JP2003149044A

JP2003149044A - 斜面の安定性評価方法

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Publication number: JP2003149044A
Application number: JP2001346376A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Senda; 容嗣千田; Hideki Terada; 秀樹寺田; Masaki Tsuji; 雅規辻
Original assignee: Oyo Corp
Current assignee: Oyo Corp
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】岩盤内部の状態変化を含めて岩盤斜面の安定
性を客観的に評価できるようにする。【解決手段】観測対象である岩盤斜面１０に複数の受
振器１２ａ，…，１２ｅを配設し、日常的に発生してい
る振動を各受振器で観測し、平面的あるいは断面的な振
動特性を求めて、振動特性を比較するすることにより斜
面の相対的な安定性を評価する。具体的には、平面的あ
るいは断面的な振動粒子軌跡を求めて、その振動粒子軌
跡の方向性の有無と振幅の大小を比較する方法、振動の
振幅を求めて、斜面の高さに対する斜面岩盤部／基岩部
の振動エネルギー比を座標面上にプロットし、その特性
曲線の傾きの大小を比較する方法、斜面岩盤部／基岩部
の振動のスペクトル比を求めて、卓越周波数の振動の増
幅比の大小を比較する方法がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、日常的に発生して
いる振動（常時微動）を利用し、岩盤斜面の状態とその
振動特性の関係を解析することにより斜面の安定性を評
価する方法に関するものである。この技術は、例えば道
路（トンネルや洞門等の構造物も含む）への斜面災害を
未然に防止するため、初期調査段階での斜面の相対的な
崩落危険度を判定し、斜面崩落に備えた監視を行うか、
あるいは応急・恒久対策を実施する必要性などを判断す
るのに有用である。

【０００２】

【従来の技術】岩盤斜面の崩壊対策は、防災上の重要な
課題の一つである。しかし、初期調査における岩盤斜面
の安定性評価は、専ら地質技術者の目視による観察、経
験などに基づく定性的判断によって行われており、計器
等による客観的な評価は十分に確立されていないのが現
状である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】目視による観察では岩
盤内部の状態変化を把握することは困難である。また観
察者（地質技術者）の経験などに依存するため、安定性
評価の信頼性に欠ける問題があった。そこで、計器観測
によって、岩盤斜面の安定性を客観的に評価できる方法
の開発が強く望まれている。

【０００４】本発明の目的は、岩盤内部の状態変化を含
めて岩盤斜面の安定性を客観的に評価できる方法を提供
することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】岩盤内部の亀裂状態に変
化が生じ、岩盤の変位等の静的挙動が変化すると、振動
・スペクトル等の動的挙動も変化する。また、斜面（不
安定岩盤）の崩落危険度は、背面の安定岩盤との密着性
等によって異なり、その密着性の差異により、振動の振
幅や周波数などの振動特性も異なってくる。本発明は、
このような現象に着目し、常時微動（日常的に発生して
いる振動）を利用して斜面の安定性を評価しようとする
ものである。

【０００６】本発明は、観測対象である斜面に複数の受
振器を配設し、日常的に発生している振動を各受振器で
観測し、平面的あるいは断面的な振動特性を求めて、振
動特性を比較するすることにより斜面の相対的な安定性
を評価することを特徴とする斜面の安定性評価方法であ
る。

【０００７】また本発明は、観測対象である斜面に複数
の受振器を配設し、その少なくとも１つの受振器の設置
位置は基岩部と見なせる箇所とし、日常的に発生してい
る振動を各受振器で同時観測し、平面的あるいは断面的
な振動特性を求めて、基岩部に設置した受振器とそれ以
外の受振器との振動特性を比較するすることにより斜面
の相対的な安定性を評価することを特徴とする斜面の安
定性評価方法である。

【０００８】観測対象である斜面の岩盤部と、その直近
の基岩部と見なせる箇所とに受振器を設置して日常的に
発生している振動を観測する。本発明において振動特性
を比較する方法としては、より具体的には、平面的ある
いは断面的な振動粒子軌跡を求めて、その振動粒子軌跡
の方向性の有無と振幅の大小により斜面の相対的な安定
性を評価する方法、平面的あるいは断面的な振動の振幅
を求めて、斜面の高さに対する斜面岩盤部／基岩部の振
動エネルギー比を座標面上にプロットし、その特性曲線
の傾きの大小により斜面の相対的な安定性を評価する方
法、平面的あるいは断面的な斜面岩盤部／基岩部の振動
のスペクトル比を求めて、卓越周波数の振動の増幅比の
大小により斜面の相対的な安定性を評価する方法があ
る。

【０００９】本発明では、上下１成分と水平２成分の計
３成分の受振が可能な受振器本体と該受振器本体の背面
に突設した固定用スパイクを備えた受振器を用いるのが
好ましい。観測対象である斜面の岩盤部及びその直近の
基岩部と見なせる箇所とに削孔を形成し、該削孔に前記
受振器の固定用スパイクを挿入し、水平調整後に接合材
により固着することで設置する。受振器は、観測対象で
ある斜面の岩盤部に１箇所以上設置するが、岩盤の規模
によっては複数箇所（例えば上部、中部、下部など）配
置するのが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明方法の実施態様の一
例を示す説明図である。一部に不安定要素があると予想
される岩盤斜面１０が観測対象となる。その岩盤斜面に
複数の受振器１２を設置する。この図１では５台の受振
器１２ａ，…，１２ｅを分散配置している。そのうちの
１台の受振器１２ａは、不安定岩盤と思われる部分の直
近の基岩部と見なせる箇所に設置する。基岩部か否か
は、地質技術者の目視観察等によって、ある程度の確度
で定性的に判断することはできる。そこで、そのような
判断に基づき受振器を設置するのである。そして、日常
的に発生している振動（常時微動、車両走行振動など）
を全ての測定点で同時観測する。

【００１１】ここで受振器としては、微小振動を３成分
（上下１成分と水平２成分）について検出可能なデバイ
スを用いる。例えば、弾性波探査などで従来用いられい
る受振器（例えば固有周波数８Ｈｚ）が利用できる。図
２に示すように、受振器１２は、受振器本体１４の背面
に固定用スパイク１６を突設した構造とする。

【００１２】受振器１２は、次のように設置する。設置
場所として、できるだけ平坦な壁面を探す。岩盤１８と
受振器本体１４との接触面積を大きくするため、たがね
等を用いて凹凸部を概略平坦に整形するのが好ましい。
そして、岩盤１８を電動ドリル等を用いて削孔（例えば
直径１４mm）する。削孔２０は、ほぼ水平で所定の方向
（ＮＳ：南北あるいはＥＷ：東西）を向くようにし、布
やブラシで壁面の水分やゴミ等を拭き取る。削孔２０に
半分程度のパテ（接合材）２２を入れ、受振器１２のス
パイク（例えば基部側の直径１２mm）１６を削孔２０内
に押し入れ、概略固定する。受振器本体１４の上面の水
準器で水平（傾き±１５°以内）に調整し、ＮＳ及びＥ
Ｗの方向を合わせる。そして岩盤１８に受振器本体１４
をパテ２２などで固定する。このようにして受振器１２
を短時間で（１箇所当たり１５分程度で）簡易に岩盤１
８に固定することができる。

【００１３】測定系は、微小な振動を測定でき、運搬・
設置が簡便で経済性に優れたものとする。測定系統の一
例を図３に示す。各受振器１２ａ，…，１２ｅの検出信
号はケーブル（６芯シールドケーブル等）２３によって
直流増幅器２４に導く。直流増幅器２４としては、少な
くとも３成分×設置個数分のチャンネル数を有し、ＤＣ
〜１００ｋＨｚ程度の周波数特性を有するものを用い
る。直流増幅器２４の出力を、デジタルデータレコーダ
２６でデータ収録する。デジタルデータレコーダ２６
は、例えばサンプリング間隔２００〜５００Ｈｚ程度で
各受振器１２ａ，…，１２ｅからのデータを同時に測定
できるものを用いる。

【００１４】本発明では、このようなシステムを用いて
常時微動を受振器で同時観測し、平面的あるいは断面的
な振動特性を求めて、振動特性を比較するすることによ
り斜面の相対的な安定性を評価するのである。振動特性
を比較する方法としては、より具体的には、平面的ある
いは断面的な振動粒子軌跡を求めて、その振動粒子軌跡
の方向性の有無と振幅の大小により斜面の相対的な安定
性を評価する方法、平面的あるいは断面的な振動の振幅
を求めて、斜面の高さに対する斜面岩盤部／基岩部の振
動エネルギー比を座標面上にプロットし、その特性曲線
の傾きの大小により斜面の相対的な安定性を評価する方
法、平面的あるいは断面的な斜面岩盤部／基岩部の振動
のスペクトル比を求めて、卓越周波数の振動の増幅比の
大小により斜面の相対的な安定性を評価する方法があ
る。

【００１５】図１に示すように、岩盤に伝播してくる振
動は各受振器１２ａ，…，１２ｅで検出される。そのと
き、基岩部に設置された受振器１２ａと不安定岩盤部に
設置された受振器１２ｂ，…，１２ｄとでは、観測結果
が顕著に異なる。例えば、不安定岩盤部に設置された受
振器１２ｂ，…，１２ｄでは、振動が増幅されたかのよ
うに振幅が拡大する。それに対して最上部の受振器１２
ｅでの検出振幅が小さかったとすると、そこは安定岩盤
部ということになる。従って、受振器１２ｄと受振器１
２ｅの間に深い亀裂３０が入っていることが予想され、
それによって不安定岩盤部の大きさを推定することも可
能となる。また、経時的観測中に振動の振幅や周波数等
の振動特性が変化したとすれば、岩盤内部の亀裂状態の
変化や岩盤の変位などが生じたことを意味し、それによ
って岩盤の静的挙動がどの時点でどのように変化したか
が判断できる。

【００１６】測定した振動（常時微動、車両走行振動
等）の記録について、以下の解析を行い斜面の振動特性
（周波数特性、応答特性等）を把握する。

【００１７】（１）振動粒子軌跡（オービット）各測定点における岩盤の揺れとその方向を、ＮＳ−Ｅ
Ｗ、ＮＳ−ＵＤ（上下）、ＥＷ−ＵＤの３平面について
整理する。平面的あるいは断面的な振動粒子軌跡をとる
ことで、斜面特有の振動軌跡を把握することができ、こ
れに基づき安定性評価が可能である。

【００１８】（２）振動（速度）波形の出力各測定点における最大速度振幅について整理する。振動
の揺れの大きさが、岩盤の上と下とでどのように異なる
のか、あるいは不安定岩盤部と安定岩盤部でどのように
異なるのかなどを把握する。具体的には、斜面の高さと
振動エネルギー比（斜面岩盤部／基岩部）の関係をプロ
ットする。斜面の高さとは、何らかの基準レベル（例え
ば基岩部に設置した受振器の位置）から測定した他の受
振器の高さ位置である。不安定岩盤部の上部・中部・下
部での速度振幅から振動モードを分析することで崩壊形
態を想定することができる。

【００１９】（３）周波数分析によるスペクトル及びス
ペクトル比の出力各測定点における卓越周波数について整理する。基岩部
のスペクトルと他の斜面岩盤部のスペクトルとの比を求
め、安定岩盤部と不安定岩盤部との間で、どのような周
波数の振動がどの程度増幅されているのか（倍率）を把
握する。不安定岩盤部や安定岩盤部の卓越周波数の振幅
を整理することによって、相対的な危険度ランクを評価
できる。

【００２０】

【実施例】斜面の安定性評価は、振動の方向・振動の振
幅（振動エネルギー）・振動の周波数特性から行う。

【００２１】（１）振動の方向（振動粒子軌跡）測定結果の一例を図４に示す。岩盤が不安定であるほど
特有の方向に大きく振動する。特有の方向とは、その岩
盤が変化している方向、つまり岩盤の安定性が損なわれ
崩落する方向であると考えられる。また不安定度が大き
い岩盤は、その大きさや形状に関係なく、大きい振幅の
振動粒子軌跡となる。従って、振動粒子軌跡に方向性が
無く、その軌跡の最も小さい場合は安定な岩盤であり、
それに対して軌跡に方向性が見られ、その幅も大きい場
合は不安定な岩盤であると判断される。図６のＣは基岩
部のデータであり、振動は極めて小さく、方向性もな
い。ＡとＢは不安定岩盤部のデータであり、同じ岩盤の
場合は上部（高所）ほど大きな振動が検出されることが
分かる。

【００２２】（２）振動の振幅（振動エネルギー）基岩部に対して、不安定岩盤部は相対的に大きく振動
し、不安定岩盤は上部の方が（不安定岩塊の高さが高い
ほど）より大きく振動する。岩盤斜面の高さに対する振
動エネルギー比（岩盤斜面／基岩部）をプロットしたの
が図５である。不安定な岩盤の場合、重心位置が不安定
岩塊の高さの半分より高い位置にあり、斜面下方に向か
っているためと考えられる。他方、安定な岩盤は、その
高さにあまり関係なく、ほぼ同様の大きさで振動してい
る（高さが高くなっても振動振幅は明瞭に大きくならな
い）。このことを概念的にまとめたのが図６である。従
って、斜面の高さと振動エネルギー比を座標軸にプロッ
トすることで、岩盤の相対的な安定性を評価することが
できる。

【００２３】（３）振動の周波数特性図７は振動スペクトルの出力例を示しており、Ａは不安
定岩盤部のスペクトル、Ｂは基岩部のスペクトルであ
る。基岩部のスペクトルと岩盤斜面のスペクトルとの比
を求めると、図８に示すように、岩盤斜面が不安定な場
合（図８のＡ参照）には明瞭なピークが見られ、特有の
周波数の振動が少なくとも１０倍以上増幅されている。
他方、岩盤斜面が安定な場合（図８のＢ参照）には明瞭
なピークは見られない。不安定岩盤の重心位置と高さに
よって、卓越周波数は異なる。重心位置が不安定岩塊の
高さの半分より高い位置にある場合や斜面下方に向かっ
ている場合は、安定岩盤に比べ特有の周波数の振動が増
幅される。斜面によって固有の卓越周波数があると考え
られるため、対象とする斜面内の相対的な不安定度を測
る指標となる。

【００２４】以上の物理量（計測データ）等を総合的に
判断し、斜面岩盤の安定性を評価する。そして、道路
（トンネルや洞門等の構造物も含む）への斜面災害を未
然に防止するため、初期調査段階で斜面の相対的な崩落
危険度を判定し、斜面崩落に備えた監視を行うか、ある
いは応急・恒久対策を実施する必要性を判断する基礎資
料とする。

【００２５】

【発明の効果】本発明は上記のように、常時微動を観測
し、平面的あるいは断面的な振動特性を求め振動特性を
比較するすることにより斜面の相対的な安定性を評価す
る方法であるから、岩盤内部の状態変化を含めて岩盤斜
面の安定性を客観的に評価することできる。本発明方法
を採用することで、初期調査段階で斜面の相対的な崩落
危険度を判定し、斜面崩落に備えた監視を行うか、ある
いは応急・恒久対策を実施する必要性を判断する上での
基礎資料を提供することができ、道路等への斜面災害を
未然に防止するのに貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施態様の一例を示す説明図。

【図２】受振器の設置状況の一例を示す説明図。

【図３】測定系統の一例を示すブロック図。

【図４】振動粒子軌跡の例を示す図。

【図５】受振器位置と振動エネルギー比の関係のプロッ
ト図。

【図６】受振器位置と振動エネルギー比の関係の説明
図。

【図７】振動スペクトルの出力例を示す図。

【図８】振動スペクトル比の例を示す図。

【符号の説明】

１０岩盤斜面１２，１２ａ，…，１２ｅ受振器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者辻雅規東京都千代田区九段北４丁目２番６号応用地質株式会社内Ｆターム(参考） 2D044 EA07 2G064 BA02 BA28 CC13 CC41

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観測対象である斜面に複数の受振器を配
設し、日常的に発生している振動を各受振器で観測し、
平面的あるいは断面的な振動特性を求めて、振動特性を
比較するすることにより斜面の相対的な安定性を評価す
ることを特徴とする斜面の安定性評価方法。
【請求項２】観測対象である斜面に複数の受振器を配
設し、その少なくとも１つの受振器の設置位置は基岩部
と見なせる箇所とし、日常的に発生している振動を各受
振器で同時観測し、平面的あるいは断面的な振動特性を
求めて、基岩部に設置した受振器とそれ以外の受振器と
の振動特性を比較するすることにより斜面の相対的な安
定性を評価することを特徴とする斜面の安定性評価方
法。
【請求項３】観測対象である斜面の岩盤部と、その直
近の基岩部と見なせる箇所とに受振器を設置して日常的
に発生している振動を観測し、平面的あるいは断面的な
振動粒子軌跡を求めて、その振動粒子軌跡の方向性の有
無と振幅の大小により斜面の相対的な安定性を評価する
ことを特徴とする斜面の安定性評価方法。
【請求項４】観測対象である斜面の岩盤部と、その直
近の基岩部と見なせる箇所とに受振器を設置して日常的
に発生している振動を同時観測し、平面的あるいは断面
的な振動の振幅を求めて、斜面の高さに対する斜面岩盤
部／基岩部の振動エネルギー比を座標面上にプロット
し、その特性曲線の傾きの大小により斜面の相対的な安
定性を評価することを特徴とする斜面の安定性評価方
法。
【請求項５】観測対象である斜面の岩盤部と、その直
近の基岩部と見なせる箇所とに受振器を設置して日常的
に発生している振動を同時観測し、平面的あるいは断面
的な斜面岩盤部／基岩部の振動のスペクトル比を求め
て、卓越周波数の振動の増幅比の大小により斜面の相対
的な安定性を評価することを特徴とする斜面の安定性評
価方法。
【請求項６】上下１成分と水平２成分の計３成分の受
振が可能な受振器本体と該受振器本体の背面に突設した
固定用スパイクを備えた受振器を用い、観測対象である
斜面に削孔を形成し、該削孔に前記受振器の固定用スパ
イクを挿入して、水平調整後に接合材により固着するこ
とで設置する請求項１乃至５のいずれかに記載の斜面の
安定性評価方法。