(57)【要約】【課題】地盤中に水みちの働きによる土砂流動が発生し得る状況が存在するか否かを判別することにより水みちの働きによる土砂の流動に伴う空洞の形成に起因して地盤が陥没するというメカニズムによる地盤陥没の発生を未然に防ぐことを可能とする。【解決手段】地表面から地盤中に液体を浸透させる工程と地盤の三次元電気探査を行う工程とを１回若しくは２回以上繰り返して行い、地盤中への液体の浸透分布と比べて突出して液体が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定するようにした。【選択図】図１
2008281404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表面から地盤中に液体を浸透させる工程と前記地盤の三次元電気探査を行う工程とを１回若しくは２回以上繰り返して行い、前記地盤中への前記液体の浸透分布と比べて突出して前記液体が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定することを特徴とする地盤調査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤調査方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、地盤陥没の発生可能性の評価に用いて好適な地盤調査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤の陥没は、一般には、炭鉱等の採掘後地中に残地された空洞やトンネル掘削時に残地された空洞など人工的な空洞が崩落することによって発生すると考えられている。特に、図１０（Ａ）に示すように、道路や鉄道あるいは導水路などのトンネル１０１を建設する場合は、実際のトンネル１０１の断面よりも大きい断面で地盤１０２が掘削される場合もあり、さらに、建設されたトンネル１０１の外周面と掘削された地盤空洞の内周面との間のすき間が埋め戻されずにトンネル１０１の外側近傍に空隙１０３が残地されていることがある。そして、図１０（Ｂ）に示すように、トンネル１０１の背面に残された空隙１０３即ち人工的な空洞が崩落することによって地盤１０２の陥没が発生すると考えられている。なお、地盤中の空洞を原因としては、地表面が一気に落ちることによって地盤陥没が発生する場合と、崩落を繰り返しながら空洞が徐々に上昇して地盤陥没が発生する場合とがあると考えられている（非特許文献１）。
【０００３】
【非特許文献１】川本：地盤陥没災害と地下空洞調査について，物理探査，Vol.５８，No.６，pp.589-597，２００５年．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本発明者等は、地盤陥没発生のメカニズムの検討を行う中で、地盤の陥没は、人工的に形成された空洞が地盤中に予め存在することに起因して発生する場合に限られるものではなく、地盤中にパイプ状の孔（水みちとも呼ばれる）が存在若しくは形成されてこのパイプ状の孔における水の流動に土砂が引き込まれることによって即ち水みちが土砂を運搬する経路となることによって地表面に近い箇所で空洞が新たに形成されることに起因して発生する場合もあることを発見した。
【０００５】
具体的には、図１１に示すように、せん断や引張りを受けている地盤１０２の弱点部を地表面１０４に降った雨水１０５が選択的に流れながら地盤１０２中に浸透し（図１１（Ａ））、この地盤１０２の弱点部であって雨水の浸透経路１０６にやがてパイプ状の孔の水みち１０７が形成され、この水みち１０７における水の流動に地盤１０２の土砂が引き込まれ運搬されて地表面１０４に近い箇所に空洞１０８が形成される（図１１（Ｂ））。そして、このようにして新たに形成された空洞１０８が原因となって地盤１０２の陥没が発生するというメカニズムがあることを発見した。
【０００６】
そして、上述のように、従来は、人工的に形成されて地盤中に予め存在する空洞が崩落することによって地盤の陥没が発生すると考えられてきたため、地盤陥没に対しては地盤陥没の原因となる地表面下の空洞を発見してこれを充填するという対策がとられてきた。このため、従来の地盤陥没の発生可能性の評価のための地盤調査においては、地盤中に既に形成された空洞そのものを発見することを目的としており、地盤の電気探査を一回だけ行い、得られた結果に現れる異常領域を空洞と推定するようにしている。したがって、従来の地盤調査では、土砂が運搬され得る状況が存在して空洞を形成し得る状態が地盤中で生じていることを検知するようにはしていない。よって、従来の地盤陥没発生メカニズムの考え方及びそれに基づく地盤調査では、地盤中の土砂が水みちにおける水の流動により運搬されることによって空洞が新たに形成されて地盤が陥没するというメカニズムによる地盤陥没を空洞が形成される前に検知して未然に防ぐことはできない。
【０００７】
以上より、従来のように、地盤陥没発生メカニズムとして地盤中に空洞が予め存在する場合のみを前提とすると共に、このメカニズムに従って発生する地盤陥没を防ぐべく空洞を充填等するために地盤中に既に形成された空洞の発見のみを地盤調査の目的とすることは地盤陥没発生の防止策として充分であるとは言えない。
【０００８】
そこで、本発明は、地盤中の水みちの働きによる土砂の流動に伴う空洞の形成に起因して地盤が陥没するというメカニズムによる地盤陥没の発生を未然に防ぐために地盤中に水みちの働きによる土砂流動が発生し得る状況が存在するか否かを判別することができる地盤調査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】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の地盤調査方法は、地表面から地盤中に液体を浸透させる工程と地盤の三次元電気探査を行う工程とを１回若しくは２回以上繰り返して行い、地盤中への液体の浸透分布と比べて突出して液体が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定するようにしている。
【００１０】
したがって、この地盤調査方法によると、地盤中に液体を浸透させながら地盤の三次元電気探査を行うようにしているので、例えば水みちのように液体の浸透性が高く液体の流動によって土砂が運搬され得る状況が、地盤中への液体の浸透分布と比べて突出して液体が浸透している箇所として検知される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の地盤調査方法によれば、例えば水みちのように液体の浸透性が高く液体の流動によって土砂が運搬され得る状況が、地盤中への液体の浸透分布と比べて突出して液体が浸透している箇所として検知することが可能であり、地盤中の土砂が水みちにおける水の流動により運搬されることによって空洞が新たに形成されて地盤が陥没するというメカニズムによる地盤陥没を空洞が形成される前に検知して未然に防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１から図９に、本発明の地盤調査方法の実施形態の一例を示す。この地盤調査方法は、地表面７から地盤６中に液体９を浸透させる工程と地盤６の三次元電気探査を行う工程とを１回若しくは２回以上繰り返して行い、地盤６中への液体９の浸透分布と比べて突出して液体９が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定するようにしている。
【００１４】
図１に、上記本発明の地盤調査方法の実施形態の一例のフローチャートを示す。本実施形態ではこの図１に示すフローチャートに従って説明する。本発明の地盤調査方法の実行にあたっては、まず、Ｓ３の処理における三次元電気探査を行うための電極を調査対象地域の地表面に展開する（Ｓ１）。
【００１５】
本発明では、複数の電極１-1，１-2，１-3，…（以下、適宜、単に電極１と表記する）が地表面７に面的に展開される。なお、電極１が設置される点を測点と呼ぶ。したがって、電極１は即ち測点でもあるので、適宜、電極１又は測点１と表記する。
【００１６】
本発明において地盤の三次元電気探査を行うために地表面７に展開される測点１の数や配置の仕方や相互の間隔に制限はなく、調査対象地域１３の面積や形状、必要とされる調査結果の精度等を考慮して適宜設定される。具体的には例えば、６０箇所から３００箇所程度の測点を、相互に等間隔に縦横の並びを揃えて配置し、相互の間隔を１０ｃｍから２ｍ程度にすることなどが考えられる。本実施形態では、図２に示すように、合計６０点の測点１を縦横の並びを揃えて５列×１２列に１ｍ間隔で配置する。
【００１７】
電極１は、例えばステンレス製の電極であり、地表面７から例えば３０〜４０ｃｍの深さまで差し込まれる。電極１の太さは例えば１５ｍｍ程度である。
【００１８】
なお、本発明は、少なくとも地表面７から地盤中への液体の浸透性がある地盤であれば適用可能である。
【００１９】
次に、調査対象地域１３の地表面７から地盤中に液体を浸透させる（Ｓ２）。
【００２０】
地盤中に浸透させる液体は、地盤中に浸透させた場合に地盤の比抵抗を変化させることができる液体であれば良く、具体的には例えば雨水、河川水、水道水等、あるいは、これらの液体に電解質の物質を混入させて電気伝導性を高めたものが用いられる。なお、三次元電気探査を実施した場合に地盤の比抵抗の変化の度合いが大きくなって地盤状態の判断をし易くするために電気伝導性がより高い若しくは電気伝導性をより高めた液体を用いることが望ましい。
【００２１】
地盤中に液体を浸透させる方法としては、例えば、降雨による雨水の地盤への浸透を利用する方法と、図３に示すように、散水車８等を用いて人工的に液体９を調査対象地域１３の地表面７全体に亘って散布して地盤中に浸透させる方法とが考えられる。なお、これら二つの方法を組み合わせて用いても良い。
【００２２】
地盤中に浸透させる液体９の総量並びに液体９を地盤中に浸透させる速度は、地盤中に水みちが存在する場合であって当該水みちにおいて水の流動が生じる場合に、Ｓ３の処理における三次元電気探査によって周辺地盤と比べて液体９の浸透速度が速い箇所として水みちの存在が検知可能な量に適宜調整される。
【００２３】
例えば、液体９の総量が少ない若しくは液体９を浸透させる速度が遅いために水みちが存在していたとしても当該水みちに供給される液体９の量が僅かにしかならない若しくは当該水みちおける液体９の浸透速度と周辺地盤における液体９の浸透速度との間に差が生じないので液体９の浸透の進行が周辺と比べて突出する箇所として水みちの存在を検知することができないと考えられる場合には液体９の量を増やしたり液体９を浸透させる速度を速くしたりする。一方、液体９を浸透させる速度が速いために水みちが存在するか否かに拘わらず地盤全体に亘って急速に一斉に液体９が浸透して水みちにおける液体９の浸透速度と周辺地盤における液体９の浸透速度との間に差が生じないので液体９の浸透の進行が周辺と比べて突出する箇所として水みちの存在を検知することができないと考えられる場合には液体９を浸透させる速度を遅くする。
【００２４】
なお、調査対象地域１３における液体９の地盤中への平均的な浸透速度は地盤の例えば透水係数や液体９の粘性率等により異なるので、実際に三次元電気探査を行いながら適宜調整するようにしても良い。
【００２５】
また、降雨による雨水を利用する場合には地盤中に浸透させる液体９の量や浸透させる速度を人工的に調整することはできないので、条件に合致する降水量の降雨が見込める場合に本発明の地盤調査方法を適用したり、降雨による雨水だけでは液体９の量が足りない場合には散水車８等を用いた液体９の散布を合わせて行って本発明の地盤調査方法を適用したりする。
【００２６】
次に、三次元電気探査法を用いて地盤中への液体の浸透状況の計測を行う（Ｓ３）。
【００２７】
本発明の地盤調査方法は、調査対象地域１３の地盤中に水みちが存在する場合にこの水みちを当該地盤における液体９の浸透分布と比べて突出して液体９が浸透している箇所として検知することを目的としている。
【００２８】
ここで、水みちにおいて短時間のうちに周辺地盤と比べて突出して液体９が浸透したとしても、時間の経過と共に周辺地盤においても液体９の浸透が進行して水みちにおける液体９の浸透に追いつくと考えられる。すなわち、水みちにおいて周辺地盤と比べて一時的に液体９の浸透の進行が突出したとしても時間の経過と共に周辺地盤の液体９の浸透に埋もれてしまうと考えられる。
【００２９】
したがって、液体９が周辺地盤と比べて突出して浸透する箇所を検知するためには、三次元電気探査法を用いた液体９の地盤中への浸透状況の計測を短い時間間隔で継続的に行う必要がある。例えば、予測される水みちの流体浸透速度が１０−２ｃｍ／秒程度即ち０．６ｃｍ／分の場合は数分間隔の計測で充分である。また、浸透速度が１０−０ｃｍ／秒程度即ち６０ｃｍ／分の場合は１分より短い間隔で計測を行うことが好ましい。
【００３０】
ここで、三次元電気探査法による地盤の電気探査を行う従来の装置は一回の計測に多大な時間を必要とし、数分間隔で計測することはできない。そこで、本発明では、本発明を適用するために三次元電気探査法を用いた地盤の電気探査を短時間で行うことができる独自の地盤調査装置を用いて地盤中への液体９の浸透状況の計測を行う。
【００３１】
本発明の地盤調査方法に従った地盤の三次元電気探査を行うための地盤調査装置の機能ブロック図を図４に示す。この地盤調査装置は、制御装置１０と送信装置１１と受信装置２０とから構成される。
【００３２】
制御装置１０は、中央演算処理装置３３を有する例えばコンピュータであり、送信装置１１及び受信装置２０の動作を制御するものである。
【００３３】
送信装置１１は、測点１の中から選択された一箇所の電流電極１ａ及び電流用遠電極２に対して電流を供給するものである。
【００３４】
送信装置１１は、端子１１ａ及び端子１１ｂを有し、これらの端子間に一定周期で電流を供給し、電流値及び電流の送信周波数を調節することができる。なお、送信装置１１には発電機５が接続され、送信装置１１はこの発電機５から電力の供給を受けて作動する。
【００３５】
送信装置１１から任意の周波数のリファレンス信号（ｃｏｓ波である）に同期した電流が、パワーアンプ（電力増幅器）及び絶縁トランス１１ｃで増幅され、端子１１ａ及び端子１１ｂの間に送信される。このリファレンス信号は制御装置１０の中央演算処理装置３３によって制御される。端子１１ａは受信装置２０を介して測点１の中から選択された一箇所の電流電極１ａと導通され、端子１１ｂは電流用遠電極２と接続される。電流値は、例えば１ｍＡ〜４００ｍＡの範囲で調節可能とされ、計測条件等に応じて適宜選択される。ただし、調整できる範囲はこれに限られるものではなく、１ｍＡ未満や４００ｍＡを超える電流を供給できるようにしても良い。
【００３６】
また、液体９が周辺地盤と比べて突出して浸透する箇所を検知するためには、前述のとおり、地盤の三次元電気探査を短時間のうちに行う必要がある。そのため、送信装置１１は、高い送信周波数で電流電極１ａと電流用遠電極２との間に正弦波電流を供給する。具体的には例えば、送信装置１１は１２８Ｈｚ〜５１２０Ｈｚの範囲の送信周波数で正弦波電流を供給する。なお、予測される流体の浸透速度に基づき最適な送信周波数を選定するが、浸透速度が大きいほどそれに伴う地盤の比抵抗が変化する速度も大きくなるため、より高い周波数で送信して極力短時間で計測することが好ましい。
【００３７】
受信装置２０は、送信装置１１の正弦波電流を供給する測点１の電流電極１ａの切り替えを行うと共に、測点１の電位電極１ｂと電位用遠電極３との間の電位信号（具体的には電位差）を同時に受信するものである。ここで、電位電極１ｂは、電流電極１ａとして働く測点を除く全ての測点に設置された電極１である。
【００３８】
例えば、全測点数が６０点の場合、任意の一箇所の測点１を電流電極１ａとして切り替え、当該電流電極１ａから流した電流によって地盤に生じた電位信号を、電流電極１ａを除く全ての測点１（５９点である）における電位信号として同時に受信する。なお、電位信号は各電極１と電位用遠電極３との間の電位差として計測する。
【００３９】
受信装置２０は電極切替部２１と複素位相検波部２２とサンプリング部２３とを有する。なお、受信装置２０にはバッテリー４が接続され、受信装置２０はこのバッテリー４から電力の供給を受けて作動する。
【００４０】
受信装置２０の電極切替部２１は、複数の測点１の中から選択された一箇所の電流電極１ａに通じる導線を送信装置１１の端子１１ａに接続するものである。通常は、全ての測点１が送信装置１１の端子１１ａと切断状態になっていると共に複素位相検波部２２の複数の電位用実効値積分回路３１とそれぞれ導通状態になっているが、電流電極１ａとして選択された一箇所の測点１は電位用実効値積分回路３１とは切断状態になると共に送信装置１１の端子１１ａと導通状態になる。
【００４１】
受信装置２０の電極切替部２１は、電流検出回路２４、電流用スイッチ回路２５、電位用スイッチ回路３４、増幅及びフィルタ回路２９を備える。
【００４２】
電流検出回路２４は、アイソレーションアンプ２４ａによって電流電極１ａから地盤に流れた電流を抵抗２４ｂで生じた電圧値として検出するものである。電流検出回路２４は、送信装置１１の端子１１ａと電流用スイッチ回路２５との間に接続される。
【００４３】
電流用スイッチ回路２５は、測点１の電流電極１ａに通じる導線の接続と切断とを制御するものである。
【００４４】
電流用スイッチ回路２５は、図５に示すように、電極１に接続された本線２７と、送信装置１１の端子１１ａと各本線２７とを接続する分岐線２８と、各分岐線２８の途中に設けられた電流用リレー２６-1，２６-2，２６-3，…（以下、適宜、単に電流用リレー２６と表記する）とを備える。本実施形態では、測点１の数に対応して６０本の本線２７を有すると共に６０個の電流用リレー２６を有する。
【００４５】
電位用スイッチ回路３４は、全ての測点１の電極に通じる導線の接続と切断とを制御するものである。
【００４６】
電位用スイッチ回路３４は、図４に示すように、測点１のそれぞれの電極に接続された本線２７と、各本線２７の途中に設けられた電位用リレー３５-1，３５-2，３５-3，…（以下、適宜、単に電位用リレー３５と表記する）とを備える。本実施形態では、測点１の数に対応して６０本の本線２７を有すると共に６０個の電位用リレー３５を有する。
【００４７】
通常、１番目の測点１の電極に通じる本線２７は１番目の電位用リレー３５-1に、２番目の測点１の電極に通じる本線２７は２番目の電位用リレー３５-2に、同様に、３番目の測点１の電極に通じる本線２７は３番目の電位用リレー３５-3に、さらに 、６０番目の測点１の電極に通じる本線２７は６０番目の電位用リレー３５-60にそれぞれ接続される。
【００４８】
ここで、各電流用リレー２６は通常は切断状態にあり、択一的に導通操作される。また、各電位用リレー３５は通常は導通状態にあり、択一的に切断操作される。例えば、全ての電流用リレー２６が切断状態にあり、１番目の測点１を電流電極１ａとして端子１１ａに導通させる場合には、１番目の本線２７に接続された分岐線２８に設けられている電流用リレー２６-1を導通状態にする。同時に、１番目の本線２７に接続された電位用リレー３５-1を切断状態にする（図４に示す状態）。すなわち、同じ本線２７上にある電流用リレー２６及び電位用リレー３５はどちらか一方が導通状態になった場合、それに連動してもう一方は必ず切断状態になる。そして、２番目の測点１を電流電極１ａとして端子１１ａに接続する場合には、１番目の本線２７に接続された分岐線２８に設けられている電流用リレー２６-1を切断状態にし且つ１番目の本線２７に接続された電位用リレー３５-1を導通状態にすると共に、２番目の本線２７に接続された分岐線２８に設けられている電流用リレー２６-2を導通状態にし且つ２番目の本線２７に接続された電位用リレー３５-2は切断状態にする。３番目〜６０番目の測点１を電流電極１ａとして端子１１ａに接続する場合も同様である。
【００４９】
各電流用リレー２６及び各電位用リレー３５の切断と接続との切替操作は制御装置１０の中央演算処理装置３３によって制御される。
【００５０】
増幅及びフィルタ回路２９は、測点１に設置されている各電極で受信した電位信号に対し、増幅度０，２０，４０ｄＢ（０，１０，１００倍）のうち一つを選択して増幅すると共に、フィルタ回路（ハイパスフィルタ）においてノイズとなる商用周波数帯（５０〜６０Ｈｚ）のレベルを−６ｄＢ（１／２倍）に低下させるものである。なお、本フィルタ回路による位相のずれはほとんど生じない。
【００５１】
また、複素位相検波部２２は、電流検出回路２４と接続された１組の電流用実効値積分回路３０と、増幅及びフィルタ回路２９のそれぞれに接続された６０組の電位用実効値積分回路３１とを備える。
【００５２】
電流用実効値積分回路３０は、デジタル化した波形データに対して通常は計算機で行われていたフーリエ変換と同種の処理を本アナログ系において実行し、電流検出回路２４により電圧値に変換された電流信号の実効値を検出するものである。
【００５３】
６０組の電位用実効値積分回路３１は、上述と同様の方式によって測点１のそれぞれの電極と電位用遠電極３との間の電位差として受信した電位信号の実効値を検出するものである。
【００５４】
電位用実効値積分回路３１の構成図を図６に示す。なお、電流用実効値積分回路３０の構成も同様である。入力信号（電流信号あるいは電位信号）は、設定周波数に対応して制御装置１０の中央演算処理装置３３より発信するリファレンス信号即ちｃｏｓ波及びｓｉｎ波によるゲイン制御が施される。すなわち、入力信号はｃｏｓ波ゲイン制御回路４１ａ及びｓｉｎ波ゲイン制御回路４１ｂに分岐して入力される。なお、これら二つのリファレンス信号のうちｃｏｓ波は送信電流に同期している。次に、各制御回路４１ａ及び４１ｂでゲイン制御された出力信号はそれぞれｃｏｓ積分回路４２ａ及びｓｉｎ積分回路４２ｂに入力され、Ｔ秒間の積分値（ｃｏｓ変換成分及びｓｉｎ変換成分）として蓄えられる。これらの積分値では、送信周波数と同一の信号波のみが時間と共に増加し、他の周波数の信号波あるいはノイズは数学的な直交性によりその積分値はゼロとなる。
【００５５】
また、サンプリング部２３は、Ａ／Ｄ変換器３２を備える。
【００５６】
Ａ／Ｄ変換器３２は、１組の電流用実効値積分回路３０及び６０組の電位用実効値積分回路３１からの信号が入力されると共に、それぞれのｃｏｓ積分回路４２ａ及びｓｉｎ積分回路４２ｂに蓄えられた積分値（即ちｃｏｓ変換成分及びｓｉｎ変換成分）を順次スキャニングしてデジタルデータに変換して出力する。
【００５７】
Ａ／Ｄ変換器３２より出力されたデジタルデータは制御装置１０の中央演算処理装置３３に入力される。
【００５８】
制御装置１０に転送されたｃｏｓ変換成分及びｓｉｎ変換成分は積分時間Ｔによって正規化され、以下に示すステップによって計算機処理により振幅及び位相差が算出される。まず、信号は数式１で表される。
【００５９】
【数１】
2008281404.tif 000003
ここに、Ａ：信号，Ｒ：振幅，φ：位相，ω：角周波数，ｔ：時間。
【００６０】
ｃｏｓ波ゲイン制御として数式２の変換を行うと共に、ｓｉｎ波ゲイン制御として数式３の変換を行う。
【００６１】
【数２】
2008281404.tif 000004
【数３】
2008281404.tif 000005
【００６２】
数式２及び数式３を積分時間Ｔで除すことにより、ｃｏｓ変換成分は数式４に示す通りになり、ｓｉｎ変換成分は数式５に示す通りになる。
【００６３】
【数４】
2008281404.tif 000006
【数５】
2008281404.tif 000007
【００６４】
したがって、振幅Ｒは数式６に示す通りになり、位相差φは数式７に示す通りになる。
【００６５】
【数６】
2008281404.tif 000008
【数７】
2008281404.tif 000009
【００６６】
また、中央演算処理装置３３は送信装置１１及び受信装置２０にリファレンス信号を送る。すなわち、送信装置１１では本信号に同期した電流が地盤に送信される。受信装置２０の電流用及び電位用実効値積分回路３０及び３１では、入力信号に対し本信号に同期したｃｏｓ変換及び位相が９０度ずれたｓｉｎ変換処理が行われる。さらに、中央演算処理装置３３は電極切替部２１の送信用リレーである電流用リレー２６及び受信用リレーである電位用リレー３５の動作を制御する。
【００６７】
続いて、この地盤調査装置による地盤の電気探査の方法について説明する。
【００６８】
本装置は、二極法を前提とした探査専用に対応している。探査対象物のスケール及び深度に対応した測点間隔、調査領域の測点位置に電極を設置し、各電極と受信装置の接続用端子と結線する。例えば、１ｍスケールの探査対象物が深度５ｍ程度にあることが予測される場合、測点間隔は１ｍ以内、測線長は２５ｍ以上にする必要がある。また、調査領域より互いに反対方向に離れた２地点（長方形の場合は長辺の５倍以上）に、電流用遠電極２、電位用遠電極３をそれぞれ設置し、装置の遠電極接続用端子と結線する。例えば、図２に示すように調査領域が２４ｍ×４ｍの場合は、その中心位置より１００ｍ以上離れた地点に遠電極を設置する必要がある。
【００６９】
次に、二極法による測定では、任意の電流電極１ａに対し電流電極１ａを除く全ての電極（５９点）で電位を計測することになる。よって、全測点数が６０の場合、全測定データの組み合わせ数は６０×５９＝３５４０通りになる。ここで、地盤における流体の移動に伴う比抵抗変化の測定を目的とした場合は、得られた振幅に電極配置により決まる係数を乗算した見掛比抵抗が必要な情報となる。なお、測点に非分極電極を使用すれば、本装置により地盤の充電効果を計測する電気探査ＩＰ法を行うことも可能となり、その場合は位相差の情報も必要となる。
【００７０】
したがって、以上のように構成された地盤調査装置によれば、電極配置を二極法に限定すると共に全測点数分の受信回路を組み込むことによって電極切替操作は電流電極のみに絞られるので電子回路を大幅に簡素化することができる。これにより、短時間のうちに地盤の電気探査を行うことができるようになる。
【００７１】
すなわち、全測点電極から任意の一測点のみ導通状態とする切替操作を行うだけで済むと共に各受信チャンネルのｃｏｓ積分回路４２ａ及びｓｉｎ積分回路４２ｂでの積分値だけを制御装置１０に転送するだけで済むので、波形データのデジタル化は行わないので広いダイナミックレンジは必要ない。よって、受信電極の切替操作及び増幅度の切換操作が不要となり、計測時間を大幅に短縮することができる。
【００７２】
具体例として、以下の条件に従って従来の地盤の電気探査装置を用いて電気探査を実施した場合の計測時間と比較する。なお、従来装置としては例えば特願２００４−３７２１１６に記載された電気探査装置が挙げられる。本装置はデジタル化した受信波形そのものを転送し、制御装置でフーリエ変換処理などを行い振幅や位相差を求める仕様となっている。
ｉ ）探査方法            ：四極法
ii ）受信チャンネル数    ：４
iii）測点数              ：６０極
iv ）送信周波数          ：２．５Ｈｚ（即ち送信周期は０．４秒）
ｖ ）送信時間            ：４秒（ただし、波数１０個分）
vi ）制御装置への転送時間：２０秒
【００７３】
上記条件を前提とし、スタッキング数４回で１２００通りの電極組み合わせによる電位を計測すると、｛４秒（送信時間）×４（スタッキング数）＋２０秒（転送時間）｝×１２００（組み合わせ数）÷４（チャンネル数）＝１０８００秒＝３時間かかる。
【００７４】
一方、本発明で用いる地盤調査装置の条件は以下のとおりとなる。
【００７５】
ｉ ）探査方法            ：二極法
ii ）測点数              ：６０極
iii）送信周波数          ：１０００Ｈｚ（即ち送信周期は０．００１秒）
iv ）送信時間            ：０．０１秒（ただし、波数１０個分）
ｖ ）制御装置への転送時間：１秒
【００７６】
なお、制御装置への転送時間については、従来装置の場合は１つの送信波形及び４つの受信波形のデジタルデータにおける１波形あたりのデータ数を５１２個とすると、転送するデータ数は５１２×５＝２５６０個となるのに対し、本発明で用いる装置の場合は６０組の電位積分値及び１組の電流積分値、転送するデータ数は６１×２＝１２２個となるので、転送データ数の比２０：１に基づいて設定している。
【００７７】
上記条件を前提とし、スタッキング数４回で二極法による全組み合わせ数６０×５９＝３５４０通りの組み合わせによる電位を計測すると、｛０．０１秒（送信時間）×４（スタッキング数）＋１秒（転送時間）｝×６０（送信箇所）≒６０秒＝１分の計測時間となる。すなわち、実質的には制御装置への転送時間だけで済む。そして、計算上は本装置の方が３倍のデータ取得数なので、理論上は従来装置の１８０×３＝５４０倍の高速性能が達成される。
【００７８】
次に、Ｓ３の処理で得られた三次元電気探査の結果を用いて地盤状態の評価を行うと共に（Ｓ４）、地盤への液体の浸透状況に基づいて計測を終了するか否かを判断する（Ｓ５）。
【００７９】
Ｓ２の処理において、調査対象地域１３の地表面７に液体９が散布されて地盤中に浸透する。そして、地盤中に水みちが存在する場合には当該水みちにおいて液体９の浸透速度が周辺の地盤中よりも速くなるので、Ｓ３の処理の三次元電気探査の結果から地盤中の土砂の運搬経路となる水みちの有無が判断される。
【００８０】
すなわち、図７に示すように、地盤６中に水みち１４が存在する場合には、地表面７に散布された液体９は周辺の地盤６における浸透速度よりも速い速度で水みち１４の中を流動する。したがって、水みち１４の中の液体９や、水みち１４の中を流動して水みち１４の壁を濡らしている液体９や、水みち１４の壁から徐々に地盤６中に浸透する液体９（図７（Ｂ）の符号１６で示す破線）として周辺の地盤６中を浸透する液体９よりも突出して浸透するので、Ｓ３の処理の三次元電気探査の結果から地盤中の土砂の運搬経路となる水みちの有無が判断される。
【００８１】
具体的には、図８に示すように、地盤６深部に水みち１４が存在している場合には、地表面７に液体９が散布されると、地表面７近くでは水みち１４の影響を受けることなく調査対象地域１３全体に亘って概ね一様に徐々に液体９が地盤６中に浸透する。そして、液体９の散布が繰り返されたり雨が降り続けたりするに従って地盤６の深部に向かって液体９の浸透が進行する。
【００８２】
例えば、図８（Ｂ）に示すように、液体９の一回目の散布の後若しくは降雨開始から僅かな時間が経過した段階での一回目の計測では散布液体若しくは雨水９の浸透分布は地表面７から浅い範囲に限られ（図８（Ｂ）の浸透前線１７ａ）、地盤６の電気探査によって得られる結果も地表面７から浅い範囲に液体９が浸透している様相を示す。そして、液体９の散布の回数を重ねるに従って、若しくは降雨が続くに従って、順次実施される地盤６の電気探査の結果は液体９が地盤６の深部に向かって徐々に浸透していく様相を示す（図８（Ｂ）の浸透前線１７ｂ，１７ｃ）。
【００８３】
そして、地盤６中への液体９の浸透前線１７ｄが地盤６中に存在する水みち１４の端部に到達すると、水みち１４においては周辺の地盤６中と比べて液体９の浸透性が高いので、周辺地盤６の平均的な液体９の浸透分布よりも速く水みち１４中を液体９が浸透する。そのため、地盤６の電気探査によって得られる結果も液体９の浸透前線１７ｄから突出して液体９が浸透している様相を示す。
【００８４】
すなわち、図９に示すように、地表面７から浸透した液体９が水みち１４を中心に且つ周辺の地盤６における液体９の浸透よりも速く即ち周辺の浸透分布から突出して地盤６中に浸透する様相が電気探査によって明らかになる。この電気探査の結果によって地盤６中に水みち１４が存在していることが検知され、当該地盤６の状態の評価として地盤陥没の危険性があると判断される。
【００８５】
そして、液体９を地盤６に浸透させながら地盤６の電気探査を行うと共にその結果に基づいて地盤状態の評価を繰り返して行う間に、Ｓ５の処理として、当初予定の深度まで液体９が地盤６中に浸透して液体９の浸透状況の計測を終了すると判断された場合には（Ｓ５；Ｙｅｓ）、地盤調査を終了する（Ｓ６）。
【００８６】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態の地盤調査装置は、測点数が６０点まで対応可能な装置として構成されているが、６０チャンネルの拡張装置を順次追加することによって原理的には無限の測点数に対応することが可能である。例えば、拡張装置を３台追加した場合には測点数が２４０点まで計測が可能となる。この場合、計測時間は、本実施形態の６０チャンネルの場合の４倍、すなわち１分×２４０／６０＝４分で計測が可能である。
【００８７】
また、本実施形態では、液体９を地盤６に浸透させながらの地盤６の電気探査とその結果に基づく地盤状態の評価とを繰り返して行うことを前提とした例について説明したが、これに限られるものではなく、一回目の地盤６の電気探査によって当初予定していた探査深度まで液体９が浸透されていることが確認されたり水みちの存在が確認されたりして地盤調査として充分であると判断された場合には地盤６の電気探査と地盤状態の評価とを繰り返して行わなくても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の地盤調査方法の実施形態の一例を説明するフローチャートである。
【図２】実施形態の電極の展開を説明する図である。
【図３】実施形態の散水車による液体の散布を説明する図である。
【図４】実施形態の地盤調査装置の機能ブロック図である。
【図５】実施形態の地盤調査装置のスイッチ回路の機能ブロック図である。
【図６】実施形態の地盤調査装置の実効値積分回路の機能ブロック図である。
【図７】地盤中の水みちにおける液体の浸透を説明する図である。（Ａ）は地盤中に存在する水みちを示す図である。（Ｂ）は地盤中の水みちを中心とした液体の浸透を説明する図である。
【図８】地盤中に水みちが存在する場合の液体の浸透を説明する図である。（Ａ）は地盤中に存在する水みち並びに地盤中への液体の浸透を示す図である。（Ｂ）は地盤中への液体の浸透並びに水みち内への液体の浸透を説明する図である。
【図９】地盤中の水みちに沿って液体が浸透する様相を説明する図である。
【図１０】従来から考えられてきた地盤陥没発生メカニズムを説明する図である。（Ａ）は実際のトンネル断面よりも大きい断面で地盤が掘削されている状態を説明する図である。（Ｂ）はトンネル背面に残された空隙が崩落することによって地盤陥没が発生することを説明する図である。
【図１１】地盤中の液体の浸透並びに水みち及び空洞の形成を説明する図である。（Ａ）は液体が地盤の弱点部を選択的に流れながら地盤中に浸透する状況を説明する図である。（Ｂ）は、地盤中に水みち及び空洞が形成される状況を説明する図である。
【符号の説明】
【００８９】
１    電極
１１  送信装置
２５  電流用スイッチ回路
２６  電流用リレー
２９  増幅及びフィルタ回路
３１  電位用実効値積分回路
３４  電位用スイッチ回路
３５  電位用リレー
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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