防災科学皮繍合研究速報第6号

1967年3月

鋤・13L55：55帆834：55α341：550・340・9（52L28＋52L22）SH波発生装置の試作とその実験
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嶋悦三．太田裕．柴藤喜平・平沢清．伊藤公介
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旭i88㎜adz●dioFi9．8。としている地表面近傍ではP・Sによる速度境界が1．はじめに従来，地震探査の方法によって，構造を知り，媒著しく呉なる場合が少なくないと考えられる．たと貫の口動性状を知ろうとする場合，主として用いらえぱ媒質を｝成する物質中の水分存在の程度は〜波

れたのは直接あるいは屈折P波の初動走時を使った解析であった．周知のごとく媒質の弾性的性質を理遠度にはきわめて竈敏であるがS波に対してはそれ解するにはP波による情報のみでは不じゅう分であたる．また，仮にS波による構造がP波のそれと一つて・S波に関する知裁がぜひとも必要である．あ致する場合でも両者はお互いに独立な測定量である

る場合にはP波よりもS波に関する資料が一層重要から，P，S両者を同時に測定しておけぽ結果の信となることもある．たとえば，犬地震時の蜷造物そ頼性を一段と増すことになる．

ほどではない．このような場合S汲測定が不可欠とこのような理由からS波を現場で，直接あるいはの他の一次的な被害の程度は，主としてその地点の間接に測定する試みは過去に多くなされた．このう

基礎地盤の良否によって決まるとされているが・これの判定に最も関与するのは地盤のS波遠度であり・

ち前者は多くが，重儘落下，火薬擾発にともなって基蟹と表層とのξ波速度比であるとされてい4〜そ雛Lた・・波をとらえる方森ある．ここで特にれにもかかわらず従来弾性波探査による地盤調査に問題となるのは震源の与え方と，この方式では必然は主としてP波による法法が行なわれ，S波を使っに発生するP，R町1●i｛波からのSた例はきわめて少なかった．われわれが研究の対象であった．一方これとは逆に発生したR町1Gi811汲○調査貝（東京犬学地艮研究所）

V波分離の方法からS波速度を推定する試みもあった．しかLこの
場合，表面波の性質上，また実腋技術的にも・大変

一7一

地震時における軟弱基礎地盤の振動性榊こ関ナる現場実験研究防災科学技術総合研究速報第6号1967

良くいって，表層ごく近くのS波速度の推定が精々であった．これらはいずれも記録上S▽波またはここに報告Lたい．

Raγ1eigh波な，どの後続波とLて表われ・これを利用中心とする地震防災総合研究o地震時における軟弱しているのであるからP波初動を利用する場合に比基礎地盤の振動性状に関する研究1の一つとして行して若干精度が落ちるのはやむをえない．

なわれたものである．なお解析計算などの研究費の本研究は科学技術庁国立防災科学技術セソターを一部は文部省科学研究費をも使用した．

S波を記録上の初動として観測する方法がある．

われわれの今回の実験もこれに属するもので，S波の一っであるS H波を使う方法である．弾性波理論

2発生装置の試作

従来の装置を一段と改良し，一層安定度の高いSHでよく知られているように，SH波はP，SV波と波発生装置を作成するという観点から，今までの装は違って，これの伝搬法則はきわめて簡単である．

置の長所・欠点を考えてみよう．この種の装置が実したがって震源で何らかの方法でSH波のみを発生する工夫がなされるならぱ，以後の記録解析等の処あろう．

理はS用される場合，次の諸点に対する配慮が最も重要で①SH波を安定に発生することV波に比ぺれぱ一段と容易になる．この観点からSH＝波のみを出す震源の工夫がなされてきたの②立ち上がり（初動）が強力であること

ではあるが，近年に至るまで見るべき成果は得られは彼のいわゆる■Gm一と称す③到達距離がすぐれていること④取り扱いが余り複雑にならぬこと①は更に詳しくいえぱ，SH波以外の波の発生のH波発生装置を試作して，ある程度の成功を収少ないこと，再現性の程度のすぐれていることとななかった．

ΦJo11y（1956）
るS

ろう．

めた．一方国内ではほぽ同じ頃，小林直太を中心として小爆破グループで，■板叩き．によるS
4）

板叩きの方法は，装置の構成からみて取り扱いがH波発が工夫され，現在ごく小規模の実験では実用きわめて簡単なことはいうまでもないが，更に，地に供せられるようになっている．これは長さL5〜面との接触面積が比較的大きいので板に加えた衝撃

生法

25m，幅30〜50cm，厚さ5〜8cmの板を地力をズリ応力として地面に与える方式としては犬変面におき，これにじゅう分な重量をかけた状態で板すぐれたものである．このため，多くの場合1回ごの1端をカケヤで強打して，地面と板との問に瞬時とのSH波発生状況はなかなか良いし，またこのことが力源を人力としているにもかかわらず100〜のズリ応力を発生させる方式である．これは原理，実際の操作等大変簡単な秀れた方法ではあるが，力150mの距離で観測できる主な理由であろう．し源を人力にたよっているためSH波の到達距離にはおのずから制限があり，現在実用上は1．00〜150皿

かしこの方式では，前述のごとく再現性，立ち上がが限度である．また，当然のことながら記録の再現る．

り，したがって到達距離等の点で問題が残されていこれらの点を解決する一つの試みとして，火薬剰性等にも問題があり，波動理論との対比の実験には直ちに使えない．

用のS波発生装置が小牧らによって作成されたのでこんな訳で，この人力を火薬におきかえて到達距
5）離，立ち上がりを改良する目的で小牧 は，先のはあるが，やはりいくつかの問題が残されている．

J011yのものによく似た装置を作成したが，装置と小牧らは，これの原型であるJo11yの1Gm・にお

地面とのコソタクト，全体のパラソスに若干の問題いても採用された地面とのコソタクトの方法一装置の下部に数本のスバイクを出して，これを地中にがあり，現在までのところ板叩き法をLのぐには至打ち込み装置全体を固定する一を用いたこと，まっていない．

た薬室側と反対側のバラソスがじゅう分ではなく，筆者らはかねてから，これらに代わる一層安定度したがって得られたSH1波も必ずしも安定したものの高いSH波発生装置の出現を期待していたところ，ではなかった．また装置全体の耐衝撃強度も不足気

今回機会を得て，SH波発生装置を試作し これの実験を行なったところ，かなりいい結果を得たので味で，火薬309が一応の限度とされていた・

筆老らは以上のように各装置の検討をじゅう分に

一8一

SH波発生装置の試作とその突験一嶋・太田・柴震・平沢・伊藤

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行なった後に・媒質とのコソタクトには板叩きの方法の鋼管を固定した、これの片側に図示のように二重をとり入れ，力源としては火薬を用い，また，全体におおった薬室（内側は耐熱特殊鋼）を設け，これのパラソスにも留意した，いわぱ今までの装置の長と鋼管とは，火薬装てん後ストツバーピソでLっか所をじゅう分に生かしたものの作成を意図Lた．

りと固定した．一方鋼管の他の側は、ほぼ鋼管の内具体的にはFi9．1に見る如く，50c㎜X5c㎜x250cmの板（上面は鉄板で補強されている）を台座としこの上に直径20cm肉厚O．8c皿長さ200c皿

径を直径とする1個30㎏のおもり9個を装てんし，これにょって装置全体のバラソスを一層よくすることをねらった・したがって，台座一鋼管一薬室は原理的には1体として動作することになる．火薬の爆発によって生じた鋼管内圧力によって，おもりは全体として衝撃的に外部へ押し出され（実際には飛ぴ出す），これの反動によって，鋼管，したがって台座は前方に押し出され，この間，地面との間に急激なズリ応力が発生する．すなわち，単一のズリ応力震源に近い性質を持っと考えられることになる、これがわれ
われの装置のおおよその原理である．なおズリ応力の発生には火薬の量はもちろん，地面に及ぽす単位面積当たりの重量が大きく影響することはいうまでもない一この点の処置も検討Lたが，今回は一応装鶉1置の自重のみとし，特に重みをかけることはLなかった・ちなみに，鉄のおもり9個で約270叱9，鋼管，薬室，台座で約300蛇，合計して装置全体では約600k9弱である・この試作1号機では1回当たり
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最犬使用火薬量は1009程度を限度として設計され一ge㏄胸tOr．ImnWeig趾8aτe8eeO

た・粟際のものはFi9．1の見取図，またはP止t01○皿tgidG（→・p）を参照されたい・なおPhOt01（a）で地面

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一9一

地震時における軟弱基礎地盤の振動性状に関する現場実験研究防災科学庚術総合研究速報第6号1967に置いてあるのが1個30K9のパラソスウェートでした．

ある一またPhOt01①）は薬室の部分を鋼管からはこれらの実験は比較的短期間にまとめて実行されずした状態でとったものである．

たにもかかわらず，総体的には成功であり，この種本装置作成後，これの本実験に先立って，41年1月に地質調査所溝内において，簡単な予備テスト⑤の実験を今後継続することがぜひ必要である、実際（char醇：125〜509）を行なったところほぽ満足実験も近々行なう予定である．

われわれは本装置の改良に着手しており，第2回のすぺきものであったが，ストソバーピソと鋼管結合以下に上記実験結果にっいて多少詳しく述ぺる．の方法等若干g欠陥も見いだされたので，これらを321改良して本実験に備えた．

板叩きの方法で，板の長手方向と直角な測線上で3

実験内容
31S

H板叩き法との比較

横方向にPUをすえ付けた場合，SH波を記録する

実験期間・実験地点・使用計器

ことはすでによく知られている．そこで本装置がSH昭和41年3月上旬に4日間行なった．実験は利根波を発生することを確かめる一っの簡便な方法とし川下流域（千葉県成田市竜台）の河川敷内においてて，両者を比較して類似の波が得られるかどうかをおこなわれた、この本実験は，この地点に架橋予定調べた．この際両者とも念のため3成分観測とした．の長豊橋に関する地震防災研究の一環として行なわ

結果はFi9．2に見るとおり，両者は波形の細部に至れた．実験には本来物探用のSIE24成分探鉱器るまでよく似ている．ここに板叩きの場合は1人が（磁気記録装置っき）を使用した．また地震計は主精一杯のカケヤ打ち，またこの装置では1009Xい6として物探用30cP8の火薬を使った結果である．両者は同一の利得でとPU（NEC製）を使った．

われわれの実験では，上記物探用計器のみでなく，ってある、一つ注意すぺきは，板叩き，本装置とも精密測定可能な観測体系によって実施する予定であに亙丁のほか互L，7にも明らかな波群が見られるったが，諸般の事情により実施不可能となったのはことである．

残念であった．

ところでわれわれの実険では30cP8上下動PU

なお，同時にこの実験地で実施されたP波物探の7）
結果 によれば，地表ごく近傍（O m〜数皿） にを水平動代用として使用Lているために，たとえ同一のP Uでも，それを本来の鉛直成分として使った300〜500円／sの遅い速度があるほかは，深さ50〜ときと，水平成分とした場合では感度が変わること

60皿までは，ほぽ一様な遠度（1400〜1700皿／8）は当然考えられる訳である．したがって各成分の記と報告されている．また地層樽成の主なものは砂お録上振幅を直接には比較しえないことに留意すぺき

よぴシルト層である．

である．また・台座および装置全体が有限にとどま32

実験項目jっている以上，倶発の衝撃にともなってSH波以外

ここで行なわれた実験項目は次のとおりである．の波一P，SV，R町1eigh波等一が副次的に発生

まず，するのはやむをえない．間題はこれらの波が安定しa．S

H板叩き法との比較て発生しているかどうかである．これは後に改めて

b．指向性テスト

触れるはずである．

を行なうことによって，本装置がSH波を発生して322

指向性実欣いることを確認し，ついでSH波が，単一ズリ応力源で予想される指向性分C・波動の再現性テスト

布を示すならぱ，われわれの場合，装置の長手方向d．薬量変化と波形（振幅・周期）を調ぺるテストを行なった．これは先に述ぺた装置の安定性，立ちでは横成分は量小，直角方向測線で最大になるはずである？）これをチェツクするために装置を中心とす上がりの問題等を調ぺることのほかに本装置改良のる半径30mの円周上の横成分をとらえる実験を行際の基礎資料を得ることを目的とした．最後にこれなった．結果をFi8−3に示す．

を作製した最大の目的の一つであるS

これは一応はPU−AmP−Re00如er系の特性の補正がほどこしてあるが，前に述ぺたように詳しい議H波到達距離の実験を，一方では装置の耐久テストを兼ねて実施

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SH波発生装置の謝乍とその実験一嶋・太田・柴藤・平沢・伊藤

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論はできない．大勢とLては上述の振幅の分布を持1／4つと考えてよかろう．このほかこの装置は長手方向1／2に測線をとれぱ，S

したがってもしPSH 0TV発生装置にもなるはずである・

Uがすぺて円周上半径方向にすえO．1S付けられるならぱ，横方向の場合とはちょうど9パ1／16だけ違った振幅分布を示すことになる．この点もチェックすぺく，機会を得て再度詳しく調ぺる予定で1／8△一32Mある．

3．2．3

1／4〜

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波動の再現性と薬量変化の実験

30cPsPUの3成分観測で，∠＝22〜32mの間に並ぺた．再現性およぴ薬量変化によるテストを同時に行なうため，薬量1009x1／16，コ／8，■4，ψ

1／2の4段階で，それそれ2回ずっ実施Lた．Fi8．4，5は結果の一部を示したものである．これらに見ると
Fig．

4．

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おり，3成分ともに波形の再現の程度はいずれの薬量の場合でも大変によい．な基更に詳しく見れぱ，鉛直方向，半径方向．横方向の順に両者の対応が一段とよくなっている．特に横成分では，それそれの一12一・串︑芦二漁ヰ︒
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かなり細部に至るまでよく一致している．以上の詰薬量ですでに，おもり600k9にょる摩擦力に打ち勝果から，われわれの装置は，板叩きの場合とは違っっていると考えられ，したがって更に薬量を増して．て1それぞれの爆破は薬量さえ一定ならぱ1かなりも，ズリ応力を一層大きくする点の効果はほとんど

安定Lた波動を送り出していることがわかる．

見られない．この点を考慮して現在改良ちゅうの装われわれがこの装置を作成した理由の一っが・こ

置は，一段と重量を増し薬量増加によるズリ応力のの点にあったことはすでにはじめに述ぺておいた．

効果を出すように配慮がなされている．

ところで記録を見ると，薬量が増加するにつれて，

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波の持続時間が，一見増犬しているように見える．

われわれの実験目的の重要な一つであるSH波到
達距離の程度を調ぺるため，30cPg PU17個を1スブ1■ソド（PU間隔：3皿，1スプレツド長さ：51血）で震源から6スプレット（306皿），以後はしかしこの原因は次の点にある．鋼管内の9個のおもりは，爆発と同時に台座の運動どま反対方向にとぴ出す．これが急激に地面に落下し，この地点から二S

H波到達距離の実験次的な波を発生するためである1ちなみに，飛び出L6m間隔で2スプレッド，最遠点までの距離は510

たおもりの数は薬量1009Xい6ではなし，コ／8で4個，1／4で8個，ψのとき9個全部であった．

mとした．
322の実験によって装置全体の重量がかなり不横方向（∠・≡32血の場合）を見れぱ一次的な波がほ足していることがわかったので，台座をコソクリーとんど消失した後に上述の二次波が発生した様子がト打ちすることによって，事実上の重量補充をした

よくわかる．記録上再現性の悪い部分（記録の後半）後にこの実験を行なった．．火薬の量は259ないLがあるのは，二次波によるものである．かかる二次509を標準としたが，一部・装置の耐久テストを波発生は実用上はほとんど邪魔にならない（Fi9．6兼ねて，2009．3009等の比較的大きた火薬量を参照）．

使用した．

ところで，一般の火薬爆発の場合，薬量の増大にここに得た記録のうち，最初の第6スブレッド伴って，振幅・周期ともに増加することはよく知ら（306蛆）までは磁気記録も並行してとったが以後れている．われわれの装置でも，同様の結果が得らは光学記録のみとした．SIE探鉱器では磁気テーれるであろうとの予想のもとに薬量変化の実険を行プにとりうる最大時間は4秒であるが，S波は遅いなった．結果はFi9．4・5に見るとおり振幅・周期とので1われわれの場合，記録全体をテーブにおさめもに若干の延びは見られるものの，その程度は期待される値とは違ってきわめてわずかである．周期にることができないのである．また第4スプレツド以
後次々に記録器の利得を上げるに従って，付近の架ついては，われわれの装置の場合，火薬爆発→弾性橋工事の人エノイズが妨害波となった．

波発生のブロセスが，通常の場合と違っていること

更に第7スブレソド以後は降雨に見舞われるといから，薬量増カロが，周期の延ぴに直接にはきかないう悪条件下の測定であったかもしれない．また計器の特性の問題もあろう．薬量が異なった場合振幅の変わり具合は大変少ない．

られた記録は満足すぺきものであった．各スブレソドの記録を距離の順に並ぺたのがFi9．6．，Fig．7

つまり少なくともこの実験では薬量効果ははっきりである．このうちFi9．6は波形の全体を見やすくすしない．

るため，やや利得を下げた状態で再生したものであ

ところで，この装置によるSH波の発生の機構は，爆発の際に台座と地表面との間に発生するズリ応力それにもかかわらず得る．速度70〜75ψ，振動数15cP9ぐらいの特によっている．これはいうまでもなく両老間で働くにはっきりLた位相は一見SH直接波を思わせるが，実際には，位相速度（70〜75巧■9）と最犬振幅伝摩擦力にほかならない．これの犬きさは主として装搬速度（60ψ）との間に明りょうな差があり，置全体の重さが関与する．われわれの装置の600㎏はまだ重量不足と考えられる．一方火薬倶発によるLove波であることは間違いない．測定系がより長周期の側もカバーしているならば，きれいな分散波

衝撃力は，この摩擦力に打ちかって台座を前進させとして観測されるはずの波であろう．このほか，主る働きをする．上述の実験では1O09X1／16程度の要な波群のほとんどはS

一13H初動とLove波との問に地震時における軟弱基礎地盤の振動性状に関する現場実験研究防災科学技術総台研究速報第6号1967存在する．先に見たおもりの落下による二次的な波は…舳1距離でほ1ん舳1／1一ている1
なお，原点から…ψの速度でかつきわめて∴区㎞215■引．、1勺

短周期（100Φ8前後）の波が，SH波初動に先行・・1

帥→しているが，これは火鞭発に付随する音波である．
これを除けぱ，記録上の波形はすぺてS

舳、、」

必拶／。。

1。。1温。

H波起源の波と考えてよい．通常の火薬爆発の記録に比ぺて著
しく単純なことを特徴としている・
さて，SH波初動を更に詳しく調ぺるため・おそ。』

3。

い位相の振幅を侵牲にLて，やや利得を上げて再生した結果がFig．7である．これに見るとおり∠が。o、。。

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Fig．8．T㎜ve1−time9醐Phof舳eSHπri▼a18．

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200m程度までは，S−N比は大変よくS H波初動は明りょうに読み取れる．第4スブレソド以前ではSH波初動の読み取りはかなりつらくはなるが・読み取りは可能である．近い方から順に70叫冶，120

struc

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4

拾わりにS

H波発生のための装置を作成した一その結果，本装口は充分に安定したSH波を発生していること

ψ，240ψ，380ψと読める．∠が150m以がわかった．これのSH波到達の程度を調ぺる実政

遼では一層速い遼度も見られるようである．その他の結果，従来の各装置に比して一段とすぐれた性能二，三の位相を読んだものがFi9．8に記入してある．

を持っていることが立証された．

われわれの測定は片測線のみであるが，仮に平行層ただ，装置全体としての重畳不足が目立ちこのた近似を採用すれぽ，Fig．8の左上に示Lた樽造が得め薬量増加による波の振幅・周期への効果の程度を知ることはできなかった．また火薬の旦を増した場られる．

含，装置に強度のアソバラソスのあることが見いだ

ところで第5スプ1■フド以遠はノイズのためSH
波初動は犬変に読みづらい．これはもちろん振幅にされた．

おけるS−N比の点もあるが，信号，ノイズ阿者の

しかしこれらの欠点は比籔的容易に改良しうるも周期（25〜30cP8）が一致Lているのが主たる理由である．しかLFi8．7でもわかるように初動にやや遅れた位相は∠が300回でもはっきりと読みとれる．これはまた，測腺を展開した全区間510mまでのであって，この垣の笑喰を脳続してゆくならぱ・一破の莫用に侠しうる装置を完成することが可能である．現在装置の改良作秦に入っていることを付言する．

測定作秦の多くは宇部只産K．K．地震探査班（班一応の読み取りが可能である．

なお，今回は記愚上の各波群について充分な検討長田中敬次氏）にしていただいた．図面の作成は目をする余裕はなかったが，詳しく調ぺるならぱ波動

高，植松両簑に依頼Lた．これらの方々に厚くお礼

諭上きわめて重要な成果が得られるであろう．

申し上げる．

参文考献1）K．Kami，Bu11．E刮吋Re8．此t．，35（1957），457−471．
2）

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3）

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（1956），905−938．

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5）小牧昭三，地震探砿実険グループ会報・ 18 （1959）， 91−100．
6） 太田裕，嶋悦三，柴藤喜平，平沢清，伊藤公介：地質調査所構内におけるS波速度測定・地質調査所月執18（196り・7）平沢清，伊藤公介：千葉県長豊橋附近地震防災研究実険地の地震探査（印刷中）
8）

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