第 41 回地盤工学研究発表会
2006 年７月

990

T - 12 （鹿児島）
光ファイバセンサを活用した斜面崩壊モニタリングの実現

現場計測

技術開発

独立行政法人
土木研究所

正会員

加藤俊二

日本地研株式会社

正会員

松田直樹

日本地研株式会社

正会員

○佐藤秀文

宮川健

長菱制御株式会社
１．はじめに

主に降雨に起因する土砂系斜面の表層崩壊は､地形・地質条件や植生条件等により崩壊形態やパターンが多様であり、また崩壊発生個所を特定することが困難であるため、広範囲の斜面を網羅的かつ面的に監視可能な監視・計測システムが必要とされている。
本実験は、宮崎県南部海岸線沿いの斜面を試験フィールドとして、光ファイバセンサを設置し現場実証試験を行い、センサの開発や設置方法、監視・計測の運用方法を構築し、その技術を習得することを目的としている。
Ｓｓ

２．現地状況

Ｓ

岩石崩壊センサ配置位置Ｍｓ

試験フィールドは、宮崎県宮崎市と日南市の行政境界に位置する

Ｍｓ

日向灘を望む南向斜面である。付近の地形は宮崎層群の堆積構造に表層支配されており、宮崎側に当たる東向斜面は緩斜面であるが、南向崩壊

セン

サ配置位

置55
22S-627NO .1 6652 4217253433 21396922403803 743 532332 526 22402221172817628531 1

1 4345678 912 1310141518 192016822 232124 2552

斜面は急峻で明瞭な沢の発達はない。

26 275428 293055

92130211ｄｔ

災害にならない表層崩壊・落石等は毎年のように発生し、既設のスS-6222920

1 0150m 程度の斜面崩壊が発生し片側通行止めになっている。また、

38 39

13３36 37351222834435
0096

この斜面の災害履歴は昭和 57 年 7 月に距離表 27K000 付近で約333219
3111 4 0. 00

1 311123S-5752745132101 91111261853

72 9872 3724141

13 0142251

至 宮崎

9-533
1６測線

S-462 3S
1 8-2-1

2550

15-46S

S-3２測線
S-2S-1

8

1 7S

16３測線
1測線

1 6S

1 5S -30m

50m

3010
1100m
凡

Ｓｓ

例:ＭＤＭ
1:nセンサライン

地層凡 例ｄｔ

崖錐層

至 日南Ｓｓ

砂 岩計測Ｍｓ

泥 岩:ＭＤＭ1:1センサ
ラインＳｓ:ＭＤＭセンサ:固定冶 具:Ｂ−ＯＴＤＲセンサ

トンガードのポケット部には落石が多く確認されている。

:従来型伸縮計:土壌水分計設置箇所

小屋

当区間における落石・崩壊の特徴は次の４点である。
(1) 尾根部の砂岩部は多亀裂で崖下での地質の硬軟の差が著しいた

図-2.1

計測箇所平面図

め浸食され奥行き 2m 程度の隙間が生じている。この位置からの崩壊による落石が顕著である。
(2) 宮崎側はモルタル吹付が施工されているが老朽化が激しく、水平亀裂や剥離が著しい。これは地質が泥岩主体であるため、スレーキングによる風化の進行が原因で、平成 11 年には剥離崩壊が発生している。また、平成 12 年５月
28 日（降水量 250mm 程度）には距離表 27K000 付近のモルタル吹付面がすべり落ちそうになり再モルタル吹付による応急対策が実施されている。
3) 泥岩の風化速度は 30 年間で 40cm〜170cm の報告１）があり、20 年以上を過ぎると吹付面が急激に劣化するのが特徴である。現在、この路線の既設のモルタル吹付のり面は 20〜30 年以上経過しており泥岩優勢層の区間はこのような災害が発生しやすい状況である。
(4) この区間の斜面は草地または雑木が繁茂しており比較的安定しているようにみえる。しかしながら微地形での沢部や崖錐が比較的厚い個所では表層剥離崩壊が生じている。これは雨水の表流水や浸透による崖錐斜面の飽和度の上昇によるせん断強度の低下が要因となっている。この崩壊規模は幅 10〜15m、長さ 20m 程度が最大規模である。
今回、光ファイバセンサは平均斜面勾配 40°程度の表層斜面を対象に MDM 及び B-OTDR 方式で実施した。
３．光ファイバセンサの性能

表 3-1 光ファイバセンサと従来型センサの比較※

光ファイバセンサは従来型の変位セン
サと比較して現場に電源が不要で、雷などによる電磁誘導の影響を受けない特徴がある。また、従来型は点・線の計測であるが、光ファイバセンサは線・面的な計測が可能であり、変状個所が特定できない斜面では効率的な計測手法である。

（加藤他､2002）２）

光ファイバセンサ
Ｂ−ＯＴＤＲ
ＦＢＧ
ＭＤＭ
受けない電磁誘導の影響 受ける
電源不要
センサ部の電源 現場に電源必要
計測体制
線的計測。計測範囲 広範囲なエリアの線また 小〜中規模なエリアの線的またの連続性が低い。
は面的な計測に優れる は面的な計測に優れる。
従来型センサ

管理施設
現場毎に施設が必要 遠隔地より複数現場の一括管理が可
リアルタイム
計測時間
リアルタイム
5〜10分間隔※光ファイバセンサの原理には、この他にも変位計測用のＯＴＤＲ方式や破断検知用の透過光測定、温度測定用のラマン散乱方式等があり、使用目的に応じて適宜選択する。

Achievement of monitoring of slope collapse by using optical fiber sensor
Shunji Kato/ Public Works Research InstituteNaoki MatudaHidefumi Sato/Nihon Chiken

1979

Takesi Miyagawa/Choryo Control System４．計測データ
4.1

ＭＤＭセンサ30

実験地は MDM センサで平成 13 年度に 3 回の小崩壊と平成

センサ 凡 例25

14 年度に 2 回の地盤変位を検出している。ここでは、平成 13平面図

地 20盤変 15

年 6 月 22 日の梅雨での崩壊事例を示す。
崩壊は 3 測線の左側、MDM センサの№11 から№13 あたり

No.15
No.14No.13位で発生した。崩壊規模は幅 6m、長さ 10m の小規模なもの

No.1210量(mm) 5であり、道路には到達せず災害には至らなかった。崩壊発

小崩 壊№15№14№13№12№11２時間後
15.1mmNo.117.2mm
3.5mm
0.7mm
0.5mm

030

生時の時間降水量は 1mm で、それまでに 6 月 20 日に 84mm、6 月 21 日に 99mm の日降水量があり崩壊発生までは 243mmの累積降水量があった。
崩壊の兆候としては、6 月 20 日昼頃から、№12 の MDM セ８４mm

９９mm６３mm

月

６月２０日

６月２１日

６月２２日

ンサでわずかな変位を計測し、そして 6 月 22 日の 12 時 10300
累200 積降
100 水量0(mm)

243mm

時
間 20降
水 10量(mm)
0日降水量

181mm

日

図-4.1 表層崩壊変位図（ＭＤＭセンサ）

分に変位の急変化点が現れ約 2 時間後に崩壊に至ったものと考えられる。
B-OTDRＲセンサ

B-OTDR センサは平成 15 年２月より計測を開始-0.4し平成 15 年 5 月 13 日に崩壊を検出している。
変位状況はひずみ分布図（棒グラフ）と隣りあうセンサ間の合成ベクトル図で示した。これらのグラ6560フから崩壊状況は十分捉えていると考えられる。
B-OTDR センサは温度変化を受け、リアルタイムひずみ速度ベクトル ｘ成分-0.4

ひずみ速度ベクトル ｘ成分

4.2-0.20.40.20.0-0.2-0.40.00.2-0.20.40.20.0-0.20.0ある。センサの設置方法や計測結果の表示方法に工夫を加えれば、崩壊の場所・大きさを特定すること

50

ひずみ速度 ベクト ル ｙ 成分
45451234045678 9101211 40.00

131415171618 19202122 232425能である。

36 3738 3940300

図-4.2

1020m

表層崩壊平面および変位ベクトル図（Ｂ−ＯＴＤＲ）-0.300が必要である。今回の計測事例で光ファイバセンサ(2) B-OTDR センサは、温度変化を受け、リアルタ344035

電つ（時間）」「どのような（規模）」を事前に知ること

５月崩壊時
５月崩壊前
４月
３月
２月
崩壊発生後のひずみ累積
崩壊発生前のひずみ累積-0.200

引張 ←ひずみ（％）→ 圧縮

であり、リアルタイム性に優れ、時間の特定は可

30 31

崩壊範囲

斜面の崩壊を予測するには「どこで（場所）」「い(1) MDM センサは従来型センサと同様個別センサ

28 293335５．考察

いては次のように考察する。

26 273235が可能になることが今回の計測結果で判明した。

できることが判明した。また、今後の運用方法につＮ0.4
ひず み速 度ベク トル ｙ成 分0.4

5530

は、各センサの特長を活かし、十分斜面監視に利用

550.2

50

計測に劣る欠点があるが、広域計測に優れる特徴が-0.460-0.100

0.000

0.100

0.2000.300
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

センサ№

イム計測に劣る欠点があるが、一筆書き（設置が図-4.3

月別ひずみ分布図容易）で広域計測に優れる特徴がある。
また、計測結果の表示方法を工夫すれば、変位（崩壊）場所と大きさを捉えることは可能である。
(3) 表層崩壊危険斜面で崩壊場所を予測することは、既往の計測技術では困難であったが、B-OTDR センサを用いればその場所を特定することは可能になる。
(4) B-OTDR センサで危険斜面を抽出した後は、その危険度合いを詳細（地質・地下水）調査で把握し、対策工の実施やMDM センサによる詳細モニタリングを行うことが肝要である。
【参考文献】
1)（社）地盤工学会九州支部(1995)：九州・沖縄の特殊土地盤の設計と施工，pp.261
2）加藤俊二，三木博史，恒岡伸幸，田中衛，小川鉄平:光ファイバセンサによる道路斜面崩壊モニタリングに関する検討，土木技術資料 44-4,pp.44-49,2002)

1980