地盤変位の予測方法および予測装置
【課題】 地盤変位観測対象地区における地盤変位の発生を予測する。
【解決手段】 地盤変位観測対象地区における地盤を流れる地下水中の特定イオンのイオン濃度を継続的に測定し、該イオン濃度が急激に上昇する変化が観測された場合、急上昇前の平均のイオン濃度に対して予め設定された倍率以上のイオン濃度の上昇であった場合は、該イオン濃度上昇後の降水に拘らず地盤変位の発生する可能性が高いと予測し、設定倍率以下のイオン濃度の上昇であった場合は、イオン濃度上昇後の所定期間に至るまでの積算降水量が予め設定された積算降水量よりも多い場合は地盤変位の可能性が高いと予測するようにした。
【解決手段】 地盤変位観測対象地区における地盤を流れる地下水中の特定イオンのイオン濃度を継続的に測定し、該イオン濃度が急激に上昇する変化が観測された場合、急上昇前の平均のイオン濃度に対して予め設定された倍率以上のイオン濃度の上昇であった場合は、該イオン濃度上昇後の降水に拘らず地盤変位の発生する可能性が高いと予測し、設定倍率以下のイオン濃度の上昇であった場合は、イオン濃度上昇後の所定期間に至るまでの積算降水量が予め設定された積算降水量よりも多い場合は地盤変位の可能性が高いと予測するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不安定な斜面地盤において発生する可能性のある地すべり、表層崩壊、がけ崩れなどの土砂災害をもたらすような地盤の変位を予測する地盤変位の予測方法および予測装置の技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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は、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、斜面地盤が変状したり移動したりする地盤崩壊、つまり地盤変位によって発生する。従って地盤変位の発生を予測することは、土砂災害を未然に防止するためにも重要である。
従来、地盤変位を測定する手法については、例えば、特許文献１に示されるように、地盤変位が発生するとされる任意の場所に測定用の孔を掘り、ここに歪みケーブルを挿入し、地盤変位によって生じる歪み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がある。
しかしながら、このもので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又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。
これに対し、特許文献２に示されるように、地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位が発生する惧れのある地区の地下水中に含まれるナトリウムイオンや硫酸イオン等の特定イオンのイオン濃度を定期的に測定し、この測定値が急激に上昇した場合には、これを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であると予測するものがある。
このものは、風化の進行等により土粒子が微細化すると、地盤内の応力に変化が生じてすべり面が発生し、このすべり面が成長することによってさらにすべり面近傍の土粒子が微細化していくという現象を捉え、このように微細化した土粒子表面を通過した地下水は、摺動力を受けていない比較的大きな土粒子表面を通過した地下水に比べてイオン濃度が高くなることに着目したもので、すべり面を通過した水分子が流入する地下水のイオン濃度を継続的に測定し、イオン濃度が上昇すれば地下水が通過してきた地盤のどこかにすべり面が発生したと観測して、すべり面が発生したことによって地盤変位が起こる可能性が高いと予測するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２８４７１８０号公報
【特許文献２】特許第４２１９１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２のものは、地盤変位の観測対象地を流れる地下水のイオン濃度を継続的に測定し、イオン濃度が急激に変化した場合はすべり面が発生したとして地盤変位の予測を行うもので、このようにして災害発生前に地盤変位の原因となるすべり面の発生を観測し、将来の地盤変位を予測しようとする試みはそれ以前にはなかったものであり、すべり面の発生を地下水中のイオンのイオン濃度の測定によって観測するため、ある程度の信頼性をもってすべり面の発生を知ることができ、このすべり面発生の検知に基づいて地盤変位の予測を行うという点で画期的であった。
【０００５】
ところがその後、観測を継続したところ、この予測方法においてイオン濃度の急上昇が観測され、すべり面の発生があったことが観測されたからといって、その後に地すべりや表層崩壊等の地盤変位が発生しない場合もあった。つまり、すべり面の発生は地盤変位をもたらす要因の１つではあるが、唯一の地盤変位の発生要因ではないことが判明した。
そこですべり面が発生したとして、すべり面の発生から地盤変位の発生に至るまでのプロセスには他にどのような要因が存在するのか、その要因がすべり面の発生から実際の地盤変位の発生までにどのように関わっているのか、このような要因を突き止め、その要因と地盤変位発生との関わりを解明し、これによってより正確な地盤変位の発生を予測できる手法を見出すことに本発明の解決すべき課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、請求項１の発明は、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とされる地区の地下水中に存在する特定イオンのイオン濃度を継続的に測定し、該特定イオンのイオン濃度が急激に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方法において、前記イオン濃度の急上昇があった場合に、該急上昇する前に観測された平均のイオン濃度に対する上昇倍率を算出し、該上昇倍率が予め設定される設定倍率よりも高い場合には、該イオン濃度の急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性が高いと予測し、該上昇倍率が設定倍率よりも低い場合には、該イオン濃度の急上昇が観測された日から所定の期間に至るまでのあいだに、積算降水量が、予め設定される設定積算降水量に達した場合に地盤変位の発生する可能性が高いと予測するようにしたことを特徴とする地盤変位の予測方法である。
請求項２の発明は、前記設定倍率を第一設定倍率とし、該第一設定倍率よりも低い倍率を第二設定倍率として設定し、イオン濃度の上昇倍率が第一設定倍率と第二設定倍率のあいだである場合、該イオン濃度の急上昇が観測された日から所定の期間に至るまでのあいだに、積算降水量が、予め設定される設定積算降水量に達した場合には地盤変位の発生する可能性が高いと予測し、達しない場合には地盤変位の発生する可能性が低いと予測し、第二設定倍率よりも低い場合には、イオン濃度の急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性は低いと予測するようにしたことを特徴とする請求項１記載の地盤変位の予測方法である。
請求項３の発明は、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とされる地区の地下水中に存在する特定イオンのイオン濃度を継続的に測定し、該特定イオンのイオン濃度が急激に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装置において、前記イオン濃度の急上昇があった場合に、該急上昇する前に観測された平均のイオン濃度に対する上昇倍率を算出する上昇倍率算出手段と、該上昇倍率が予め設定される設定倍率よりも高い場合には、該イオン濃度の急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性が高いと予測する一方、該上昇倍率が設定倍率よりも低い場合には、該急上昇が観測された日から所定の期間に至るまでのあいだに、積算降水量が、予め設定される設定積算降水量に達した場合に地盤変位の発生する可能性が高いと予測する予測手段とを備えていることを特徴とする地盤変位の予測装置である。
請求項４の発明は、予測手段には、前記設定倍率を第一設定倍率とし、該第一設定倍率よりも低い倍率を第二設定倍率として登録し、予測手段は、イオン濃度の上昇倍率が第一設定倍率と第二設定倍率のあいだである場合には、該イオン濃度の急上昇が観測された日から所定の期間に至るまでのあいだに、積算降水量が、予め設定される設定積算降水量に達した場合には地盤変位の発生する可能性が高いと予測し、達しない場合には地盤変位の発生する可能性が低いと予測し、第二設定倍率よりも低い場合には、イオン濃度の急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性は低いと予測するように設定されていることを特徴とする請求項３記載の地盤変位の予測装置である。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１または３の発明とすることにより、地すべりや斜面崩壊等の原因となる地盤変位の発生を確度良く予測することが出来る。
請求項２または４の発明とすることにより、地すべりや斜面崩壊等の原因となる地盤変位の発生をより確度良く予測することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】地盤内部の土粒子の様子を示す概略説明図である。
【図２】すべり面の成長と地盤変位の様子を示す概略説明図である。
【図３】イオン濃度がバックグラウンド濃度、ベースライン濃度、ピーク濃度を示す区域の概略説明図である。
【図４】イオン濃度と地盤変位量を示すグラフ図である。
【図５】イオン濃度、３日分合計した降水量、地盤変位量を示すグラフ図である。
【図６】イオン濃度、イオン濃度上昇後のピーク濃度の最高値が観測されてから３箇月に至るまでのあいだの積算降水量、地盤変位量を示すグラフ図である。
【図７】地盤変位の予測装置に用いられるマイクロコンピュータの概略図である。
【図８】地盤変位を予測するための制御部のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
一般に、地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊は、風化等による地盤の不安定化に起因して発生する。そして、安定した地盤内部の土粒子は図１に示されるように比較的大きな土粒子（土粒子１）であるが、不安定化した地盤内部では土粒子の微視的な変位や破壊が発生しており、土粒子は土粒子１よりも小さい粉状（土粒子２）になっている。このように土粒子が粉状になった箇所は応力が変化するため土塊が移動し易い状態となり、ここにすべり面３が発生する（図２（Ａ）の状態）。このようなすべり面３が発生するとすべり面周辺の土塊の応力に変化が生じるため土塊が安定になろうとして移動し始める（地盤変位）。この移動によってすべり面３は除々に成長していって地盤４内に広がり（図２（Ｂ）の状態）、成長したすべり面３を滑動面として地盤全体が移動して地すべり崩壊等の土砂災害が発生する（図２（Ｃ）の状態）。
【００１０】
一方、地盤変位の観測対象となる傾斜地に降る雨水は、地表表面に到達した時点では海塩由来の粒子や空中に浮遊する煤煙由来の粒子等を含有し、例えばナトリウムイオン、カルシウムイオン、塩素イオン、硫酸イオン等の低濃度の含有が認められる。このような地表表面における雨水のイオン濃度をバックグラウンド濃度とする（図３参照）。
【００１１】
傾斜地に降った雨水は、地表からやがて地中へと滲み込んでいき、地盤の土粒子の間を通過しながら地下水として集約されていく。
雨水を構成しているのは水であるが、水分子は、一般に強い極性を示すことから、土粒子表面のイオン交換基（例えばシラノール基で、ケイ素原子に結合している水酸基）とのあいだでイオン交換をおこなうことが一般に知られている。このため地盤に浸透していった雨水はイオン交換がなされることによって前記バックグラウンド濃度よりも高いイオン濃度となる。このイオン濃度をベースライン濃度とする。
【００１２】
ところで、土粒子が微細化した場合は、土粒子表面積が全体として増加するため、それだけ土粒子表面のイオン交換基の数も多くなり、このような状態となった土粒子表面を通過した地下水は、微細化する前の土粒子の間を通過した地下水よりもイオンの量（イオン濃度）が多くなっている。このように微細化した直後の土粒子間を通過したことによって高くなったイオン濃度をピーク濃度とする。
前述のすべり面が発生している周辺では、摩擦や部分的な破壊によって土粒子が微細化した状態となっており、土粒子全体としての有効表面積が大きくなっているため、すべり面発生箇所を通過した地下水はピーク濃度となる。
【００１３】
このように傾斜地に降った雨水は傾斜地の表面から地中の地盤を経て地下水となる過程で地中の土粒子とイオン交換を行うため、観測対象地を通過した地下水のイオン濃度は地盤中の土質力学的な、あるいは化学的な状態を反映しており、前述したように地下水のイオン濃度がベースライン濃度からピーク濃度に上昇している場合は、観測対象地の何れかにすべり面が発生したと推測することが出来る。そして、このイオン濃度のベースライン濃度からピーク濃度への上昇率が高ければ高いほど、発生したすべり面の規模は大きいと推測することが出来る。
【００１４】
しかしながら、図４で示されるグラフからも明らかなように、すべり面の発生を示すナトリウムイオンやカルシウムイオン等のイオン濃度が急上昇しても、その後２〜３箇月のあいだに地盤変位が発生しない場合があり、イオン濃度の急上昇と地盤変位とのあいだには必ずしも明確な関連性があるとは言えない。つまり、すべり面の発生は地盤変位の一要因ではあるが、実際の地盤変位を引き起こすにはすべり面の発生とは何か別の要因が存在し、この要因が何らかの条件を満たしたときに地盤変位の引き金（トリガー）となると考えるのが妥当である。
【００１５】
尚、ピーク濃度が測定されなかったにも拘らず斜面崩壊等の現象が発生した場合は、測定している地下水が斜面崩壊をもたらしたすべり面を通過していないと考えることが出来る。仮にあるすべり面によって斜面崩壊が発生したとして、該地区の地下水が必ずしも崩壊斜面を引き起こしたであろうすべり面を通過した地下水であるとは限らない。従って、より正確に地盤変位を予測するためには、観察対象となる斜面を通過する地下水の経路を把握する必要がある。
【００１６】
では、すべり面が発生した後に該すべり面を滑動面として地盤変位を引き起こさせる要因は何か。地盤変位をもたらす主な要因としてまず挙げられるのは地震であり、次に考えられるのが降水である。そして多雨気候の日本においては降水は地震よりも頻繁に見られる自然現象であり、降水の度に地盤内を地下水が流れて地盤に影響を与え続ける。特に梅雨前線の停滞や台風等による降水量の急激な増加が土砂流出等の引き金となっていることは一般によく知られるところである。さらに一旦地中に滲み込んでいった雨水は長く地中に留まって地盤を湿潤状態にしており、そこにさらなる降水が観測されれば地盤はさらに水分を含んで軟弱化して地盤変位が誘発されやすい状態となる。そこで本発明の発明者は、観測対象地においてすべり面が発生した後の所定期間の積算降水量を観測し、該積算降水量とその後の地盤変位発生との因果関係について検討した。
【００１７】
そして本発明の発明者は、長期間に亘り、観測対象地区におけるイオン濃度の変化と積算降水量と地盤変位との関係について観測したところ、以下のような特徴的な現象が発生していることを発見し、本発明を完成した。
（１）イオン濃度の上昇率がかなり高い場合
この場合は、イオン濃度の上昇率が高いことから地盤に発生したすべり面の規模がかなり大きいと推察されるものであって、上昇率の変化があった後、２〜３箇月までのあいだに地盤変位が発生する可能性が高いことが確認され、このような場合には、多量の降水や長く続く降水といった降水量に関する要因がなくとも単独で地盤変位を引き起こす程にすべり面の規模が大きいものであったと推察される。
（２）イオン濃度の上昇率が（１）の場合ほど高くはないが、上昇以前のイオン濃度と比較すると高い上昇率でイオン濃度が上昇している場合
この場合は、イオン濃度の上昇率が（１）ほどではないがそれなりの上昇をしていることから中規模のすべり面が発生していると推察され、この場合はこのイオン濃度の上昇後に多量の降水や長く続く降水等の一定の降水量が観測された場合には、数箇月のあいだに地盤変位が発生する可能性が高いことが確認され、このような場合には、すべり面の発生と降水量が直接の要因となって地盤変位が引き起こされるものと推察される。
（３）イオン濃度の上昇率が（２）よりも低い場合
この場合は、イオン濃度の上昇率が低いが故に、すべり面の発生が小さいものと推察され、その後、多量の降水や長く続く降水があっても地盤変位が発生する可能性が低いことが確認された。
【００１８】
このように地盤変位の発生を、イオン濃度の測定、降水量の測定をすることによって高い確度で予測することができるが、地盤変位の発生予測をする場合に、イオン濃度の上昇率変化の割合や降水量は測定場所によって異なっていて一定ではなく、このため前記（１）〜（３）の区分けは、測定場所において予め観測したデータによって決定されることはいうまでもない。
以下にある一つの場所での観測事例について説明するが、実際の観測事例は複数あり、何れの場合も略同様の現象が観測されている。
【００１９】
図５は、実際に地すべりが観測されたある地区のある観測開始年月から約４年間の観測対象地盤を通過する地下水を継続的に測定して得られた特定イオン（ナトリウムイオン、カルシウムイオン）のイオン濃度値（ｍｇ／Ｌ）、特定観測地点における地盤の変位量（ｍｍ）、毎日測定した降水量を３日分合計した降水量（ｍｍ）を示すグラフ図である。尚、降水量は毎日測定したが、図５では便宜上、３日分合計した降水量を示した。
この地区の表層地盤は風化を強く受けた泥岩であって、過去に幾度かの地すべりが繰り返し発生している。
観測対象地である地すべり発生地に近接した２箇所に傾斜計孔を掘削し、該傾斜計孔の最奥部に設置した各傾斜計ａ、ｂによって地盤変位の変位量を計測している。傾斜計ａは深さ７ｍの位置に設置されており、傾斜計ｂは深さ３ｍの位置に設置されている。
また、２つの傾斜計孔のうち、山裾側の傾斜計孔内に貯留されている地下水を分析用試料として採取している。採取量は地下水１００ｍＬ（ミリリットル）であり、２週間毎に採取してポリエチレンびんに入れ、分析を行った。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＋）およびカルシウムイオン（Ｃａ２＋）の濃度を定量した。図５には、これら定量したイオン濃度値と、前記傾斜計ａ、ｂに表れた地盤変位との関係も示されている。
【００２０】
図５からイオン濃度の変化を見ていくと、まず、地下水中のナトリウムイオン又はカルシウムイオンのイオン濃度が１００ｍｇ／Ｌ未満である場合をベースライン濃度とし、１００ｍｇ／Ｌ以上である場合をピーク濃度とした場合、イオン濃度がピーク濃度を示したのは（Ａ）観測初年度の１月から４月、（Ｂ）観測初年度の８月、（Ｃ）観測開始１年後の５月から７月、（Ｄ）観測開始２年後の６月から８月、（Ｅ）観測開始２年後の９月から１１月、（Ｆ）観測開始３年後の７月である。
【００２１】
次に、地盤の変位量を見ていくと、傾斜計ａ（深さ７ｍ）または傾斜計ｂ（深さ３ｍ）によって測定された地盤の変位量が２ｍｍ以上である場合は、観測初年度の９月に約３ｍｍ、観測開始１年後の７月に約５ｍｍ、９月に約２ｍｍ、観測開始２年後の８月に約２ｍｍ、９月に約４ｍｍ、観測開始３年後の８月に約１２ｍｍである。
【００２２】
ここで、イオン濃度がピーク濃度に達した（Ａ）〜（Ｆ）の各時期について、それぞれピーク濃度の最高値が観測されたときから３箇月に至るまでのあいだの降水量を順次積算していく。図６には、このようにして積算された降水量が示されている。
（Ａ）観測初年度の１月から３月にイオン濃度が１００ｍｇ／Ｌを超える急上昇をしてピーク濃度を示し、３月２５日にはピーク濃度の最高値が観測された。そこでこのピーク濃度の最高値を観測した３月２５日を降水量の積算開始日として降水量を積算していくと、３箇月後の６月２５日に積算降水量が４００ｍｍを超えた。しかしながら該イオン濃度の急上昇日から次にイオン濃度が急上昇する日までのあいだに大きな地盤の変位は発生しなかった。
（Ｂ）観測初年度の７月から８月にかけてイオン濃度が１００ｍｇ／Ｌを超える急上昇をしてピーク濃度を示し、８月１０日にはピーク濃度の最高値が観測された。このピーク濃度の最高値を観測した８月１０日を降水量の積算開始日として降水量を積算していくと、３箇月に至る前の９月５日に積算降水量が４００ｍｍを超えた。そして９月７日に約３ｍｍの地盤の変位を観測した。
（Ｃ）観測開始１年後の５月から７月にかけてイオン濃度が２００ｍｇ／Ｌを超える急上昇をしてピーク濃度を示し、６月３日にはピーク濃度の最高値が観測された。このピーク濃度の最高値を観測した６月３日を降水量の積算開始日として降水量を積算していくと、３箇月に至る前の７月１０日に積算降水量が４００ｍｍを超えた。そして７月１５日に約５ｍｍの地盤の変位を観測し、さらに９月１９日に約２ｍｍの地盤の変位を観測した。
（Ｄ）観測開始２年後の６月から７月にかけてイオン濃度が２００ｍｇ／Ｌを超える急上昇をしてピーク濃度を示し、７月２９日にはピーク濃度の最高値が観測された。このピーク濃度の最高値を観測した７月２９日を降水量の積算開始日として降水量を積算していくと、３箇月に至る前の８月２７日に積算降水量が４００ｍｍを超えた。そして８月３０日に約２ｍｍの地盤の変位を観測し、さらに９月１５日に約４ｍｍの地盤の変位を観測した。
（Ｅ）観測開始２年後の９月と１１月の２回にわたってイオン濃度が２００ｍｇ／Ｌを超える急上昇をしてピーク濃度を示し、９月２３日にはピーク濃度の最高値が観測された。このピーク濃度の最高値を観測した９月２３日を降水量の積算開始日として降水量を積算していくと、３箇月後の１２月２３日になったときの積算降水量は約１７０ｍｍであった。そして該イオン濃度の急上昇から次にイオン濃度が急上昇するまでの間に大きな地盤の変位は発生しなかった。
（Ｆ）観測開始３年後の６月から7月にかけてイオン濃度が４００ｍｇ／Ｌを超える急上昇をしてピーク濃度を示し、７月４日にはピーク濃度の最高値が観測された。このピーク濃度の最高値を観測した７月４日を降水量の積算開始日として降水量を積算していくと、３箇月後の１０月４日に積算降水量が漸く４００ｍｍを超えたが、それ以前の８月２５日には１２ｍｍの大きな地盤変位を観測した。
【００２３】
これら（Ａ）〜（Ｆ）の現象を分析した結果、以下のことが言える。
（ｉ） （Ｆ）の現象では、急上昇したイオン濃度の値は、該イオン濃度が急上昇する前２箇月間のイオン濃度の平均値の約８倍に上昇している。この場合、イオン濃度がピーク濃度の最高値を観測した日を降水量の積算開始日とし、積算降水量が４００ｍｍを超す３箇月後よりも前の８月２５日に１２ｍｍの大きな地盤変位量が観測されており、このことから、イオン濃度が（Ｆ）のように大きく急上昇した場合には、その後の降水の如何に拘らず地盤変位が発生する可能性が高いといえる。
（ｉｉ） （Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の現象では、急上昇したイオン濃度の値は、該該イオン濃度が急上昇する前２箇月間に観測されたイオン濃度の平均値の約２倍と４倍のあいだとなっている。そして、ピーク濃度の最高値が観測された日から３箇月に至るまでのあいだに積算降水量が４００ｍｍを超えた場合には、その後、地盤変位が発生している。このことから急上昇が観測されたイオン濃度値が、イオン濃度の急上昇が観測される前２箇月間のイオン濃度の平均値の２倍〜４倍程度であった場合は、該イオン濃度のピーク濃度の最高値が観測された日から降水量の積算を開始していった場合に、３箇月に至るまでのあいだに積算降水量が４００ｍｍに達すると、地盤変位が発生する可能性が高いといえる。
尚、前記イオン濃度の急上昇が観測される前２箇月間のイオン濃度の平均値の２倍〜４倍程度であった場合において、イオン濃度のピーク濃度の最高値が観測された日から降水量の積算を開始していった場合に、３箇月に至るまでのあいだの積算降水量が４００ｍｍを超えなかった場合については、図面には記載されていないが、地盤変位の発生がなかったことが別途時期の観測で確認されており、この場合には地盤変位の発生の可能性が低いといえる。
（ｉｉｉ） （Ａ）、（Ｅ）の現象では、急上昇したイオン濃度の値そのものは２００ｍｇ／Ｌ以上となっているが、該上昇する前の２箇月間に観測されたイオン濃度の平均値と比較すると２倍にまで至っておらず、イオン濃度の上昇倍率は低いといえる。そして、（Ｅ）の場合、イオン濃度の最高値が観測されてから３箇月までのあいだに積算降水量が４００ｍｍを超える降水および地盤の変位については何れも観測されなかった。これに対し、（Ａ）の場合、イオン濃度の最高値が観測されてから３箇月に至る以前に積算降水量が４００ｍｍを超えたにも拘わらず、その後にイオン濃度の急上昇が観測されるまで地盤の変位は観測されなかった。このことから急上昇したイオン濃度の値が、該急上昇する前の２箇月間に観測されたイオン濃度の平均値の２倍よりも低い場合には、その後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生の可能性は低いといえる。
【００２４】
このような分析に基づいて、イオン濃度の変化とイオン濃度急上昇後の積算降水量とから地盤変位の発生を予測する地盤変位の予測方法を見出した。
（ｉ）イオン濃度が急上昇した場合、該急上昇したイオン濃度の急上昇する前２箇月間に観測されたイオン濃度の平均値に対する上昇倍率を算出し、該上昇倍率が４倍以上の場合は、降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性が高い。尚、ここで上昇倍率４倍を基準倍率として設定したが、これを第一設定倍率とする。
（ｉｉ）イオン濃度が急上昇した場合、該急上昇したイオン濃度の急上昇する前２箇月間に観測されたイオン濃度の平均値に対する上昇倍率を算出し、該上昇倍率が２倍以上４倍未満の場合は、イオン濃度の最高値が観測された日から３箇月に至るまでのあいだに積算降水量が４００ｍｍを超えたら地盤変位の発生する可能性が高い。
（ｉｉｉ）イオン濃度が急上昇した場合、該急上昇したイオン濃度の急上昇する前２箇月間に観測されたイオン濃度の平均値に対する上昇倍率を算出し、該上昇倍率が２倍以上４倍未満の場合は、イオン濃度の最高値が観測された日から３箇月に至るまでのあいだに積算降水量が４００ｍｍを超えなかったら地盤変位の発生する可能性は低い。
（ｉｖ）イオン濃度が急上昇した場合、該急上昇したイオン濃度の急上昇する前２箇月間に観測されたイオン濃度の平均値に対する上昇倍率を算出し、該上昇倍率が２倍未満の場合は降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性は低い。
【００２５】
そしてこれらの事実から次の推定がなされる。
（ｉ）の場合は、イオン濃度の急上昇の上昇倍率が第一設定倍率である４倍よりも高い場合であり、それだけ大規模なすべり面が発生したことを示すものであって、イオン濃度急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位が発生する可能性は高いと推定される。
（ｉｉ）および（ｉｉｉ）の場合は、イオン濃度の急上昇の上昇倍率が第一設定倍率である４倍よりも低く第二設定倍率である２倍よりも高い場合であり、イオン濃度急上昇後の積算降水量によって地盤変位の発生可能性の有無が分かれると推定される。
（ｉｖ）の場合は、イオン濃度の急上昇の上昇倍率が第二設定倍率である２倍よりも低い場合であって、この程度のイオン濃度の上昇では地盤の変位を発生させるほどのすべり面が発生していないと推測され、イオン濃度急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位が発生する可能性は低いと推定される。
【００２６】
尚、本発明の実施の形態では１箇所のみの観測対象地盤についての観測結果に基づいて記載しているが、実際には複数の観測対象地盤での観測を試みている。そして、これらの観測対象地盤においても前記推定が凡そあてはまることが確認されている。
そして第一、第二設定倍率を設定するにあたり、イオン濃度が急上昇する前２箇月間のイオン濃度の平均値を基準にして算出したが、これに限定されるものではなく、例えば、イオン濃度が急上昇する前の１箇月間のイオン濃度の平均値や、前回のイオン濃度の急上昇が治まってから今回のイオン濃度の急上昇が始まる前までのイオン濃度の平均値等、観測地域の実情に応じて適宜設定できるものである。
さらに前記実施の形態では、第一設定倍率を４倍、第二設定倍率を２倍に設定し、第一設定倍率未満第二設定倍率以上のイオン濃度の場合の地盤変位発生予測基準を、ピーク濃度の最高値が観測されたときから３箇月の間に積算降水量が４００ｍｍに達することとしたが、これに限定されるものではないことは勿論であって、これらの数値は、観測地域の環境等によって大きく左右されるものであり、このためこれらの数値については当該観測地域において実際に観測をして求める必要がある。
また第一設定倍率は、第二設定倍率よりも高いものであれば、他の倍率を選択して実施してもよい。そして、設定倍率は第一設定倍率だけでもよいが、その場合は、第一設定倍率以上であれば所定期間の降水を考慮することなく地盤変位発生の可能性を予測し、第一設定倍率未満（以下）であればイオン濃度急上昇後のピーク濃度の最高値から所定期間に至るまでのあいだの積算降水量を観測してこの観測結果を基に地盤変位発生の可能性を予測するよう構成してもよい。
【００２７】
以上の地盤変位の予測方法によって地盤変位を予測する地盤変位の予測装置５は、図７に示すマイクロコンピュータを用いた予測装置によって自動的に行うことができる。予測装置には、記憶手段、演算手段および判断手段等のマイクロコンピュータを構成するに必要な各種必要手段を備えた制御部を有する本体６と、表示部（ディスプレー）７、入力部（キーボード）８とを備えて構成される汎用のものでよい。本体６への必要情報の入力は入力部８から人為的に行っても良いが、各測定器からインターネット回線や空中回線等の情報伝達回線を介して自動的に入力するようにしても良い。
そして次に、予測手順について、図８に示す制御フローに基づいて説明する。まずステップ１（Ｓ１）で、既に求められているイオン濃度の上昇倍率である第一、第二設定倍率Ｎ１、Ｎ２、イオン濃度が急上昇してピーク濃度の最高値が観測された日からカウントする所定期間Ｔ、この所定期間Ｔに至るまでのあいだの積算降水量として設定される設定積算降水量Ｍが初期設定として入力される。次に、ステップ２（Ｓ２）で、前記入力した地下水のイオン濃度の本日（ｎ日）の測定値Ｘｎから２箇月前までのイオン濃度の平均値Ｘａを算出し、ステップ３（Ｓ３）で、該平均値Ｘａに対する本日の測定値Ｘｎの上昇倍率Ｕを算出する。次にステップ４（Ｓ４）で、ステップ３で算出された上昇倍率Ｕが第二設定倍率（本実施の形態では２倍）Ｎ２を超えた（Ｎ２＜Ｕ）かを判別し、超えたと判別された場合、ステップ５（Ｓ５）において、ステップ３で登録された上昇倍率Ｕが第一設定倍率（本実施の形態では４倍）Ｎ１以上（Ｕ≧Ｎ１）か否かを判別し、以上であると判別された場合には、近々、地盤変位が発生する可能性が大きいと予測し、これを報知する。
これに対し、上昇倍率Ｕが第一設定倍率Ｎ１を超えていない（Ｕ＜Ｎ１）と判断された場合には、ステップ６（Ｓ６）において、イオン濃度のピーク濃度最高値が観測された日から３箇月に至るまでのあいだ降水量を積算していく。そしてステップ７（Ｓ７）において、ステップ６で積算された積算降水量が、積算開始日から３箇月以内にステップ１で入力された設定積算降水量Ｍに達したか否かを判断し、達したと判断された場合には、近々、地盤変位が発生する可能性が大きいと予測し、これを報知する。
一方、積算開始日から３箇月を経過しても積算降水量が設定積算降水量Ｍに達しない場合には、ステップ８（Ｓ８）で３箇月間の積算降水量をリセットし、リターンする。
【００２８】
このように、第一、第二設定倍率、設定積算降水量を入力し、急上昇した特定イオンのイオン濃度の測定値と急上昇前の該イオン濃度の平均値に対する上昇倍率を算出して第一、第二設定倍率と比較し、該比較に基づいてさらに演算した積算降水量と設定積算降水量とを比較して地盤変位の予測をし、該予測に基づいて例えば警報を発する等の報知を行うようになっており、このように構成される装置を用いることによって、観測対象地における地盤変位の予測を精度良く行うことが出来る。
尚、ここで入力される第一、第二設定倍率Ｎ1、Ｎ２や設定積算降水量Ｍ或いは所定期間Ｔの数値は前述したように本発明の実施の形態に限定されるものではなく、観測対象地の状況に応じて適宜変更し得るものである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、不安定な斜面地盤において発生する可能性のある地すべり、表層崩壊、がけ崩れなどの土砂災害をもたらすような地盤の変位を予測する地盤変位の予測方法および予測装置の技術分野に利用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
３ すべり面
４ 地盤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不安定な斜面地盤において発生する可能性のある地すべり、表層崩壊、がけ崩れなどの土砂災害をもたらすような地盤の変位を予測する地盤変位の予測方法および予測装置の技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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は、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、斜面地盤が変状したり移動したりする地盤崩壊、つまり地盤変位によって発生する。従って地盤変位の発生を予測することは、土砂災害を未然に防止するためにも重要である。
従来、地盤変位を測定する手法については、例えば、特許文献１に示されるように、地盤変位が発生するとされる任意の場所に測定用の孔を掘り、ここに歪みケーブルを挿入し、地盤変位によって生じる歪み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がある。
しかしながら、このもので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又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。
これに対し、特許文献２に示されるように、地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊による地盤変位が発生する惧れのある地区の地下水中に含まれるナトリウムイオンや硫酸イオン等の特定イオンのイオン濃度を定期的に測定し、この測定値が急激に上昇した場合には、これを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であると予測するものがある。
このものは、風化の進行等により土粒子が微細化すると、地盤内の応力に変化が生じてすべり面が発生し、このすべり面が成長することによってさらにすべり面近傍の土粒子が微細化していくという現象を捉え、このように微細化した土粒子表面を通過した地下水は、摺動力を受けていない比較的大きな土粒子表面を通過した地下水に比べてイオン濃度が高くなることに着目したもので、すべり面を通過した水分子が流入する地下水のイオン濃度を継続的に測定し、イオン濃度が上昇すれば地下水が通過してきた地盤のどこかにすべり面が発生したと観測して、すべり面が発生したことによって地盤変位が起こる可能性が高いと予測するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２８４７１８０号公報
【特許文献２】特許第４２１９１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２のものは、地盤変位の観測対象地を流れる地下水のイオン濃度を継続的に測定し、イオン濃度が急激に変化した場合はすべり面が発生したとして地盤変位の予測を行うもので、このようにして災害発生前に地盤変位の原因となるすべり面の発生を観測し、将来の地盤変位を予測しようとする試みはそれ以前にはなかったものであり、すべり面の発生を地下水中のイオンのイオン濃度の測定によって観測するため、ある程度の信頼性をもってすべり面の発生を知ることができ、このすべり面発生の検知に基づいて地盤変位の予測を行うという点で画期的であった。
【０００５】
ところがその後、観測を継続したところ、この予測方法においてイオン濃度の急上昇が観測され、すべり面の発生があったことが観測されたからといって、その後に地すべりや表層崩壊等の地盤変位が発生しない場合もあった。つまり、すべり面の発生は地盤変位をもたらす要因の１つではあるが、唯一の地盤変位の発生要因ではないことが判明した。
そこですべり面が発生したとして、すべり面の発生から地盤変位の発生に至るまでのプロセスには他にどのような要因が存在するのか、その要因がすべり面の発生から実際の地盤変位の発生までにどのように関わっているのか、このような要因を突き止め、その要因と地盤変位発生との関わりを解明し、これによってより正確な地盤変位の発生を予測できる手法を見出すことに本発明の解決すべき課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、請求項１の発明は、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とされる地区の地下水中に存在する特定イオンのイオン濃度を継続的に測定し、該特定イオンのイオン濃度が急激に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方法において、前記イオン濃度の急上昇があった場合に、該急上昇する前に観測された平均のイオン濃度に対する上昇倍率を算出し、該上昇倍率が予め設定される設定倍率よりも高い場合には、該イオン濃度の急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性が高いと予測し、該上昇倍率が設定倍率よりも低い場合には、該イオン濃度の急上昇が観測された日から所定の期間に至るまでのあいだに、積算降水量が、予め設定される設定積算降水量に達した場合に地盤変位の発生する可能性が高いと予測するようにしたことを特徴とする地盤変位の予測方法である。
請求項２の発明は、前記設定倍率を第一設定倍率とし、該第一設定倍率よりも低い倍率を第二設定倍率として設定し、イオン濃度の上昇倍率が第一設定倍率と第二設定倍率のあいだである場合、該イオン濃度の急上昇が観測された日から所定の期間に至るまでのあいだに、積算降水量が、予め設定される設定積算降水量に達した場合には地盤変位の発生する可能性が高いと予測し、達しない場合には地盤変位の発生する可能性が低いと予測し、第二設定倍率よりも低い場合には、イオン濃度の急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性は低いと予測するようにしたことを特徴とする請求項１記載の地盤変位の予測方法である。
請求項３の発明は、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とされる地区の地下水中に存在する特定イオンのイオン濃度を継続的に測定し、該特定イオンのイオン濃度が急激に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装置において、前記イオン濃度の急上昇があった場合に、該急上昇する前に観測された平均のイオン濃度に対する上昇倍率を算出する上昇倍率算出手段と、該上昇倍率が予め設定される設定倍率よりも高い場合には、該イオン濃度の急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性が高いと予測する一方、該上昇倍率が設定倍率よりも低い場合には、該急上昇が観測された日から所定の期間に至るまでのあいだに、積算降水量が、予め設定される設定積算降水量に達した場合に地盤変位の発生する可能性が高いと予測する予測手段とを備えていることを特徴とする地盤変位の予測装置である。
請求項４の発明は、予測手段には、前記設定倍率を第一設定倍率とし、該第一設定倍率よりも低い倍率を第二設定倍率として登録し、予測手段は、イオン濃度の上昇倍率が第一設定倍率と第二設定倍率のあいだである場合には、該イオン濃度の急上昇が観測された日から所定の期間に至るまでのあいだに、積算降水量が、予め設定される設定積算降水量に達した場合には地盤変位の発生する可能性が高いと予測し、達しない場合には地盤変位の発生する可能性が低いと予測し、第二設定倍率よりも低い場合には、イオン濃度の急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性は低いと予測するように設定されていることを特徴とする請求項３記載の地盤変位の予測装置である。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１または３の発明とすることにより、地すべりや斜面崩壊等の原因となる地盤変位の発生を確度良く予測することが出来る。
請求項２または４の発明とすることにより、地すべりや斜面崩壊等の原因となる地盤変位の発生をより確度良く予測することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】地盤内部の土粒子の様子を示す概略説明図である。
【図２】すべり面の成長と地盤変位の様子を示す概略説明図である。
【図３】イオン濃度がバックグラウンド濃度、ベースライン濃度、ピーク濃度を示す区域の概略説明図である。
【図４】イオン濃度と地盤変位量を示すグラフ図である。
【図５】イオン濃度、３日分合計した降水量、地盤変位量を示すグラフ図である。
【図６】イオン濃度、イオン濃度上昇後のピーク濃度の最高値が観測されてから３箇月に至るまでのあいだの積算降水量、地盤変位量を示すグラフ図である。
【図７】地盤変位の予測装置に用いられるマイクロコンピュータの概略図である。
【図８】地盤変位を予測するための制御部のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
一般に、地すべりや表層崩壊等の斜面崩壊は、風化等による地盤の不安定化に起因して発生する。そして、安定した地盤内部の土粒子は図１に示されるように比較的大きな土粒子（土粒子１）であるが、不安定化した地盤内部では土粒子の微視的な変位や破壊が発生しており、土粒子は土粒子１よりも小さい粉状（土粒子２）になっている。このように土粒子が粉状になった箇所は応力が変化するため土塊が移動し易い状態となり、ここにすべり面３が発生する（図２（Ａ）の状態）。このようなすべり面３が発生するとすべり面周辺の土塊の応力に変化が生じるため土塊が安定になろうとして移動し始める（地盤変位）。この移動によってすべり面３は除々に成長していって地盤４内に広がり（図２（Ｂ）の状態）、成長したすべり面３を滑動面として地盤全体が移動して地すべり崩壊等の土砂災害が発生する（図２（Ｃ）の状態）。
【００１０】
一方、地盤変位の観測対象となる傾斜地に降る雨水は、地表表面に到達した時点では海塩由来の粒子や空中に浮遊する煤煙由来の粒子等を含有し、例えばナトリウムイオン、カルシウムイオン、塩素イオン、硫酸イオン等の低濃度の含有が認められる。このような地表表面における雨水のイオン濃度をバックグラウンド濃度とする（図３参照）。
【００１１】
傾斜地に降った雨水は、地表からやがて地中へと滲み込んでいき、地盤の土粒子の間を通過しながら地下水として集約されていく。
雨水を構成しているのは水であるが、水分子は、一般に強い極性を示すことから、土粒子表面のイオン交換基（例えばシラノール基で、ケイ素原子に結合している水酸基）とのあいだでイオン交換をおこなうことが一般に知られている。このため地盤に浸透していった雨水はイオン交換がなされることによって前記バックグラウンド濃度よりも高いイオン濃度となる。このイオン濃度をベースライン濃度とする。
【００１２】
ところで、土粒子が微細化した場合は、土粒子表面積が全体として増加するため、それだけ土粒子表面のイオン交換基の数も多くなり、このような状態となった土粒子表面を通過した地下水は、微細化する前の土粒子の間を通過した地下水よりもイオンの量（イオン濃度）が多くなっている。このように微細化した直後の土粒子間を通過したことによって高くなったイオン濃度をピーク濃度とする。
前述のすべり面が発生している周辺では、摩擦や部分的な破壊によって土粒子が微細化した状態となっており、土粒子全体としての有効表面積が大きくなっているため、すべり面発生箇所を通過した地下水はピーク濃度となる。
【００１３】
このように傾斜地に降った雨水は傾斜地の表面から地中の地盤を経て地下水となる過程で地中の土粒子とイオン交換を行うため、観測対象地を通過した地下水のイオン濃度は地盤中の土質力学的な、あるいは化学的な状態を反映しており、前述したように地下水のイオン濃度がベースライン濃度からピーク濃度に上昇している場合は、観測対象地の何れかにすべり面が発生したと推測することが出来る。そして、このイオン濃度のベースライン濃度からピーク濃度への上昇率が高ければ高いほど、発生したすべり面の規模は大きいと推測することが出来る。
【００１４】
しかしながら、図４で示されるグラフからも明らかなように、すべり面の発生を示すナトリウムイオンやカルシウムイオン等のイオン濃度が急上昇しても、その後２〜３箇月のあいだに地盤変位が発生しない場合があり、イオン濃度の急上昇と地盤変位とのあいだには必ずしも明確な関連性があるとは言えない。つまり、すべり面の発生は地盤変位の一要因ではあるが、実際の地盤変位を引き起こすにはすべり面の発生とは何か別の要因が存在し、この要因が何らかの条件を満たしたときに地盤変位の引き金（トリガー）となると考えるのが妥当である。
【００１５】
尚、ピーク濃度が測定されなかったにも拘らず斜面崩壊等の現象が発生した場合は、測定している地下水が斜面崩壊をもたらしたすべり面を通過していないと考えることが出来る。仮にあるすべり面によって斜面崩壊が発生したとして、該地区の地下水が必ずしも崩壊斜面を引き起こしたであろうすべり面を通過した地下水であるとは限らない。従って、より正確に地盤変位を予測するためには、観察対象となる斜面を通過する地下水の経路を把握する必要がある。
【００１６】
では、すべり面が発生した後に該すべり面を滑動面として地盤変位を引き起こさせる要因は何か。地盤変位をもたらす主な要因としてまず挙げられるのは地震であり、次に考えられるのが降水である。そして多雨気候の日本においては降水は地震よりも頻繁に見られる自然現象であり、降水の度に地盤内を地下水が流れて地盤に影響を与え続ける。特に梅雨前線の停滞や台風等による降水量の急激な増加が土砂流出等の引き金となっていることは一般によく知られるところである。さらに一旦地中に滲み込んでいった雨水は長く地中に留まって地盤を湿潤状態にしており、そこにさらなる降水が観測されれば地盤はさらに水分を含んで軟弱化して地盤変位が誘発されやすい状態となる。そこで本発明の発明者は、観測対象地においてすべり面が発生した後の所定期間の積算降水量を観測し、該積算降水量とその後の地盤変位発生との因果関係について検討した。
【００１７】
そして本発明の発明者は、長期間に亘り、観測対象地区におけるイオン濃度の変化と積算降水量と地盤変位との関係について観測したところ、以下のような特徴的な現象が発生していることを発見し、本発明を完成した。
（１）イオン濃度の上昇率がかなり高い場合
この場合は、イオン濃度の上昇率が高いことから地盤に発生したすべり面の規模がかなり大きいと推察されるものであって、上昇率の変化があった後、２〜３箇月までのあいだに地盤変位が発生する可能性が高いことが確認され、このような場合には、多量の降水や長く続く降水といった降水量に関する要因がなくとも単独で地盤変位を引き起こす程にすべり面の規模が大きいものであったと推察される。
（２）イオン濃度の上昇率が（１）の場合ほど高くはないが、上昇以前のイオン濃度と比較すると高い上昇率でイオン濃度が上昇している場合
この場合は、イオン濃度の上昇率が（１）ほどではないがそれなりの上昇をしていることから中規模のすべり面が発生していると推察され、この場合はこのイオン濃度の上昇後に多量の降水や長く続く降水等の一定の降水量が観測された場合には、数箇月のあいだに地盤変位が発生する可能性が高いことが確認され、このような場合には、すべり面の発生と降水量が直接の要因となって地盤変位が引き起こされるものと推察される。
（３）イオン濃度の上昇率が（２）よりも低い場合
この場合は、イオン濃度の上昇率が低いが故に、すべり面の発生が小さいものと推察され、その後、多量の降水や長く続く降水があっても地盤変位が発生する可能性が低いことが確認された。
【００１８】
このように地盤変位の発生を、イオン濃度の測定、降水量の測定をすることによって高い確度で予測することができるが、地盤変位の発生予測をする場合に、イオン濃度の上昇率変化の割合や降水量は測定場所によって異なっていて一定ではなく、このため前記（１）〜（３）の区分けは、測定場所において予め観測したデータによって決定されることはいうまでもない。
以下にある一つの場所での観測事例について説明するが、実際の観測事例は複数あり、何れの場合も略同様の現象が観測されている。
【００１９】
図５は、実際に地すべりが観測されたある地区のある観測開始年月から約４年間の観測対象地盤を通過する地下水を継続的に測定して得られた特定イオン（ナトリウムイオン、カルシウムイオン）のイオン濃度値（ｍｇ／Ｌ）、特定観測地点における地盤の変位量（ｍｍ）、毎日測定した降水量を３日分合計した降水量（ｍｍ）を示すグラフ図である。尚、降水量は毎日測定したが、図５では便宜上、３日分合計した降水量を示した。
この地区の表層地盤は風化を強く受けた泥岩であって、過去に幾度かの地すべりが繰り返し発生している。
観測対象地である地すべり発生地に近接した２箇所に傾斜計孔を掘削し、該傾斜計孔の最奥部に設置した各傾斜計ａ、ｂによって地盤変位の変位量を計測している。傾斜計ａは深さ７ｍの位置に設置されており、傾斜計ｂは深さ３ｍの位置に設置されている。
また、２つの傾斜計孔のうち、山裾側の傾斜計孔内に貯留されている地下水を分析用試料として採取している。採取量は地下水１００ｍＬ（ミリリットル）であり、２週間毎に採取してポリエチレンびんに入れ、分析を行った。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＋）およびカルシウムイオン（Ｃａ２＋）の濃度を定量した。図５には、これら定量したイオン濃度値と、前記傾斜計ａ、ｂに表れた地盤変位との関係も示されている。
【００２０】
図５からイオン濃度の変化を見ていくと、まず、地下水中のナトリウムイオン又はカルシウムイオンのイオン濃度が１００ｍｇ／Ｌ未満である場合をベースライン濃度とし、１００ｍｇ／Ｌ以上である場合をピーク濃度とした場合、イオン濃度がピーク濃度を示したのは（Ａ）観測初年度の１月から４月、（Ｂ）観測初年度の８月、（Ｃ）観測開始１年後の５月から７月、（Ｄ）観測開始２年後の６月から８月、（Ｅ）観測開始２年後の９月から１１月、（Ｆ）観測開始３年後の７月である。
【００２１】
次に、地盤の変位量を見ていくと、傾斜計ａ（深さ７ｍ）または傾斜計ｂ（深さ３ｍ）によって測定された地盤の変位量が２ｍｍ以上である場合は、観測初年度の９月に約３ｍｍ、観測開始１年後の７月に約５ｍｍ、９月に約２ｍｍ、観測開始２年後の８月に約２ｍｍ、９月に約４ｍｍ、観測開始３年後の８月に約１２ｍｍである。
【００２２】
ここで、イオン濃度がピーク濃度に達した（Ａ）〜（Ｆ）の各時期について、それぞれピーク濃度の最高値が観測されたときから３箇月に至るまでのあいだの降水量を順次積算していく。図６には、このようにして積算された降水量が示されている。
（Ａ）観測初年度の１月から３月にイオン濃度が１００ｍｇ／Ｌを超える急上昇をしてピーク濃度を示し、３月２５日にはピーク濃度の最高値が観測された。そこでこのピーク濃度の最高値を観測した３月２５日を降水量の積算開始日として降水量を積算していくと、３箇月後の６月２５日に積算降水量が４００ｍｍを超えた。しかしながら該イオン濃度の急上昇日から次にイオン濃度が急上昇する日までのあいだに大きな地盤の変位は発生しなかった。
（Ｂ）観測初年度の７月から８月にかけてイオン濃度が１００ｍｇ／Ｌを超える急上昇をしてピーク濃度を示し、８月１０日にはピーク濃度の最高値が観測された。このピーク濃度の最高値を観測した８月１０日を降水量の積算開始日として降水量を積算していくと、３箇月に至る前の９月５日に積算降水量が４００ｍｍを超えた。そして９月７日に約３ｍｍの地盤の変位を観測した。
（Ｃ）観測開始１年後の５月から７月にかけてイオン濃度が２００ｍｇ／Ｌを超える急上昇をしてピーク濃度を示し、６月３日にはピーク濃度の最高値が観測された。このピーク濃度の最高値を観測した６月３日を降水量の積算開始日として降水量を積算していくと、３箇月に至る前の７月１０日に積算降水量が４００ｍｍを超えた。そして７月１５日に約５ｍｍの地盤の変位を観測し、さらに９月１９日に約２ｍｍの地盤の変位を観測した。
（Ｄ）観測開始２年後の６月から７月にかけてイオン濃度が２００ｍｇ／Ｌを超える急上昇をしてピーク濃度を示し、７月２９日にはピーク濃度の最高値が観測された。このピーク濃度の最高値を観測した７月２９日を降水量の積算開始日として降水量を積算していくと、３箇月に至る前の８月２７日に積算降水量が４００ｍｍを超えた。そして８月３０日に約２ｍｍの地盤の変位を観測し、さらに９月１５日に約４ｍｍの地盤の変位を観測した。
（Ｅ）観測開始２年後の９月と１１月の２回にわたってイオン濃度が２００ｍｇ／Ｌを超える急上昇をしてピーク濃度を示し、９月２３日にはピーク濃度の最高値が観測された。このピーク濃度の最高値を観測した９月２３日を降水量の積算開始日として降水量を積算していくと、３箇月後の１２月２３日になったときの積算降水量は約１７０ｍｍであった。そして該イオン濃度の急上昇から次にイオン濃度が急上昇するまでの間に大きな地盤の変位は発生しなかった。
（Ｆ）観測開始３年後の６月から7月にかけてイオン濃度が４００ｍｇ／Ｌを超える急上昇をしてピーク濃度を示し、７月４日にはピーク濃度の最高値が観測された。このピーク濃度の最高値を観測した７月４日を降水量の積算開始日として降水量を積算していくと、３箇月後の１０月４日に積算降水量が漸く４００ｍｍを超えたが、それ以前の８月２５日には１２ｍｍの大きな地盤変位を観測した。
【００２３】
これら（Ａ）〜（Ｆ）の現象を分析した結果、以下のことが言える。
（ｉ） （Ｆ）の現象では、急上昇したイオン濃度の値は、該イオン濃度が急上昇する前２箇月間のイオン濃度の平均値の約８倍に上昇している。この場合、イオン濃度がピーク濃度の最高値を観測した日を降水量の積算開始日とし、積算降水量が４００ｍｍを超す３箇月後よりも前の８月２５日に１２ｍｍの大きな地盤変位量が観測されており、このことから、イオン濃度が（Ｆ）のように大きく急上昇した場合には、その後の降水の如何に拘らず地盤変位が発生する可能性が高いといえる。
（ｉｉ） （Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の現象では、急上昇したイオン濃度の値は、該該イオン濃度が急上昇する前２箇月間に観測されたイオン濃度の平均値の約２倍と４倍のあいだとなっている。そして、ピーク濃度の最高値が観測された日から３箇月に至るまでのあいだに積算降水量が４００ｍｍを超えた場合には、その後、地盤変位が発生している。このことから急上昇が観測されたイオン濃度値が、イオン濃度の急上昇が観測される前２箇月間のイオン濃度の平均値の２倍〜４倍程度であった場合は、該イオン濃度のピーク濃度の最高値が観測された日から降水量の積算を開始していった場合に、３箇月に至るまでのあいだに積算降水量が４００ｍｍに達すると、地盤変位が発生する可能性が高いといえる。
尚、前記イオン濃度の急上昇が観測される前２箇月間のイオン濃度の平均値の２倍〜４倍程度であった場合において、イオン濃度のピーク濃度の最高値が観測された日から降水量の積算を開始していった場合に、３箇月に至るまでのあいだの積算降水量が４００ｍｍを超えなかった場合については、図面には記載されていないが、地盤変位の発生がなかったことが別途時期の観測で確認されており、この場合には地盤変位の発生の可能性が低いといえる。
（ｉｉｉ） （Ａ）、（Ｅ）の現象では、急上昇したイオン濃度の値そのものは２００ｍｇ／Ｌ以上となっているが、該上昇する前の２箇月間に観測されたイオン濃度の平均値と比較すると２倍にまで至っておらず、イオン濃度の上昇倍率は低いといえる。そして、（Ｅ）の場合、イオン濃度の最高値が観測されてから３箇月までのあいだに積算降水量が４００ｍｍを超える降水および地盤の変位については何れも観測されなかった。これに対し、（Ａ）の場合、イオン濃度の最高値が観測されてから３箇月に至る以前に積算降水量が４００ｍｍを超えたにも拘わらず、その後にイオン濃度の急上昇が観測されるまで地盤の変位は観測されなかった。このことから急上昇したイオン濃度の値が、該急上昇する前の２箇月間に観測されたイオン濃度の平均値の２倍よりも低い場合には、その後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生の可能性は低いといえる。
【００２４】
このような分析に基づいて、イオン濃度の変化とイオン濃度急上昇後の積算降水量とから地盤変位の発生を予測する地盤変位の予測方法を見出した。
（ｉ）イオン濃度が急上昇した場合、該急上昇したイオン濃度の急上昇する前２箇月間に観測されたイオン濃度の平均値に対する上昇倍率を算出し、該上昇倍率が４倍以上の場合は、降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性が高い。尚、ここで上昇倍率４倍を基準倍率として設定したが、これを第一設定倍率とする。
（ｉｉ）イオン濃度が急上昇した場合、該急上昇したイオン濃度の急上昇する前２箇月間に観測されたイオン濃度の平均値に対する上昇倍率を算出し、該上昇倍率が２倍以上４倍未満の場合は、イオン濃度の最高値が観測された日から３箇月に至るまでのあいだに積算降水量が４００ｍｍを超えたら地盤変位の発生する可能性が高い。
（ｉｉｉ）イオン濃度が急上昇した場合、該急上昇したイオン濃度の急上昇する前２箇月間に観測されたイオン濃度の平均値に対する上昇倍率を算出し、該上昇倍率が２倍以上４倍未満の場合は、イオン濃度の最高値が観測された日から３箇月に至るまでのあいだに積算降水量が４００ｍｍを超えなかったら地盤変位の発生する可能性は低い。
（ｉｖ）イオン濃度が急上昇した場合、該急上昇したイオン濃度の急上昇する前２箇月間に観測されたイオン濃度の平均値に対する上昇倍率を算出し、該上昇倍率が２倍未満の場合は降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性は低い。
【００２５】
そしてこれらの事実から次の推定がなされる。
（ｉ）の場合は、イオン濃度の急上昇の上昇倍率が第一設定倍率である４倍よりも高い場合であり、それだけ大規模なすべり面が発生したことを示すものであって、イオン濃度急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位が発生する可能性は高いと推定される。
（ｉｉ）および（ｉｉｉ）の場合は、イオン濃度の急上昇の上昇倍率が第一設定倍率である４倍よりも低く第二設定倍率である２倍よりも高い場合であり、イオン濃度急上昇後の積算降水量によって地盤変位の発生可能性の有無が分かれると推定される。
（ｉｖ）の場合は、イオン濃度の急上昇の上昇倍率が第二設定倍率である２倍よりも低い場合であって、この程度のイオン濃度の上昇では地盤の変位を発生させるほどのすべり面が発生していないと推測され、イオン濃度急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位が発生する可能性は低いと推定される。
【００２６】
尚、本発明の実施の形態では１箇所のみの観測対象地盤についての観測結果に基づいて記載しているが、実際には複数の観測対象地盤での観測を試みている。そして、これらの観測対象地盤においても前記推定が凡そあてはまることが確認されている。
そして第一、第二設定倍率を設定するにあたり、イオン濃度が急上昇する前２箇月間のイオン濃度の平均値を基準にして算出したが、これに限定されるものではなく、例えば、イオン濃度が急上昇する前の１箇月間のイオン濃度の平均値や、前回のイオン濃度の急上昇が治まってから今回のイオン濃度の急上昇が始まる前までのイオン濃度の平均値等、観測地域の実情に応じて適宜設定できるものである。
さらに前記実施の形態では、第一設定倍率を４倍、第二設定倍率を２倍に設定し、第一設定倍率未満第二設定倍率以上のイオン濃度の場合の地盤変位発生予測基準を、ピーク濃度の最高値が観測されたときから３箇月の間に積算降水量が４００ｍｍに達することとしたが、これに限定されるものではないことは勿論であって、これらの数値は、観測地域の環境等によって大きく左右されるものであり、このためこれらの数値については当該観測地域において実際に観測をして求める必要がある。
また第一設定倍率は、第二設定倍率よりも高いものであれば、他の倍率を選択して実施してもよい。そして、設定倍率は第一設定倍率だけでもよいが、その場合は、第一設定倍率以上であれば所定期間の降水を考慮することなく地盤変位発生の可能性を予測し、第一設定倍率未満（以下）であればイオン濃度急上昇後のピーク濃度の最高値から所定期間に至るまでのあいだの積算降水量を観測してこの観測結果を基に地盤変位発生の可能性を予測するよう構成してもよい。
【００２７】
以上の地盤変位の予測方法によって地盤変位を予測する地盤変位の予測装置５は、図７に示すマイクロコンピュータを用いた予測装置によって自動的に行うことができる。予測装置には、記憶手段、演算手段および判断手段等のマイクロコンピュータを構成するに必要な各種必要手段を備えた制御部を有する本体６と、表示部（ディスプレー）７、入力部（キーボード）８とを備えて構成される汎用のものでよい。本体６への必要情報の入力は入力部８から人為的に行っても良いが、各測定器からインターネット回線や空中回線等の情報伝達回線を介して自動的に入力するようにしても良い。
そして次に、予測手順について、図８に示す制御フローに基づいて説明する。まずステップ１（Ｓ１）で、既に求められているイオン濃度の上昇倍率である第一、第二設定倍率Ｎ１、Ｎ２、イオン濃度が急上昇してピーク濃度の最高値が観測された日からカウントする所定期間Ｔ、この所定期間Ｔに至るまでのあいだの積算降水量として設定される設定積算降水量Ｍが初期設定として入力される。次に、ステップ２（Ｓ２）で、前記入力した地下水のイオン濃度の本日（ｎ日）の測定値Ｘｎから２箇月前までのイオン濃度の平均値Ｘａを算出し、ステップ３（Ｓ３）で、該平均値Ｘａに対する本日の測定値Ｘｎの上昇倍率Ｕを算出する。次にステップ４（Ｓ４）で、ステップ３で算出された上昇倍率Ｕが第二設定倍率（本実施の形態では２倍）Ｎ２を超えた（Ｎ２＜Ｕ）かを判別し、超えたと判別された場合、ステップ５（Ｓ５）において、ステップ３で登録された上昇倍率Ｕが第一設定倍率（本実施の形態では４倍）Ｎ１以上（Ｕ≧Ｎ１）か否かを判別し、以上であると判別された場合には、近々、地盤変位が発生する可能性が大きいと予測し、これを報知する。
これに対し、上昇倍率Ｕが第一設定倍率Ｎ１を超えていない（Ｕ＜Ｎ１）と判断された場合には、ステップ６（Ｓ６）において、イオン濃度のピーク濃度最高値が観測された日から３箇月に至るまでのあいだ降水量を積算していく。そしてステップ７（Ｓ７）において、ステップ６で積算された積算降水量が、積算開始日から３箇月以内にステップ１で入力された設定積算降水量Ｍに達したか否かを判断し、達したと判断された場合には、近々、地盤変位が発生する可能性が大きいと予測し、これを報知する。
一方、積算開始日から３箇月を経過しても積算降水量が設定積算降水量Ｍに達しない場合には、ステップ８（Ｓ８）で３箇月間の積算降水量をリセットし、リターンする。
【００２８】
このように、第一、第二設定倍率、設定積算降水量を入力し、急上昇した特定イオンのイオン濃度の測定値と急上昇前の該イオン濃度の平均値に対する上昇倍率を算出して第一、第二設定倍率と比較し、該比較に基づいてさらに演算した積算降水量と設定積算降水量とを比較して地盤変位の予測をし、該予測に基づいて例えば警報を発する等の報知を行うようになっており、このように構成される装置を用いることによって、観測対象地における地盤変位の予測を精度良く行うことが出来る。
尚、ここで入力される第一、第二設定倍率Ｎ1、Ｎ２や設定積算降水量Ｍ或いは所定期間Ｔの数値は前述したように本発明の実施の形態に限定されるものではなく、観測対象地の状況に応じて適宜変更し得るものである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、不安定な斜面地盤において発生する可能性のある地すべり、表層崩壊、がけ崩れなどの土砂災害をもたらすような地盤の変位を予測する地盤変位の予測方法および予測装置の技術分野に利用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
３ すべり面
４ 地盤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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イオン濃度を継続的に測定し、該特定イオンのイオン濃度が急激に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方法において、
前記イオン濃度の急上昇があった場合に、該急上昇する前に観測された平均のイオン濃度に対する上昇倍率を算出し、
該上昇倍率が予め設定される設定倍率よりも高い場合には、該イオン濃度の急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性が高いと予測し、
該上昇倍率が設定倍率よりも低い場合には、該イオン濃度の急上昇が観測された日から所定の期間に至るまでのあいだに、積算降水量が、予め設定される設定積算降水量に達した場合に地盤変位の発生する可能性が高いと予測するようにしたことを特徴とする地盤変位の予測方法。
【請求項２】
前記設定倍率を第一設定倍率とし、該第一設定倍率よりも低い倍率を第二設定倍率として設定し、イオン濃度の上昇倍率が第一設定倍率と第二設定倍率のあいだである場合、該イオン濃度の急上昇が観測された日から所定の期間に至るまでのあいだに、積算降水量が、予め設定される設定積算降水量に達した場合には地盤変位の発生する可能性が高いと予測し、達しない場合には地盤変位の発生する可能性が低いと予測し、第二設定倍率よりも低い場合には、イオン濃度の急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性は低いと予測するようにしたことを特徴とする請求項１記載の地盤変位の予測方法。
【請求項３】
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イオン濃度を継続的に測定し、該特定イオンのイオン濃度が急激に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装置において、
前記イオン濃度の急上昇があった場合に、該急上昇する前に観測された平均のイオン濃度に対する上昇倍率を算出する上昇倍率算出手段と、
該上昇倍率が予め設定される設定倍率よりも高い場合には、該イオン濃度の急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性が高いと予測する一方、
該上昇倍率が設定倍率よりも低い場合には、該急上昇が観測された日から所定の期間に至るまでのあいだに、積算降水量が、予め設定される設定積算降水量に達した場合に地盤変位の発生する可能性が高いと予測する予測手段とを備えていることを特徴とする地盤変位の予測装置。
【請求項４】
予測手段には、前記設定倍率を第一設定倍率とし、該第一設定倍率よりも低い倍率を第二設定倍率として登録し、予測手段は、イオン濃度の上昇倍率が第一設定倍率と第二設定倍率のあいだである場合には、該イオン濃度の急上昇が観測された日から所定の期間に至るまでのあいだに、積算降水量が、予め設定される設定積算降水量に達した場合には地盤変位の発生する可能性が高いと予測し、達しない場合には地盤変位の発生する可能性が低いと予測し、第二設定倍率よりも低い場合には、イオン濃度の急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性は低いと予測するように設定されていることを特徴とする請求項３記載の地盤変位の予測装置。
【請求項１】
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イオン濃度を継続的に測定し、該特定イオンのイオン濃度が急激に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方法において、
前記イオン濃度の急上昇があった場合に、該急上昇する前に観測された平均のイオン濃度に対する上昇倍率を算出し、
該上昇倍率が予め設定される設定倍率よりも高い場合には、該イオン濃度の急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性が高いと予測し、
該上昇倍率が設定倍率よりも低い場合には、該イオン濃度の急上昇が観測された日から所定の期間に至るまでのあいだに、積算降水量が、予め設定される設定積算降水量に達した場合に地盤変位の発生する可能性が高いと予測するようにしたことを特徴とする地盤変位の予測方法。
【請求項２】
前記設定倍率を第一設定倍率とし、該第一設定倍率よりも低い倍率を第二設定倍率として設定し、イオン濃度の上昇倍率が第一設定倍率と第二設定倍率のあいだである場合、該イオン濃度の急上昇が観測された日から所定の期間に至るまでのあいだに、積算降水量が、予め設定される設定積算降水量に達した場合には地盤変位の発生する可能性が高いと予測し、達しない場合には地盤変位の発生する可能性が低いと予測し、第二設定倍率よりも低い場合には、イオン濃度の急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性は低いと予測するようにしたことを特徴とする請求項１記載の地盤変位の予測方法。
【請求項３】
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イオン濃度を継続的に測定し、該特定イオンのイオン濃度が急激に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装置において、
前記イオン濃度の急上昇があった場合に、該急上昇する前に観測された平均のイオン濃度に対する上昇倍率を算出する上昇倍率算出手段と、
該上昇倍率が予め設定される設定倍率よりも高い場合には、該イオン濃度の急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性が高いと予測する一方、
該上昇倍率が設定倍率よりも低い場合には、該急上昇が観測された日から所定の期間に至るまでのあいだに、積算降水量が、予め設定される設定積算降水量に達した場合に地盤変位の発生する可能性が高いと予測する予測手段とを備えていることを特徴とする地盤変位の予測装置。
【請求項４】
予測手段には、前記設定倍率を第一設定倍率とし、該第一設定倍率よりも低い倍率を第二設定倍率として登録し、予測手段は、イオン濃度の上昇倍率が第一設定倍率と第二設定倍率のあいだである場合には、該イオン濃度の急上昇が観測された日から所定の期間に至るまでのあいだに、積算降水量が、予め設定される設定積算降水量に達した場合には地盤変位の発生する可能性が高いと予測し、達しない場合には地盤変位の発生する可能性が低いと予測し、第二設定倍率よりも低い場合には、イオン濃度の急上昇後の降水の如何に拘らず地盤変位の発生する可能性は低いと予測するように設定されていることを特徴とする請求項３記載の地盤変位の予測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２５０１５（Ｐ２０１２−２２５０１５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９１９５０（Ｐ２０１１−９１９５０）
【出願日】平成２３年４月１８日（２０１１．４．１８）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１８日（２０１１．４．１８）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
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