JP4219100B2 - Prediction device for ground displacement due to slope failure such as landslide and surface layer failure - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜面地盤において発生することがある地すべり、表層崩壊、がけ崩れなどの斜面崩壊によって引き起こされる地盤変位の予測装置の技術分野に属するものである。
【0002】
【従来技術】
一般に、自然災害の一つとして土砂災害があり、このような土砂災害として、傾斜地に発生する地すべり、表層崩壊、がけ崩れ、土石流などによる災害がある。そして、このような傾斜地での土砂災害は、斜面地盤の崩壊によって地盤の変位、つまり地盤の変状や移動が引き起こされることになり、このような地盤変位を測定する手法については、例えば特開平5−118851号公報、特開平10−82667号公報に示すようなものが知られている。まず前者のものは、高精度の電子測距・測角儀を用い、地盤変位のある地区からはずれた任意の位置を基準点として地盤変位がある区域に配した指標までの距離、角度の変化を測定して地盤変位を測定するようにしたものである。一方、後者のものは、地盤変位がある任意の位置に測定用の孔を掘り、ここに歪ケーブルを挿入し、地盤変位によって生じた歪量を計測することで地盤変位の測定をするようにしたものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前記従来のものは、高価な測定機器が必要であるうえ、実際に斜面崩壊が発生している最中または発生した後の地盤変位を測定するものであって、該地盤変位の発生を予測するものではない。そうしてこのような地盤変位による土砂災害は、小規模であれば発生後においても、被害発生がないか、あっても殆ど影響がない範囲で対処ができるが、規模が大きいものについては、何らかの被害を生じた後での対処となる場合が多く、土砂災害を未然に防ぐことはできないのが一般である。
そうして、土砂災害の発生を未然に防ぐためには、地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位の発生を予測(予知、予兆検知、前兆検知)することが要求されるが、従来の地盤変位の測定機器では、該地盤変位の発生予測は事実上できないという問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位が発生するとされる地区の地下水中に存在する特定イオンの濃度を測定する測定手段と、該測定したイオン濃度を経時的に登録する登録手段と、該登録されたイオン濃度に急上昇する変化があった場合、地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位が発生する可能性があると予測する予測手段と、該予測した結果を報知する報知手段とを備えた予測装置において、前記特定イオンはナトリウムイオンであり、前記濃度の測定手段は、予め選択された測定現場に設置されて地下水中のナトリウムイオンの濃度を経時的に測定するように設定された濃度センサーであり、該濃度センサーによるナトリウムイオンの濃度の測定は広範囲にわたる多数個所での測定であり、かつ測定は1000日以上の長期間に亘るものとし、前記測定されたナトリウムイオン濃度は現地端末を介して本部端末に入力され、該本部端末で前記地盤変位が発生する可能性があることを予測し、該予測結果を知らしめておく必要がある部所の端末に出力するようにして地盤変位予測の総合管理をするように構成したことを特徴とする地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位の予測装置である。
【0005】
【発明の実施の形態】
地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊は、傾斜面の不安定化が増大することで発生すると考えられ、この要因の一つとして地下水の存在があげられる。強い極性を示す水分子は、地下水となって流れる際に、土粒子表面のイオン交換基(たとえば、シラノール基で、ケイ素原子に結合している水酸基)との間でイオン交換を行うことは一般に知られており、ここで交換されて地下水組成となって地下水と共に流れるイオンの量(濃度)は、地下水と接触するイオン交換基の数が多いほど大きく、さらにこのイオン交換基の数は、土粒子の表面積が大きいほど多くなる。
一方、地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊に至るプロセス(斜面崩壊発生前の地盤内部における土粒子の微視的変位から、斜面崩壊発生時の土塊移動による地盤破壊に至るまで)で発生する地盤の土質力学的な変化は、土粒子表面積の増減に関与し、さらにイオン交換の反応場の大きさも同様に関与することと考えられ、これらのことから、地盤の土質力学的な変化は、地下水の組成に変化をもたらすものと推論される。
このような推論をもとに、地下水組成の変化から、地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位を検知することを試みた。即ち、地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊が実際にある地区において、地下水組成の変化の観測と斜面崩壊による地盤変位の機器を用いた計測とを同時並行的に行った。その結果、それら二者の間には一連の関係があること、つまり、斜面崩壊による地盤変位が発生する場合、その予兆現象として、地下水中に含まれる特定の無機イオンの濃度が急激に上昇する変化があることが認められ、この変化現象が地盤変位の発生を予測する一つの指標となり得ることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。
そして本発明を実施する、つまり、地下水中の特定イオンの濃度が急上昇する現象を観測することで、地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位の発生を予測できることは、後述する三つの測定事例からも明らかであるが、該三つの測定事例地区は、地すべり土塊の主体が第三紀層であって、その滑動形態が断続的、かつ、反復的に観察される地すべり発生地区である。そしてこの事例以外の多数の地区においても、同じ現象を確認しており、これによって、本発明を実施すれば、高い確度で斜面崩壊による地盤変位の発生の予測ができるといえる。
【0006】
本発明において、斜面崩壊がある地区の地下水中の特定の無機イオンの濃度を測定して斜面崩壊による地盤変位の発生を予測するためには、該特定な無機イオンの濃度を定期的、かつ、継続的に測定することが好ましい。測定する時間的間隔としては、毎日、1日置き等の日単位、あるいは1週間毎、2週間毎等の週単位、さらには月単位等、適宜の時間的単位を採用することができるが、予測精度を高めるためには、時間的間隔が短いほど好ましいことはいうまでもない。
また、濃度測定される地下水は、地盤変位がある面か、この面に可及的近い場所の地下水であるほど好ましく、例えば地質調査の結果からすでに地盤変位の面が想定されている場合には、ボーリング等を行って可及的に変位面付近に存在する地下水を用いて濃度測定することが好ましい。
しかしながら、このような地盤変位があるところは、地盤の不安定要因があるなどして施工上の制約が多い場合があり、そこで、周辺の地下水流系を考慮したうえで、斜面崩壊がある地区に設置された集水井や排水工などの既存設備で得られる地下水(排水)、あるいは既設の傾斜計孔内に貯留されている地下水を濃度測定用の試料とするようにしてもよい。
【0007】
そうして、斜面崩壊による地盤変位が発生する場合の予兆現象として、地下水中に含まれる特定の無機イオンの濃度が急激に上昇する変化があるということは、地下水組成の変化というものが、斜面崩壊による地盤変位が発生するに至るまでのプロセスと深い関連があることになる。そして、この地盤変位が発生するに至るまでのあいだに地盤中の地下水−土粒子系で起こっている現象については次のように考察できる。
すなわち、地盤変位がある前駆的段階で、土粒子レベルで微視的な変位(局所的な地盤の破壊、土粒子レベルでの微小な破壊)が発生し、これによって、地下水が土粒子と接触する面積(反応場の有効面積)が増大する。こうなると、地下水−土粒子系で定常的に行われているイオン交換反応というものは反応場が大きくなる、つまり、土粒子表面積を拡大させる土粒子変位が発生することになり、地下水と土粒子との反応場が急速に拡張されてイオン交換反応にあずかるイオン種の量が増大し、これが斜面崩壊による地盤変位が発生する前に特定のイオン濃度が上昇するという化学的に捉えられる現象となり、このときには、その直前の準安定な状態であった時点よりも地盤の耐力がさらに低下し、その後、地盤変位が発生すると考えることができる。
このように、本発明においては、地下水中の特定の無機イオンの濃度が急激に上昇する変化が観測されたときには、地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位が発生する前兆として予知できる点で、土砂災害の予知の重要な指標とすることができ、防災に多いに寄与することになる。
【0008】
以下に、測定事例について説明する。
<測定事例1>
図1は実際に地すべりが観測されているある地区の平面図を、また図2はその地質断面図を示すが、この地区の表層地盤は風化を強く受けた泥岩で、段差、開口幅とも小さいが、数本の亀裂が地表面から観察されている。この地区では、10年〜20年に1度の頻度で小規模の地すべりがくり返し発生している。そして、この地区での地すべりに対し、降水量や地下水位の変化の計測をし、得られたデータが当該地区の地すべり発生と何らかの関連があるか否かの検討をしたところ、関連があるとは言えず、このことから地すべり発生は、降水量や地下水位の変化からは推し量ることができない複雑な挙動をとっていることが推論される。
【0009】
この地すべり地区に、図1に示すように●印で示すaおよびbの2箇所の位置に傾斜計孔を掘削し、これら傾斜計孔a、bに傾斜計をそれぞれ設置した。山裾側の傾斜計孔aは深さ12.5m(メートル)、山頂側の傾斜計孔bは深さ18.5mである。そしてこれらの孔内傾斜計による計測からすべり面の存在があることを確認している。
【0010】
そこで、前記傾斜計孔のうち一方の傾斜計孔a内に貯留されている地下水を分析用試料として採取した(採取位置A)。採取は、ここに貯留されている地下水100mL(ミリリットル)を2週間毎にポリエチレンびんに採取し、分析をおこなった。分析は、イオンクロマトグラフィー/電気伝導率検出法を用い、前記採取した地下水中のナトリウムイオン(Na+)、硫酸イオン(SO4 2−)および塩化物イオン(Cl−)の濃度を定量した。これら定量値と、前記孔内傾斜計に表れた地盤変位との関係を図3に示す。孔内傾斜計の変位に表現されているように、地盤の変位は、観測開始から102日後(ただし、斜面表面に表れた亀裂の発見日であり、誤差は最大で17日)、342日〜377日、404日〜415日、593日〜622日、925日〜952日、1231日〜1268日の間に発生していることが確認される。一方、地下水中に含まれるナトリウムイオン濃度のピークは、観測開始から85日、272日、300日、553日、837日および1044日後に表れており、これらを対比したときに、地盤の変位が観測された102日後、342日〜377日間、593日〜622日間、925日〜952日間、925日〜952日間の前である85日後、300日後、553日後、837日後にその濃度が急激に上昇する傾向があることがそれぞれ認められる。この急激な上昇傾向は、硫酸イオン濃度よりも明らかに顕著であることが確認され、このことから、このようにナトリウムイオン濃度に急激な上昇が観測された場合、その後に地盤の変位があるものと予測することができる。
【0011】
<測定事例2>
次に、測定事例1とは別の地区の平面図を図4に示すが、この平面図だけからでは地すべり状況は読みとることができない。しかしながらこの地区は、軟弱な地盤であって、近年では大規模な地すべり災害は発生していないものの、スギが水源かん養のために植林された斜面一帯の随所に小さな崩壊を観察でき、およそ5年毎に地すべりによる災害が発生している中規模の地すべり地区の一部であることが知られている。斜面の下側には河岸段丘があることが認められ、別途行った調査により、その直下は段丘レキ層、さらに下側には基盤となる泥岩層の存在が確認されている。
この地すべり地区は、地表水が少なくなく、地下水が豊富に供給される地区であるが、別途行った地すべり計による計測結果から、当該地すべりの動きは、主に尾根全体が河岸段丘側へ移動するとともに、尾根部分がその両側の谷に向かって広がる動きであることを確認している。
【0012】
また、山側斜面の地表に、幅100mm(ミリメートル)を超える2本の亀裂(図4に示す記号aおよびbで示す線)の存在が発見されたが、この亀裂a、bはその後成長していることが観察された。そこで図4の■印で示す位置の亀裂a、b間に板を渡し、該板の中央部を鉛直方向に切断してぬき板を架設した。そしてこのぬき板のくい違いは亀裂a、bの成長によるもので、そのくい違い幅は亀裂幅の変位量に相当し、これを計測することで地すべりによる地盤の変位を観測した。
【0013】
一方、この地区では、地すべりが発生している尾根の地下水を排水するため、この尾根の両側から尾根の稜線に向かって排水工が設備されており、そこで図4の●印で示す位置の排水工から地下水を採取し、該地下水中のナトリウムイオン、硫酸イオンおよび塩化物イオンの濃度を測定した。そしてこれらのイオン濃度の変化と前述した亀裂幅の変位量との関係を図5に示す。亀裂幅の変位量から地盤の変位をみると、観測開始から311日〜370日、406日〜438日、560日〜591日、808日〜924日の間に変位が生じたことが確認される。
一方、地下水中のナトリウムイオン濃度は、観測開始から365日、740日および1110日後にピークとなっていることが確認された。そしてこれを前記亀裂幅の変位が顕著であった間と対比してみると、この場合についても、地盤の変位が観測された406日〜438日間、808日〜924日間の前の365日、740日にナトリウムイオン濃度が急上昇していることが認められる。この傾向は、硫酸イオンについてはナトリウムイオンほど顕著ではなく、これらの結果から、このように、ナトリウムイオン濃度に急激な上昇が観測された場合、その後に地盤の変位があるものと予測することができる。
【0014】
<参考測定事例3>
また、図6にさらに別の地区の平面図を示すが、この地区は、断続的に、しかも緩慢に土塊が山側(地図の上側)から山裾側(地図の下側)へ移動する地すべりが発生している。この地区において後述する地下水の採取位置b付近をボーリング調査して得た鉛直方向の地質断面図を図7に示す。この図7から、当該地区は、地下水位線が高く地下水が豊富に供給されていると共に、風化した泥岩が優勢な砂岩・泥岩互層によって構成されていることが確認される。
一方、現地における地表の観察をしたところ、この付近は小規模の地すべり地形の舌端部に位置していると推定される。この地すべり地区内やその近傍にはスギの小群落が存在し、しかも、この地すべり地区内の地下水排水のため設備された集水井中の水位について、図6の●印で示す位置bで確認したところ高いことが認められ、これらのことからも、当該地区には地下水が豊富に供給されていることが確認される。
この地区では、地すべりの滑動による土塊移動を抑制するためコンクリート土留めの擁壁が設備されているが、この擁壁は、施工直後から地すべりによって変位しており、そこで、この擁壁の天端2箇所の位置a、bに傾斜計を設置し、擁壁の変位を測定することで地すべりの動きを計測した。
さらに、この地すべり地区には種々の排水設備が設置されているが、このうち、前記傾斜計設置位置bに近い土留め擁壁に設けられた排水工(図6に●印で示す位置)から地下水を採取し、硫酸イオン濃度を測定した。なお、観測開始から400日を挟んだあたりでは、長期間にわたり無降水を記録したため、排水が枯渇して地下水の採取が一時不能となった。
【0015】
そして図8に、前述した土留め擁壁の変位と硫酸イオン濃度の変化率との関係を示す。ここで、硫酸イオン濃度の変化率は、その濃度が14日間ごとに変化する割合として定義され、この値がlである場合は14日後の地下水中の硫酸イオン濃度は同じであり、1を超えると増大し、1に満たないと減少することを示している。つまり、この変化率は硫酸イオン濃度の増減とその速さとを示す指標になる。
図8をみると、観測開始から201日〜245日の間と434日〜476日の間とに小さな変位が生じ、603日〜650日の間と971日〜1010日の間とに大きな変位が発生していることが確認される。一方、硫酸イオン濃度の変化率は、観測開始から180日、250日、440日、560日、890日および990日後に1.5を超える大きな変化をしていることが確認される。
特に、560日、890日および990日後では、硫酸イオン濃度の変化率が1.75を超える顕著な濃度上昇が確認され、これと相応するように、603日〜650日の間と971日〜1010日の間とに大きな土留め擁壁の変位が観測され、このことは、地すべりが発生する前兆として硫酸イオンの濃度が急上昇する現象が観測されたこととなって、このようなイオン濃度の顕著な上昇があったとき、これを地すべり発生の前兆であると予測することができる。
【0016】
このように、地下水中の特定イオンの濃度を継続的に測定し、該測定したイオン濃度が急激に上昇する変化が認められた場合、高い確率で地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位の前兆であると予測することができ、そこで、地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位の予測装置として図9に示すようなものが実施される。
図9(A)において、1はナトリウムイオン等の選択された特定イオンの濃度を測定する濃度センサーであって、該濃度センサー1は、前述した事例のように傾斜計孔2等、予め選択された適宜場所での測定現場に設置されて地下水中の特定イオンの濃度を経時的に測定するように設定される。一方、3は登録(記憶)手段4を備えた制御部であって、該制御部3は、前記濃度センサー1からの測定結果を入力し、これを経時的に登録するようになっている。そして制御部3は、前記登録した測定結果について急上昇する変化があった場合、地すべりや表層崩壊が発生する可能性があると予測し、該予測した結果を報知することになるが、この報知については、ディスプレー表示、音声やブザーによる放音報知、ランプ点灯等、適宜の報知手段5とすることができる。勿論、複数の報知を組み合わせても良い。
【0017】
また、イオン濃度が急上昇しているか否かの判断は、前記事例で示したように、特定イオン濃度の急上昇や変化率の大きさに基づくものとなるが、その判断基準は、測定地区や測定条件等に基づいて異なるもので、一律のものではないと考えられる。そこでこの判断基準を確定して予測の確度を高めるには、斜面崩壊の予測をしようとする地区において、実際に地盤変位の測定と特定イオン濃度の測定とを経時的に行い、これら測定結果を比較対応させて実際に地盤変位が観測されたときのイオン濃度の変化状態を確認し、これに基づいて各現場ごとの斜面崩壊による地盤変位の予測判断をするための基準データを確定すればよく、このようにすることで、各現場に対応した地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位の予測ができると共に、これら予測の確度も高くなる。
勿論、このような地盤変位の機器を用いた測定ができない地区もあり、このような地区については、斜面崩壊による地盤変位の予測の判断基準を、多くのデータを平均化したものに設定することもできる。
【0018】
一方、このように地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位が予測された場合、必要な対策を立てることが要求されるが、鉄道や道路のような場合、広範囲にわたる多数個所での測定が必要となり、これらを個々に管理しても良いが、総合的に管理をすることも要求される。そこでこのような場合には、図9(B)に示すように、測定したイオン濃度を現地端末6を介して本部端末7に入力し、この本部端末7で前述した地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位の予測をし、その結果を、支部端末8等、予測の結果を知らしめておく必要がある部所(部局、地区)の端末に出力するようにすることで、地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位予測の総合管理ができることになる。この場合に、現地端末6と支部端末8とは同じであってもよく、また、支部端末8から任意に枝分かれした端末9を現地端末6としてもよい。さらにまた、これら端末6、8、9でも斜面崩壊による地盤変位の予測ができるように設定しておくことで、本部端末7と協働しての予測対策が効果的に果すことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 測定事例1の地区の平面図である。
【図2】 測定事例1の地区の地質断面図である。
【図3】 測定事例1の地区の地盤変位と地下水組成の変化との関係を示したグラフ図である。
【図4】 測定事例2の地区の平面図である。
【図5】 測定事例2の地区の地盤変位と地下水組成の変化との関係を示したグラフ図である。
【図6】 参考測定事例3の地区の平面図である。
【図7】 参考測定事例3の地区の地質断面図である。
【図8】 参考測定事例3の地区の地盤変位と地下水組成の変化との関係を示したグラフ図である。
【図9】 (A)は地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位の予測装置のブロック回路図、(B)は地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位の予測装置を端末化した状態を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
1 濃度センサー
3 制御部
4 登録手段
5 報知手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs landslide that may occur in the slope ground, surface collapse, to the technical field of predictive device ground displacement caused by landslides, such as landslides.
[0002]
[Prior art]
In general, there is a landslide disaster as one of the natural disasters, and as such a landslide disaster, there are disasters caused by landslides, surface collapses, landslides, debris flows, etc. that occur on slopes. Such a sediment disaster on a sloping ground causes the displacement of the ground due to the collapse of the slope ground, that is, the deformation or movement of the ground. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-118851 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-82667 are known. First, the former uses a high-precision electronic ranging / angle measuring instrument, and changes in distance and angle to an index placed in an area with ground displacement using an arbitrary position deviated from the area with ground displacement as a reference point Is used to measure the ground displacement. On the other hand, the latter one measures the ground displacement by digging a hole for measurement at an arbitrary position with ground displacement, inserting a strained cable here, and measuring the amount of strain caused by the ground displacement. It is what.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional apparatus requires an expensive measuring device and measures the ground displacement during or after the slope failure actually occurs, and predicts the occurrence of the ground displacement. Not what you want. Thus, such a sediment-related disaster caused by ground displacement can be dealt with as long as there is no damage even if it occurs after it has occurred, but there is almost no influence even if it occurs. In many cases, it is a countermeasure after some kind of damage has occurred, and it is generally impossible to prevent landslide disasters.
Thus, in order to prevent the occurrence of landslide disasters, it is required to predict the occurrence of ground displacement due to slope failures such as landslides and surface failure (prediction, sign detection, sign detection). The displacement measuring device has a problem that it is virtually impossible to predict the occurrence of the ground displacement, and there is a problem to be solved by the present invention.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention was created to solve these problems in view of the above circumstances, and is present in the groundwater of an area where ground displacement due to slope failure such as landslide and surface layer failure occurs. Measurement means for measuring the concentration of specific ions to be registered, registration means for registering the measured ion concentration over time, and slope failure such as landslide and surface layer collapse when there is a sudden increase in the registered ion concentration In the prediction device comprising a prediction means for predicting that there is a possibility of occurrence of ground displacement due to and a notification means for notifying the prediction result , the specific ions are sodium ions, and the concentration measuring means includes: A concentration sensor installed at a preselected measurement site and configured to measure sodium ion concentration in groundwater over time. The measurement of the concentration of sodium ions is a measurement at a large number of locations over a wide range, and the measurement is performed over a long period of 1000 days or more, and the measured sodium ion concentration is input to the headquarters terminal via the local terminal, The headquarters terminal is configured to predict the possibility of occurrence of the ground displacement, and to output the ground prediction to the terminal at the part where the prediction result needs to be informed so that the ground displacement prediction is comprehensively managed. a device for predicting ground displacement by landslides of landslides and surface disruption like, characterized in that the.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Slope failures such as landslides and surface layer failures are thought to occur due to increased instability of the slope, and one of the factors is the presence of groundwater. When water molecules exhibiting strong polarity flow as groundwater, it is common to perform ion exchange with ion exchange groups on the surface of soil particles (for example, silanol groups and hydroxyl groups bonded to silicon atoms). The amount (concentration) of ions that are exchanged to form groundwater composition and flow with the groundwater increases as the number of ion-exchange groups that come into contact with groundwater increases. The larger the particle surface area, the greater.
On the other hand, in the process of landslides and surface failures such as surface failure (from microscopic displacement of soil particles inside the ground before the slope failure to ground failure due to the movement of the soil when the slope failure occurs) The change in soil dynamics is related to the increase or decrease in the surface area of the soil particles, and the size of the ion exchange reaction field is also considered to be related. It is inferred to bring about a change in composition.
Based on such inferences, we tried to detect ground displacement due to slope failures such as landslides and surface failure from changes in groundwater composition. That is, in an area where slope failures such as landslides and surface failures were actually observed, changes in groundwater composition and measurements using ground displacement devices due to slope failures were performed simultaneously. As a result, when there is a series of relationships between the two, that is, when ground displacement occurs due to slope failure, the concentration of specific inorganic ions contained in groundwater increases rapidly as a predictive phenomenon. It was recognized that there was a change, and this change phenomenon was found to be an index for predicting the occurrence of ground displacement, and the present invention was completed here.
And, by implementing the present invention, that is, by observing the phenomenon that the concentration of specific ions in groundwater rises rapidly, it is possible to predict the occurrence of ground displacement due to slope failure such as landslide and surface failure. As is clear from the above, the three measurement example areas are landslide occurrence areas in which the main body of the landslide mass is the Tertiary layer, and its sliding form is observed intermittently and repeatedly. And in many districts other than this example, the same phenomenon has been confirmed, and if this is implemented, it can be said that the occurrence of ground displacement due to slope failure can be predicted with high accuracy.
[0006]
In the present invention, in order to predict the occurrence of ground displacement due to slope failure by measuring the concentration of specific inorganic ions in the groundwater of the district where there is a slope failure, the concentration of the specific inorganic ion is periodically, and It is preferable to measure continuously. As a time interval to be measured, an appropriate time unit such as a daily unit such as every other day, a week unit such as every week, every two weeks, or even a monthly unit can be adopted. Needless to say, a shorter time interval is preferable in order to increase prediction accuracy.
The groundwater whose concentration is to be measured is preferably the groundwater where the ground displacement is or is as close as possible to this surface. For example, if the ground displacement surface is already assumed from the results of the geological survey, It is preferable to measure the concentration using groundwater existing as close to the displacement surface as possible by boring or the like.
However, where there is such ground displacement, there are cases where there are many construction restrictions due to factors such as ground instability, and there are areas where slope failures occur in consideration of the surrounding groundwater flow system. Alternatively, groundwater (drainage) obtained from existing facilities such as a drainage well or drainage installed in the ground, or groundwater stored in an existing dip meter hole may be used as a sample for concentration measurement.
[0007]
Thus, as a predictive phenomenon when ground displacement due to slope failure occurs, there is a change in the concentration of specific inorganic ions in groundwater that suddenly increases. It is closely related to the process up to the occurrence of ground displacement due to collapse. The phenomenon that occurs in the groundwater-soil particle system in the ground before this ground displacement occurs can be considered as follows.
In other words, in the pre-stage where there is ground displacement, microscopic displacement (local ground breakage, minute breakage at the soil particle level) occurs at the soil particle level, which causes the groundwater to come into contact with the soil particles. Area (effective area of the reaction field) increases. In this case, the ion exchange reaction that is constantly performed in the groundwater-soil particle system increases the reaction field, that is, the soil particle displacement that increases the surface area of the soil particle occurs, and the groundwater and the soil particle The amount of ion species involved in the ion exchange reaction is increased rapidly, and this is a chemical phenomenon that the specific ion concentration rises before the ground displacement due to slope failure occurs, At this time, it can be considered that the proof strength of the ground is further lowered than the time immediately prior to the metastable state, and then the ground displacement occurs.
As described above, in the present invention, when a change in which the concentration of a specific inorganic ion in the groundwater suddenly increases is observed, it can be predicted as a precursor to the occurrence of ground displacement due to slope failure such as landslide and surface layer collapse. Therefore, it can be an important indicator for the prediction of landslide disasters, and will contribute greatly to disaster prevention.
[0008]
Hereinafter, measurement examples will be described.
<Measurement example 1>
Fig. 1 shows a plan view of a certain area where landslides are actually observed, and Fig. 2 shows a cross-sectional view of the geology, but the surface ground in this area is mudstone that has been heavily weathered, and both the steps and the opening width are small. However, several cracks are observed from the ground surface. In this area, small-scale landslides occur repeatedly every 10 to 20 years. Then, for landslides in this area, we measured changes in precipitation and groundwater level, and examined whether the obtained data had some relation to the occurrence of landslides in the area. However, it can be inferred from this that the occurrence of landslides has a complex behavior that cannot be estimated from changes in precipitation and groundwater level.
[0009]
In this landslide area, as shown in FIG. 1, inclinometer holes were excavated at two positions a and b indicated by ●, and inclinometers were installed in the inclinometer holes a and b, respectively. The inclinometer hole a on the mountain skirt side has a depth of 12.5 m (meter), and the inclinometer hole b on the mountain top side has a depth of 18.5 m. And the existence of a slip surface is confirmed from the measurement by these inclinometers.
[0010]
Therefore, the groundwater stored in one of the clinometer holes a was collected as an analysis sample (collection position A). The collection was conducted by collecting 100 mL (milliliter) of ground water stored here in a polyethylene bottle every two weeks. In the analysis, ion chromatography / electric conductivity detection method was used, and the concentrations of sodium ion (Na + ), sulfate ion (SO 4 2− ) and chloride ion (Cl − ) in the collected ground water were quantified. FIG. 3 shows the relationship between these quantitative values and the ground displacement appearing on the in-hole inclinometer. As expressed in the displacement of the borehole inclinometer, the displacement of the ground is 102 days after the start of observation (however, the date of discovery of the crack appearing on the slope surface and the error is 17 days at the maximum), from 342 to It is confirmed that they occurred between 377 days, 404 days to 415 days, 593 days to 622 days, 925 days to 952 days, and 1231 days to 1268 days. On the other hand, the peak of sodium ion concentration contained in the groundwater appears after 85 days, 272 days, 300 days, 553 days, 837 days and 1044 days from the start of observation. After 102 days observed, the concentration rapidly increased after 85 days, 300 days, 553 days, and 837 days before 342 days to 377 days, 593 days to 622 days, 925 days to 952 days, and 925 days to 952 days. Each has a tendency to rise. It was confirmed that this rapid increase tendency was clearly more remarkable than the sulfate ion concentration. From this, when a rapid increase in the sodium ion concentration is observed in this way, there is a ground displacement thereafter. Can be predicted.
[0011]
<Measurement example 2>
Next, FIG. 4 shows a plan view of a different area from the measurement example 1, but the landslide situation cannot be read only from this plan view. However, this area is a soft ground, and although no large-scale landslide disaster has occurred in recent years, small collapses can be observed everywhere on the slope where the cedar has been planted to recharge the water source. It is known that it is part of a medium-scale landslide area where disasters occur every time. It is recognized that there is a river terrace below the slope, and a separate survey confirms that there is a terrace reki layer directly below it, and a mudstone layer that serves as the foundation below.
This landslide area is an area where there is not a lot of surface water and abundant groundwater is supplied, but from the results of measurement by a separate landslide meter, the movement of the landslide mainly moves to the bank terrace side. At the same time, it has been confirmed that the ridges are moving toward the valleys on both sides.
[0012]
Moreover, the existence of two cracks (lines indicated by symbols a and b shown in FIG. 4) exceeding 100 mm (millimeter) in width was found on the ground surface of the mountain side slope, but these cracks a and b subsequently grew. It was observed that Therefore, a plate was passed between the cracks a and b at the position indicated by ■ in FIG. 4, and a central portion of the plate was cut in the vertical direction to install a punching plate. The difference in the plate is due to the growth of the cracks a and b, and the difference width corresponds to the displacement of the crack width. By measuring this, the displacement of the ground due to the landslide was observed.
[0013]
On the other hand, in this area, drainage is installed from both sides of the ridge toward the ridge of the ridge to drain the ridge groundwater where landslides occur. Groundwater was collected from the works, and the concentrations of sodium ion, sulfate ion and chloride ion in the groundwater were measured. FIG. 5 shows the relationship between the change in the ion concentration and the amount of displacement of the crack width described above. Looking at the displacement of the ground from the amount of displacement of the crack width, it was confirmed that displacement occurred between 311 days to 370 days, 406 days to 438 days, 560 days to 591 days, and 808 days to 924 days from the start of observation. The
On the other hand, it was confirmed that the sodium ion concentration in the groundwater peaks after 365 days, 740 days, and 1110 days from the start of observation. And comparing this with the time when the displacement of the crack width was significant, also in this case, 406 days to 438 days when the ground displacement was observed, 365 days before 808 days to 924 days, It can be seen that the sodium ion concentration has risen sharply on 740 days. This trend, to predict rather as pronounced as sodium ion for sulfate, from these results, this way, when the rapid increase in the sodium ion concentration was observed, and that subsequently there is a displacement of the ground Can do.
[0014]
< Reference measurement example 3>
In addition, Fig. 6 shows a plan view of another area. In this area, a landslide occurs in which the mass moves intermittently and slowly from the mountain side (upper side of the map) to the foot of the mountain side (lower side of the map). is doing. FIG. 7 shows a vertical geological sectional view obtained by conducting a boring survey in the vicinity of the groundwater sampling position b described later in this area. From FIG. 7, it is confirmed that the area is composed of sandstone / mudstone alternating layers with high groundwater level lines and abundant groundwater supply, and weathered mudstone.
On the other hand, when the surface of the ground is observed, it is estimated that this area is located at the tongue end of a small-scale landslide topography. There are small cedar communities in and around this landslide area, and the water level in the drainage well installed for groundwater drainage in this landslide area was confirmed at position b shown by ● in FIG. However, it is recognized that the price is high, and it is confirmed from these facts that the district is supplied with abundant groundwater.
In this area, a retaining wall made of concrete earth retaining is installed to suppress mass movement due to the sliding of the landslide, but this retaining wall is displaced by the landslide immediately after the construction. Inclinometers were installed at two positions a and b, and the movement of the landslide was measured by measuring the displacement of the retaining wall.
Furthermore, various drainage facilities are installed in this landslide area. Among these, drainage works (positions marked with ● in FIG. 6) provided on the retaining wall near the inclinometer installation position b. Groundwater was collected and the sulfate ion concentration was measured. In addition, since 400 days after the start of observation, no precipitation was recorded over a long period of time, so drainage was depleted and groundwater collection became temporarily impossible.
[0015]
FIG. 8 shows the relationship between the displacement of the retaining wall and the change rate of the sulfate ion concentration. Here, the rate of change of the sulfate ion concentration is defined as the rate at which the concentration changes every 14 days. When this value is 1, the sulfate ion concentration in the groundwater after 14 days is the same and exceeds 1. It shows that it increases and decreases when it is less than 1. In other words, this rate of change is an index indicating the increase and decrease of the sulfate ion concentration and its speed.
Referring to FIG. 8, a small displacement occurs between 201 and 245 days and between 434 and 476 days from the start of observation, and a large displacement between 603 and 650 days and between 971 and 1010 days. Is confirmed to occur. On the other hand, it is confirmed that the change rate of the sulfate ion concentration has changed greatly over 1.5 after 180 days, 250 days, 440 days, 560 days, 890 days and 990 days from the start of observation.
In particular, after 560 days, 890 days, and 990 days, a remarkable increase in the concentration of sulfate ion concentration exceeding 1.75 was confirmed. Correspondingly, between 603 days to 650 days and 971 days to During the 1010 days, a large displacement of the retaining wall was observed, and this was a phenomenon in which the concentration of sulfate ions increased rapidly as a precursor to the occurrence of landslides. When there is a significant rise, this can be predicted as a precursor to the occurrence of a landslide.
[0016]
In this way, when the concentration of specific ions in the groundwater is continuously measured and changes in the measured ion concentration are observed to increase rapidly, the displacement of the ground due to slope failures such as landslides and surface failure is likely to occur. As shown in FIG. 9, an apparatus for predicting ground displacement due to slope failure such as landslide and surface layer failure is implemented.
In FIG. 9A,
[0017]
In addition, the determination of whether or not the ion concentration is rapidly rising is based on the rapid increase in specific ion concentration and the rate of change as shown in the above example. It differs based on conditions, etc., and is not considered uniform. Therefore, in order to establish this criterion and increase the accuracy of the prediction, in the district where the slope failure is to be predicted, the ground displacement measurement and the specific ion concentration measurement are actually performed over time, and the measurement results are obtained. It is only necessary to confirm the change state of the ion concentration when the ground displacement is actually observed by making a comparison, and to determine the reference data for predicting the ground displacement due to the slope failure for each site based on this By doing so, it is possible to predict ground displacement due to slope failures such as landslides and surface layer collapse corresponding to each site, and the accuracy of these predictions also increases.
Of course, there are some areas that cannot be measured using such ground displacement equipment. For such areas, the judgment criteria for ground displacement prediction due to slope failure should be set to an average of many data. You can also.
[0018]
On the other hand, if ground displacement due to slope failures such as landslides and surface failures is predicted, it is necessary to take necessary measures, but in the case of railways and roads, measurements at a wide range of locations are required. These are necessary and may be managed individually, but comprehensive management is also required. Therefore, in such a case, as shown in FIG. 9B, the measured ion concentration is input to the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a district of measurement example 1. FIG.
FIG. 2 is a geological sectional view of a measurement example 1 area.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between ground displacement and groundwater composition change in the measurement example 1 area.
FIG. 4 is a plan view of a district of measurement example 2.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between ground displacement and groundwater composition change in the measurement example 2 area.
FIG. 6 is a plan view of a district of Reference Measurement Example 3.
FIG. 7 is a geological cross-sectional view of the district of Reference Measurement Example 3.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the ground displacement and the change in groundwater composition in the reference measurement example 3 area.
9A is a block circuit diagram of a ground displacement prediction device due to slope failure such as a landslide or surface failure, and FIG. 9B is a state where a ground displacement prediction device due to slope failure such as landslide or surface failure is terminalized. FIG.
[Explanation of symbols]
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