書式 1

令和２年４月３０日
公益信託 ＮＥＸＣＯ関係会社高速道路防災対策等に関する支援基金
受託者

三菱ＵＦＪ信託銀行株式会社

宛

研究概要書

研究課題：道路のり面の現場強度の簡易推定法と危険度の見える化技術

電圧制御素子を用いた簡易地下水位センサーの開発とその適用研究代表者：長崎大学大学院工学研究科 教授 大嶺

はじめに

長崎大学大学院 学生会員

○松永涼介

聖

長崎大学大学院 正会員 大嶺 聖

長崎大学大学院 フェロー会員 蒋 宇静
長崎大学大学院 正会員 杉本
近年，集中豪雨が多発しており，道路のり面の崩壊が増加している。道路のり面の長知史

寿命化を図るためには排水対策が有効であり，湧水が見られる箇所では効果的な排水を研究の背景・目的行う必要がある。
近年,集中豪雨の増加により，土砂災害が多発しており，排水技術
本研究では，土中の水を迅速に排水させるための安価な方法として，サイフォン導水が求められる¹⁾．さらに住民の少子高齢化が進み，平素から脆弱性が電圧制御素子を用いた簡易地下水位センサーの開発とその適用ホースを湧水のあるのり面で適用するとともに，電圧制御素子を利用した低コストで視高まっている集落も多い．こうした集落の地域防災力の向上のために覚的に優れた地下水位センサーの開発を試みる。また，現場強度の簡易推定法を適用し，は，各地区内の「共助」，各個人の「自助」を中心に地域防災を「日長崎大学大学院 学生会員
○松永涼介
長崎大学大学院 正会員 大嶺 聖
斜面の安定性評価を検討する。
常化」にする必要がある²⁾．そこで，本研究では高価なものでかつ専
長崎大学大学院 フェロー会員 蒋 宇静
長崎大学大学院 正会員 杉本 知史

１．

門的知識を必要とするものではなく，電圧制御素子を利用した低コス

図 1

MOSFET 回路図（Nch）

図 1

MOSFET 回路図（Nch）

図 2

LED ライトでの観測

１．研究の目的
１．
研究の背景・目的
トで視覚的に優れた地下水位センサーの開発を試みる．
近年,集中豪雨の増加により，土砂災害が多発しており，排水技術サイフォン導水ホースを湧水の見られる粘性土地盤へ適用し，2．電圧制御素子（MOSFET）についてが求められる¹⁾．さらに住民の少子高齢化が進み，平素から脆弱性が簡易に地下水位の変化を把握する手法を検討する。そのため，高本研究では，電圧制御素子（MOSFET）³⁾を用いて地下水位センサー高まっている集落も多い．こうした集落の地域防災力の向上のために価なものでかつ専門的知識を必要とするものではなく,電圧制御の構築を試みる．MOSFETには N チャンネル， P チャンネルの 2 種類
は，各地区内の「共助」，各個人の「自助」を中心に地域防災を「日素子を利用した低コストで視覚的に優れた地下水位センサーの開がある.3 端子電極が基本でゲート，ドレイン，ソースで，ゲートに電常化」にする必要がある²⁾．そこで，本研究では高価なものでかつ専発を試みる。さらに，現場強度の簡易推定法を適用し，コーン貫圧をかけることによりドレイン-ソース間がN チャンネルはオン状態，門的知識を必要とするものではなく，電圧制御素子を利用した低コス入試験とスパイラル杭引抜試験による粘着力と内部摩擦角の推定
P チャンネルはオフ状態になる．MOSFET
回路図を図 1 に示す．R₁＝トで視覚的に優れた地下水位センサーの開発を試みる．

図 1 MOSFET 回路図(Nch)
図 2 LED ライトでの観測を行い，斜面の安定性評価を検討する。
470Ω
は過電流でLED ライトが破損する恐れがあるため接続しており，
2．電圧制御素子（MOSFET）について
本研究では，電圧制御素子（MOSFET）³⁾を用いて地下水位センサー
R₂＝10000Ω
はゲートから負極へと繋げる．MOSFET 回路(Nch)は，電極の構築を試みる．MOSFETには
N チャンネル， P チャンネルの 2 種類
A，電極B を水に浸すことで LEDライトが点灯する仕組みである．
２．地下水位センサーと現地観測がある.3 端子電極が基本でゲート，ドレイン，ソースで，ゲートに電3. 地下水位センサーの概要（１）地下水位センサーの概要
圧をかけることによりドレイン-ソース間が N チャンネルはオン状態，本研究で用いる計測機器は，MOSFET（Nch）回路，塩ビパイプ，寒本研究で用いる計測機器は,MOSFET(Nch)回路に一定の間隔で電P チャンネルはオフ状態になる．MOSFET 回路図を図 1 に示す．R₁＝冷紗から構成される．
一定の間隔で電極 A・B を取り付けて一つの棒状
極 A・B を取り付けて有孔の塩ビパイプの中に入れる簡易なもの
470Ω は過電流で LED ライトが破損する恐れがあるため接続しており，にする．棒状にしたものを塩ビパイプの中に入れる．塩ビパイプにはである（図 1）。.MOSFET 回路(Nch)は,電極 A,電極 B を水に浸す
R₂＝10000Ω はゲートから負極へと繋げる．MOSFET 回路(Nch)は，電極10cm間隔で切れ込みを入れ，土粒子の侵入を防ぐため寒冷紗を塩ビパことでLED ライトが点灯する。
A，電極B を水に浸すことで LED ライトが点灯する仕組みである．
イプに巻く．
地下水位の観測方法は以下の2 つがある．
3. 地下水位センサーの概要（２）武雄市内における現場観測
以下の計算式からV’の電圧を求めることができる．
観測方法
a：LED ライトでの観測を図2 に示す．図１の
MOSFET 回
本研究で用いる計測機器は，MOSFET（Nch）回路，塩ビパイプ，寒R′
長崎自動車道武雄
JCT で起きた地すべり面に50cm 間隔でV′ =∗𝑉
冷紗から構成される．一定の間隔で電極A・B を取り付けて一つの棒状路を並列で接続する．電極
A，電極 B を地中に入れ，地下水位の変動
MOSFET 回路を 7 個つけた地下水位センサーを設置した。図1に

図 3 データロガーでの観測
図 2 データロガでの観測

1′

R +(1にする．棒状にしたものを塩ビパイプの中に入れる．塩ビパイプには111)を LEDライトで可視化する．
+ + + ⋯ + 試験の結果を示す。武雄
武雄市内における簡易動的コーン貫入
𝑅₁𝑅₂𝑅₃𝑅𝑛10cmb：観測方法を図間隔で切れ込みを入れ，土粒子の侵入を防ぐため寒冷紗を塩ビパ観測方法
3 に示す．LED ライト，R₁＝470Ω が未接
市内では,約 400cmの深さで挿入した。簡易動的コーンで開け電圧差を大きくし，10000Ωの抵抗を用いる．
イプに巻く．感度を良くするために地下水位の観測方法は以下の2 つがある．
続である MOSFET 回路を並列で接続する．電極 A，電極 B を地中に入た 穴 に観測方法
内 径 約 a：LED13mm の塩ビパイプを挿入することで観測できる。
4.実測値と計算結果の比較
ライトでの観測を図 2 に示す．図１の MOSFET 回れ，地下水位の変動を計測する．その際，MOSFET 回路と乾電池の間深さは地下水位の高さ,地盤の硬さ(Nd値)によって異なる。設置路を並列で接続する．電極 A，電極 B を地中に入れ，地下水位の変動
図 5 に計算値・実測値との比較の図を示す．実測値は観測方法
bに 10000Ω の抵抗を接続し，抵抗間の電圧をデータロガーで一定の時間をLEDライトで可視化する．
初期の段階では電圧がを記録し,地下水位が地表面からで行った．MOSFET回路を 11.6V個ずつ水につけ，その時の電圧を測定記録することで地下水位の変動を計測する．図4ライト，R₁＝470Ωに n 個の場合の回路
観測方法
b：観測方法を図3 に示す．LEDが未接
約 3.0m のところにあると考えられる。
その後,再び計測したとこした．計算値及び実測値どちらも徐々に電圧が増加する傾向がみら図の概要を示す．
V’の電圧を求める．
電源は乾電池を４つ使用しており続である MOSFET 回路を並列で接続する．電極 A，電極 B を地中に入ろ 2.4V を記録し地下水位が約 50cm 上昇していたと考えられる。
れる．また地下水位を算定する際には，実測値を用いる．
V=6.4V．
R’＝10000Ω，R”は 1 つの MOSFET 回路を計測した値からRm
れ，地下水位の変動を計測する．その際，MOSFET回路と乾電池の間
5.現場観測に であり，接続されている10000Ω の抵抗を接続し，抵抗間の電圧をデータロガーで一定の時間＝25000Ω
10000Ω の合計 35000Ω とする．
5(1) 武雄市内における現場観測長崎自動車道，武雄 JCT で起記録することで地下水位の変動を計測する．図 4 に n 個の場合の回路

きた地すべり面に50cm V’の電圧を求める．
間隔で MOSFET 回路を7 個つけた地下水位図の概要を示す．
電源は乾電池を４つ使用しておりキーワード：電圧制御素子（MOSFET），地下水位，LED ライト

図 3 データロガーでの観測

図 4 ｎ個の場合の回路図

図36 簡易動的コーン貫入試験
武雄市内における図
簡易動的コーン貫入試験結果
図結果（武雄市内）
4 ｎ個の場合の回路図

図5

実測値と計算値の比較

を大きくし，感度を良くするために10000Ω の抵抗を用いる．
について示す．データロガーで計測した電圧の値から地下水位に換値と計算結果の比較算した．設置初期では，地下水位が地表面から 80cm 以下であったに計算値・実測値との比較の図を示す．実測値は観測方法 b

図9のに対し，降雨後では電圧が上昇し，地下水位も地表面から約 72cmた．MOSFET 回路を 1 個ずつ水につけ，その時の電圧を測定まで上昇したと考えられる．

（３）大分市内における現場観測
計算値及び実測値どちらも徐々に電圧が増加する傾向がみら

6.結論
また地下水位を算定する際には，実測値を用いる．
大分市内における盛土のり面

図6

データロガーの計測結果

武雄市内における簡易動的コーン貫入試験結果

本研究では，電圧制御素子を用いて簡易動的コーンの貫入孔に設に地下水位センサーを 4 箇所設置可能な地下水位センサーを開発した．現場実験で計測された電圧
武雄市内における現場観測長崎自動車道，武雄 JCT で起置した。図 4 に地下水位センサ
すべり面に 50cm 間隔でから降雨後に，地下水位が上昇することも確認できた．
MOSFET 回路を 7 個つけた地下水位ー設置の様子を示す。現場は湧ーを設置した．図 6 に武雄市内における簡易動的コーン貫入
参考文献
1) 白石幸基ほか：湧き水の見られる斜面の排水対策としての導観測7 大分市内における図 4 図水位センサー設置の様子結果を示す．武雄市内では，約400cm の深さで挿入した．本水が見られるが，サイフォン導水装置の適用，平成30 年度土木学会西武支部研究発表会講演概要集，pp.481-

場で使われている地下水位センサーは機械を用いて穴を開け地下水位センサー設置の様子

水ホースを設置した箇所である。
482，2019 2)小山倫史ほか：山間地域における住民参加型斜面監視・モニタリ

研究では，簡易動的コーンで開けた穴に内径約 13mm の塩ビ

61 回地盤工学シンポジウム，pp.151-158，2018
約ングシステムの構築，第100cm の塩ビパイプを挿入している。図5 に計測結果についを挿入することで観測できる．深さは地下水位の高さ，地盤

3)松永涼介ほか：電圧制御素子（MOSFET）を用いた簡易的な地下水位計の開発，て示す。データロガーで計測した電圧の値から地下水位に換算（Nd 値）によって異なる．設置初期の段階では電圧が1.6V

令和元年度西部支部研究発表会講演概要集，pp.379-380，2020した。
設置初期では,地下水位が地表面から80cm 以下であった
し，地下水位が地表面から約3.0m のところにあると考えら地表面からの地下水位と図図
105 地表面からの地下水位と降水量の後，再び計測したところ
2.4V を記録し地下水位が約 50cmのに対し，降雨後では電圧が上昇し,地下水位も地表面から約ていたと考えられる．

72cm まで上昇したと考えられる。

大分市内における現場観測

図8

降雨量の関係

大分市内における断面図

大分市内における盛土のり下水位センサーを 4 箇所設置した．図 7 に地下水位センサー

３．現場強度の簡易推定法
様子を示す．図 8 に現場の断面図を示す．現場は湧水が見ら下水位の変動が大きいことが確認されている．約100cm の塩図 6 に示すコーン貫入試験とスパイラル杭引抜試験から得らプを挿入している．また地下水位センサーは 8cm 間隔でれた，貫入力 qc，粘着力 c を用いて強度定数を算定する。テルT 回路を 10 個つけている．図 9 にデータロガーの計測結果

ツァーギの浅い支持力公式で根入り深さをゼロとして二つのて示す．データロガーで計測した電圧の値から地下水位に換値を代入し支持力係数の逆算からせん断抵抗角を求める。強度．設置初期では，地下水位が地表面から80cm 以下であった

し，降雨後では電圧が上昇し，地下水位も地表面から約推定の流れを図7 に示す。 72cm

図9

データロガーの計測結果

図6昇したと考えられる． 平成 29 年 7 月の九州北部豪雨によって崩壊した福岡県ポータブルコーンとスパイラル杭の寸法

朝倉市白木谷川の中流域の花崗閃緑岩地帯を調

究では，電圧制御素子を用いて簡易動的コーンの貫入孔に設査対象とした。図 8 に実際の調査場所と地点①-な地下水位センサーを開発した．現場実験で計測された電圧⑤を示す。
雨後に，地下水位が上昇することも確認できた．

献1) 白石幸基ほか：湧き水の見られる斜面の排水対策としての導図 9 に既往の研究で得られている斜面におけ

図7

原位置簡易強度推定の流れ

適用，平成 30 年度土木学会西武支部研究発表会講演概要集，pp.481-

9る内部摩擦角と間隙比の関係 1）に本現場で得られた推定値をプロ

2)小山倫史ほか：山間地域における住民参加型斜面監視・モニタリ

ットしたものをそれぞれ示す。内部摩擦角が低下するほど間隙比がテムの構築，第 61 回地盤工学シンポジウム，pp.151-158，2018増加する傾向が示されており，今回の測定結果もその範囲にあるこ介ほか：電圧制御素子（MOSFET）を用いた簡易的な地下水位計の開発，

度西部支部研究発表会講演概要集，pp.379-380，2020とがわかる。すなわち，風化が進み，間隙比が増加すると内部摩擦

図 10 地表面からの地下水位と降水量角が低下し，粘性土の特性に近づくことが示唆される。このように，
コーン貫入・引抜き試験による強度定数の推定値は，既往のまさ土の実験結果と同様の傾向を示し，推定値としては概ね妥当な範囲にあることが示された。

図8

原位置簡易強度試験の調査箇所

４．まとめ
本研究では,電圧制御素子を用いて簡易動的コーンの貫入孔に設置可能な地下水位センサーを開発した。現場実験で計測された電圧から降雨後に,地下水位が上昇することも確認できた。
コーン貫入試験とスパイラル杭引抜試験による簡易現場試
験は，斜面の強度定数を推定するのに有効な手法の一つであると考えられる。
参考文献：１）西田一彦・青山千彰：物理特性からみた乱さな
いまさ土の分類，土木学会論文集，No.352/Ⅲ-2，pp.40，1993.

図9

内部摩擦角と間隙比の関係 1)