするために、前記導体の少なくとも一つが、水を送るために多孔性であるかまたは開放していて、給水源に接続されている、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記地震事象の予想期間に関連する所定の時間に亙って前記電気導体の配列への前記直流電源の接続を維持することを更に具備する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記地球の動きに対応する出力信号を生成する加速度計によって前記地球の動きが監視され、前記出力信号を使用するアルゴリズムを動かすコンピュータによって地震事象の前記立上りが予測される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
地震事象の前記立上りに先行する早期到着地動に曝されるとスイッチを作動させるかまたは停止させる振り子質量を具備する機械的装置によって、前記地球の動きが監視され且つ地震事象の前記立上りが予測される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
地震事象の前記立上りに先行する早期到着地動に曝されるとスイッチを作動させるかまたは停止させる滑り質量を具備する機械的装置によって、前記地球の動きが監視され且つ地震事象の前記立上りが予測される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
地震事象の前記立上りに先行する早期到着地動に曝されるとスイッチを作動させるかまたは停止させる回転／転がり質量を具備する機械的装置によって、前記地球の動きが監視され且つ地震事象の前記立上りが予測される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記免震層が、前記地表の下方のある深さに位置決めされており、前記地表の下方の前記免震層の前記深さの１／５未満に等しい厚さを有している、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記免震層内の土壌が細砂、沈泥質砂、沈泥、及び粘土質土壌の様な細粒飽和土から成っている、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
粒径が０．０５ｍｍ以下である（１０％がもっと細かい）ｄ１０に分類されている土壌から前記免震層内の前記土壌が成っている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記構造物の真下で前記地下水面の下方で且つ前記免震層の上方の前記土壌中に置かれている電気導体の第二の配列に前記直流電源の湧出しを接続し、前記土壌中における前記電気導体の第二の配列への前記直流電源の接続に応答して、前記構造物の真下から前記地下水を離れさせ、前記構造物の真下の間隙水圧を低下させ、前記構造物の真下における前記土壌の地震で引き起こされる選択的な液状化を抑制することを更に具備する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
地震事象時に地表の構造物を免震にするシステムであって、
（ａ）直流電源と、
（ｂ）前記構造物の真下で且つ地下水面の下方の土壌中に置かれている電気導体の配列と、
（ｃ）前記直流電源と前記電気導体の配列とを相互接続するスイッチと、
（ｄ）前記構造物に隣接している地球の動きを監視して、この動きから地震事象の立上りを予測する地震監視装置とを具備し、
前記地震監視装置が地震事象の立上りの前記予測に応答して前記スイッチを作動させて前記直流電源を前記導体に接続し、それによって前記構造物の真下の免震層へ向かって地下水を移動させ、前記免震層内の間隙水圧を上昇させ、前記免震層が地震事象時に液状化することを確実にし、それによって地震で引き起こされて上方へ伝播する地動に対して前記構造物を免震にするシステム。
【請求項１４】
液状化可能な前記免震層中に置かれている別の電気導体へ向かって移動するのに必要な追加量の水を供給して、前記構造物の真下における前記免震層の液状化を前記地震事象時に引き起こすのに十分に高く前記免震層内の間隙水圧が上昇することを確実にするために、前記導体の少なくとも一つが給水井戸中かまたはそれに隣接して置かれている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
液状化可能な前記免震層中に置かれている別の電気導体へ向かって移動するのに必要な追加量の水を供給して、前記構造物の真下における前記免震層の液状化を前記地震事象時に引き起こすのに十分に高く前記免震層内の間隙水圧が上昇することを確実にするために、前記導体の少なくとも一つが、水を送るために多孔性であるかまたは開放していて、給水源に接続されている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記地震監視装置と前記スイッチとの間に接続されているタイマを更に具備しており、このタイマは地震事象の立上りの前記予測に応答して前記地震監視装置によって作動され、前記タイマは前記地震事象の予想期間に関係する所定の時間に亙って前記電気導体の配列への前記直流電源の接続を維持する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
前記地震監視装置は、前記地球の動きを監視してこの動きに対応する出力信号を生成する加速度計と、前記出力信号を使用して地震事象の前記立上りを予測するアルゴリズムを動かす様に適合されているコンピュータとを具備している、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
前記地震監視装置は、地震事象の前記立上りに先行する早期到着地動に曝されると前記スイッチを作動させるかまたは停止させる振り子質量を具備する機械的装置を具備している、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１９】
前記地震監視装置は、地震事象の前記立上りに先行する早期到着地動に曝されると前記スイッチを作動させるかまたは停止させる滑り質量を具備する機械的装置を具備している、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２０】
前記地震監視装置は、地震事象の前記立上りに先行する早期到着地動に曝されると前記スイッチを作動させるかまたは停止させる回転／転がり質量を具備する機械的装置を具備している、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２１】
前記導体の第一の配列が対向して前記免震層の境界を定めており、これによって、前記免震層が前記地表の下方のある深さに位置決めされており且つ前記地表の下方の前記免震層の前記深さの１／５未満の厚さを有している、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２２】
前記免震層内の土壌が細砂、沈泥質砂、沈泥、及び粘土質土壌の様な細粒飽和土から成っている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２３】
粒径が０．０５ｍｍ以下である（１０％がもっと細かい）ｄ１０に分類されている土壌から前記免震層内の前記土壌が成っている、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記直流電源の湧出しに接続されると共に前記構造物の真下で前記地下水面の下方で且つ前記免震層の上方の前記土壌中に置かれている電気導体の第二の配列を更に具備しており、前記土壌中における前記電気導体の第二の配列に前記直流電源を接続することに応答して、前記構造物の真下から前記地下水が離れ、前記構造物の真下の間隙水圧が低下し、前記構造物の真下における前記土壌の地震で引き起こされる選択的な液状化が抑制される、請求項１３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震時に発生する振動運動に対する構造物または土壌塊の免震に関し、もっと詳細には、地震事象時に飽和土に電気浸透勾配を印加し、それによって間隙水圧を上昇させて構造物の真下の土壌層位中における特定の免震層中で局所化された土壌液状化を引き起こすことによって、その土壌層位中における特定の免震層の局所化された土壌液状化を選択的に引き起こし、それによって地震で引き起こされる剪断波の地動がその上にある構造物へ上方伝播することを抑制することに関する。
【背景技術】
【０００２】
地震は、一般には大きな地質構造プレートの境界に沿うかまたはその境界の近くの、結果として生じる地殻の相対的な滑りによって、引き起こされる。世界の幾つかの地域では、地殻の一つの部分と隣接している部分との間で連続的な差動運動が生じており、これがその境界における歪みの蓄積を引き起こしている。この歪みの蓄積でもたらされる応力が地球の材料の強度を超えると、地殻の二つの部分の間で滑りが生じて、物凄い量のエネルギーが放出される。このエネルギーは、体積弾性応力波及び表面弾性応力波の形態で、地震の震源つまり源から外方へ伝播する。
【０００３】
地震事象時に放出されるエネルギーは、体積地震波及び表面地震波の形態で、地殻中を伝えられる。体積波はＰ−（圧縮）波及びＳ−（剪断）波から成っており、Ｐ−波はＳ−波よりもかなり速く伝わる。最も重要な表面波は、レイリー波及びラブ波である。ラブ波はレイリー波よりも速く伝わる。輸送される全エネルギーはレイリー波、Ｓ−波及びＰ−波によってほぼ完全に表され、レイリー波が最も多量のエネルギーを運搬し、Ｓ−波が中間量のエネルギーを運搬し、Ｐ−波が最も少量のエネルギーを運搬する。Ｐ−波の速度はＳ−波の速度の殆ど二倍であり、Ｓ−波の速度はレイリー波の速度よりも僅かに速いだけである。
【０００４】
地震騒動から少し離れたところでは、地球表面における粒子がＰ−波の到着時の振動の形態で変位を最初に体験し、Ｓ波及びレイリー波の到着時の別の振動に至る比較的静かな期間がこれに続く。これらの事象は、小震動及びレイリー波の到着時点における大震動と呼ばれている。体積波及び表面波は、地震の強度を測定するために地震時に監視されている。
【０００５】
地震時に体験される地動は、強固な岩盤から軟弱な土壌までの、地殻の変化のために実際はかなり複雑である。かなりのエネルギーは岩盤中を伝わることができ、多くの場合、地震時に現場の土壌要素に作用する主な力は、その下にある岩石層からの剪断運動の上方移動に起因する力である様に思われる。実際の波パターンは非常に複雑であるかもしれないが、土壌とその上にある構造物とに課される、結果として生じる地動は、その下にある岩盤からのＳ−波成分の上方伝播からが支配的である。軟質土壌の厚い堆積物は、地震で引き起こされる震動の特に長周期（低周波）部分でこれらの地動の増幅を生じさせることがある。地震で引き起こされる地動のその様な増幅は、堆積軟質土壌の上に建造されている、建築物、橋、パイプライン、堤防、ダム、斜面及びその他の構造物並びに工場に大規模な損害をもたらすことがある。
【０００６】
地震で引き起こされる地動の増幅をもたらす要因は、土壌型、粒径分布、土壌の緊密さ、堆積土壌の厚さ、地下水までの深さ、並びに歪みの反転の規模及び数である。沈泥や粘土の様な軟質土壌の堆積物は、地震時に地動を最も増幅しそうである。その様な土壌の上に建造されている構造物は、中規模地震によってさえ大規模に破損されることがある。１９８５年のミチョアカン（メキシコ）と１９８９年のロマ・プリータ（カリフォルニア）とにおける最近の二つの地震は、堆積軟質土壌の上に建てられている構造物への地震で引き起こされる大規模な損害を際立たせている。１９８５年のミチョアカン地震は、その震央付近では中規模の損害しかもたらさなかったが、およそ３５０ｋｍ離れたメキシコシティーの軟質沈泥及び粘土の厚い堆積物の上に建てられている構造物には大規模な損害をもたらした。同様に、１９８９年のロマ・プリータ地震は、その震央付近では小規模の損害しかもたらさなかったが、およそ１００ｋｍ離れたサンフランシスコ湾の泥の上に建てられている構造物には中規模から大規模の損害をもたらした。
【０００７】
地震時に地動に対して構造物を免震にすることによってその構造物への損害を最小にするかまたは防止する従来の免震システムは、下記のものから成っている。
１）鉛ゴム、鋼鉄ネオプレン／ゴム、及び繊維強化エラストマーの様な、地震で引き起こされる水平地動に対して構造物を免震にするためのエネルギー吸収特性を有する滑り支承。
２）損害を最小にするために、地震で引き起こされる地動に対して構造物を免震にすると共に構造物の応答を緩和させるための流体制振器を有する滑り支承。
３）振動エネルギーを吸収して構造物への損害を最小にするための、振り子懸垂重りと関連制振器とから成る受動質量制振システム。
４）振動及び構造物への損害を最小にするための、検出器と質量のコンピュータ制御運動とから成る能動質量制振システム。
５）構造物に伝えられている、地震で引き起こされた地動を減少させるための、空気式または流動化基礎免震システム。
【０００８】
上記の方法は、地震時に構造物への損害及び振動を最小にすることについて幾つか成功した。受動質量制振システム及び能動質量制振システムは、強風時及び小規模の地震時は成功であることが明らかにされた。支承免震システムは、幾つかの状況、例えば１９９４年のノースリッジ（カリフォルニア）地震では、たとえあるとしても、地震で引き起こされる地動からの構造物の不十分な免震しか提供しないことを示した。質量制振システムは、地震動に起因する構造物の何らかの保護を示した。しかし、質量制振システムは、高価であり、且つ現存する構造物で実施することが困難である。エネルギー吸収滑り支承システムは、現存する構造物で実施することができる。しかし、実際の地震事象時におけるエネルギー吸収滑り支承システムの性能は、地震で引き起こされる地動に対して構造物を免震にし且つ構造物の損害を最小にすることにおいて制限されている様に思われる。
【０００９】
地震時に現場の土壌要素に作用する主な力は、その下にある岩石層からの剪断運動の上方移動に起因する力である。実際の波パターンは非常に複雑であるかもしれないが、Ｓ−波成分によって土壌に課される、結果として生じる繰返し反転剪断変形が液状化として知られている現象の主要な原因であり、この液状化は飽和細砂、沈泥質砂、及び堆積土砂の中で生じる。これらの堆積土壌が繰返し剪断歪み反転に曝されると、土壌の体積が各周期に伴って減少し、つまり、土壌が収縮し、これらの飽和土の排出不足のために、その土壌の間隙水圧が上昇する。土壌の間隙水圧が上昇するに従って、粒間接触圧が小さくなり、遂には粒間接触圧がゼロに低下して土壌がその剪断強度の総てを失い流体の様に振る舞う。液状化は、地震、爆破またはその他の衝撃の結果として、脆い飽和細砂、沈泥質砂、及び沈泥の中で生じることがある。
【００１０】
液状化の発生をもたらす要因は、土壌型、粒径分布、土壌の緊密さ、土壌の透水性、並びに歪みの反転の規模及び数である。凝集力のない細かい土壌、細砂、または中位の量の沈泥を含む凝集力のない細かい土壌が、液状化を最も受け易い。粒径が均一に揃っている土壌は粒径が十分に揃っている土壌よりも液状化を受け易く、細砂は粗砂または礫質土壌よりも容易に液状化する傾向がある。中位の量の沈泥が細砂における液状化の受け易さを増加させる様に思われるが、多量の沈泥を含む細砂は液状化が依然として可能ではあるが液状化を受けにくい。最近の証拠は、中位の量の粘土を含む砂も液状化し得るかもしれないということを示している。
【００１１】
土壌の液状化の可能性を評価するための現在の方法は、実験室試験及び現場試験という二つの基本的な取り組み方から成っている。実験室法は、入手が困難ないしは不可能な原状土試料を必要とする。実験室試験法は、繰返し三軸試験、繰返し直接剪断試験、及び繰返し捩じり三軸試験を必要とする。これらの試験の総てが、土壌の標本に繰返し剪断応力反転を印加する。現場応力状態、間隙比、または構造物が凝集力のない土壌中に保存された、原状試料を入手する方法が現今ではない。従って、実験室法は、土壌が液状化する可能性を評価する定性試験にしか過ぎないと考えられる。現場法は、現在のところ、１）標準貫入試験(SPT)、２）コーン貫入試験(CPT)、３）ピエゾコーン貫入試験(PCPT)、及び４）地震波試験(SWT)、という四つの方法を含む五つの型から成っていて、間接的な経験的方法であり、現場繰返し応力反転試験である第五の方法は土壌の液状化傾向の直接的な現場測定である。現在の現場法は、ある特定の土壌層位が液状化の可能性を有しているか否かとどの様な地震地動で最も液状化し易いかとを判定することができる。
【００１２】
剪断波は流体中を伝播することができないので、液状化された土壌層位は、免震障壁として機能し、地震で引き起こされる剪断波地動がその上にある土壌及び構造物へ上方伝播することを停止／抑制する。液状化に関連する地表への損害を回避するためには、液状化された土壌層位がその液状化可能厚さの５倍超の深さにある必要がある（石原(1985)及びYoud & Garris(1995)）。
【００１３】
電気浸透は飽和土中に挿入されている電極間における直流電流の印加を必要としており、この印加は、湧出し電極から吸込み電極へ向かう間隙流体の移動を生じさせ、それによって土壌の間隙水圧を緩和させる。電気浸透は、１）掘削の安定性の向上、２）杭打ち抵抗の減少、３）杭強度の向上、４）圧密化または土槽注入による土壌の安定化、５）泥の脱水、６）地下水低下システム及び地下水障壁システム、７）石油生産の増加、８）土壌からの汚染物質の除去、及び９）地震事象時における土壌液状化の防止、等の応用において使用されてきた。電気浸透は、開放流れ装置内または密閉流れ装置内に配置されている電極によって飽和土塊を横切って印加される直流電位差を使用する。この直流電位差は、湧出し電極から吸込み電極へ流れる直流電流を生じさせる。殆どの土壌中で、土粒子は負電荷を有している。それらの負に帯電している土壌にとっては、湧出し電極は陽電極であり吸込み電極は陰電極であって、地下水は陽電極から陰電極へ向かって移動する。石灰質土壌（例えば、石灰岩）の様なその他の土壌中では、土粒子は正電荷を帯びている。それらの正に帯電している土壌中では、湧出し電極は陰電極であり吸込み電極は陽電極であって、地下水は陰電極から陽電極へ向かって移動する。
【００１４】
電極における「開放」流れ装置は、間隙流体の入出を可能にする。間隙水流体の電気的に引き起こされる輸送のために、土壌の間隙水圧が緩和され、このことは掘削が安定化するかまたは杭打ち抵抗が低下することを可能にする。長期間に亙って直流電位を維持するための高い費用並びに長期間に亙ってそのシステムが作動されれば生じる乾燥反応及び化学反応のために、電気浸透は広範囲には使用されていない。
【００１５】
地動を監視して大地震の到着前に安全装置または能動質量制振システムを作動させることは、幾つかの場合に損害を減少させることができる。その様な予測システムは、その実施地域へのガス弁を閉鎖するかまたは電気を遮断するために使用することができる。その様なシステムは、地動のある程度の規模及び周波数の立上りと同時に、振り子運動が、警報器を始動させ、地震の大震動の到着前にスイッチを作動させるかまたはガス弁を閉鎖する様に、調整されている振り子システムを含んでいてよい。その代わりに、同様のスイッチ、接点装置、または弁を作動させるために、ある程度の地動を体験すると同時に、破壊的な大地震動の到着前に、質量が滑るかまたは回転して、スイッチ、接点装置を作動させるかまたは弁を閉鎖する様な大きさにその質量を作ることによって、重い滑り質量または重い回転質量を使用することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、地震事象時に、地震で引き起こされる地動に対して構造物または工場を免震にする方法及びシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
詳細には、本発明は、地球の動きを監視して地震事象の立上りを予測する地震監視装置を提供する。その予測に基づいて、本発明の方法及びシステムは、構造物の真下で且つ地下水面の下方の地盤中に埋められている電極の配列を横切る直流電位差を与えるスイッチを制御する。電気浸透による電流は、土壌層位がその予め決められている特定の免震層内で地震事象時に選択的且つ一時的に液状化する程度まで、その免震層内の間隙水圧を上昇させる。土壌層位の液状化された免震層は、地震で引き起こされて上方へ伝播する剪断波の地動に対して、その上にある土壌及び構造物を免震にする。免震層の大きさを定めるために、且つ土壌層位の免震層内かまたはそれに隣接して置かれる吸込み電極によってその土壌層位の免震層へ向かう地下水の流れを引き起こすために、電極は構造物の真下の飽和土中に空間的に置かれる。電極の空間的な位置と印加される直流電位差とは土壌の状態と構造物とによって異なるが、その直流電位は、土壌層位が地震事象時にその土壌層位の特定の免震層内で液状化するのを確実にするために、その免震層内の間隙水圧を十分に高く上昇させるのに十分に効果的である必要がある。
【００１８】
引き起こされる液状化のために選択される土壌層位の特定の免震層は現場試験によって確認され、土壌層位の液状化される免震層の厚さは電極の垂直空間位置によって設定される。液状化される免震層の垂直厚さは、液状化に関連する地表の損害が発生しないことを確実にするために、液状化される免震層の深さの１／５（２０％）未満に選択される。土壌層位のうちの可能性のある免震層は、液状化し且つ電気浸透に役立つ、層中の最も敏感な土壌として選択される。土壌層位の免震層は、その低凝集力または最小凝集力に基づいても選択される。
【００１９】
詳細には、本発明の方法は、土壌層位の免震層が地震事象時に液状化し、それによって、液状化された免震層が、地震で引き起こされて上方へ伝播する剪断波の地動に対して、その上にある土壌及び構造物を免震にすることを確実にするために、土壌層位の免震層へ向かう電気浸透勾配を与えることによってその免震層内の間隙水圧を上昇させる。本発明は、現存する構造物に最小の破壊で組み込むことができ、構造物及びその基礎を地震事象に対して免震にすることによって構造物及び基礎に損害を与える振動を減少させることができる。
【００２０】
上にある構造物から十分に下方にある液状化された免震層がその上にある構造物のために高度の保護を提供している間、幾つかの状況では、地震事象時にその上にある構造物のすぐ真下における土壌液状化を抑制して堅い土質基礎区域を維持するために、その上にある構造物のすぐ真下で且つ免震層の上方でも電気浸透が使用されてよい。地震事象時にその上にある構造物のすぐ真下における土壌液状化を抑制することは、共有米国特許第６，３０８，１３５号に記載されている。従って、本発明は、堅い土質基礎区域を維持するためにその上にある構造物のすぐ真下における土壌液状化を抑制することと、同時に、地震で誘発されて上方へ伝播する剪断波の地動に対してその上にある土壌及び構造物を免震にするためにもっと深い免震層中で土壌液状化を引き起こすこととの、組み合わせを予想している。
【特許文献１】米国特許第６，３０８，１３５号明細書
【００２１】
もっと高い周波数の地動の早期到着か強い地動の立上りかの何れかから、大地震動と関連する大きな剪断変形地動の立上りを予測することができる装置であれば、地震監視装置は種々の装置から成ることができる。地震監視装置は、ある程度の規模及び周波数の地動が体験されればスイッチを作動させるための予測アルゴリズムを動かしているコンピュータに接続されている加速度計を含んでいてよい。地震監視装置は、ある程度の規模及び周波数の地動が体験されれば接触装置を作動させるかまたは停止させる様に調整されている振り子も含んでいてよい。地震監視装置は、ある程度の規模及び周波数の地動が体験されれば接触装置を作動させるかまたは停止させるのに十分な質量の滑り質量または回転質量を更に含んでいてよい。総ての場合における地震監視装置は、地盤移動を監視し且つその地盤移動に基づいて大地震動の立上りを予測する様に、設計されている。その様な地震監視装置は、上記の共有米国特許第６，３０８，１３５号に十分に開示されている。
【００２２】
地震監視装置が大地震動の立上りを予測すると、その地震監視装置は、飽和地盤中の電極配列に直流電源を接続するスイッチを作動させ、湧出し電極から吸込み電極への地下水の流れを引き起こし、特定の土壌層位内の間隙水圧を十分に高く上昇させて、土壌層位の免震層が地震事象時に液状化することを確実にする。地震監視装置による大地震動の予測は一般に数秒しかその大地震動に先行しないので、直流電源はこの時間枠内で電極に通電することができなければならない。その様な直流電源は、鉛畜電池、はずみ車式発電機、急速起動ガス発電機もしくは急速起動ディーゼル発電機、またはそれらの組み合わせを含んでいてよい。体験データに基づくと、免震層中で土壌液状化を引き起こすためには、その上にある構造物の１平方フィート（９２９平方センチメートル）当たり少なくとも７．５ワットが通常は必要である。
【００２３】
電極に通電すると同時にタイマも作動される。このタイマは、以前に記録された最も長い地震期間中でもその電極が通電されたままであることを確実にするのに十分な時間後にのみ直流電源から電極を切り離す様にセットされる。電極への通電を停止すると同時に、システムがリセットされて、地震監視装置は次の地震動の場合に電極を再作動させて再通電することができる。直流電源は、電力必要時及び電力必要期間中に電極に通電して、土壌層位の免震層が地震事象時に液状化状態のままであることを確実にするために、十分な容量を有しているかまたは再充電可能である必要がある。
【００２４】
地震事象に続いて、土壌層位の液状化された免震層内で発生された余分な間隙水圧を急速に消散させるために、埋込み電極を横切って印加されている電位差を反転させることができる。この電位差反転中に、間隙水圧を急いで消散させるために、元の湧出し電極／給水井戸から水が抜き取られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は、地震で引き起こされる地動に対して構造物または工場を免震にする方法及びシステムを提供する。本発明の方法及びシステムは、構造物の十分に真下の地下飽和土中における電気浸透システムを作動させる地震監視装置を用いる。この電気浸透システムは、土壌層位の特定の免震層内の間隙水圧を上昇させて、その免震層内の土壌層位が地震事象時に液状化することを確実にし、それによって、地震で引き起こされて上方へ伝播する剪断波の地動に対して、その上にある構造物を免震にする。本発明の一つの形態が図１中の断面図で説明されており、地震で引き起こされる地動を増幅させる傾向がある飽和土２上に構造物１が建造されている。地震によって起動されるスイッチ３は、加速度計４とコンピュータ上で動く予測アルゴリズム５とを含んでいる。地表２４の如何なる動きも感知するために、加速度計４は地表２４に取り付けられている。予測アルゴリズム５は、加速度計の出力を監視して、小地震動からの早期到着地動から大地震動の立上りを予測する。加速度計４及び予測アルゴリズム５に加えて、地震によって起動されるスイッチ３は、ある程度の規模及び周波数の地動が経験されれば接触装置を作動させるかまたは停止させる様に調整されている振り子を代わりに含んでいてよい。地震によって起動されるスイッチ３は、ある程度の規模及び周波数の地動が経験されれば接触装置を作動させるかまたは停止させるのに十分な質量の滑り質量または回転質量をも含んでいてよい。総ての場合における、地震によって起動されるスイッチ３は、地盤移動を監視し且つその地盤移動に基づいて大地震動の立上りを予測する様に、設計されている。地震によって起動されるスイッチ３の配置及び操作は、上記の共有米国特許６，３０８，１３５号にもっと詳細に開示されている。
【００２６】
予測アルゴリズム５の出力は、湧出し正導体８と吸込み負導体９との両方が液状化を受け易い土壌層位の特定の免震層１０中とその周囲とに置かれている水平電気導体の配列に直流電源７を接続するスイッチ６に接続されている。導体８、９は、地震によって起動されるスイッチ６によって作動されるタイマ１１の使用によって、大地震動の間は通電されたままである。タイマ１１は、経過時間後に導体８、９への通電を停止し、スイッチ６及びアルゴリズム５をリセットするので、システムは後の地震または震動の場合に再起動することができる。
【００２７】
電気導体の配列については、湧出し正導体８は直流電源７の正端末に接続され、吸込み負導体９は直流電源７の負端末に接続される。湧出し正導体８は免震層１０の上方及び下方に置かれており、吸込み負導体９は免震層１０内に置かれている。直流電源７が導体８、９に接続されると、地下水が湧出し正導体８から吸込み負導体９へ向かって流れて土壌層位の免震層１０内における土壌間隙水圧を上昇させる。免震層１０内の増加した土壌間隙水圧は、免震層１０内における土壌の液状化を選択的に引き起こす。それによって、構造物１の真下の液状化された免震層１０は、地震で引き起こされて上方へ伝播する剪断波の地動に対して、構造物１とこの構造物１のすぐ真下の土壌２とを免震にする。
【００２８】
引き続き図１に言及すると、免震層１０のための厚さ２０を定めるために、水平の湧出し正導体８は互いに垂直に離隔されている。図１中で明らかな様に、免震層１０は地表２４の下方の距離２２に置かれている。免震層１０による適切な免震を保証し且つ地表及びその上にある構造物１への液状化に関連する損害を回避するためには、免震層１０の厚さ２０は免震層１０の深さ２２の２０％未満であることが好ましい。
【００２９】
本発明は、細砂、沈泥質砂、沈泥、及び粘土質土壌の様な細粒飽和土から成る免震層１０に適用することができる。液状化を受け易い土壌の粒径分布包絡線が図２に示されている。包絡線１３内にある粒径分布を有する土壌は、地震事象時に土壌液状化を受け易い。電気浸透に適切であり且つ地震事象時に土壌液状化を受け易い土壌は、一般に粒径分布包絡線１４内に含まれている。本発明は、図２中で符号１５によって示されている様に粒径が０．０５ｍｍ以下である（１０％がもっと細かい）ｄ１０に分類されているこれらの土壌に適用することができる。つまり、１０重量％の土壌は、０．０５ｍｍ以下の粒径を有している。特定の土壌層位１０は液状化を受け易い必要があるが、土壌２は必ずしも容易に液状化し得る必要はない。
【００３０】
次に図３、図４に言及すると、湧出し正導体１６及び吸込み負導体１７である電気導体を除いて、図１中の部分に対応する部分は等しくて同じ符号が付されている別の形態が示されている。詳細には、湧出し導体１６は給水井戸１８に位置決めされて接続されている。本発明のこの形態では、地下水は湧出し導体１６から土壌層位の免震層１０中に置かれている吸込み導体１７へ向かって電気浸透勾配によって動かされる。給水井戸１８は、土壌層位の免震層１０内における間隙水圧を上昇させるのを助けるために、湧出し導体１６に追加の水を供給する。構造物の真下の土壌層位における免震層１０内の土壌間隙水圧は、この配置によって最も効果的に増加させられて、中規模から大規模の地震事象時に土壌層位の免震層１０の選択的な液状化をもたらす。土壌層位の免震層１０の地震事象時における一時的な液状化はその土壌層位の免震層１０を流体の様に振る舞わせ、従って、地震で引き起こされる剪断地動の上方伝播はこの液状化された免震層１０中を伝えられず、その上にある構造物１がその様な地動に対して免震にされる。給水井戸１８は湧出し導体１６に接続されており、これらの湧出し導体は、多孔性であって、免震層１０内における適切な間隙水圧の上昇を確実にしてこの土壌層位内で液状化を引き起こすために要求される必要な量の水を送ることができる。
【００３１】
免震層１０の適切な液状化を達成し、それによって、上方へ伝播する地震からの衝撃波に対してその上にある構造物１の適切な免震を達成するためには、十分な量の電気エネルギーが免震層１０に与えられなければならない。実験結果は、上にある構造物１によって占められている１平方フィート（９２９平方センチメートル）の区域当たり少なくとも７．５ワットが必要であることを示した。
【００３２】
図５に移ると、本発明の別の形態が示されている。図５に示されている本発明の形態は、湧出し正導体２６と吸込み負導体２８とを含む電気導体の第二の配列が地下水面１２の下方で且つ免震層１０の上方の土壌層位中に置かれていることを除いて、図１に示されている形態と殆どの点において同様である。詳細には、湧出し正導体２６は、地下水面１２の下方で免震層１０の上方で構造物１のすぐ真下の土壌層位中に置かれている。一方、吸込み負導体２８は、地下水面１２の下方で免震層１０の上方で構造物１の外側に置かれている。その結果、直流電源７からの直流電位が導体２６、２８に接続されると、地下水が湧出し正導体２６から吸込み負導体２８へ向かって流れ、それによって構造物１のすぐ真下の土壌２内における土壌間隙水圧を低下させる。構造物１の真下の低下した土壌間隙水圧は構造物１のすぐ真下の衝撃波に応答する土壌２の液状化を抑制し、それによって地震事象時に構造物１の下の堅い土質基礎区域３０を維持する。土質基礎区域３０が構造物１を堅固に支持し、免震層１０が上方へ伝播する衝撃波に対して土質基礎区域３０とその上にある構造物１とを免震にする。
【００３３】
飽和土の上に建てられている構造物の真下の免震層中における電気浸透によって土壌間隙水圧の所望の増加を達成するための電気導体及び給水井戸の多くの配置及び位置がある。上記の配置は本発明の種々の形態の説明として示されている。従って、本発明は、その目的を成し遂げ、且つ言及されている目的及び利点並びに本発明に内在しているその他のものを達成する様に、うまく適合させられる。本発明の現在のところ好ましい形態が開示のために与えられているが、構成、部品の配置、及び方法の工程の詳細における多くの変更の示唆が当業者には容易であり、これらの多くの変更は本発明の精神及び添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】構造物の真下の土壌層位における特定の免震層内の間隙水圧を地震事象時に上昇させる本発明の一つの形態を示す断面図である。
【図２】本発明に適切な土壌の範囲の粒径分布包絡線である。
【図３】湧出し電極（例えば、陽電極）が、構造物の真下の土壌層位における特定の免震層内の間隙水圧を地震事象時に上昇させる給水井戸でもある、本発明の別の形態を示す断面図である。
【図４】図３で与えられている湧出し電極／供給井戸（例えば、陽電極）と吸込み電極（例えば、陰電極）との断面図である。
【図５】構造物の十分に真下の土壌層位における特定の免震層内の間隙水圧を地震事象時に上昇させ、同時に構造物の直下の間隙水圧を低下させる、本発明の別の形態を示す断面図である。
【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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【国際調査報告】
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