MH21研究コンソーシアム
平成14年度研究成果報告会

環境影響評価グループ

モニタリング技術サブグループ

地層変形モニタリング
2003年5月20日
応用地質株式会社
内山成和、横山幸也

2003/05/20

1

地層変形モニタリングの方法
ー観測方法の基本コンセプトー
基準点のない海底地盤において絶対変位をどうして測るか・地震計に使用する加速度計を利用し、波形データの２回積分を行う
・ゆっくりとした動きから早い動きまで、地層の絶対変位量を評価できる
加速度波形
（生波形）

１回積分波形（速度波形）

海底地盤の絶対変位

２回積分波形（変位波形）
2003/05/20

21

地層変形モニタリング研究開発フロー
平成１４年度１．地すべり観測データによる地層変形特性の検討
・既存地すべり観測データによる地層変形特性の検討
・高速サンプリング地すべり観測データによる地層変形特性の検討

２．試験装置の構築
・既存試験装置による試験および問題点の検討
・改良試験装置の設計・製作および構築

３．システム制御およびデータ収録・処理ソフトの開発
・試験装置システム構成および制御ソフトの検討
・データ収録・処理ソフトの検討
2003/05/20

31.地層変形特性の検討

高速サンプリングによる地すべり観測
地すべり斜面全景

スライドセンサー

2003/05/20

42

1.地層変形特性の検討

高速サンプリング地すべり観測システム
伸縮計

観測地点

（スライドセンサー）

F/Vコンバータ(FV-801)

AC/DC
コンバータ

避雷器

AC100V

信号ケーブル約400m

避雷器

観測小屋

データロガー（DC-104R）
パーソナル
コンピュータAC100V

2003/05/20

51.地層変形特性の検討

高速サンプリング地すべり観測結果

地すべり変位記録（８日間）

移動平均フィルター処理前

1日10分（縦軸:変位5mm間隔，横軸：経過日数１日間隔）

移動平均フィルター処理後

移動平均フィルター

1（縦軸:変位0. 02mm間隔，横軸：時間10分間隔）

0.8

振幅

0.6（縦軸：変位0.02mm間隔，横軸：時間10分間隔）
0.4
0.2
0024

2003/05/20

681012 14 16
周波数(Hz)18202224（縦軸:変位0. 02mm間隔，横軸：時間10分間隔）

631.地層変形特性の検討

高速サンプリング地すべり観測記録

部分拡大図

10mm5mm0.01mm

部分拡大図
10min0mm
左ステップ：5.4秒,16μm
0日
2003/05/201日

2日

右ステップ:1.8秒,18μm

3日

71.地層変形特性の検討

低域周波数成分の除去（低域遮断FIRフィルター）cut off 周波数0.01Hz
全変位量の９９％波長100秒以上を除去

cut off 周波数0.05Hz

cut off 周波数0.2Hz
全変位量の９８％波長5秒以上を除去

cut off 周波数0.5Hz

全変位量の９５％
全変位量の５５％波長20秒以上を除去
2003/05/20

波長2秒以上を除去
841.地層変形特性の検討

低域周波数成分の除去による累積変位の変化
地すべり変位の周波数特性
累 積 変 位 検 出 百 分 率 (％ )10095％

8060

波長20秒

40

波長20秒以上の周波数成分を除去しても20全変位量の９５％以上の変位量が評価できる

00

0.01

0.02

0.05

0.1

0.2

0.51

低域遮断周波数（Hz)2003/05/20

92.試験装置の構築

センサー類性能評価試験システム構成
データ収録

センサー

Q4128ｺﾝﾄﾛｰﾙ
ターミナル

サーボ型加速度計
EpiSensor×2台

傾斜計
A/Dコンバータ
Q4128（8ch)

サーボモータLAH-80JEP-8A1×2台

電気式変位計DT-D30MiniSeed
ﾌｫｰﾏｯﾄﾃﾞｰﾀ

温度計

データ収録用PC(linux)

メインPC

2003/05/20

コントローラ

熱電対

PentiumⅢ400MHz

パルスモータｺﾝﾄﾛｰﾙﾕﾆｯﾄ
HA-600

D/Aコンバータ
MFU573-PCI

1052.試験装置の構築

センサー類性能評価試験装置(左：上下変位,中央：水平変位,右:傾斜)
上下変位

水平変位

傾斜

サーボモータ2003/05/20

2.試験装置の構築

11

試験装置部分写真
サーボ型加速度計（鉛直）

サーボ型加速度計（水平）2003/05/20 傾斜計検定器

データ収録装置（Quanterra社-Q4128)

1263.ﾃﾞｰﾀ処理ｿﾌﾄの開発

試験波形

試験変位波形の例
周期(s)/振幅(mm)

試験波形

周期(s)/振幅(mm)5,10,60(s)0.5(mm)大振幅

5,10,60(s)0.1~0.2(mm)中振幅

5,10,60(s)0.22~0.25(mm)大振幅

2,3,5,10(s)0.01(mm)
小振幅

5,10,30(s)0.43 ~0.55(mm)
大振幅

5(s)
0.01(mm)
小振幅

2.5,5,30(s)0.45(mm)
大振幅10(s)0.01(mm)
小振幅

2003/05/20

13

3.ﾃﾞｰﾀ処理ｿﾌﾄの開発

データ処理方法の流れ
変位波形（強制変位）

原波形
加速度波形

変位波形の再現SN比改善処理（移動平均、重合等）

DC成分除去（低域遮断フィルター）２回積分

2003/05/20

147

3.ﾃﾞｰﾀ処理ｿﾌﾄの開発

サーボ型加速度計性能試験結果(1)（正弦波：周期5s、振巾0.1mm）(正弦波：周期60s，振巾0.2mm)

変位波形

変位波形

原波形（加速度波形）

原波形（加速度波形）

SN比改善（移動平均）

SN比改善（移動平均）

2003/05/20

3.ﾃﾞｰﾀ処理ｿﾌﾄの開発

15サーボ型加速度計性能試験結果(２)(ステップ：周期2s，振巾0.01mm)(ステップ：周期10s，振巾0.01mm）

変位波形

変位波形

原波形（加速度波形）

原波形（加速度波形）

SN比改善（移動平均）

SN比改善（移動平均）

2003/05/20

168

3.ﾃﾞｰﾀ処理ｿﾌﾄの開発

原記録の積分結果例

計測変位原記録
原波形（加速度波形）

変位波形

１回積分結果

２回積分結果変位波形の再現

2003/05/20

173.ﾃﾞｰﾀ処理ｿﾌﾄの開発

SN比改善処理後の積分結果例

計測変位

８回重合記録(SN比9dB改善)
SN比改善（移動平均）

変位波形

１回積分結果

２回積分結果変位波形の再現

2003/05/20

1893.ﾃﾞｰﾀ処理ｿﾌﾄの開発

DC成分除去処理後の積分結果例

計測変位

DC成分除去記録
ＤＣ成分除去変位波形

１回積分結果

２回積分結果変位波形の再現

2003/05/20

193.ﾃﾞｰﾀ処理ｿﾌﾄの開発

SN比改善とDC成分除去処理後の積分結果例

計測変位
変位波形

１回積分結果

SN比改善＋DC成分除去記録
ＳＮ比改善＋ＤＣ成分除去

2回積分結果変位波形の再現

2003/05/20

20103.ﾃﾞｰﾀ処理ｿﾌﾄの開発

計測変位と加速度積分変位の比較(横軸：時間s，縦軸：変位cm）

計測変位

DC成分処理 積分変位

原記録 積分変位

SN比改善＋DC成分除去 積分変位

2003/05/20

21

平成１４年度の成果と課題
平成１４年度の成果
・陸域での地層変形挙動（地すべり）は、ステップ的変位の繰返し・センサー性能評価試験装置の構築と試験
・生データ処理方法（移動平均、低域遮断FIRフィルター他）の確立
・２回積分方法による絶対変位算出の可能性を確認

平成15年度以降の課題
・地層変形モニタリングシステム初期モデルの構築
・２回積分方法の各種加速度波形への適用実験と解析方法の確立
・陸域における長期地層変形挙動への本システムの適用実験
・海底地盤への本システムの適用実験と実用化の確立

2003/05/20

2211