(57)【要約】【課題】一本のボーリング孔を利用して得られた計測データから一定の範囲における地盤内の地下水流動次元並びに地盤パラメータを同時に特定することを可能とする。【解決手段】水よりも粘性の高い液体を一定の流量で地盤内に注入したときの地下水流動次元と注入時間と注入圧力との間の理論的な関係を決定し、水よりも粘性の高い液体を一定の流量で地盤内に注入したときの注入圧力の経時変化の計測結果が最も良く合致する理論的な関係に基づいて地下水流動次元を特定すると共に、計測結果を表示したグラフと理論的な関係を表示したグラフとを重ね合わせたときの横軸同士並びに縦軸同士のずれの量から地盤パラメータを特定するようにした。【選択図】図１
2007332594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水よりも粘性の高い液体を一定の流量で地盤内に注入したときの地下水流動次元と注入時間と注入圧力との間の理論的な関係と、前記水よりも粘性の高い液体を一定の流量で地盤内に注入したときの注入圧力の経時変化の計測結果とを用い、前記計測結果が最も良く合致する前記理論的な関係に基づいて地下水流動次元を特定することを特徴とする地盤内流体流動特性調査方法。
【請求項２】
水よりも粘性の高い液体を一定の圧力で地盤内に注入したときの地下水流動次元と注入時間と単位時間当たり注入流量との間の理論的な関係と、前記水よりも粘性の高い液体を一定の圧力で地盤内に注入したときの単位時間当たり注入流量の経時変化の計測結果とを用い、前記計測結果が最も良く合致する前記理論的な関係に基づいて地下水流動次元を特定することを特徴とする地盤内流体流動特性調査方法。
【請求項３】
水よりも粘性の高い液体を一定の流量で地盤内に注入したときの地下水流動次元と注入時間と注入圧力との間の理論的な関係を決定し、前記水よりも粘性の高い液体を一定の流量で地盤内に注入したときの注入圧力の経時変化の計測結果が最も良く合致する前記理論的な関係に基づいて地下水流動次元を特定すると共に、前記計測結果を表示したグラフと前記理論的な関係を表示したグラフとを重ね合わせたときの前記計測結果と前記理論的な関係とが一致している箇所から前記グラフの横軸に対して垂直な直線を引いたときの該直線と前記グラフの横軸との交点の値並びに前記計測結果と前記理論的な関係とが一致している箇所から前記グラフの縦軸に対して垂直な直線を引いたときの該直線と前記グラフの縦軸との交点の値から地盤パラメータを特定することを特徴とする地盤内流動特性調査方法。
【請求項４】
水よりも粘性の高い液体を一定の圧力で地盤内に注入したときの地下水流動次元と注入時間と単位時間当たり注入流量との間の理論的な関係を決定し、前記水よりも粘性の高い液体を一定の圧力で地盤内に注入したときの単位時間当たり注入流量の経時変化の計測結果が最も良く合致する前記理論的な関係に基づいて地下水流動次元を特定すると共に、前記計測結果を表示したグラフと前記理論的な関係を表示したグラフとを重ね合わせたときの前記計測結果と前記理論的な関係とが一致している箇所から前記グラフの横軸に対して垂直な直線を引いたときの該直線と前記グラフの横軸との交点の値並びに前記計測結果と前記理論的な関係とが一致している箇所から前記グラフの縦軸に対して垂直な直線を引いたときの該直線と前記グラフの縦軸との交点の値から地盤パラメータを特定することを特徴とする地盤内流体流動特性調査方法。
【請求項５】
前記水よりも粘性の高い液体として粘性率が１０ｃＰ以上の液体を用いることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の地盤内流体流動特性調査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤内流体流動特性調査方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、例えば汚染物質の移行における地盤の地下水流動特性の調査に用いて好適な地盤内流体流動特性調査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書において、高粘性流体とは、少なくとも水よりも粘性が高い液体を意味するものとして用いている。
【０００３】
地盤内での汚染物質の移行を評価する場合には、汚染物質がどの程度の速度で移行するかを評価することが重要である。汚染物質は地下水によって運ばれるため、地盤内の地下水の流動状態の評価即ち地下水流動特性の評価が重要である。
【０００４】
従来の地下水流動測定方法としては、図８に示すように、視差光学系であるプリズム１０１とＣＣＤカメラ１０２とをプローブ１０３に内蔵してボーリング孔１０４に挿入すると共にボーリング孔１０４内の下方画像とボーリング孔１０４の周壁画像とをプリズム１０１を通してＣＣＤカメラ１０２で同時に撮影し、ボーリング孔１０４の周壁画像を監視してボーリング孔１０４中でのプローブ１０３の設置位置を決めた後、下方画像の中の視差が異なる複数画面でのトレーサー１０５の像の移動から地下水流の流速と流向とを算出する方法がある（特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２５７９４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の地下水流動測定方法では、ボーリング孔１０４内でのトレーサー１０５の動きからボーリング孔１０４内というごく限られた範囲での地下水流の流速及び流向を測定することはできても、ボーリング孔１０４外側の地下水流動を測定することはできない。すなわち、地盤内での地下水による物質の分布や移動を適確に評価するためには、物質の移行範囲として想定される地盤内において地下水が線的、面的、空間的のうちのいずれの態様で流動しているのか即ち地盤内の割れ目の状況等によって決まる指標であって地下水流動特性を評価する上で重要な指標である地下水流動次元を明らかにすること、並びに、透水係数、流路断面積を表わすパラメーター、有効間隙率（以下、これら三つのパラメータを地盤パラメータと呼ぶ）の大きさを明らかにすることが重要であるが、特許文献１の地下水流動測定方法ではボーリング孔１０４位置における点としての地下水流動しか測定することができないと共に地盤パラメータを測定することができない。このため、地盤内での地下水による物質の移行を評価するためのデータを十分に提供することができるとは言い難い。
【０００７】
また、特許文献１の測定方法を用いて一定の範囲における線的、面的若しくは空間的な地下水流動特性を調査しようとする場合には、調査対象の範囲内に複数のボーリング孔１０４を設けると共に各ボーリング孔１０４において複数の深度で測定することが必要であり、その分の費用と時間とが必要になって効率的でないという問題がある。そして、深部の地盤における地下水流動特性を調査する場合には深度の深いボーリング孔を複数設けなければならず特に多くの費用と時間とが必要になる。また、複数のボーリング孔を設けて行うトレーサー試験では、トレーサーの観測漏れや試験時間の増加を防ぐためには多くのボーリング孔が必要であり、費用が嵩んでしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、一本のボーリング孔を利用して得られた計測データから一定の範囲における地盤内の地下水流動次元並びに地盤パラメータを同時に特定することができる地盤内流体流動特性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記載の地盤内流体流動特性調査方法は、水よりも粘性の高い液体を一定の流量で地盤内に注入したときの地下水流動次元と注入時間と注入圧力との間の理論的な関係と、水よりも粘性の高い液体を一定の流量で地盤内に注入したときの注入圧力の経時変化の計測結果とを用い、計測結果が最も良く合致する理論的な関係に基づいて地下水流動次元を特定するようにしている。
【００１０】
また、請求項２記載の地盤内流体流動特性調査方法は、水よりも粘性の高い液体を一定の圧力で地盤内に注入したときの地下水流動次元と注入時間と単位時間当たり注入流量との間の理論的な関係と、水よりも粘性の高い液体を一定の圧力で地盤内に注入したときの単位時間当たり注入流量の経時変化の計測結果とを用い、計測結果が最も良く合致する理論的な関係に基づいて地下水流動次元を特定するようにしている。
【００１１】
したがって、請求項１，２記載の地盤内流体流動特性調査方法によると、水よりも粘性の高い液体を地盤内に注入したときの地下水流動次元と注入時間と注入圧力若しくは単位時間当たり注入流量との間の理論的な関係と、注入圧力若しくは単位時間当たり注入流量の経時変化の計測結果とから地下水流動次元が特定される。なお、注入圧力とは、液体の注入場所の圧力水頭値のことである。
【００１２】
また、請求項３記載の地盤内流体流動特性調査方法は、水よりも粘性の高い液体を一定の流量で地盤内に注入したときの地下水流動次元と注入時間と注入圧力との間の理論的な関係を決定し、水よりも粘性の高い液体を一定の流量で地盤内に注入したときの注入圧力の経時変化の計測結果が最も良く合致する理論的な関係に基づいて地下水流動次元を特定すると共に、計測結果を表示したグラフと理論的な関係を表示したグラフとを重ね合わせたときの計測結果と理論的な関係とが一致している箇所からグラフの横軸に対して垂直な直線を引いたときの垂直な直線とグラフの横軸との交点の値並びに計測結果と理論的な関係とが一致している箇所からグラフの縦軸に対して垂直な直線を引いたときの垂直な直線とグラフの縦軸との交点の値から地盤パラメータを特定するようにしている。
【００１３】
また、請求項４記載の地盤内流体流動特性調査方法は、水よりも粘性の高い液体を一定の圧力で地盤内に注入したときの地下水流動次元と注入時間と単位時間当たり注入流量との間の理論的な関係を決定し、水よりも粘性の高い液体を一定の圧力で地盤内に注入したときの単位時間当たり注入流量の経時変化の計測結果が最も良く合致する理論的な関係に基づいて地下水流動次元を特定すると共に、計測結果を表示したグラフと理論的な関係を表示したグラフとを重ね合わせたときの計測結果と理論的な関係とが一致している箇所からグラフの横軸に対して垂直な直線を引いたときの垂直な直線とグラフの横軸との交点の値並びに計測結果と理論的な関係とが一致している箇所からグラフの縦軸に対して垂直な直線を引いたときの垂直な直線とグラフの縦軸との交点の値から地盤パラメータを特定するようにしている。
【００１４】
したがって、請求項３，４記載の地盤内流体流動特性調査方法によると、水よりも粘性の高い液体を地盤内に注入したときの地下水流動次元と注入時間と注入圧力若しくは単位時間当たり注入流量との間の理論的な関係と、注入圧力若しくは単位時間当たり注入流量の経時変化の計測結果とから地下水流動次元並びに地盤パラメータが特定される。
【００１５】
また、請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか一つに記載の地盤内流体流動特性調査方法において、水よりも粘性の高い液体として粘性率が１０ｃＰ以上の液体を用いるようにしている。この場合には、水と比べて粘性が十分に高い液体を用いることにより、地下水流動次元並びに地盤パラメータの特定精度が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１及び２記載の地盤内流体流動特性調査方法によれば、水よりも粘性の高い液体を地盤内に注入したときの地下水流動次元と注入時間と注入圧力若しくは単位時間当たり注入流量との間の理論的な関係と、注入圧力若しくは単位時間当たり注入流量の経時変化の計測結果とから地下水流動次元が特定されるので、ボーリング孔を利用した従来の透水試験では把握することができなかった地下水流動次元を調査することができる。
【００１７】
また、請求項３及び４記載の地盤内流体流動特性調査方法によれば、水よりも粘性の高い液体を地盤内に注入したときの地下水流動次元と注入時間と注入圧力若しくは単位時間当たり注入流量との間の理論的な関係と、注入圧力若しくは単位時間当たり注入流量の経時変化の計測結果とから地下水流動次元並びに地盤パラメータが特定されるので、ボーリング孔を利用した従来の透水試験では把握することができなかった地下水流動次元を調査することができる。さらに、地下水流動次元を特定し、この地下水流動次元を考慮して地盤パラメータが特定されるので地盤パラメータの特定精度の向上が可能であり、汚染物質の移行の評価に対して精度の高いデータを提供することができ、結果として汚染物質の評価等の精度を向上させることができる。また、一本のボーリング孔を利用して得られた計測結果から地盤内の地下水流動次元並びに地盤パラメータを同時に特定することが可能であり、調査効率の向上並びに調査費用の低減を図ることができる。
【００１８】
また、請求項５記載の地盤内流体流動特性調査方法によれば、水と比べて粘性が十分に高い液体を用いることによって地下水流動次元並びに地盤パラメータの特定精度の向上が可能であり、汚染物質の移行の評価に対して精度の高いデータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図１から図７に、本発明の地盤内流体流動特性調査方法の実施形態の一例を示す。この地盤内流体流動特性調査方法は、図１のフロー図に示すように、高粘性流体の地盤注入試験を行うステップ（Ｓ１）と、一定の流量で高粘性流体を注入した場合の地下水流動次元と注入時間と注入圧力との間の理論的な関係、又は、一定の圧力で高粘性流体を注入した場合の地下水流動次元と注入時間と単位時間当たり注入流量との間の理論的な関係を決定するステップ（Ｓ２）と、高粘性流体の地盤注入試験の計測結果と理論的な関係とから地下水流動次元を特定するステップ（Ｓ３）と、地盤パラメータを特定するステップ（Ｓ４）とを有するものである。
【００２１】
本発明の地盤内流体流動特性調査方法の適用にあたっては、まず、高粘性流体の地盤注入試験を行う（Ｓ１）。
【００２２】
本発明では、高粘性流体として、ビンガム流体等の非ニュートン流体的な挙動を示す流体ではなく、ニュートン流体的な挙動をする流体を用いる。
【００２３】
さらに、本発明の高粘性流体は、少なくとも水よりも高い粘性を有することが重要である。これは高粘性流体の流動抵抗に基づいて評価を行う際に、水の流動抵抗による誤差を極力小さくするためである。ただし、粘性が高いことによって注入流量が小さくなり計測が困難になったり、所定量の高粘性流体を注入するのに実用的と言えない時間がかかったりすることがない範囲で粘性が高い方が良い。また、粘性が高い場合にはニュートン流体として挙動しない可能性があるため、高粘性流体がニュートン流体として挙動する範囲で粘性が高い方が良い。
【００２４】
本発明で用いられる高粘性流体の種類は特に限定されるものではなく、例えば、水に高分子の溶質を溶解して得られる高粘性流体が用いられる。具体的には例えば、水溶性セルロースエーテルであるメトローズ（信越化学工業社製）を水に溶解して得られる高粘性流体を用いる。
【００２５】
高粘性流体の地盤注入試験は、ボーリング孔を利用した一般的な透水試験と同様に行う。具体的には、調査対象の岩盤にボーリング孔を開け、ボーリング孔の二箇所にパッカーを配置してボーリング孔を閉塞すると共に二つのパッカーによって挟まれた区間に送水ポンプを用いて高粘性流体を注入して行う。その際、一定の流量で注入（以下、定流量注入と呼ぶ）すると共に注入場所の圧力水頭値の経時変化を計測して記録するか、又は、一定の圧力で注入（以下、定圧注入と呼ぶ）すると共に単位時間当たりの注入流量の経時変化を計測して記録する。
【００２６】
次に、定流量注入をした場合の地下水流動次元と注入時間と注入圧力との間の理論的な関係、又は、定圧注入をした場合の地下水流動次元と注入時間と単位時間当たり注入流量との間の理論的な関係を決定する（Ｓ２）。なお、定流量注入をした場合と定圧注入をした場合とのどちらについて変数間の理論的な関係を決定するかは、Ｓ１の計測データの種類に合わせて決定する。
【００２７】
（１）流動形態の定義
地盤に液体を注入したときに地盤内をｎ次元で流動する場合の流路断面積Ａｎを数式１で表す（Ｂａｒｋｅｒ：A generalized radial-flow model for pumping tests in fractured rock，Water Resources Research，Vol.２４，pp.１９７６−１８０４，１９８８年；図７）。
【００２８】
（数１）  Ａｎ＝ｂ３−ｎαｎｒｗｎ−１
ただし、
（数２）  αｎ＝２πｎ／２／Γ(ｎ／２)
ここに、Ａｎ：ｎ次元で流動する場合の流路断面積、ｎ：地下水流動次元、ｂ：流路断面積を表わすパラメーター（以下、代表長と呼ぶ；単位はｍ）、ｒｗ：流動範囲を表すパラメーター（ｍ）、Γ：ガンマ関数。
また、αｎは地下水流動次元ｎによって流路断面積Ａｎを特徴づける係数（以下、断面積係数と呼ぶ）で、ｎ＝１のとき２，ｎ＝２のとき２π，ｎ＝３のとき４πとなる。
【００２９】
数式１から、一次元（即ちｎ＝１）のときは流路断面積Ａ１＝２ｂ２となり、ｂ２の断面積を持つ管路の両端から流れる状況となる（図７（Ａ））。また、二次元（即ちｎ＝２）のときは流路断面積Ａ２＝２πｒｂとなり、半径ｒの円の周長と幅ｂとの積として表される（図７（Ｂ））。さらに、三次元（即ちｎ＝３）のときは流路断面積Ａ３＝４πｒ２となり、半径ｒの球の面積として表される（図７（Ｃ））。なお、図７において、矢印１は、高粘性流体の注入場所及び方向、矢印２は注入された高粘性流体の流動方向を表す。また、地下水流動次元ｎの値は整数値には限られず、ｎが１以上３以下の実数値であれば数式１を用いて流路断面積Ａｎを表すことができる。
【００３０】
（２）定流量注入の理論関係
定流量Ｑで流体を地盤に注入した場合の注入時間ｔと流体が広がった注入範囲Ｒとの間の関係を数式１を用いて数式３で表す。
【００３１】
（数３）  Ｑｔ＝（ｎｅ／ｎ）ｂ３−ｎαｎ（Ｒｎ−ｒ０ｎ）
ここに、Ｑ：単位時間当たり注入流量（ｍ３／ｓ）、ｔ：注入時間（ｓ）、ｎｅ：注入範囲における有効間隙率、ｎ：地下水流動次元、ｂ：代表長（ｍ）、αｎ：数式２で表される断面積係数、Ｒ：注入範囲（ｍ）、ｒ０：計測開始時点での注入範囲（以下、初期範囲と呼ぶ；単位はｍ）。
【００３２】
なお、数式３において、初期範囲ｒ０の値は、ボーリング孔を利用して高粘性流体の地盤注入試験を行う場合には、そのボーリング孔の半径を用いる。
【００３３】
また、数式３を注入範囲Ｒについて変形すると数式４になる。
【数４】
2007332594.tif 000003
【００３４】
ここで、流体として水よりも粘性の高い高粘性流体を注入する。そして、高粘性流体を注入する地盤の圧縮率や水の圧縮性が無視できる場合、注入場所の中心からの距離ｒ離れた断面における流量は一定であり、断面積と動水勾配とを掛け合わせたものであるので、単位時間当たりの注入流量Ｑ（以下適宜、単に注入流量Ｑとも表記する）を数式５で表す。なお、水よりも粘性の高い高粘性流体を用いるので、高粘性流体の流動による損失水頭が地盤中に存在する水の流動による損失水頭に比べて支配的であると考える。
【００３５】
【数５】
2007332594.tif 000004
ここに、Ｑ：単位時間当たり注入流量（ｍ３／ｓ）、ｂ：代表長（ｍ）、ｎ：地下水流動次元、αｎ：数式２で表される断面積係数、ｒ：高粘性流体の注入場所の中心からの距離（ｍ）、ｋ：透水係数（ｍ／ｓ）、μ：高粘性流体の粘性の水の粘性に対する倍率、ｈ：水頭値（ｍ）、ｄ：微分演算子。
【００３６】
数式５を数式６ａ及び６ｂの境界条件のもとで積分して数式７に変形する。
【００３７】
（数６ａ）  ｒ＝ｒ０；ｈ＝Ｈ
（数６ｂ）  ｒ＝Ｒ；ｈ＝０
ここに、ｒ：流体の注入中心からの距離（ｍ）、Ｒ：注入範囲（ｍ）、ｒ０：初期範囲、ｈ：水頭値（ｍ）、Ｈ：注入場所での圧力水頭値（ｍ）。
【００３８】
【数７】
2007332594.tif 000005
ここに、Ｑ：単位時間当たり注入流量（ｍ３／ｓ）、Ｒ：注入範囲（ｍ）、ｒ０：初期範囲（ｍ）、ｎ：地下水流動次元、ｂ：代表長（ｍ）、αｎ：数式２で表される断面積係数、ｋ：透水係数（ｍ／ｓ）、μ：高粘性流体の粘性の水の粘性に対する倍率、Ｈ：注入場所での圧力水頭値（ｍ）。
【００３９】
そして、数式７を変形し、注入場所での圧力水頭値Ｈを数式８で表す。
【数８】
2007332594.tif 000006
ただし、ｎ≠２。
【００４０】
さらに、注入場所での圧力水頭値Ｈと地下水流動次元ｎとの間の関係を表すように無次元化するため数式８を数式９に変形する。
【数９】
2007332594.tif 000007
【００４１】
また、定流量注入の場合であるので、数式４を変形して数式９のＲ／ｒ０を数式１０で表す。
【数１０】
2007332594.tif 000008
【００４２】
ここで、数式８ではｎ＝２の場合の注入場所での圧力水頭値Ｈを表すことができない。ｎ＝２の場合については、数式５に数式２を代入して数式６ａ及び６ｂの境界条件のもとで積分して得られる数式１１により注入場所での圧力水頭値Ｈを表す。
【００４３】
【数１１】
2007332594.tif 000009
ここに、Ｑ：単位時間当たり注入流量（ｍ３／ｓ）、Ｒ：注入範囲（ｍ）、ｒ０：初期範囲（ｍ）、ｂ：代表長（ｍ）、ｋ：透水係数（ｍ／ｓ）、μ：高粘性流体の粘性の水の粘性に対する倍率、Ｈ：注入場所での圧力水頭値（ｍ）。
【００４４】
そして、注入場所での圧力水頭値Ｈと地下水流動次元ｎとの間の関係を表すように無次元化するため数式１１を数式１２に変形する。
【数１２】
2007332594.tif 000010
【００４５】
以上の式変形より、定流量注入をした場合の地下水流動次元と注入時間と注入圧力との間の理論的な関係（以下、定流量注入の理論関係と呼ぶ）を、地下水流動次元ｎ≠２のときは数式９と１０との間の関係を用いて、地下水流動次元ｎ＝２のときは数式１２と１０との間の関係を用いて表す。すなわち、注入時間ｔを無次元化した指標ｎＱｔ／ｎｅｂ３−ｎαｎｒ０ｎと注入場所での圧力水頭値Ｈを無次元化した指標ｂ３−ｎαｎｒ０ｎ−１ｋ／μＱ・Ｈ／ｒ０との間の関係を用いて定流量注入の理論関係を表す。そして、本発明によれば、地盤パラメータである代表長ｂ、透水係数ｋ、有効間隙率ｎｅは未知のまま定流量注入の理論関係を表すことができる。
【００４６】
（３）定圧注入の理論関係
定圧で流体を地盤に注入した場合の単位時間当たり注入流量Ｑも数式７で表わされる。そして、定圧注入の場合には単位時間当たり注入流量Ｑは時間的に変化するので、注入範囲Ｒの時間変化を数式１３で表す。
【００４７】
【数１３】
2007332594.tif 000011
ここに、Ｒ：注入範囲（ｍ）、ｔ：注入時間（ｓ）、Ｑ：単位時間当たり注入流量（ｍ３／ｓ）、ｎｅ：有効間隙率、ｂ：代表長（ｍ）、αｎ：数式２で表される断面積係数、ｎ：地下水流動次元、ｄ：微分演算子。
【００４８】
数式７を代入して数式１３を数式１４に変形する。
【００４９】
【数１４】
2007332594.tif 000012
ここに、Ｒ：注入範囲（ｍ）、ｔ：注入時間（ｓ）、ｎｅ：有効間隙率、ｂ：代表長（ｍ）、αｎ：数式２で表される断面積係数、ｒ０：初期範囲（ｍ）、ｎ：地下水流動次元、ｋ：透水係数（ｍ／ｓ）、μ：高粘性流体の粘性の水の粘性に対する倍率、Ｈ：注入場所での圧力水頭値（ｍ）、ｄ：微分演算子。
【００５０】
数式１４を数式１５ａ及び１５ｂの境界条件のもとで積分する。
【００５１】
（数１５ａ）  ｔ＝０；Ｒ＝ｒ０
（数１５ｂ）  ｔ＝Ｔ；Ｒ＝Ｒ
ここに、ｔ：注入時間（ｓ）、Ｔ：注入時間（ｓ）、Ｒ：注入範囲（ｍ）、ｒ０：初期範囲（ｍ）。
【００５２】
積分によって数式１４を数式１６ａから１６ｃのように展開し、最終的に数式１６ｄに変形する。
【数１６ａ】
2007332594.tif 000013
【数１６ｂ】
2007332594.tif 000014
【数１６ｃ】
2007332594.tif 000015
【数１６ｄ】
2007332594.tif 000016
ここに、Ｒ：注入範囲（ｍ）、ｒ０：初期範囲（ｍ）、ｎ：地下水流動次元、ｎｅ：有効間隙率、ｋ：透水係数（ｍ／ｓ）、μ：高粘性流体の粘性の水の粘性に対する倍率、Ｈ：注入場所での圧力水頭値（ｍ）、Ｔ：注入時間（ｓ）。
【００５３】
さらに、地下水流動次元ｎと、注入範囲Ｒを初期範囲ｒ０で無次元化したＲ／ｒ０と、注入時間Ｔを無次元化したｋＨＴ／ｎｅμｒ０２との間の関係を表すように数式１６を数式１７に変形する。
【数１７】
2007332594.tif 000017
【００５４】
また、注入範囲Ｒの無次元量Ｒ／ｒ０に着目して数式７を数式１８に変形する。
【数１８】
2007332594.tif 000018
ただし、ｎ≠２。
【００５５】
数式１８の左辺は単位時間当たり注入流量Ｑの無次元量を表し、右辺は注入範囲Ｒの無次元量Ｒ／ｒ０で表されている。以上より、数式１７と数式１８とによって注入時間Ｔの無次元量と注入流量Ｑの無次元量との間の関係を表す。
【００５６】
ここで、数式１８ではｎ＝２の場合に適用することができない。ｎ＝２の場合には、数式１１と数式１３とから導出される数式１９を用いる。
【００５７】
【数１９】
2007332594.tif 000019
ここに、Ｒ：注入範囲（ｍ）、ｒ０：初期範囲（ｍ）、ｔ：注入時間（ｓ）、ｋ：透水係数（ｍ／ｓ）、ｎｅ：有効間隙率、μ：高粘性流体の粘性の水の粘性に対する倍率、Ｈ：注入場所での圧力水頭値（ｍ）、ｄ：微分演算子。
【００５８】
数式１９を数式１５ａ及び１５ｂの境界条件のもとで積分して数式２０に変形する。
【数２０】
2007332594.tif 000020
【００５９】
数式２０を展開して数式２１ａに変形し、さらに、注入範囲Ｒを初期範囲ｒ０で無次元化して数式２１ｂに変形する。
【数２１ａ】
2007332594.tif 000021
【数２１ｂ】
2007332594.tif 000022
ここに、Ｒ：注入範囲（ｍ）、ｒ０：初期範囲（ｍ）、ｋ：透水係数（ｍ／ｓ）、ｎｅ：有効間隙率、μ：高粘性流体の粘性の水の粘性に対する倍率、Ｈ：注入場所での圧力水頭値（ｍ）、Ｔ：注入時間（ｓ）。
【００６０】
また、数式１１を数式２２に変形する。
【数２２】
2007332594.tif 000023
【００６１】
数式２２は数式１８と同様、左辺は注入流量Ｑの無次元量を表し、右辺は注入範囲Ｒの無次元量で表されている。
【００６２】
以上の式変形より、定圧注入をした場合の地下水流動次元と注入時間と単位時間当たり注入流量との間の理論的な関係（以下、定圧注入の理論関係と呼ぶ）を、地下水流動次元ｎ≠２のときは数式１７と１８との間の関係を用いて、地下水流動次元ｎ＝２のときは数式２１と２２との間の関係を用いて表す。すなわち、注入時間Ｔを無次元化した指標ｋＨＴ／ｎｅμｒ０２と注入流量Ｑを無次元化した指標Ｑ／ｂ３−ｎαｎｒ０ｎ−１・μ／ｋ・ｒ０／Ｈとの間の関係を用いて定圧注入の理論関係を表す。そして、本発明によれば、地盤パラメータである代表長ｂ、透水係数ｋ、有効間隙率ｎｅは未知のまま定圧注入の理論関係を表すことができる。
【００６３】
次に、Ｓ１の結果得られた定流量注入をした場合の注入場所の圧力水頭値の経時変化の計測データ又は定圧注入をした場合の単位時間当たり注入流量の経時変化の計測データと、Ｓ２の処理で作成した定流量注入の理論関係又は定圧注入の理論関係とを用い、計測データと理論関係とが最も良く合致する地下水流動次元を特定する（Ｓ３）。
【００６４】
Ｓ３の処理並びにＳ４の処理では、Ｔｈｅｉｓの図解法と同様に、理論曲線と計測データの両対数紙上での関係を用いて地下水流動次元並びに地盤パラメータを特定する。なお、Ｔｈｅｉｓの図解法自体は周知の技術であるのでここでは詳細については省略する（例えば、改訂地下水ハンドブック編集委員会：改訂地下水ハンドブック，pp.３０８−３０９，１９９８年）。
【００６５】
本実施形態では、粘性率が１００ｃＰの高粘性流体を単位時間当たりの注入流量Ｑ＝８．６×１０−８ｍ３／ｓで注入した場合の定流量注入試験を行い、そのときの注入場所の圧力水頭値Ｈの経時変化の計測データが得られている場合について説明する。また、初期範囲ｒ０＝０．０３３ｍとする。さらに、水の粘性率は１ｃＰであり、本実施形態で用いる高粘性流体の水に対する粘性の倍率μ＝１００となる。なお、本実施形態では、地下水流動次元が２となる平行平板の割れ目、透水係数ｋ＝１．０×１０−３ｍ／ｓ、代表長に相当する割れ目幅ｂ＝１．０×１０−４ｍ、ｎｅ＝１．０を地盤の条件として仮定し、理論式から算出される値を高粘性流体の地盤注入試験によって得られた計測データとして用いる。
【００６６】
まず、Ｓ２の処理で決定した定流量注入の理論関係を両対数軸グラフ上に表す（以下、定流量注入の理論曲線と呼ぶ）。具体的には、横軸を注入時間ｔを無次元化した指標ｎＱｔ／ｎｅｂ３−ｎαｎｒ０ｎとし、縦軸を注入場所での圧力水頭値Ｈを無次元化した指標ｂ３−ｎαｎｒ０ｎ−１ｋ／μＱ・Ｈ／ｒ０として定流量注入の理論曲線を表す。このとき、地下水流動次元を特定し易くするために複数の地下水流動次元ｎ（ただし、１≦ｎ≦３）について理論曲線を両対数軸グラフ上に表す。本実施形態では、１≦ｎ≦３の範囲について０．２間隔で１１の理論曲線を表す（図２）。なお、図２において、グラフ中の数字は各理論曲線に対応する地下水流動次元ｎの値を表す。また、地下水流動次元ｎの間隔は０．２よりも大きくても良いし小さくても良い。一般的には、地下水流動次元ｎの間隔を細かくして多くの地下水流動次元ｎについて理論曲線を表しておく方が、地下水流動次元ｎが特定し易いと共に特定の精度が向上するので好ましい。
【００６７】
続いて、Ｓ１の結果得られた定流量注入をした場合の注入場所の圧力水頭値の経時変化の計測データを、横軸を注入時間ｔとすると共に縦軸を注入場所の圧力水頭値Ｈとした両対数軸グラフ上にプロットする（以下、計測データのプロットを結んだ曲線を計測データ曲線と呼ぶ；図３）。このとき、計測データの両対数軸グラフの対数の一サイクルの大きさと理論曲線を表した両対数軸グラフの対数の一サイクルの大きさとを合わせる。
【００６８】
続いて、上記により作成した対数の一サイクルの大きさが一致している両対数軸グラフ上に表された理論曲線と計測データ曲線とを重ね合わせ、複数の地下水流動次元ｎの理論曲線のうち計測データ曲線と最も良く合致する理論曲線を特定する。本実施形態では、計測データ曲線と最も良く合致する理論曲線として地下水流動次元ｎ＝２の理論曲線が特定され（図４）、地下水流動次元ｎが２と特定される。なお、計測データ曲線が隣り合う二つの理論曲線のどちらにも概ね合致するような場合、言い換えると、計測データ曲線が隣り合う二つの理論曲線の中間の形状を有する場合には、隣り合う二つの理論曲線の地下水流動次元の値の中間値を地下水流動次元ｎとしても良い。
【００６９】
次に、Ｓ３の処理の結果得られた対数の一サイクルの大きさが一致している両対数軸グラフ上に表された理論曲線と計測データ曲線とが重ね合わせられたグラフを用いて地盤パラメータを特定する（Ｓ４）。
【００７０】
まず、Ｓ３の処理で重ね合わせられた理論曲線と計測データ曲線とが一致している箇所からグラフの横軸に対して垂直な直線を引き、理論曲線のグラフ横軸（即ちｎＱｔ／ｎｅｂ３−ｎαｎｒ０ｎ）との交点の値、及び計測データ曲線のグラフ横軸（即ち時間ｔ）との交点の値を読み取る。本実施形態では、理論曲線のグラフ横軸との交点の値は１００、計測データ曲線のグラフ横軸との交点の値は４２０となり、数式２３が得られる。
【００７１】
（数２３）
ｎＱｔ／ｎｅｂ３−ｎαｎｒ０ｎ＝１００
ｔ＝４２０
ここに、ｎ：地下水流動次元、Ｑ：単位時間当たり注入流量（ｍ３／ｓ）、ｔ：注入時間（ｓ）、ｎｅ：有効間隙率、ｂ：代表長（ｍ）、αｎ：数式２で表される断面積係数、ｒ０：初期範囲（ｍ）。
【００７２】
ここで、Ｓ３の処理の結果から地下水流動次元ｎ＝２である。また、単位時間当たり注入流量Ｑ及び初期範囲ｒ０はＳ１の注入試験の条件から既知である。本実施形態では、単位時間当たり注入流量Ｑ＝８．６×１０−８ｍ３／ｓ、初期範囲ｒ０＝０．０３３ｍである。また、有効間隙率ｎｅ＝１．０と仮定した。
【００７３】
数式２３とＳ３の結果と試験条件と仮定条件とにより、代表長ｂ＝１．１×１０−４ｍとなる。
【００７４】
次に、Ｓ３の処理で重ね合わせられた理論曲線と計測データ曲線とが一致している箇所からグラフの縦軸に対して垂直な直線を引き、理論曲線のグラフ縦軸（即ちｂ３−ｎαｎｒ０ｎ−１ｋ／μＱ・Ｈ／ｒ０）との交点の値、及び計測データ曲線のグラフ縦軸（即ち注入場所での圧力水頭値Ｈ）との交点の値を読み取る。本実施形態では、理論曲線のグラフ縦軸との交点の値は１．５、計測データ曲線のグラフ縦軸との交点の値は２０となり、数式２４が得られる。
【００７５】
（数２４）
ｂ３−ｎαｎｒ０ｎ−１ｋ／μＱ・Ｈ／ｒ０＝１．５
Ｈ＝２０
ここに、ｎ：地下水流動次元、ｂ：代表長（ｍ）、αｎ：数式２で表される断面積係数、ｒ０：初期範囲（ｍ）、ｋ：透水係数（ｍ／ｓ）、μ：水に対する粘性の倍率、Ｑ：単位時間当たり注入流量（ｍ３／ｓ）、Ｈ：注入場所での圧力水頭値（ｍ）。
【００７６】
ここで、Ｓ３の処理の結果から地下水流動次元ｎ＝２であり、Ｓ４の前述の処理の結果から代表長ｂ＝１．１×１０−４ｍである。また、水に対する粘性の倍率μ、単位時間当たり注入流量Ｑ及び初期範囲ｒ０はＳ１の注入試験の条件から既知である。本実施形態では、高粘性流体の粘性の水の粘性に対する倍率μ＝１００ｃＰ、単位時間当たり注入流量Ｑ＝８．６×１０−８ｍ３／ｓ、初期範囲ｒ０＝０．０３３ｍである。
【００７７】
数式２４とＳ３の結果と試験条件とＳ４の前述の結果とにより、透水係数ｋ＝１．０４×１０−３ｍ／ｓとなる。
【００７８】
以上のとおり、本発明によれば、ボーリング孔を利用した従来の透水試験では把握することができなかった地下水流動特性について、Ｓ３の処理で地下水流動次元ｎを求めると共に、Ｓ４の処理で代表長ｂ及び透水係数ｋを求めることができ、これにより地盤内での地下水による物質の移行を評価するためのデータを十分に提供することができる。
【００７９】
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、本実施形態では、Ｓ１の処理において高粘性流体の地盤注入試験を行って計測データを新たに収集する場合について説明したが、これに限られず、高粘性流体の定流量注入の注入場所の圧力水頭値の経時変化又は定圧注入の単位時間当たり注入流量の経時変化の既存データがある場合には、既存データを用いてＳ２以降の処理を行うようにしても良い。
【００８０】
また、本実施形態では、定流量注入の場合について説明したが、これに限られず、定圧注入の場合についても本発明の方法を適用することができる。すなわち、Ｓ３の処理において、横軸を注入時間Ｔを無次元化した指標ｋＨＴ／ｎｅμｒ０２とすると共に縦軸を注入流量Ｑを無次元化した指標Ｑ／ｂ３−ｎαｎｒ０ｎ−１・μ／ｋ・ｒ０／Ｈとして複数の地下水流動次元ｎについて理論曲線を両対数軸グラフ上に表し（図５）、この理論曲線と、横軸を注入時間Ｔとすると共に縦軸を注入流量Ｑとした両対数軸グラフにプロットした定圧注入の計測データ曲線とを重ね合わせて地下水流動次元ｎを特定する。そして、Ｓ４の処理において、Ｓ３の処理で重ね合わせられた理論曲線と計測データ曲線とが一致している箇所からグラフの横軸に対して垂直な直線を引くと共に理論曲線のグラフ横軸との交点の値及び計測データ曲線のグラフ横軸との交点の値を読み取って透水係数ｋの値を特定し、グラフの縦軸に対して垂直な直線を引くと共に理論曲線のグラフ縦軸との交点の値及び計測データ曲線のグラフ縦軸との交点の値を読み取って代表長ｂの値を特定する。
【００８１】
また、本実施形態では、有効間隙率ｎｅを仮定したうえで透水係数ｋ及び代表長ｂを特定する場合について説明したが、透水試験を別途行って透水係数ｋを予め求め、有効間隙率ｎｅ及び代表長ｂを特定することも出来る。また、地盤に注入する高粘性流体の粘性を変更した複数回の注入試験の計測データを用いて数式２３を複数導出することにより、地下水流動次元ｎや地盤パラメーターの特定精度の向上を図ることができる。
【００８２】
また、本実施形態では、地下水流動次元ｎや透水係数ｋが注入範囲Ｒ内で一定である場合について説明したが、これに限られず、地下水流動次元ｎや透水係数ｋが変化する場合についても本発明の方法を適用することができる。具体的には例えば、定流量注入の試験結果が図６に示すような傾向を示した場合には、注入範囲Ｒの増加に伴って地下水流動次元ｎや透水係数ｋが変化していると考えられる。なお、図６は、定流量注入の注入場所の圧力水頭値の経時変化を、横軸を注入時間ｔとすると共に縦軸を注入場所の圧力水頭値Ｈとしたグラフ上に示したものである。
【００８３】
この場合には、注入範囲Ｒ≦Ｒ１において地下水流動次元がｎ１，透水係数がｋ１、注入範囲Ｒ＞Ｒ１において地下水流動次元がｎ２，透水係数がｋ２として数式８から注入場所での圧力水頭値Ｈを数式２５で表す。
【００８４】
【数２５】
2007332594.tif 000024
【００８５】
数式２５の右辺第一項は初期範囲ｒ０から注入範囲Ｒ１（即ち図６の変化点）までの損失水頭、右辺第二項は注入範囲Ｒ１からＲまでの損失水頭を表し、図６では変化点３を境として注入場所の圧力水頭値の変化の傾向が異なるものとして表される。そこで、まず初期範囲ｒ０から注入範囲Ｒ１についてＳ３及びＳ４の処理を行って地下水流動次元ｎ１及び地盤パラメータを特定し、続いて注入範囲Ｒ１からＲについてＳ３及びＳ４の処理を行って地下水流動次元ｎ２及び地盤パラメータを特定することにより、注入範囲Ｒ全体に亘って地下水流動次元ｎ１及びｎ２並びに地盤パラメータを特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の地盤内流体流動特性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】本実施形態の定流量注入の理論関係を示す図である。
【図３】定流量注入試験の注入場所の圧力水頭値の経時変化を示す図である。
【図４】理論曲線と計測データ曲線との重ね合わせによる地下水流動次元並びに地盤パラメータの特定について説明する図である。
【図５】定圧注入の理論関係を示す図である。
【図６】地下水流動次元や透水係数が変化した場合の注入場所の圧力水頭値の経時変化の概念を説明する図である。
【図７】地下水流動次元毎の流路断面積の概念を説明する図である。
【図８】従来の地下水流動測定方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００８７】
１  高粘性流体の注入場所及び方向
２  注入された高粘性流体の流動方向
【図１】
2007332594.tif 000025
【図２】
2007332594.tif 000026
【図３】
2007332594.tif 000027
【図４】
2007332594.tif 000028
【図５】
2007332594.tif 000029
【図６】
2007332594.tif 000030
【図８】
2007332594.tif 000031
【図７】
2007332594.tif 000032