地盤調査装置
【課題】地盤中に水みちの働きによる土砂流動が発生し得る状況が存在するか否かを判別することにより水みちの働きによる土砂の流動に伴う空洞の形成に起因して地盤が陥没するというメカニズムによる地盤陥没の発生を未然に防ぐことを可能とする。
【解決手段】正弦波電流を送信する手段と、正弦波電流を供給する電極を切り替える電流用スイッチ回路と、電位信号を受信する電極を切り替える電位用スイッチ回路と、電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、電位信号の実効値を検出する電位用積分回路と、地盤中に液体を浸透させながら二極法によって地盤の三次元電気探査を行って地盤中への液体の浸透分布と比べて突出して液体が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定する手段とを有するようにした。
【解決手段】正弦波電流を送信する手段と、正弦波電流を供給する電極を切り替える電流用スイッチ回路と、電位信号を受信する電極を切り替える電位用スイッチ回路と、電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、電位信号の実効値を検出する電位用積分回路と、地盤中に液体を浸透させながら二極法によって地盤の三次元電気探査を行って地盤中への液体の浸透分布と比べて突出して液体が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定する手段とを有するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤調査装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、地盤陥没の発生可能性の評価に用いて好適な地盤調査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤の陥没は、一般には、炭鉱等の採掘後地中に残地された空洞やトンネル掘削時に残地された空洞など人工的な空洞が崩落することによって発生すると考えられている。特に、図１１（Ａ）に示すように、道路や鉄道あるいは導水路などのトンネル１０１を建設する場合は、実際のトンネル１０１の断面よりも大きい断面で地盤１０２が掘削される場合もあり、さらに、建設されたトンネル１０１の外周面と掘削された地盤空洞の内周面との間のすき間が埋め戻されずにトンネル１０１の外側近傍に空隙１０３が残地されていることがある。そして、図１１（Ｂ）に示すように、トンネル１０１の背面に残された空隙１０３即ち人工的な空洞が崩落することによって地盤１０２の陥没が発生すると考えられている。なお、地盤中の空洞を原因としては、地表面が一気に落ちることによって地盤陥没が発生する場合と、崩落を繰り返しながら空洞が徐々に上昇して地盤陥没が発生する場合とがあると考えられている（非特許文献１）。
【０００３】
【非特許文献１】川本：地盤陥没災害と地下空洞調査について，物理探査，Vol.５８，No.６，pp.589-597，２００５年．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本発明者等は、地盤陥没発生のメカニズムの検討を行う中で、地盤の陥没は、人工的に形成された空洞が地盤中に予め存在することに起因して発生する場合に限られるものではなく、地盤中にパイプ状の孔（水みちとも呼ばれる）が存在若しくは形成されてこのパイプ状の孔における水の流動に土砂が引き込まれることによって即ち水みちが土砂を運搬する経路となることによって地表面に近い箇所で空洞が新たに形成されることに起因して発生する場合もあることを発見した。
【０００５】
具体的には、図１２に示すように、せん断や引張りを受けている地盤１０２の弱点部を地表面１０４に降った雨水１０５が選択的に流れながら地盤１０２中に浸透し（図１２（Ａ））、この地盤１０２の弱点部であって雨水の浸透経路１０６にやがてパイプ状の孔の水みち１０７が形成され、この水みち１０７における水の流動に地盤１０２の土砂が引き込まれ運搬されて地表面１０４に近い箇所に空洞１０８が形成される（図１２（Ｂ））。そして、このようにして新たに形成された空洞１０８が原因となって地盤１０２の陥没が発生するというメカニズムがあることを発見した。
【０００６】
そして、上述のように、従来は、人工的に形成されて地盤中に予め存在する空洞が崩落することによって地盤の陥没が発生すると考えられてきたため、地盤陥没に対しては地盤陥没の原因となる地表面下の空洞を発見してこれを充填するという対策がとられてきた。このため、従来の地盤陥没の発生可能性の評価のための地盤調査においては、地盤中に既に形成された空洞そのものを発見することを目的としており、地盤の電気探査を一回だけ行い、得られた結果に現れる異常領域を空洞と推定するようにしている。したがって、従来の地盤調査では、土砂が運搬され得る状況が存在して空洞を形成し得る状態が地盤中で生じていることを検知するようにはしていない。よって、従来の地盤陥没発生メカニズムの考え方及びそれに基づく地盤調査では、地盤中の土砂が水みちにおける水の流動により運搬されることによって空洞が新たに形成されて地盤が陥没するというメカニズムによる地盤陥没を空洞が形成される前に検知して未然に防ぐことはできない。
【０００７】
以上より、従来のように、地盤陥没発生メカニズムとして地盤中に空洞が予め存在する場合のみを前提とすると共に、このメカニズムに従って発生する地盤陥没を防ぐべく空洞を充填等するために地盤中に既に形成された空洞の発見のみを地盤調査の目的とすることは地盤陥没発生の防止策として充分であるとは言えない。
【０００８】
そこで、本発明は、地盤中の水みちの働きによる土砂の流動に伴う空洞の形成に起因して地盤が陥没するというメカニズムによる地盤陥没の発生を未然に防ぐために地盤中に水みちの働きによる土砂流動が発生し得る状況が存在するか否かを判別することができる地盤調査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の地盤調査装置は、正弦波電流を送信する手段と、地表面に展開される電極のそれぞれに接続されて択一的に導通状態にされる電流用リレーを備え正弦波電流を供給する電極を切り替える電流用スイッチ回路と、電流用リレーのそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレーに接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレーを備え電位信号を受信する電極を切り替える電位用スイッチ回路と、電位用リレーのそれぞれに接続され電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、増幅及びフィルタ回路のそれぞれに接続され電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路とを有し、二極法によって地盤の三次元電気探査を行うようにしている。
【００１０】
したがって、この地盤調査装置によると、地表面に展開される電極と同じ数の電流用リレーと電位用リレーと増幅及びフィルタ回路と電位用実効値積分回路とを有して二極法によって地盤の三次元電気探査を行うようにしているので、地盤の三次元電気探査を短時間で行うことができる。
【００１１】
そして、請求項３記載の地盤調査装置は、正弦波電流を送信する手段と、地表面に展開される電流用電極毎に配置され該電流用電極に接続されて択一的に導通状態になって正弦波電流を供給する電流用電極を切り替える電流用リレーと、各電流用電極と組み合わされてに配置される電位用電極のそれぞれに接続されて各電位用電極での接地インピーダンスを低減する演算増幅器と、演算増幅器のそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレーに接続する各電流用電極と組み合わされている電位用電極に接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレーを備え電位信号を受信する電位用電極を切り替える電位用スイッチ回路と、電位用リレーのそれぞれに接続され電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、増幅及びフィルタ回路のそれぞれに接続され電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路とを有し、二極法によって地盤の三次元電気探査を行うようにしている。
【００１２】
この地盤調査装置によると、地表面に展開される電流用電極と同じ数の電流用リレーと演算増幅器と地表面に展開される電位用電極と同じ数の電位用リレーと増幅及びフィルタ回路と電位用実効値積分回路とを有して二極法によって地盤の三次元電気探査を行うようにしているので、地盤の三次元電気探査を短時間で行うことができる。
【００１３】
また、この地盤調査装置によると、正弦波電流を供給する電流用電極を切り替えるための電流用リレーを電流用電極毎に配置するようにしているので、択一的に選択された電流用電極に正弦波電流を供給するためのケーブルからリークが発生して選択された電流用電極以外の電極に接続するケーブルが影響を受けても選択された電流用電極以外の電極から電流が流れることがないので当該リークによる電位信号のノイズの発生を抑制することができる。
【００１４】
また、請求項２記載の地盤調査装置は、正弦波電流を送信する手段と、地表面に展開される電極のそれぞれに接続されて択一的に導通状態にされる電流用リレーを備え正弦波電流を供給する電極を切り替える電流用スイッチ回路と、電流用リレーのそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレーに接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレーを備え電位信号を受信する電極を切り替える電位用スイッチ回路と、電位用リレーのそれぞれに接続され電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、増幅及びフィルタ回路のそれぞれに接続され電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路と、地盤中に液体を浸透させながら二極法によって地盤の三次元電気探査を行って地盤中への液体の浸透分布と比べて突出して液体が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定する手段とを有するようにしている。
【００１５】
したがって、この地盤調査装置によると、地表面に展開される電極と同じ数の電流用リレーと電位用リレーと増幅及びフィルタ回路と電位用実効値積分回路とを有することによって地盤の三次元電気探査を短時間で行うことを可能にすると共に地盤中に液体を浸透させながら地盤の三次元電気探査を行うようにしているので、例えば水みちのように液体の浸透性が高く液体の流動によって土砂が運搬され得る状況が、地盤中への液体の浸透分布と比べて突出して液体が浸透している箇所として検知される。
【００１６】
そして、請求項４記載の地盤調査装置は、正弦波電流を送信する手段と、地表面に展開される電流用電極毎に配置され該電流用電極に接続されて択一的に導通状態になって正弦波電流を供給する電流用電極を切り替える電流用リレーと、各電流用電極と組み合わされて配置される電位用電極のそれぞれに接続されて各電位用電極での接地インピーダンスを低減する演算増幅器と、演算増幅器のそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレーに接続する各電流用電極と組み合わされている電位用電極に接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレーを備え電位信号を受信する電位用電極を切り替える電位用スイッチ回路と、電位用リレーのそれぞれに接続され電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、増幅及びフィルタ回路のそれぞれに接続され電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路と、地盤中に液体を浸透させながら二極法によって地盤の三次元電気探査を行って地盤中への液体の浸透分布と比べて突出して液体が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定する手段とを有するようにしている。
【００１７】
この地盤調査装置によると、地表面に展開される電流用電極と同じ数の電流用リレーと演算増幅器と地表面に展開される電位用電極と同じ数の電位用リレーと増幅及びフィルタ回路と電位用実効値積分回路とを有することによって地盤の三次元電気探査を短時間で行うことを可能にすると共に地盤中に液体を浸透させながら地盤の三次元電気探査を行うようにしているので、例えば水みちのように液体の浸透性が高く液体の流動によって土砂が運搬され得る状況が、地盤中への液体の浸透分布と比べて突出して液体が浸透している箇所として検知される。
【００１８】
また、この地盤調査装置によると、正弦波電流を供給する電流用電極を切り替えるための電流用リレーを電流用電極毎に配置するようにしているので、択一的に選択された電流用電極に正弦波電流を供給するためのケーブルからリークが発生して選択された電流用電極以外の電極に接続するケーブルが影響を受けても選択された電流用電極以外の電極から電流が流れることがないので当該リークによる電位信号のノイズの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の地盤調査装置によれば、地盤の三次元電気探査を短時間で行うことができる。さらに、本発明の地盤調査装置によれば、例えば水みちのように液体の浸透性が高く液体の流動によって土砂が運搬され得る状況が、地盤中への液体の浸透分布と比べて突出して液体が浸透している箇所として検知することが可能であり、地盤中の土砂が水みちにおける水の流動により運搬されることによって空洞が新たに形成されて地盤が陥没するというメカニズムによる地盤陥没を空洞が形成される前に検知して未然に防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１から図９に、本発明の地盤調査装置の実施形態の一例を示す。この地盤調査装置は、正弦波電流を送信する送信装置１１と、地表面７に展開される電極１のそれぞれに接続されて択一的に導通状態にされる電流用リレー２６を備え正弦波電流を供給する電極１を切り替える電流用スイッチ回路２５と、電流用リレー２６のそれぞれに接続されて導通状態にされた電流用リレー２６に接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレー３５を備え電位信号を受信する電極１を切り替える電位用スイッチ回路３４と、電位用リレー３５のそれぞれに接続され電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路２９と、増幅及びフィルタ回路２９のそれぞれに接続され電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路３１とを有し、地盤６中に液体９を浸透させながら二極法によって地盤６の三次元電気探査を行い、地盤６中への液体９の浸透分布と比べて突出して液体９が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定するようにしている。
【００２２】
図１に、上記本発明の地盤調査装置を用いた地盤調査方法の実施形態の一例のフローチャートを示す。本実施形態ではこの図１に示すフローチャートに従って説明する。本発明の地盤調査装置を用いた地盤調査方法の実行にあたっては、まず、Ｓ３の処理における三次元電気探査を行うための電極を調査対象地域の地表面に展開する（Ｓ１）。
【００２３】
本発明では、複数の電極１-1，１-2，１-3，…（以下、適宜、単に電極１と表記する）が地表面７に面的に展開される。なお、電極１が設置される点を測点と呼ぶ。したがって、電極１は即ち測点でもあるので、適宜、電極１又は測点１と表記する。
【００２４】
本発明において地盤の三次元電気探査を行うために地表面７に展開される測点１の数や配置の仕方や相互の間隔に制限はなく、調査対象地域１３の面積や形状、必要とされる調査結果の精度等を考慮して適宜設定される。具体的には例えば、６０箇所から３００箇所程度の測点を、相互に等間隔に縦横の並びを揃えて配置し、相互の間隔を１０ｃｍから２ｍ程度にすることなどが考えられる。本実施形態では、図２に示すように、合計６０点の測点１を縦横の並びを揃えて５列×１２列に１ｍ間隔で配置する。
【００２５】
電極１は、例えばステンレス製の電極であり、地表面７から例えば３０〜４０ｃｍの深さまで差し込まれる。電極１の太さは例えば１５ｍｍ程度である。
【００２６】
なお、本発明は、少なくとも地表面７から地盤中への液体の浸透性がある地盤であれば適用可能である。
【００２７】
次に、調査対象地域１３の地表面７から地盤中に液体を浸透させる（Ｓ２）。
【００２８】
地盤中に浸透させる液体は、地盤中に浸透させた場合に地盤の比抵抗を変化させることができる液体であれば良く、具体的には例えば雨水、河川水、水道水等、あるいは、これらの液体に電解質の物質を混入させて電気伝導性を高めたものが用いられる。なお、三次元電気探査を実施した場合に地盤の比抵抗の変化の度合いが大きくなって地盤状態の判断をし易くするために電気伝導性がより高い若しくは電気伝導性をより高めた液体を用いることが望ましい。
【００２９】
地盤中に液体を浸透させる方法としては、例えば、降雨による雨水の地盤への浸透を利用する方法と、図３に示すように、散水車８等を用いて人工的に液体９を調査対象地域１３の地表面７全体に亘って散布して地盤中に浸透させる方法とが考えられる。なお、これら二つの方法を組み合わせて用いても良い。
【００３０】
地盤中に浸透させる液体９の総量並びに液体９を地盤中に浸透させる速度は、地盤中に水みちが存在する場合であって当該水みちにおいて水の流動が生じる場合に、Ｓ３の処理における三次元電気探査によって周辺地盤と比べて液体９の浸透速度が速い箇所として水みちの存在が検知可能な量に適宜調整される。
【００３１】
例えば、液体９の総量が少ない若しくは液体９を浸透させる速度が遅いために水みちが存在していたとしても当該水みちに供給される液体９の量が僅かにしかならない若しくは当該水みちおける液体９の浸透速度と周辺地盤における液体９の浸透速度との間に差が生じないので液体９の浸透の進行が周辺と比べて突出する箇所として水みちの存在を検知することができないと考えられる場合には液体９の量を増やしたり液体９を浸透させる速度を速くしたりする。一方、液体９を浸透させる速度が速いために水みちが存在するか否かに拘わらず地盤全体に亘って急速に一斉に液体９が浸透して水みちにおける液体９の浸透速度と周辺地盤における液体９の浸透速度との間に差が生じないので液体９の浸透の進行が周辺と比べて突出する箇所として水みちの存在を検知することができないと考えられる場合には液体９を浸透させる速度を遅くする。
【００３２】
なお、調査対象地域１３における液体９の地盤中への平均的な浸透速度は地盤の例えば透水係数や液体９の粘性率等により異なるので、実際に三次元電気探査を行いながら適宜調整するようにしても良い。
【００３３】
また、降雨による雨水を利用する場合には地盤中に浸透させる液体９の量や浸透させる速度を人工的に調整することはできないので、条件に合致する降水量の降雨が見込める場合に本発明の地盤調査装置を用いた地盤調査方法を適用したり、降雨による雨水だけでは液体９の量が足りない場合には散水車８等を用いた液体９の散布を合わせて行って本発明の地盤調査装置を用いた地盤調査方法を適用したりする。
【００３４】
次に、三次元電気探査法を用いて地盤中への液体の浸透状況の計測を行う（Ｓ３）。
【００３５】
本発明の地盤調査装置を用いた地盤調査方法は、調査対象地域１３の地盤中に水みちが存在する場合にこの水みちを当該地盤における液体９の浸透分布と比べて突出して液体９が浸透している箇所として検知することを目的としている。
【００３６】
ここで、水みちにおいて短時間のうちに周辺地盤と比べて突出して液体９が浸透したとしても、時間の経過と共に周辺地盤においても液体９の浸透が進行して水みちにおける液体９の浸透に追いつくと考えられる。すなわち、水みちにおいて周辺地盤と比べて一時的に液体９の浸透の進行が突出したとしても時間の経過と共に周辺地盤の液体９の浸透に埋もれてしまうと考えられる。
【００３７】
したがって、液体９が周辺地盤と比べて突出して浸透する箇所を検知するためには、三次元電気探査法を用いた液体９の地盤中への浸透状況の計測を短い時間間隔で継続的に行う必要がある。例えば、予測される水みちの流体浸透速度が１０−２ｃｍ／秒程度即ち０．６ｃｍ／分の場合は数分間隔の計測で充分である。また、浸透速度が１０−０ｃｍ／秒程度即ち６０ｃｍ／分の場合は１分より短い間隔で計測を行うことが好ましい。
【００３８】
ここで、三次元電気探査法による地盤の電気探査を行う従来の装置は一回の計測に多大な時間を必要とし、数分間隔で計測することはできない。そこで、上述の地盤調査方法を適用するために三次元電気探査法を用いた地盤の電気探査を短時間で行うことができる本発明の地盤調査装置を用いて地盤中への液体９の浸透状況の計測を行う。
【００３９】
上述の地盤調査方法に従った地盤の三次元電気探査を行うための地盤調査装置の機能ブロック図を図４に示す。この地盤調査装置は、制御装置１０と送信装置１１と受信装置２０とから構成される。
【００４０】
制御装置１０は、中央演算処理装置３３を有する例えばコンピュータであり、送信装置１１及び受信装置２０の動作を制御するものである。
【００４１】
送信装置１１は、測点１の中から選択された一箇所に対して当該測点１を電流電極１ａとして電流を供給すると共に電流用遠電極２に対して電流を供給するものである。
【００４２】
送信装置１１は、端子１１ａ及び端子１１ｂを有し、これらの端子間に一定周期で電流を供給し、電流値及び電流の送信周波数を調節することができる。なお、送信装置１１には発電機５が接続され、送信装置１１はこの発電機５から電力の供給を受けて作動する。
【００４３】
送信装置１１から任意の周波数のリファレンス信号（ｃｏｓ波である）に同期した電流が、パワーアンプ（電力増幅器）及び絶縁トランス１１ｃで増幅され、端子１１ａ及び端子１１ｂの間に送信されて地盤に送信される。このリファレンス信号は制御装置１０の中央演算処理装置３３によって制御される。端子１１ａは受信装置２０を介して測点１の中から選択された一箇所の電流電極１ａと導通され、端子１１ｂは電流用遠電極２と接続される。電流値は、例えば１ｍＡ〜４００ｍＡの範囲で調節可能とされ、計測条件等に応じて適宜選択される。ただし、調整できる範囲はこれに限られるものではなく、１ｍＡ未満や４００ｍＡを超える電流を供給できるようにしても良い。
【００４４】
また、液体９が周辺地盤と比べて突出して浸透する箇所を検知するためには、前述のとおり、地盤の三次元電気探査を短時間のうちに行う必要がある。そのため、送信装置１１は、高い送信周波数で電流電極１ａと電流用遠電極２との間に正弦波電流を供給する。具体的には例えば、送信装置１１は１２８Ｈｚ〜５１２０Ｈｚの範囲の送信周波数で正弦波電流を供給する。なお、予測される流体の浸透速度に基づき最適な送信周波数を選定するが、浸透速度が大きいほどそれに伴う地盤の比抵抗が変化する速度も大きくなるため、より高い周波数で送信して極力短時間で計測することが好ましい。
【００４５】
受信装置２０は、送信装置１１の正弦波電流を供給する測点１の電流電極１ａの切り替えを行うと共に、測点１の電位電極１ｂと電位用遠電極３との間の電位信号（具体的には電位差）を同時に受信するものである。ここで、電位電極１ｂは、電流電極１ａとして働く測点を除く全ての測点に設置された電極１である。
【００４６】
例えば、全測点数が６０点の場合、６０点の中から選択された一箇所の測点１を電流電極１ａとして切り替え、当該電流電極１ａから流した電流によって地盤に生じた電位信号を、電流電極１ａを除く全ての測点１（５９点である）を電位電極１ｂとして切り替えて同時に受信する。なお、電位信号は各電位電極１ｂと電位用遠電極３との間の電位差として計測する。
【００４７】
受信装置２０は電極切替部２１と複素位相検波部２２とサンプリング部２３とを有する。なお、受信装置２０にはバッテリー４が接続され、受信装置２０はこのバッテリー４から電力の供給を受けて作動する。
【００４８】
受信装置２０の電極切替部２１は、複数の測点１の中から選択された一箇所の電流電極１ａに通じる導線を送信装置１１の端子１１ａに接続するものである。通常は、全ての測点１が送信装置１１の端子１１ａと切断状態になっていると共に複素位相検波部２２の複数の電位用実効値積分回路３１とそれぞれ導通状態になっているが、電流電極１ａとして選択された一箇所の測点１は電位用実効値積分回路３１とは切断状態になると共に送信装置１１の端子１１ａと導通状態になる。
【００４９】
受信装置２０の電極切替部２１は、電流検出回路２４、電流用スイッチ回路２５、電位用スイッチ回路３４、増幅及びフィルタ回路２９を備える。
【００５０】
電流検出回路２４は、アイソレーションアンプ２４ａによって電流電極１ａから地盤に流れた電流を抵抗２４ｂで生じた電圧値として検出するものである。電流検出回路２４は、送信装置１１の端子１１ａと電流用スイッチ回路２５との間に接続される。
【００５１】
電流用スイッチ回路２５は、測点１の電流電極１ａに通じる導線の接続と切断とを制御するものである。
【００５２】
電流用スイッチ回路２５は、図５に示すように、電極１に接続された本線２７と、送信装置１１の端子１１ａと各本線２７とを接続する分岐線２８と、各分岐線２８の途中に設けられた電流用リレー２６-1，２６-2，２６-3，…（以下、適宜、単に電流用リレー２６と表記する）とを備える。本実施形態では、測点１の数に対応して６０本の本線２７を有すると共に６０個の電流用リレー２６を有する。
【００５３】
電位用スイッチ回路３４は、全ての測点１の電極に通じる導線の接続と切断とを制御するものである。
【００５４】
電位用スイッチ回路３４は、図４に示すように、測点１のそれぞれの電極に接続された本線２７と、各本線２７の途中に設けられた電位用リレー３５-1，３５-2，３５-3，…（以下、適宜、単に電位用リレー３５と表記する）とを備える。本実施形態では、測点１の数に対応して６０本の本線２７を有すると共に６０個の電位用リレー３５を有する。
【００５５】
通常、１番目の測点１の電極に通じる本線２７は１番目の電位用リレー３５-1に、２番目の測点１の電極に通じる本線２７は２番目の電位用リレー３５-2に、同様に、３番目の測点１の電極に通じる本線２７は３番目の電位用リレー３５-3に、さらに 、６０番目の測点１の電極に通じる本線２７は６０番目の電位用リレー３５-60にそれぞれ接続される。
【００５６】
ここで、各電流用リレー２６は通常は切断状態にあり、択一的に導通操作される。また、各電位用リレー３５は通常は導通状態にあり、択一的に切断操作される。例えば、全ての電流用リレー２６が切断状態にあると共に全ての電位用リレー３５が導通状態にあり、１番目の測点１-1を電流電極１ａとして送信装置１１の端子１１ａに導通させる場合には、測点１-1に接続する本線２７に接続された分岐線２８に設けられている電流用リレー２６-1を導通状態にする。同時に、測点１-1に接続する本線２７に接続された電位用リレー３５-1を切断状態にする（図４に示す状態）。次に、２番目の測点１-2を電流電極１ａとして送信装置１１の端子１１ａに接続させる場合には、１番目の測点１-1に接続する本線２７に接続された分岐線２８に設けられている電流用リレー２６-1を切断状態にし且つ測点１-1に接続する本線２７に接続された電位用リレー３５-1を導通状態にすると共に、２番目の測点１-2に接続する本線２７に接続された分岐線２８に設けられている電流用リレー２６-2を導通状態にし且つ測点１-2に接続する本線２７に接続された電位用リレー３５-2を切断状態にする。３番目〜６０番目の測点１-3〜１-60を電流電極１ａとして端子１１ａに接続する場合も同様である。すなわち、同一の測点１に接続する本線２７に接続された電流用リレー２６と電位用リレー３５とはどちらか一方が導通状態になった場合、それに連動してもう一方は必ず切断状態になる。
【００５７】
各電流用リレー２６及び各電位用リレー３５の切断と接続との切替操作は制御装置１０の中央演算処理装置３３によって制御される。
【００５８】
増幅及びフィルタ回路２９は、測点１に設置されている各電極で受信した電位信号に対し、増幅度０，２０，４０ｄＢ（０，１０，１００倍）のうち一つを選択して増幅すると共に、フィルタ回路（ハイパスフィルタ）においてノイズとなる商用周波数帯（５０〜６０Ｈｚ）のレベルを−６ｄＢ（１／２倍）に低下させるものである。なお、本フィルタ回路による位相のずれはほとんど生じない。
【００５９】
また、複素位相検波部２２は、電流検出回路２４と接続された１組の電流用実効値積分回路３０と、増幅及びフィルタ回路２９のそれぞれに接続された６０組の電位用実効値積分回路３１とを備える。
【００６０】
電流用実効値積分回路３０は、デジタル化した波形データに対して通常は計算機で行われていたフーリエ変換と同種の処理を本アナログ系において実行し、電流検出回路２４により電圧値に変換された電流信号の実効値を検出するものである。
【００６１】
６０組の電位用実効値積分回路３１は、上述と同様の方式によって測点１のそれぞれの電極と電位用遠電極３との間の電位差として受信した電位信号の実効値を検出するものである。
【００６２】
電位用実効値積分回路３１の構成図を図６に示す。なお、電流用実効値積分回路３０の構成も同様である。入力信号（電流信号あるいは電位信号）は、設定周波数に対応して制御装置１０の中央演算処理装置３３より発信するリファレンス信号即ちｃｏｓ波及びｓｉｎ波によるゲイン制御が施される。すなわち、入力信号はｃｏｓ波ゲイン制御回路４１ａ及びｓｉｎ波ゲイン制御回路４１ｂに分岐して入力される。なお、これら二つのリファレンス信号のうちｃｏｓ波は送信電流に同期している。次に、各制御回路４１ａ及び４１ｂでゲイン制御された出力信号はそれぞれｃｏｓ積分回路４２ａ及びｓｉｎ積分回路４２ｂに入力され、Ｔ秒間の積分値（ｃｏｓ変換成分及びｓｉｎ変換成分）として蓄えられる。これらの積分値では、送信周波数と同一の信号波のみが時間と共に増加し、他の周波数の信号波あるいはノイズは数学的な直交性によりその積分値はゼロとなる。
【００６３】
また、サンプリング部２３は、Ａ／Ｄ変換器３２を備える。
【００６４】
Ａ／Ｄ変換器３２は、１組の電流用実効値積分回路３０及び６０組の電位用実効値積分回路３１からの信号が入力されると共に、それぞれのｃｏｓ積分回路４２ａ及びｓｉｎ積分回路４２ｂに蓄えられた積分値（即ちｃｏｓ変換成分及びｓｉｎ変換成分）を順次スキャニングしてデジタルデータに変換して出力する。
【００６５】
Ａ／Ｄ変換器３２より出力されたデジタルデータは制御装置１０の中央演算処理装置３３に入力される。
【００６６】
制御装置１０に転送されたｃｏｓ変換成分及びｓｉｎ変換成分は積分時間Ｔによって正規化され、以下に示すステップによって計算機処理により振幅及び位相差が算出される。まず、信号は数式１で表される。
【００６７】
【数１】
ここに、Ａ：信号，Ｒ：振幅，φ：位相，ω：角周波数，ｔ：時間。
【００６８】
ｃｏｓ波ゲイン制御として数式２の変換を行うと共に、ｓｉｎ波ゲイン制御として数式３の変換を行う。
【００６９】
【数２】
【数３】
【００７０】
数式２及び数式３を積分時間Ｔで除すことにより、ｃｏｓ変換成分は数式４に示す通りになり、ｓｉｎ変換成分は数式５に示す通りになる。
【００７１】
【数４】
【数５】
【００７２】
したがって、振幅Ｒは数式６に示す通りになり、位相差φは数式７に示す通りになる。
【００７３】
【数６】
【数７】
【００７４】
また、中央演算処理装置３３は送信装置１１及び受信装置２０にリファレンス信号を送る。すなわち、送信装置１１では本信号に同期した電流が地盤に送信される。受信装置２０の電流用及び電位用実効値積分回路３０及び３１では、入力信号に対し本信号に同期したｃｏｓ変換及び位相が９０度ずれたｓｉｎ変換処理が行われる。さらに、中央演算処理装置３３は電極切替部２１の送信用リレーである電流用リレー２６及び受信用リレーである電位用リレー３５の動作を制御する。
【００７５】
続いて、この地盤調査装置による地盤の電気探査の方法について説明する。
【００７６】
本装置は、二極法を前提とした探査専用に対応している。探査対象物のスケール及び深度に対応した測点間隔、調査領域の測点位置に電極を設置し、各電極と受信装置の接続用端子と結線する。例えば、１ｍスケールの探査対象物が深度５ｍ程度にあることが予測される場合、測点間隔は１ｍ以内、測線長は２５ｍ以上にする必要がある。また、調査領域より互いに反対方向に離れた２地点（長方形の場合は長辺の５倍以上）に、電流用遠電極２、電位用遠電極３をそれぞれ設置し、装置の遠電極接続用端子と結線する。例えば、図２に示すように調査領域が２４ｍ×４ｍの場合は、その中心位置より１００ｍ以上離れた地点に遠電極を設置する必要がある。
【００７７】
次に、二極法による測定では、全測点の中から選択された一つの電流電極１ａから電流を地盤に流すと共に電流電極１ａを除く全ての電極（本実施形態では５９点）を電位電極１ｂとして電位を計測することになる。よって、全測点数が６０の場合、全測定データの組み合わせ数は６０×５９＝３５４０通りになる。ここで、地盤における流体の移動に伴う比抵抗変化の測定を目的とした場合は、得られた振幅に電極配置により決まる係数を乗算した見掛比抵抗が必要な情報となる。なお、測点に非分極電極を使用すれば、本装置により地盤の充電効果を計測する電気探査ＩＰ法を行うことも可能となり、その場合は位相差の情報も必要となる。
【００７８】
したがって、以上のように構成された地盤調査装置によれば、電極配置を二極法に限定すると共に全測点数分の受信回路を組み込むことによって電極切替操作は電流電極のみに絞られるので電子回路を大幅に簡素化することができる。これにより、短時間のうちに地盤の電気探査を行うことができるようになる。
【００７９】
すなわち、全測点電極から選択された一測点のみ導通状態とする切替操作を行うだけで済むと共に各受信チャンネルのｃｏｓ積分回路４２ａ及びｓｉｎ積分回路４２ｂでの積分値だけを制御装置１０に転送するだけで済むので、波形データのデジタル化は行わないので広いダイナミックレンジは必要ない。よって、電極の切替操作及び増幅度の切換操作が不要となり、計測時間を大幅に短縮することができる。
【００８０】
具体例として、以下の条件に従って従来の地盤の電気探査装置を用いて電気探査を実施した場合の計測時間と比較する。なお、従来装置としては例えば特願２００４−３７２１１６に記載された電気探査装置が挙げられる。本装置はデジタル化した受信波形そのものを転送し、制御装置でフーリエ変換処理などを行い振幅や位相差を求める仕様となっている。
ｉ ）探査方法 ：四極法
ii ）受信チャンネル数 ：４
iii）測点数 ：６０極
iv ）送信周波数 ：２．５Ｈｚ（即ち送信周期は０．４秒）
ｖ ）送信時間 ：４秒（ただし、波数１０個分）
vi ）制御装置への転送時間：２０秒
【００８１】
上記条件を前提とし、スタッキング数４回で１２００通りの電極組み合わせによる電位を計測すると、｛４秒（送信時間）×４（スタッキング数）＋２０秒（転送時間）｝×１２００（組み合わせ数）÷４（チャンネル数）＝１０８００秒＝３時間かかる。
【００８２】
一方、本発明の地盤調査装置の条件は以下のとおりとなる。
【００８３】
ｉ ）探査方法 ：二極法
ii ）測点数 ：６０極
iii）送信周波数 ：１０００Ｈｚ（即ち送信周期は０．００１秒）
iv ）送信時間 ：０．０１秒（ただし、波数１０個分）
ｖ ）制御装置への転送時間：１秒
【００８４】
なお、制御装置への転送時間については、従来装置の場合は１つの送信波形及び４つの受信波形のデジタルデータにおける１波形あたりのデータ数を５１２個とすると、転送するデータ数は５１２×５＝２５６０個となるのに対し、本発明の地盤調査装置の場合は６０組の電位積分値及び１組の電流積分値、転送するデータ数は６１×２＝１２２個となるので、転送データ数の比２０：１に基づいて設定している。
【００８５】
上記条件を前提とし、スタッキング数４回で二極法による全組み合わせ数６０×５９＝３５４０通りの組み合わせによる電位を計測すると、｛０．０１秒（送信時間）×４（スタッキング数）＋１秒（転送時間）｝×６０（送信箇所）≒６０秒＝１分の計測時間となる。すなわち、実質的には制御装置への転送時間だけで済む。そして、計算上は本装置の方が３倍のデータ取得数なので、理論上は従来装置の１８０×３＝５４０倍の高速性能が達成される。
【００８６】
次に、Ｓ３の処理で得られた三次元電気探査の結果を用いて地盤状態の評価を行うと共に（Ｓ４）、地盤への液体の浸透状況に基づいて計測を終了するか否かを判断する（Ｓ５）。
【００８７】
Ｓ２の処理において、調査対象地域１３の地表面７に液体９が散布されて地盤中に浸透する。そして、地盤中に水みちが存在する場合には当該水みちにおいて液体９の浸透速度が周辺の地盤中よりも速くなるので、Ｓ３の処理の三次元電気探査の結果から地盤中の土砂の運搬経路となる水みちの有無が判断される。
【００８８】
すなわち、図７に示すように、地盤６中に水みち１４が存在する場合には、地表面７に散布された液体９は周辺の地盤６における浸透速度よりも速い速度で水みち１４の中を流動する。したがって、水みち１４の中の液体９や、水みち１４の中を流動して水みち１４の壁を濡らしている液体９や、水みち１４の壁から徐々に地盤６中に浸透する液体９（図７（Ｂ）の符号１６で示す破線）として周辺の地盤６中を浸透する液体９よりも突出して浸透するので、Ｓ３の処理の三次元電気探査の結果から地盤中の土砂の運搬経路となる水みちの有無が判断される。
【００８９】
具体的には、図８に示すように、地盤６深部に水みち１４が存在している場合には、地表面７に液体９が散布されると、地表面７近くでは水みち１４の影響を受けることなく調査対象地域１３全体に亘って概ね一様に徐々に液体９が地盤６中に浸透する。そして、液体９の散布が繰り返されたり雨が降り続けたりするに従って地盤６の深部に向かって液体９の浸透が進行する。
【００９０】
例えば、図８（Ｂ）に示すように、液体９の一回目の散布の後若しくは降雨開始から僅かな時間が経過した段階での一回目の計測では散布液体若しくは雨水９の浸透分布は地表面７から浅い範囲に限られ（図８（Ｂ）の浸透前線１７ａ）、地盤６の電気探査によって得られる結果も地表面７から浅い範囲に液体９が浸透している様相を示す。そして、液体９の散布の回数を重ねるに従って、若しくは降雨が続くに従って、順次実施される地盤６の電気探査の結果は液体９が地盤６の深部に向かって徐々に浸透していく様相を示す（図８（Ｂ）の浸透前線１７ｂ，１７ｃ）。
【００９１】
そして、地盤６中への液体９の浸透前線１７ｄが地盤６中に存在する水みち１４の端部に到達すると、水みち１４においては周辺の地盤６中と比べて液体９の浸透性が高いので、周辺地盤６の平均的な液体９の浸透分布よりも速く水みち１４中を液体９が浸透する。そのため、地盤６の電気探査によって得られる結果も液体９の浸透前線１７ｄから突出して液体９が浸透している様相を示す。
【００９２】
すなわち、図９に示すように、地表面７から浸透した液体９が水みち１４を中心に且つ周辺の地盤６における液体９の浸透よりも速く即ち周辺の浸透分布から突出して地盤６中に浸透する様相が電気探査によって明らかになる。この電気探査の結果によって地盤６中に水みち１４が存在していることが検知され、当該地盤６の状態の評価として地盤陥没の危険性があると判断される。
【００９３】
そして、液体９を地盤６に浸透させながら地盤６の電気探査を行うと共にその結果に基づいて地盤状態の評価を繰り返して行う間に、Ｓ５の処理として、当初予定の深度まで液体９が地盤６中に浸透して液体９の浸透状況の計測を終了すると判断された場合には（Ｓ５；Ｙｅｓ）、地盤調査を終了する（Ｓ６）。
【００９４】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態の地盤調査装置は、測点数が６０点まで対応可能な装置として構成されているが、６０チャンネルの拡張装置を順次追加することによって原理的には無限の測点数に対応することが可能である。例えば、拡張装置を３台追加した場合には測点数が２４０点まで計測が可能となる。この場合、計測時間は、本実施形態の６０チャンネルの場合の４倍、すなわち１分×２４０／６０＝４分で計測が可能である。
【００９５】
また、本実施形態では、液体９を地盤６に浸透させながらの地盤６の電気探査とその結果に基づく地盤状態の評価とを繰り返して行うことを前提とした例について説明したが、これに限られるものではなく、一回目の地盤６の電気探査によって当初予定していた探査深度まで液体９が浸透されていることが確認されたり水みちの存在が確認されたりして地盤調査として充分であると判断された場合には地盤６の電気探査と地盤状態の評価とを繰り返して行わなくても構わない。
【００９６】
さらに、本発明の地盤調査装置を図１０に示すように構成しても良い。なお、以下の説明においては、本発明の地盤調査装置に係る上述の実施形態のことを第一の実施形態と呼び、以下に説明する他の実施形態のことを第二の実施形態と呼ぶ。なお、以下に説明する第二の実施形態において上述の第一の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００９７】
第二の実施形態では、一つの測点１に一つの電流用電極１ａと一つの電位用電極１ｂとが組み合わされて配置される。具体的には、一つの測点１において組み合わされている電流用電極１ａと電位用電極１ｂとは測線に対して直交方向に互いに例えば２０〜３０ｃｍ程度離して配置されて接地させられる。
【００９８】
第二の実施形態としての地盤調査装置は、正弦波電流を送信する送信装置１１と、地表面７に展開される電流用電極１ａ毎に配置され該電流用電極１ａに接続されて択一的に導通状態になって正弦波電流を供給する電流用電極１ａを切り替える電流用リレー２６と、各電流用電極１ａと組み合わされて配置される電位用電極１ｂのそれぞれに接続されて各電位用電極１ｂでの接地インピーダンスを低減する演算増幅器３９と、演算増幅器３９のそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレー２６に接続する各電流用電極１ａと組み合わされている電位用電極１ｂに接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレー３５を備え電位信号を受信する電位用電極１ｂを切り替える電位用スイッチ回路３４と、電位用リレー３５のそれぞれに接続され電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路２９と、増幅及びフィルタ回路２９のそれぞれに接続され電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路３１とを有し、地盤６中に液体９を浸透させながら二極法によって地盤６の三次元電気探査を行って地盤６中への液体９の浸透分布と比べて突出して液体９が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定するようにしている。
【００９９】
第二の実施形態の地盤調査装置は、制御装置１０と電流送信・検出装置３６と受信装置２０とから構成される。
【０１００】
制御装置１０は、中央演算処理装置３３を有する例えばコンピュータであり、電流送信・検出装置３６及び受信装置２０の動作を制御するものである。
【０１０１】
電流送信・検出装置３６は、送信装置１１と電流検出回路２４とを有する。なお、電流送信・検出装置３６には発電機５が接続され、電流送信・検出装置３６はこの発電機５から電力の供給を受けて作動する。
【０１０２】
送信装置１１は、測点１の中から選択された一箇所の電流用電極１ａ及び電流用遠電極２に対して電流を供給するものである。なお、本実施形態においても合計６０点の測点１が配置されているものとする。
【０１０３】
送信装置１１は、端子１１ａ及び端子１１ｂを有し、これらの端子間に一定周期で電流を供給し、電流値及び電流の送信周波数を調節することができる。
【０１０４】
送信装置１１から任意の周波数のリファレンス信号（ｃｏｓ波である）に同期した電流が、パワーアンプ（電力増幅器）及び絶縁トランス１１ｃで増幅され、端子１１ａ及び端子１１ｂの間に送信されて地盤に送信される。このリファレンス信号は制御装置１０の中央演算処理装置３３によって制御され、中央演算処理装置３３から発せられた周波数及び送信電圧の情報は受信装置２０に備えられたＤ／Ａ変換器３７によってリファレンス信号（ｃｏｓ波である）に変換されてパワーアンプ及び絶縁トランス１１ｃに入力される。なお、流体を浸透させる仮定で地盤の比抵抗が低く変化し、送信用電極から流れる電流値が送信装置１１の仕様（本実施形態では最大４００ｍＡ）を超えた場合は、それ以上流れないように自動制御される。
【０１０５】
端子１１ａは電流検出回路２４及び電流用リレー２６を介して測点１の中から選択された一箇所の電流用電極１ａと導通される。また、端子１１ｂは電流用遠電極２と接続される。
【０１０６】
電流用電極１ａと電流用遠電極２との間に供給される正弦波電流の電流値や送信周波数は第一の実施形態と同様である。
【０１０７】
電流検出回路２４は、アイソレーションアンプ２４ａによって電流用電極１ａから地盤に流れた電流を抵抗２４ｂで生じた電圧値として検出するものである。電流検出回路２４は、送信装置１１の端子１１ａと電流用リレー２６との間に接続される。
【０１０８】
電流用リレー２６は、測点１の電流用電極１ａに通じる導線の接続と切断とを制御するものである。ここで、第二の実施形態では、電流用リレー２６が測点１毎に電流用電極１ａと一緒に分散して配置される。
【０１０９】
具体的には、本実施形態では、電流検出回路２４に３芯ケーブル４０が接続されると共に、３芯ケーブル４０から分岐する分岐線４３-1，４３-2，４３-3，…（以下、適宜、単に分岐線４３と表記する）のそれぞれに電流用リレー２６-1，２６-2，２６-3，…が接続され、各電流用リレー２６-1，２６-2，２６-3，…に測点１-1，１-2，１-3，…が接続される。なお、測点１の数は６０であるので、３芯ケーブル４０は６０本の分岐線４３を有し、６０個の電流用リレー２６が電流用電極１ａと一緒に配置される。なお、３芯ケーブル４０のうち１芯は電流用であり、２芯は電流用リレー２６の制御用である。
【０１１０】
電流用リレー２６は複数の測点１の中から選択された一箇所の電流用電極１ａに通じる分岐線４３を送信装置１１の端子１１ａに接続するものである。すなわち、通常は全ての測点１が送信装置１１の端子１１ａと切断状態になっているが、電流用電極１ａとして選択された一箇所の測点１は送信装置１１の端子１１ａと導通状態になる。
【０１１１】
送信装置１１からの正弦波電流を供給する測点１の電流用電極１ａの切り替えは、制御装置１０の中央演算処理装置３３によって制御される。具体的には、３芯ケーブル４０を介して中央演算処理装置３３からの制御信号が電流用リレー２６に入力され電流用リレー２６の切断状態と導通状態とが切り替えられる。
【０１１２】
また、本実施形態における受信装置２０は、測点１の電位用電極１ｂと電位用遠電極３との間の電位信号（具体的には電位差）を同時に受信するものである。
【０１１３】
例えば、全測点数が６０点の場合、６０点の中から選択された一箇所の測点１の電流用電極１ａから流した電流によって地盤に生じた電位信号を、前記選択された一箇所の測点１を除く全ての測点１（５９点である）の電位用電極１ｂで同時に受信する。なお、電位信号は各電位用電極１ｂと電位用遠電極３との間の電位差として計測する。
【０１１４】
受信装置２０は電位電極切替部４４と複素位相検波部２２とサンプリング部２３とを有する。なお、受信装置２０にはバッテリー４が接続され、受信装置２０はこのバッテリー４から電力の供給を受けて作動する。
【０１１５】
受信装置２０の電位電極切替部４４は、電位用スイッチ回路３４、増幅及びフィルタ回路２９を備える。
【０１１６】
電位用スイッチ回路３４は、全ての測点１の電位用電極１ｂに通じる導線の接続と切断とを制御するものである。
【０１１７】
電位用スイッチ回路３４は、電位用リレー３５-1，３５-2，３５-3，…（以下、適宜、単に電位用リレー３５と表記する）を備える。本実施形態では、測点１の数に対応して６０個の電位用リレー３５を有する。
【０１１８】
電位用リレー３５は例えば３０芯ケーブル３８を介して各測点１の電位用電極１ｂと接続される。具体的には、３０芯ケーブル３８の一方の分岐線のそれぞれに電位用リレー３５が接続され、他方の分岐線のそれぞれに演算増幅器３９を介して電位用電極１ｂが接続される。なお、本実施形態では、測点１は６０点であるので二本の３０芯ケーブル３８を用いる。
【０１１９】
演算増幅器（インピーダンス変換器とも呼ばれる）３９は、各電位用電極１ｂでの接地インピーダンスを低減するためのものである。演算増幅器３９を設けることにより、接地抵抗が高い場合に混入し易くなる電線と地面との間に発生するキャパシタンス成分による電磁的な誘導ノイズや多芯ケーブルの絶縁性能の劣化によるリーク（高周波数を使用するほど顕著に発生する）が低減される。
【０１２０】
ここで、各電流用リレー２６は通常は切断状態にあり、択一的に導通操作される。また、各電位用リレー３５は通常は導通状態にあり、択一的に切断操作される。例えば、全ての電流用リレー２６が切断状態にあると共に全ての電位用リレー３５が導通状態にあり、１番目の測点１-1の電流用電極１ａを送信装置１１の端子１１ａに導通させる場合には、１番目の測点１-1の電流用電極１ａに接続する電流用リレー２６-1を導通状態にする。同時に、１番目の測点１-1の電位用電極１ｂに接続する電位用リレー３５-1を切断状態にする（図１０に示す状態）。次に、２番目の測点１-2の電流用電極１ａを送信装置１１の端子１１ａに接続させる場合には、１番目の測点１-1の電流用電極１ａに接続する電流用リレー２６-1を切断状態にし且つ測点１-1の電位用電極１ｂに接続する電位用リレー３５-1を導通状態にすると共に、２番目の測点１-2の電流用電極１ａに接続する電流用リレー２６-2を導通状態にし且つ測点１-2の電位用電極１ｂに接続する電位用リレー３５-2を切断状態にする。３番目〜６０番目の測点１-3〜１-60の電流用電極１ａを端子１１ａに接続する場合も同様である。すなわち、或る測点１において組み合わされている電流用電極１ａと電位用電極１ｂとのそれぞれに接続する電流用リレー２６と電位用リレー３５とはどちらか一方が導通状態になった場合にそれに連動してもう一方は必ず切断状態になる。
【０１２１】
各電位用リレー３５の切断と接続との切替操作は制御装置１０の中央演算処理装置３３によって制御される。
【０１２２】
増幅及びフィルタ回路２９，複素位相検波部２２（これに含まれる電流用実効値積分回路３０，電位用実効値積分回路３１），サンプリング部２３（これに含まれるＡ／Ｄ変換器３２）は第一の実施形態におけるものと同様の構成を有して同様の働きをするものであるので、詳細な説明は省略する。
【０１２３】
また、Ａ／Ｄ変換器３２より出力されたデジタルデータに係る制御装置１０での処理も第一の実施形態におけるものと同様であるので詳細な説明は省略する。
【０１２４】
また、中央演算処理装置３３は、電流送信・検出装置３６並びに受信装置２０にリファレンス信号を送る。すなわち、電流送信・検出装置３６の送信装置１１では本信号に同期した電流が地盤に送信される。受信装置２０の電流用実効値積分回路３０及び電位用実効値積分回路３１では、入力信号に対し本信号に同期したｃｏｓ変換及び位相が９０度ずれたｓｉｎ変換処理が行われる。さらに、中央演算処理装置３３は送信用リレーである電流用リレー２６及び受信用リレーである電位用リレー３５の動作を制御する。
【０１２５】
以上の構成を有する第二の実施形態の地盤調査装置によれば、電極（符号１ａ，１ｂ）とケーブル（符号３８，４０）と各種装置ユニット（符号２６，３５等）との全てについて電流用と電位用とで完全に別系統に分離するようにしているので、多芯ケーブルの絶縁性能の劣化によるリークを低減することができる。
【０１２６】
また、第二の実施形態の地盤調査装置によれば、電流用リレー２６を電流用電極１ａと一緒に一個ずつ分散して配置すると共に３芯ケーブル４０によって制御するようにしているので、多芯ケーブルの絶縁性能の劣化によるリークを低減することができる。
【０１２７】
さらに、第二の実施形態の地盤調査装置によれば、電位用電極１ｂに対して演算増幅器３９を設けて接地抵抗を約１００００万分の１以下に低減するようにしているので、多芯ケーブルの絶縁性能の劣化によるリークを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の地盤調査装置を用いた地盤調査方法の実施形態の一例を説明するフローチャートである。
【図２】実施形態の電極の展開を説明する図である。
【図３】実施形態の散水車による液体の散布を説明する図である。
【図４】実施形態の地盤調査装置の機能ブロック図である。
【図５】実施形態の地盤調査装置のスイッチ回路の機能ブロック図である。
【図６】実施形態の地盤調査装置の実効値積分回路の機能ブロック図である。
【図７】地盤中の水みちにおける液体の浸透を説明する図である。（Ａ）は地盤中に存在する水みちを示す図である。（Ｂ）は地盤中の水みちを中心とした液体の浸透を説明する図である。
【図８】地盤中に水みちが存在する場合の液体の浸透を説明する図である。（Ａ）は地盤中に存在する水みち並びに地盤中への液体の浸透を示す図である。（Ｂ）は地盤中への液体の浸透並びに水みち内への液体の浸透を説明する図である。
【図９】地盤中の水みちに沿って液体が浸透する様相を説明する図である。
【図１０】本発明の地盤調査装置の他の実施形態を説明する機能ブロック図である。
【図１１】従来から考えられてきた地盤陥没発生メカニズムを説明する図である。（Ａ）は実際のトンネル断面よりも大きい断面で地盤が掘削されている状態を説明する図である。（Ｂ）はトンネル背面に残された空隙が崩落することによって地盤陥没が発生することを説明する図である。
【図１２】地盤中の液体の浸透並びに水みち及び空洞の形成を説明する図である。（Ａ）は液体が地盤の弱点部を選択的に流れながら地盤中に浸透する状況を説明する図である。（Ｂ）は、地盤中に水みち及び空洞が形成される状況を説明する図である。
【符号の説明】
【０１２９】
１ 電極（測点）
１１ 送信装置
２５ 電流用スイッチ回路
２６ 電流用リレー
２９ 増幅及びフィルタ回路
３１ 電位用実効値積分回路
３４ 電位用スイッチ回路
３５ 電位用リレー
３６ 電流送信・検出装置
３７ Ｄ／Ａ変換器
３８ ３０芯ケーブル
３９ 演算増幅器
４０ ３芯ケーブル
４３ 分岐線
４４ 電位電極切替部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤調査装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、地盤陥没の発生可能性の評価に用いて好適な地盤調査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤の陥没は、一般には、炭鉱等の採掘後地中に残地された空洞やトンネル掘削時に残地された空洞など人工的な空洞が崩落することによって発生すると考えられている。特に、図１１（Ａ）に示すように、道路や鉄道あるいは導水路などのトンネル１０１を建設する場合は、実際のトンネル１０１の断面よりも大きい断面で地盤１０２が掘削される場合もあり、さらに、建設されたトンネル１０１の外周面と掘削された地盤空洞の内周面との間のすき間が埋め戻されずにトンネル１０１の外側近傍に空隙１０３が残地されていることがある。そして、図１１（Ｂ）に示すように、トンネル１０１の背面に残された空隙１０３即ち人工的な空洞が崩落することによって地盤１０２の陥没が発生すると考えられている。なお、地盤中の空洞を原因としては、地表面が一気に落ちることによって地盤陥没が発生する場合と、崩落を繰り返しながら空洞が徐々に上昇して地盤陥没が発生する場合とがあると考えられている（非特許文献１）。
【０００３】
【非特許文献１】川本：地盤陥没災害と地下空洞調査について，物理探査，Vol.５８，No.６，pp.589-597，２００５年．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本発明者等は、地盤陥没発生のメカニズムの検討を行う中で、地盤の陥没は、人工的に形成された空洞が地盤中に予め存在することに起因して発生する場合に限られるものではなく、地盤中にパイプ状の孔（水みちとも呼ばれる）が存在若しくは形成されてこのパイプ状の孔における水の流動に土砂が引き込まれることによって即ち水みちが土砂を運搬する経路となることによって地表面に近い箇所で空洞が新たに形成されることに起因して発生する場合もあることを発見した。
【０００５】
具体的には、図１２に示すように、せん断や引張りを受けている地盤１０２の弱点部を地表面１０４に降った雨水１０５が選択的に流れながら地盤１０２中に浸透し（図１２（Ａ））、この地盤１０２の弱点部であって雨水の浸透経路１０６にやがてパイプ状の孔の水みち１０７が形成され、この水みち１０７における水の流動に地盤１０２の土砂が引き込まれ運搬されて地表面１０４に近い箇所に空洞１０８が形成される（図１２（Ｂ））。そして、このようにして新たに形成された空洞１０８が原因となって地盤１０２の陥没が発生するというメカニズムがあることを発見した。
【０００６】
そして、上述のように、従来は、人工的に形成されて地盤中に予め存在する空洞が崩落することによって地盤の陥没が発生すると考えられてきたため、地盤陥没に対しては地盤陥没の原因となる地表面下の空洞を発見してこれを充填するという対策がとられてきた。このため、従来の地盤陥没の発生可能性の評価のための地盤調査においては、地盤中に既に形成された空洞そのものを発見することを目的としており、地盤の電気探査を一回だけ行い、得られた結果に現れる異常領域を空洞と推定するようにしている。したがって、従来の地盤調査では、土砂が運搬され得る状況が存在して空洞を形成し得る状態が地盤中で生じていることを検知するようにはしていない。よって、従来の地盤陥没発生メカニズムの考え方及びそれに基づく地盤調査では、地盤中の土砂が水みちにおける水の流動により運搬されることによって空洞が新たに形成されて地盤が陥没するというメカニズムによる地盤陥没を空洞が形成される前に検知して未然に防ぐことはできない。
【０００７】
以上より、従来のように、地盤陥没発生メカニズムとして地盤中に空洞が予め存在する場合のみを前提とすると共に、このメカニズムに従って発生する地盤陥没を防ぐべく空洞を充填等するために地盤中に既に形成された空洞の発見のみを地盤調査の目的とすることは地盤陥没発生の防止策として充分であるとは言えない。
【０００８】
そこで、本発明は、地盤中の水みちの働きによる土砂の流動に伴う空洞の形成に起因して地盤が陥没するというメカニズムによる地盤陥没の発生を未然に防ぐために地盤中に水みちの働きによる土砂流動が発生し得る状況が存在するか否かを判別することができる地盤調査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の地盤調査装置は、正弦波電流を送信する手段と、地表面に展開される電極のそれぞれに接続されて択一的に導通状態にされる電流用リレーを備え正弦波電流を供給する電極を切り替える電流用スイッチ回路と、電流用リレーのそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレーに接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレーを備え電位信号を受信する電極を切り替える電位用スイッチ回路と、電位用リレーのそれぞれに接続され電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、増幅及びフィルタ回路のそれぞれに接続され電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路とを有し、二極法によって地盤の三次元電気探査を行うようにしている。
【００１０】
したがって、この地盤調査装置によると、地表面に展開される電極と同じ数の電流用リレーと電位用リレーと増幅及びフィルタ回路と電位用実効値積分回路とを有して二極法によって地盤の三次元電気探査を行うようにしているので、地盤の三次元電気探査を短時間で行うことができる。
【００１１】
そして、請求項３記載の地盤調査装置は、正弦波電流を送信する手段と、地表面に展開される電流用電極毎に配置され該電流用電極に接続されて択一的に導通状態になって正弦波電流を供給する電流用電極を切り替える電流用リレーと、各電流用電極と組み合わされてに配置される電位用電極のそれぞれに接続されて各電位用電極での接地インピーダンスを低減する演算増幅器と、演算増幅器のそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレーに接続する各電流用電極と組み合わされている電位用電極に接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレーを備え電位信号を受信する電位用電極を切り替える電位用スイッチ回路と、電位用リレーのそれぞれに接続され電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、増幅及びフィルタ回路のそれぞれに接続され電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路とを有し、二極法によって地盤の三次元電気探査を行うようにしている。
【００１２】
この地盤調査装置によると、地表面に展開される電流用電極と同じ数の電流用リレーと演算増幅器と地表面に展開される電位用電極と同じ数の電位用リレーと増幅及びフィルタ回路と電位用実効値積分回路とを有して二極法によって地盤の三次元電気探査を行うようにしているので、地盤の三次元電気探査を短時間で行うことができる。
【００１３】
また、この地盤調査装置によると、正弦波電流を供給する電流用電極を切り替えるための電流用リレーを電流用電極毎に配置するようにしているので、択一的に選択された電流用電極に正弦波電流を供給するためのケーブルからリークが発生して選択された電流用電極以外の電極に接続するケーブルが影響を受けても選択された電流用電極以外の電極から電流が流れることがないので当該リークによる電位信号のノイズの発生を抑制することができる。
【００１４】
また、請求項２記載の地盤調査装置は、正弦波電流を送信する手段と、地表面に展開される電極のそれぞれに接続されて択一的に導通状態にされる電流用リレーを備え正弦波電流を供給する電極を切り替える電流用スイッチ回路と、電流用リレーのそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレーに接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレーを備え電位信号を受信する電極を切り替える電位用スイッチ回路と、電位用リレーのそれぞれに接続され電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、増幅及びフィルタ回路のそれぞれに接続され電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路と、地盤中に液体を浸透させながら二極法によって地盤の三次元電気探査を行って地盤中への液体の浸透分布と比べて突出して液体が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定する手段とを有するようにしている。
【００１５】
したがって、この地盤調査装置によると、地表面に展開される電極と同じ数の電流用リレーと電位用リレーと増幅及びフィルタ回路と電位用実効値積分回路とを有することによって地盤の三次元電気探査を短時間で行うことを可能にすると共に地盤中に液体を浸透させながら地盤の三次元電気探査を行うようにしているので、例えば水みちのように液体の浸透性が高く液体の流動によって土砂が運搬され得る状況が、地盤中への液体の浸透分布と比べて突出して液体が浸透している箇所として検知される。
【００１６】
そして、請求項４記載の地盤調査装置は、正弦波電流を送信する手段と、地表面に展開される電流用電極毎に配置され該電流用電極に接続されて択一的に導通状態になって正弦波電流を供給する電流用電極を切り替える電流用リレーと、各電流用電極と組み合わされて配置される電位用電極のそれぞれに接続されて各電位用電極での接地インピーダンスを低減する演算増幅器と、演算増幅器のそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレーに接続する各電流用電極と組み合わされている電位用電極に接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレーを備え電位信号を受信する電位用電極を切り替える電位用スイッチ回路と、電位用リレーのそれぞれに接続され電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、増幅及びフィルタ回路のそれぞれに接続され電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路と、地盤中に液体を浸透させながら二極法によって地盤の三次元電気探査を行って地盤中への液体の浸透分布と比べて突出して液体が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定する手段とを有するようにしている。
【００１７】
この地盤調査装置によると、地表面に展開される電流用電極と同じ数の電流用リレーと演算増幅器と地表面に展開される電位用電極と同じ数の電位用リレーと増幅及びフィルタ回路と電位用実効値積分回路とを有することによって地盤の三次元電気探査を短時間で行うことを可能にすると共に地盤中に液体を浸透させながら地盤の三次元電気探査を行うようにしているので、例えば水みちのように液体の浸透性が高く液体の流動によって土砂が運搬され得る状況が、地盤中への液体の浸透分布と比べて突出して液体が浸透している箇所として検知される。
【００１８】
また、この地盤調査装置によると、正弦波電流を供給する電流用電極を切り替えるための電流用リレーを電流用電極毎に配置するようにしているので、択一的に選択された電流用電極に正弦波電流を供給するためのケーブルからリークが発生して選択された電流用電極以外の電極に接続するケーブルが影響を受けても選択された電流用電極以外の電極から電流が流れることがないので当該リークによる電位信号のノイズの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の地盤調査装置によれば、地盤の三次元電気探査を短時間で行うことができる。さらに、本発明の地盤調査装置によれば、例えば水みちのように液体の浸透性が高く液体の流動によって土砂が運搬され得る状況が、地盤中への液体の浸透分布と比べて突出して液体が浸透している箇所として検知することが可能であり、地盤中の土砂が水みちにおける水の流動により運搬されることによって空洞が新たに形成されて地盤が陥没するというメカニズムによる地盤陥没を空洞が形成される前に検知して未然に防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１から図９に、本発明の地盤調査装置の実施形態の一例を示す。この地盤調査装置は、正弦波電流を送信する送信装置１１と、地表面７に展開される電極１のそれぞれに接続されて択一的に導通状態にされる電流用リレー２６を備え正弦波電流を供給する電極１を切り替える電流用スイッチ回路２５と、電流用リレー２６のそれぞれに接続されて導通状態にされた電流用リレー２６に接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレー３５を備え電位信号を受信する電極１を切り替える電位用スイッチ回路３４と、電位用リレー３５のそれぞれに接続され電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路２９と、増幅及びフィルタ回路２９のそれぞれに接続され電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路３１とを有し、地盤６中に液体９を浸透させながら二極法によって地盤６の三次元電気探査を行い、地盤６中への液体９の浸透分布と比べて突出して液体９が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定するようにしている。
【００２２】
図１に、上記本発明の地盤調査装置を用いた地盤調査方法の実施形態の一例のフローチャートを示す。本実施形態ではこの図１に示すフローチャートに従って説明する。本発明の地盤調査装置を用いた地盤調査方法の実行にあたっては、まず、Ｓ３の処理における三次元電気探査を行うための電極を調査対象地域の地表面に展開する（Ｓ１）。
【００２３】
本発明では、複数の電極１-1，１-2，１-3，…（以下、適宜、単に電極１と表記する）が地表面７に面的に展開される。なお、電極１が設置される点を測点と呼ぶ。したがって、電極１は即ち測点でもあるので、適宜、電極１又は測点１と表記する。
【００２４】
本発明において地盤の三次元電気探査を行うために地表面７に展開される測点１の数や配置の仕方や相互の間隔に制限はなく、調査対象地域１３の面積や形状、必要とされる調査結果の精度等を考慮して適宜設定される。具体的には例えば、６０箇所から３００箇所程度の測点を、相互に等間隔に縦横の並びを揃えて配置し、相互の間隔を１０ｃｍから２ｍ程度にすることなどが考えられる。本実施形態では、図２に示すように、合計６０点の測点１を縦横の並びを揃えて５列×１２列に１ｍ間隔で配置する。
【００２５】
電極１は、例えばステンレス製の電極であり、地表面７から例えば３０〜４０ｃｍの深さまで差し込まれる。電極１の太さは例えば１５ｍｍ程度である。
【００２６】
なお、本発明は、少なくとも地表面７から地盤中への液体の浸透性がある地盤であれば適用可能である。
【００２７】
次に、調査対象地域１３の地表面７から地盤中に液体を浸透させる（Ｓ２）。
【００２８】
地盤中に浸透させる液体は、地盤中に浸透させた場合に地盤の比抵抗を変化させることができる液体であれば良く、具体的には例えば雨水、河川水、水道水等、あるいは、これらの液体に電解質の物質を混入させて電気伝導性を高めたものが用いられる。なお、三次元電気探査を実施した場合に地盤の比抵抗の変化の度合いが大きくなって地盤状態の判断をし易くするために電気伝導性がより高い若しくは電気伝導性をより高めた液体を用いることが望ましい。
【００２９】
地盤中に液体を浸透させる方法としては、例えば、降雨による雨水の地盤への浸透を利用する方法と、図３に示すように、散水車８等を用いて人工的に液体９を調査対象地域１３の地表面７全体に亘って散布して地盤中に浸透させる方法とが考えられる。なお、これら二つの方法を組み合わせて用いても良い。
【００３０】
地盤中に浸透させる液体９の総量並びに液体９を地盤中に浸透させる速度は、地盤中に水みちが存在する場合であって当該水みちにおいて水の流動が生じる場合に、Ｓ３の処理における三次元電気探査によって周辺地盤と比べて液体９の浸透速度が速い箇所として水みちの存在が検知可能な量に適宜調整される。
【００３１】
例えば、液体９の総量が少ない若しくは液体９を浸透させる速度が遅いために水みちが存在していたとしても当該水みちに供給される液体９の量が僅かにしかならない若しくは当該水みちおける液体９の浸透速度と周辺地盤における液体９の浸透速度との間に差が生じないので液体９の浸透の進行が周辺と比べて突出する箇所として水みちの存在を検知することができないと考えられる場合には液体９の量を増やしたり液体９を浸透させる速度を速くしたりする。一方、液体９を浸透させる速度が速いために水みちが存在するか否かに拘わらず地盤全体に亘って急速に一斉に液体９が浸透して水みちにおける液体９の浸透速度と周辺地盤における液体９の浸透速度との間に差が生じないので液体９の浸透の進行が周辺と比べて突出する箇所として水みちの存在を検知することができないと考えられる場合には液体９を浸透させる速度を遅くする。
【００３２】
なお、調査対象地域１３における液体９の地盤中への平均的な浸透速度は地盤の例えば透水係数や液体９の粘性率等により異なるので、実際に三次元電気探査を行いながら適宜調整するようにしても良い。
【００３３】
また、降雨による雨水を利用する場合には地盤中に浸透させる液体９の量や浸透させる速度を人工的に調整することはできないので、条件に合致する降水量の降雨が見込める場合に本発明の地盤調査装置を用いた地盤調査方法を適用したり、降雨による雨水だけでは液体９の量が足りない場合には散水車８等を用いた液体９の散布を合わせて行って本発明の地盤調査装置を用いた地盤調査方法を適用したりする。
【００３４】
次に、三次元電気探査法を用いて地盤中への液体の浸透状況の計測を行う（Ｓ３）。
【００３５】
本発明の地盤調査装置を用いた地盤調査方法は、調査対象地域１３の地盤中に水みちが存在する場合にこの水みちを当該地盤における液体９の浸透分布と比べて突出して液体９が浸透している箇所として検知することを目的としている。
【００３６】
ここで、水みちにおいて短時間のうちに周辺地盤と比べて突出して液体９が浸透したとしても、時間の経過と共に周辺地盤においても液体９の浸透が進行して水みちにおける液体９の浸透に追いつくと考えられる。すなわち、水みちにおいて周辺地盤と比べて一時的に液体９の浸透の進行が突出したとしても時間の経過と共に周辺地盤の液体９の浸透に埋もれてしまうと考えられる。
【００３７】
したがって、液体９が周辺地盤と比べて突出して浸透する箇所を検知するためには、三次元電気探査法を用いた液体９の地盤中への浸透状況の計測を短い時間間隔で継続的に行う必要がある。例えば、予測される水みちの流体浸透速度が１０−２ｃｍ／秒程度即ち０．６ｃｍ／分の場合は数分間隔の計測で充分である。また、浸透速度が１０−０ｃｍ／秒程度即ち６０ｃｍ／分の場合は１分より短い間隔で計測を行うことが好ましい。
【００３８】
ここで、三次元電気探査法による地盤の電気探査を行う従来の装置は一回の計測に多大な時間を必要とし、数分間隔で計測することはできない。そこで、上述の地盤調査方法を適用するために三次元電気探査法を用いた地盤の電気探査を短時間で行うことができる本発明の地盤調査装置を用いて地盤中への液体９の浸透状況の計測を行う。
【００３９】
上述の地盤調査方法に従った地盤の三次元電気探査を行うための地盤調査装置の機能ブロック図を図４に示す。この地盤調査装置は、制御装置１０と送信装置１１と受信装置２０とから構成される。
【００４０】
制御装置１０は、中央演算処理装置３３を有する例えばコンピュータであり、送信装置１１及び受信装置２０の動作を制御するものである。
【００４１】
送信装置１１は、測点１の中から選択された一箇所に対して当該測点１を電流電極１ａとして電流を供給すると共に電流用遠電極２に対して電流を供給するものである。
【００４２】
送信装置１１は、端子１１ａ及び端子１１ｂを有し、これらの端子間に一定周期で電流を供給し、電流値及び電流の送信周波数を調節することができる。なお、送信装置１１には発電機５が接続され、送信装置１１はこの発電機５から電力の供給を受けて作動する。
【００４３】
送信装置１１から任意の周波数のリファレンス信号（ｃｏｓ波である）に同期した電流が、パワーアンプ（電力増幅器）及び絶縁トランス１１ｃで増幅され、端子１１ａ及び端子１１ｂの間に送信されて地盤に送信される。このリファレンス信号は制御装置１０の中央演算処理装置３３によって制御される。端子１１ａは受信装置２０を介して測点１の中から選択された一箇所の電流電極１ａと導通され、端子１１ｂは電流用遠電極２と接続される。電流値は、例えば１ｍＡ〜４００ｍＡの範囲で調節可能とされ、計測条件等に応じて適宜選択される。ただし、調整できる範囲はこれに限られるものではなく、１ｍＡ未満や４００ｍＡを超える電流を供給できるようにしても良い。
【００４４】
また、液体９が周辺地盤と比べて突出して浸透する箇所を検知するためには、前述のとおり、地盤の三次元電気探査を短時間のうちに行う必要がある。そのため、送信装置１１は、高い送信周波数で電流電極１ａと電流用遠電極２との間に正弦波電流を供給する。具体的には例えば、送信装置１１は１２８Ｈｚ〜５１２０Ｈｚの範囲の送信周波数で正弦波電流を供給する。なお、予測される流体の浸透速度に基づき最適な送信周波数を選定するが、浸透速度が大きいほどそれに伴う地盤の比抵抗が変化する速度も大きくなるため、より高い周波数で送信して極力短時間で計測することが好ましい。
【００４５】
受信装置２０は、送信装置１１の正弦波電流を供給する測点１の電流電極１ａの切り替えを行うと共に、測点１の電位電極１ｂと電位用遠電極３との間の電位信号（具体的には電位差）を同時に受信するものである。ここで、電位電極１ｂは、電流電極１ａとして働く測点を除く全ての測点に設置された電極１である。
【００４６】
例えば、全測点数が６０点の場合、６０点の中から選択された一箇所の測点１を電流電極１ａとして切り替え、当該電流電極１ａから流した電流によって地盤に生じた電位信号を、電流電極１ａを除く全ての測点１（５９点である）を電位電極１ｂとして切り替えて同時に受信する。なお、電位信号は各電位電極１ｂと電位用遠電極３との間の電位差として計測する。
【００４７】
受信装置２０は電極切替部２１と複素位相検波部２２とサンプリング部２３とを有する。なお、受信装置２０にはバッテリー４が接続され、受信装置２０はこのバッテリー４から電力の供給を受けて作動する。
【００４８】
受信装置２０の電極切替部２１は、複数の測点１の中から選択された一箇所の電流電極１ａに通じる導線を送信装置１１の端子１１ａに接続するものである。通常は、全ての測点１が送信装置１１の端子１１ａと切断状態になっていると共に複素位相検波部２２の複数の電位用実効値積分回路３１とそれぞれ導通状態になっているが、電流電極１ａとして選択された一箇所の測点１は電位用実効値積分回路３１とは切断状態になると共に送信装置１１の端子１１ａと導通状態になる。
【００４９】
受信装置２０の電極切替部２１は、電流検出回路２４、電流用スイッチ回路２５、電位用スイッチ回路３４、増幅及びフィルタ回路２９を備える。
【００５０】
電流検出回路２４は、アイソレーションアンプ２４ａによって電流電極１ａから地盤に流れた電流を抵抗２４ｂで生じた電圧値として検出するものである。電流検出回路２４は、送信装置１１の端子１１ａと電流用スイッチ回路２５との間に接続される。
【００５１】
電流用スイッチ回路２５は、測点１の電流電極１ａに通じる導線の接続と切断とを制御するものである。
【００５２】
電流用スイッチ回路２５は、図５に示すように、電極１に接続された本線２７と、送信装置１１の端子１１ａと各本線２７とを接続する分岐線２８と、各分岐線２８の途中に設けられた電流用リレー２６-1，２６-2，２６-3，…（以下、適宜、単に電流用リレー２６と表記する）とを備える。本実施形態では、測点１の数に対応して６０本の本線２７を有すると共に６０個の電流用リレー２６を有する。
【００５３】
電位用スイッチ回路３４は、全ての測点１の電極に通じる導線の接続と切断とを制御するものである。
【００５４】
電位用スイッチ回路３４は、図４に示すように、測点１のそれぞれの電極に接続された本線２７と、各本線２７の途中に設けられた電位用リレー３５-1，３５-2，３５-3，…（以下、適宜、単に電位用リレー３５と表記する）とを備える。本実施形態では、測点１の数に対応して６０本の本線２７を有すると共に６０個の電位用リレー３５を有する。
【００５５】
通常、１番目の測点１の電極に通じる本線２７は１番目の電位用リレー３５-1に、２番目の測点１の電極に通じる本線２７は２番目の電位用リレー３５-2に、同様に、３番目の測点１の電極に通じる本線２７は３番目の電位用リレー３５-3に、さらに 、６０番目の測点１の電極に通じる本線２７は６０番目の電位用リレー３５-60にそれぞれ接続される。
【００５６】
ここで、各電流用リレー２６は通常は切断状態にあり、択一的に導通操作される。また、各電位用リレー３５は通常は導通状態にあり、択一的に切断操作される。例えば、全ての電流用リレー２６が切断状態にあると共に全ての電位用リレー３５が導通状態にあり、１番目の測点１-1を電流電極１ａとして送信装置１１の端子１１ａに導通させる場合には、測点１-1に接続する本線２７に接続された分岐線２８に設けられている電流用リレー２６-1を導通状態にする。同時に、測点１-1に接続する本線２７に接続された電位用リレー３５-1を切断状態にする（図４に示す状態）。次に、２番目の測点１-2を電流電極１ａとして送信装置１１の端子１１ａに接続させる場合には、１番目の測点１-1に接続する本線２７に接続された分岐線２８に設けられている電流用リレー２６-1を切断状態にし且つ測点１-1に接続する本線２７に接続された電位用リレー３５-1を導通状態にすると共に、２番目の測点１-2に接続する本線２７に接続された分岐線２８に設けられている電流用リレー２６-2を導通状態にし且つ測点１-2に接続する本線２７に接続された電位用リレー３５-2を切断状態にする。３番目〜６０番目の測点１-3〜１-60を電流電極１ａとして端子１１ａに接続する場合も同様である。すなわち、同一の測点１に接続する本線２７に接続された電流用リレー２６と電位用リレー３５とはどちらか一方が導通状態になった場合、それに連動してもう一方は必ず切断状態になる。
【００５７】
各電流用リレー２６及び各電位用リレー３５の切断と接続との切替操作は制御装置１０の中央演算処理装置３３によって制御される。
【００５８】
増幅及びフィルタ回路２９は、測点１に設置されている各電極で受信した電位信号に対し、増幅度０，２０，４０ｄＢ（０，１０，１００倍）のうち一つを選択して増幅すると共に、フィルタ回路（ハイパスフィルタ）においてノイズとなる商用周波数帯（５０〜６０Ｈｚ）のレベルを−６ｄＢ（１／２倍）に低下させるものである。なお、本フィルタ回路による位相のずれはほとんど生じない。
【００５９】
また、複素位相検波部２２は、電流検出回路２４と接続された１組の電流用実効値積分回路３０と、増幅及びフィルタ回路２９のそれぞれに接続された６０組の電位用実効値積分回路３１とを備える。
【００６０】
電流用実効値積分回路３０は、デジタル化した波形データに対して通常は計算機で行われていたフーリエ変換と同種の処理を本アナログ系において実行し、電流検出回路２４により電圧値に変換された電流信号の実効値を検出するものである。
【００６１】
６０組の電位用実効値積分回路３１は、上述と同様の方式によって測点１のそれぞれの電極と電位用遠電極３との間の電位差として受信した電位信号の実効値を検出するものである。
【００６２】
電位用実効値積分回路３１の構成図を図６に示す。なお、電流用実効値積分回路３０の構成も同様である。入力信号（電流信号あるいは電位信号）は、設定周波数に対応して制御装置１０の中央演算処理装置３３より発信するリファレンス信号即ちｃｏｓ波及びｓｉｎ波によるゲイン制御が施される。すなわち、入力信号はｃｏｓ波ゲイン制御回路４１ａ及びｓｉｎ波ゲイン制御回路４１ｂに分岐して入力される。なお、これら二つのリファレンス信号のうちｃｏｓ波は送信電流に同期している。次に、各制御回路４１ａ及び４１ｂでゲイン制御された出力信号はそれぞれｃｏｓ積分回路４２ａ及びｓｉｎ積分回路４２ｂに入力され、Ｔ秒間の積分値（ｃｏｓ変換成分及びｓｉｎ変換成分）として蓄えられる。これらの積分値では、送信周波数と同一の信号波のみが時間と共に増加し、他の周波数の信号波あるいはノイズは数学的な直交性によりその積分値はゼロとなる。
【００６３】
また、サンプリング部２３は、Ａ／Ｄ変換器３２を備える。
【００６４】
Ａ／Ｄ変換器３２は、１組の電流用実効値積分回路３０及び６０組の電位用実効値積分回路３１からの信号が入力されると共に、それぞれのｃｏｓ積分回路４２ａ及びｓｉｎ積分回路４２ｂに蓄えられた積分値（即ちｃｏｓ変換成分及びｓｉｎ変換成分）を順次スキャニングしてデジタルデータに変換して出力する。
【００６５】
Ａ／Ｄ変換器３２より出力されたデジタルデータは制御装置１０の中央演算処理装置３３に入力される。
【００６６】
制御装置１０に転送されたｃｏｓ変換成分及びｓｉｎ変換成分は積分時間Ｔによって正規化され、以下に示すステップによって計算機処理により振幅及び位相差が算出される。まず、信号は数式１で表される。
【００６７】
【数１】
ここに、Ａ：信号，Ｒ：振幅，φ：位相，ω：角周波数，ｔ：時間。
【００６８】
ｃｏｓ波ゲイン制御として数式２の変換を行うと共に、ｓｉｎ波ゲイン制御として数式３の変換を行う。
【００６９】
【数２】
【数３】
【００７０】
数式２及び数式３を積分時間Ｔで除すことにより、ｃｏｓ変換成分は数式４に示す通りになり、ｓｉｎ変換成分は数式５に示す通りになる。
【００７１】
【数４】
【数５】
【００７２】
したがって、振幅Ｒは数式６に示す通りになり、位相差φは数式７に示す通りになる。
【００７３】
【数６】
【数７】
【００７４】
また、中央演算処理装置３３は送信装置１１及び受信装置２０にリファレンス信号を送る。すなわち、送信装置１１では本信号に同期した電流が地盤に送信される。受信装置２０の電流用及び電位用実効値積分回路３０及び３１では、入力信号に対し本信号に同期したｃｏｓ変換及び位相が９０度ずれたｓｉｎ変換処理が行われる。さらに、中央演算処理装置３３は電極切替部２１の送信用リレーである電流用リレー２６及び受信用リレーである電位用リレー３５の動作を制御する。
【００７５】
続いて、この地盤調査装置による地盤の電気探査の方法について説明する。
【００７６】
本装置は、二極法を前提とした探査専用に対応している。探査対象物のスケール及び深度に対応した測点間隔、調査領域の測点位置に電極を設置し、各電極と受信装置の接続用端子と結線する。例えば、１ｍスケールの探査対象物が深度５ｍ程度にあることが予測される場合、測点間隔は１ｍ以内、測線長は２５ｍ以上にする必要がある。また、調査領域より互いに反対方向に離れた２地点（長方形の場合は長辺の５倍以上）に、電流用遠電極２、電位用遠電極３をそれぞれ設置し、装置の遠電極接続用端子と結線する。例えば、図２に示すように調査領域が２４ｍ×４ｍの場合は、その中心位置より１００ｍ以上離れた地点に遠電極を設置する必要がある。
【００７７】
次に、二極法による測定では、全測点の中から選択された一つの電流電極１ａから電流を地盤に流すと共に電流電極１ａを除く全ての電極（本実施形態では５９点）を電位電極１ｂとして電位を計測することになる。よって、全測点数が６０の場合、全測定データの組み合わせ数は６０×５９＝３５４０通りになる。ここで、地盤における流体の移動に伴う比抵抗変化の測定を目的とした場合は、得られた振幅に電極配置により決まる係数を乗算した見掛比抵抗が必要な情報となる。なお、測点に非分極電極を使用すれば、本装置により地盤の充電効果を計測する電気探査ＩＰ法を行うことも可能となり、その場合は位相差の情報も必要となる。
【００７８】
したがって、以上のように構成された地盤調査装置によれば、電極配置を二極法に限定すると共に全測点数分の受信回路を組み込むことによって電極切替操作は電流電極のみに絞られるので電子回路を大幅に簡素化することができる。これにより、短時間のうちに地盤の電気探査を行うことができるようになる。
【００７９】
すなわち、全測点電極から選択された一測点のみ導通状態とする切替操作を行うだけで済むと共に各受信チャンネルのｃｏｓ積分回路４２ａ及びｓｉｎ積分回路４２ｂでの積分値だけを制御装置１０に転送するだけで済むので、波形データのデジタル化は行わないので広いダイナミックレンジは必要ない。よって、電極の切替操作及び増幅度の切換操作が不要となり、計測時間を大幅に短縮することができる。
【００８０】
具体例として、以下の条件に従って従来の地盤の電気探査装置を用いて電気探査を実施した場合の計測時間と比較する。なお、従来装置としては例えば特願２００４−３７２１１６に記載された電気探査装置が挙げられる。本装置はデジタル化した受信波形そのものを転送し、制御装置でフーリエ変換処理などを行い振幅や位相差を求める仕様となっている。
ｉ ）探査方法 ：四極法
ii ）受信チャンネル数 ：４
iii）測点数 ：６０極
iv ）送信周波数 ：２．５Ｈｚ（即ち送信周期は０．４秒）
ｖ ）送信時間 ：４秒（ただし、波数１０個分）
vi ）制御装置への転送時間：２０秒
【００８１】
上記条件を前提とし、スタッキング数４回で１２００通りの電極組み合わせによる電位を計測すると、｛４秒（送信時間）×４（スタッキング数）＋２０秒（転送時間）｝×１２００（組み合わせ数）÷４（チャンネル数）＝１０８００秒＝３時間かかる。
【００８２】
一方、本発明の地盤調査装置の条件は以下のとおりとなる。
【００８３】
ｉ ）探査方法 ：二極法
ii ）測点数 ：６０極
iii）送信周波数 ：１０００Ｈｚ（即ち送信周期は０．００１秒）
iv ）送信時間 ：０．０１秒（ただし、波数１０個分）
ｖ ）制御装置への転送時間：１秒
【００８４】
なお、制御装置への転送時間については、従来装置の場合は１つの送信波形及び４つの受信波形のデジタルデータにおける１波形あたりのデータ数を５１２個とすると、転送するデータ数は５１２×５＝２５６０個となるのに対し、本発明の地盤調査装置の場合は６０組の電位積分値及び１組の電流積分値、転送するデータ数は６１×２＝１２２個となるので、転送データ数の比２０：１に基づいて設定している。
【００８５】
上記条件を前提とし、スタッキング数４回で二極法による全組み合わせ数６０×５９＝３５４０通りの組み合わせによる電位を計測すると、｛０．０１秒（送信時間）×４（スタッキング数）＋１秒（転送時間）｝×６０（送信箇所）≒６０秒＝１分の計測時間となる。すなわち、実質的には制御装置への転送時間だけで済む。そして、計算上は本装置の方が３倍のデータ取得数なので、理論上は従来装置の１８０×３＝５４０倍の高速性能が達成される。
【００８６】
次に、Ｓ３の処理で得られた三次元電気探査の結果を用いて地盤状態の評価を行うと共に（Ｓ４）、地盤への液体の浸透状況に基づいて計測を終了するか否かを判断する（Ｓ５）。
【００８７】
Ｓ２の処理において、調査対象地域１３の地表面７に液体９が散布されて地盤中に浸透する。そして、地盤中に水みちが存在する場合には当該水みちにおいて液体９の浸透速度が周辺の地盤中よりも速くなるので、Ｓ３の処理の三次元電気探査の結果から地盤中の土砂の運搬経路となる水みちの有無が判断される。
【００８８】
すなわち、図７に示すように、地盤６中に水みち１４が存在する場合には、地表面７に散布された液体９は周辺の地盤６における浸透速度よりも速い速度で水みち１４の中を流動する。したがって、水みち１４の中の液体９や、水みち１４の中を流動して水みち１４の壁を濡らしている液体９や、水みち１４の壁から徐々に地盤６中に浸透する液体９（図７（Ｂ）の符号１６で示す破線）として周辺の地盤６中を浸透する液体９よりも突出して浸透するので、Ｓ３の処理の三次元電気探査の結果から地盤中の土砂の運搬経路となる水みちの有無が判断される。
【００８９】
具体的には、図８に示すように、地盤６深部に水みち１４が存在している場合には、地表面７に液体９が散布されると、地表面７近くでは水みち１４の影響を受けることなく調査対象地域１３全体に亘って概ね一様に徐々に液体９が地盤６中に浸透する。そして、液体９の散布が繰り返されたり雨が降り続けたりするに従って地盤６の深部に向かって液体９の浸透が進行する。
【００９０】
例えば、図８（Ｂ）に示すように、液体９の一回目の散布の後若しくは降雨開始から僅かな時間が経過した段階での一回目の計測では散布液体若しくは雨水９の浸透分布は地表面７から浅い範囲に限られ（図８（Ｂ）の浸透前線１７ａ）、地盤６の電気探査によって得られる結果も地表面７から浅い範囲に液体９が浸透している様相を示す。そして、液体９の散布の回数を重ねるに従って、若しくは降雨が続くに従って、順次実施される地盤６の電気探査の結果は液体９が地盤６の深部に向かって徐々に浸透していく様相を示す（図８（Ｂ）の浸透前線１７ｂ，１７ｃ）。
【００９１】
そして、地盤６中への液体９の浸透前線１７ｄが地盤６中に存在する水みち１４の端部に到達すると、水みち１４においては周辺の地盤６中と比べて液体９の浸透性が高いので、周辺地盤６の平均的な液体９の浸透分布よりも速く水みち１４中を液体９が浸透する。そのため、地盤６の電気探査によって得られる結果も液体９の浸透前線１７ｄから突出して液体９が浸透している様相を示す。
【００９２】
すなわち、図９に示すように、地表面７から浸透した液体９が水みち１４を中心に且つ周辺の地盤６における液体９の浸透よりも速く即ち周辺の浸透分布から突出して地盤６中に浸透する様相が電気探査によって明らかになる。この電気探査の結果によって地盤６中に水みち１４が存在していることが検知され、当該地盤６の状態の評価として地盤陥没の危険性があると判断される。
【００９３】
そして、液体９を地盤６に浸透させながら地盤６の電気探査を行うと共にその結果に基づいて地盤状態の評価を繰り返して行う間に、Ｓ５の処理として、当初予定の深度まで液体９が地盤６中に浸透して液体９の浸透状況の計測を終了すると判断された場合には（Ｓ５；Ｙｅｓ）、地盤調査を終了する（Ｓ６）。
【００９４】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態の地盤調査装置は、測点数が６０点まで対応可能な装置として構成されているが、６０チャンネルの拡張装置を順次追加することによって原理的には無限の測点数に対応することが可能である。例えば、拡張装置を３台追加した場合には測点数が２４０点まで計測が可能となる。この場合、計測時間は、本実施形態の６０チャンネルの場合の４倍、すなわち１分×２４０／６０＝４分で計測が可能である。
【００９５】
また、本実施形態では、液体９を地盤６に浸透させながらの地盤６の電気探査とその結果に基づく地盤状態の評価とを繰り返して行うことを前提とした例について説明したが、これに限られるものではなく、一回目の地盤６の電気探査によって当初予定していた探査深度まで液体９が浸透されていることが確認されたり水みちの存在が確認されたりして地盤調査として充分であると判断された場合には地盤６の電気探査と地盤状態の評価とを繰り返して行わなくても構わない。
【００９６】
さらに、本発明の地盤調査装置を図１０に示すように構成しても良い。なお、以下の説明においては、本発明の地盤調査装置に係る上述の実施形態のことを第一の実施形態と呼び、以下に説明する他の実施形態のことを第二の実施形態と呼ぶ。なお、以下に説明する第二の実施形態において上述の第一の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００９７】
第二の実施形態では、一つの測点１に一つの電流用電極１ａと一つの電位用電極１ｂとが組み合わされて配置される。具体的には、一つの測点１において組み合わされている電流用電極１ａと電位用電極１ｂとは測線に対して直交方向に互いに例えば２０〜３０ｃｍ程度離して配置されて接地させられる。
【００９８】
第二の実施形態としての地盤調査装置は、正弦波電流を送信する送信装置１１と、地表面７に展開される電流用電極１ａ毎に配置され該電流用電極１ａに接続されて択一的に導通状態になって正弦波電流を供給する電流用電極１ａを切り替える電流用リレー２６と、各電流用電極１ａと組み合わされて配置される電位用電極１ｂのそれぞれに接続されて各電位用電極１ｂでの接地インピーダンスを低減する演算増幅器３９と、演算増幅器３９のそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレー２６に接続する各電流用電極１ａと組み合わされている電位用電極１ｂに接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレー３５を備え電位信号を受信する電位用電極１ｂを切り替える電位用スイッチ回路３４と、電位用リレー３５のそれぞれに接続され電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路２９と、増幅及びフィルタ回路２９のそれぞれに接続され電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路３１とを有し、地盤６中に液体９を浸透させながら二極法によって地盤６の三次元電気探査を行って地盤６中への液体９の浸透分布と比べて突出して液体９が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定するようにしている。
【００９９】
第二の実施形態の地盤調査装置は、制御装置１０と電流送信・検出装置３６と受信装置２０とから構成される。
【０１００】
制御装置１０は、中央演算処理装置３３を有する例えばコンピュータであり、電流送信・検出装置３６及び受信装置２０の動作を制御するものである。
【０１０１】
電流送信・検出装置３６は、送信装置１１と電流検出回路２４とを有する。なお、電流送信・検出装置３６には発電機５が接続され、電流送信・検出装置３６はこの発電機５から電力の供給を受けて作動する。
【０１０２】
送信装置１１は、測点１の中から選択された一箇所の電流用電極１ａ及び電流用遠電極２に対して電流を供給するものである。なお、本実施形態においても合計６０点の測点１が配置されているものとする。
【０１０３】
送信装置１１は、端子１１ａ及び端子１１ｂを有し、これらの端子間に一定周期で電流を供給し、電流値及び電流の送信周波数を調節することができる。
【０１０４】
送信装置１１から任意の周波数のリファレンス信号（ｃｏｓ波である）に同期した電流が、パワーアンプ（電力増幅器）及び絶縁トランス１１ｃで増幅され、端子１１ａ及び端子１１ｂの間に送信されて地盤に送信される。このリファレンス信号は制御装置１０の中央演算処理装置３３によって制御され、中央演算処理装置３３から発せられた周波数及び送信電圧の情報は受信装置２０に備えられたＤ／Ａ変換器３７によってリファレンス信号（ｃｏｓ波である）に変換されてパワーアンプ及び絶縁トランス１１ｃに入力される。なお、流体を浸透させる仮定で地盤の比抵抗が低く変化し、送信用電極から流れる電流値が送信装置１１の仕様（本実施形態では最大４００ｍＡ）を超えた場合は、それ以上流れないように自動制御される。
【０１０５】
端子１１ａは電流検出回路２４及び電流用リレー２６を介して測点１の中から選択された一箇所の電流用電極１ａと導通される。また、端子１１ｂは電流用遠電極２と接続される。
【０１０６】
電流用電極１ａと電流用遠電極２との間に供給される正弦波電流の電流値や送信周波数は第一の実施形態と同様である。
【０１０７】
電流検出回路２４は、アイソレーションアンプ２４ａによって電流用電極１ａから地盤に流れた電流を抵抗２４ｂで生じた電圧値として検出するものである。電流検出回路２４は、送信装置１１の端子１１ａと電流用リレー２６との間に接続される。
【０１０８】
電流用リレー２６は、測点１の電流用電極１ａに通じる導線の接続と切断とを制御するものである。ここで、第二の実施形態では、電流用リレー２６が測点１毎に電流用電極１ａと一緒に分散して配置される。
【０１０９】
具体的には、本実施形態では、電流検出回路２４に３芯ケーブル４０が接続されると共に、３芯ケーブル４０から分岐する分岐線４３-1，４３-2，４３-3，…（以下、適宜、単に分岐線４３と表記する）のそれぞれに電流用リレー２６-1，２６-2，２６-3，…が接続され、各電流用リレー２６-1，２６-2，２６-3，…に測点１-1，１-2，１-3，…が接続される。なお、測点１の数は６０であるので、３芯ケーブル４０は６０本の分岐線４３を有し、６０個の電流用リレー２６が電流用電極１ａと一緒に配置される。なお、３芯ケーブル４０のうち１芯は電流用であり、２芯は電流用リレー２６の制御用である。
【０１１０】
電流用リレー２６は複数の測点１の中から選択された一箇所の電流用電極１ａに通じる分岐線４３を送信装置１１の端子１１ａに接続するものである。すなわち、通常は全ての測点１が送信装置１１の端子１１ａと切断状態になっているが、電流用電極１ａとして選択された一箇所の測点１は送信装置１１の端子１１ａと導通状態になる。
【０１１１】
送信装置１１からの正弦波電流を供給する測点１の電流用電極１ａの切り替えは、制御装置１０の中央演算処理装置３３によって制御される。具体的には、３芯ケーブル４０を介して中央演算処理装置３３からの制御信号が電流用リレー２６に入力され電流用リレー２６の切断状態と導通状態とが切り替えられる。
【０１１２】
また、本実施形態における受信装置２０は、測点１の電位用電極１ｂと電位用遠電極３との間の電位信号（具体的には電位差）を同時に受信するものである。
【０１１３】
例えば、全測点数が６０点の場合、６０点の中から選択された一箇所の測点１の電流用電極１ａから流した電流によって地盤に生じた電位信号を、前記選択された一箇所の測点１を除く全ての測点１（５９点である）の電位用電極１ｂで同時に受信する。なお、電位信号は各電位用電極１ｂと電位用遠電極３との間の電位差として計測する。
【０１１４】
受信装置２０は電位電極切替部４４と複素位相検波部２２とサンプリング部２３とを有する。なお、受信装置２０にはバッテリー４が接続され、受信装置２０はこのバッテリー４から電力の供給を受けて作動する。
【０１１５】
受信装置２０の電位電極切替部４４は、電位用スイッチ回路３４、増幅及びフィルタ回路２９を備える。
【０１１６】
電位用スイッチ回路３４は、全ての測点１の電位用電極１ｂに通じる導線の接続と切断とを制御するものである。
【０１１７】
電位用スイッチ回路３４は、電位用リレー３５-1，３５-2，３５-3，…（以下、適宜、単に電位用リレー３５と表記する）を備える。本実施形態では、測点１の数に対応して６０個の電位用リレー３５を有する。
【０１１８】
電位用リレー３５は例えば３０芯ケーブル３８を介して各測点１の電位用電極１ｂと接続される。具体的には、３０芯ケーブル３８の一方の分岐線のそれぞれに電位用リレー３５が接続され、他方の分岐線のそれぞれに演算増幅器３９を介して電位用電極１ｂが接続される。なお、本実施形態では、測点１は６０点であるので二本の３０芯ケーブル３８を用いる。
【０１１９】
演算増幅器（インピーダンス変換器とも呼ばれる）３９は、各電位用電極１ｂでの接地インピーダンスを低減するためのものである。演算増幅器３９を設けることにより、接地抵抗が高い場合に混入し易くなる電線と地面との間に発生するキャパシタンス成分による電磁的な誘導ノイズや多芯ケーブルの絶縁性能の劣化によるリーク（高周波数を使用するほど顕著に発生する）が低減される。
【０１２０】
ここで、各電流用リレー２６は通常は切断状態にあり、択一的に導通操作される。また、各電位用リレー３５は通常は導通状態にあり、択一的に切断操作される。例えば、全ての電流用リレー２６が切断状態にあると共に全ての電位用リレー３５が導通状態にあり、１番目の測点１-1の電流用電極１ａを送信装置１１の端子１１ａに導通させる場合には、１番目の測点１-1の電流用電極１ａに接続する電流用リレー２６-1を導通状態にする。同時に、１番目の測点１-1の電位用電極１ｂに接続する電位用リレー３５-1を切断状態にする（図１０に示す状態）。次に、２番目の測点１-2の電流用電極１ａを送信装置１１の端子１１ａに接続させる場合には、１番目の測点１-1の電流用電極１ａに接続する電流用リレー２６-1を切断状態にし且つ測点１-1の電位用電極１ｂに接続する電位用リレー３５-1を導通状態にすると共に、２番目の測点１-2の電流用電極１ａに接続する電流用リレー２６-2を導通状態にし且つ測点１-2の電位用電極１ｂに接続する電位用リレー３５-2を切断状態にする。３番目〜６０番目の測点１-3〜１-60の電流用電極１ａを端子１１ａに接続する場合も同様である。すなわち、或る測点１において組み合わされている電流用電極１ａと電位用電極１ｂとのそれぞれに接続する電流用リレー２６と電位用リレー３５とはどちらか一方が導通状態になった場合にそれに連動してもう一方は必ず切断状態になる。
【０１２１】
各電位用リレー３５の切断と接続との切替操作は制御装置１０の中央演算処理装置３３によって制御される。
【０１２２】
増幅及びフィルタ回路２９，複素位相検波部２２（これに含まれる電流用実効値積分回路３０，電位用実効値積分回路３１），サンプリング部２３（これに含まれるＡ／Ｄ変換器３２）は第一の実施形態におけるものと同様の構成を有して同様の働きをするものであるので、詳細な説明は省略する。
【０１２３】
また、Ａ／Ｄ変換器３２より出力されたデジタルデータに係る制御装置１０での処理も第一の実施形態におけるものと同様であるので詳細な説明は省略する。
【０１２４】
また、中央演算処理装置３３は、電流送信・検出装置３６並びに受信装置２０にリファレンス信号を送る。すなわち、電流送信・検出装置３６の送信装置１１では本信号に同期した電流が地盤に送信される。受信装置２０の電流用実効値積分回路３０及び電位用実効値積分回路３１では、入力信号に対し本信号に同期したｃｏｓ変換及び位相が９０度ずれたｓｉｎ変換処理が行われる。さらに、中央演算処理装置３３は送信用リレーである電流用リレー２６及び受信用リレーである電位用リレー３５の動作を制御する。
【０１２５】
以上の構成を有する第二の実施形態の地盤調査装置によれば、電極（符号１ａ，１ｂ）とケーブル（符号３８，４０）と各種装置ユニット（符号２６，３５等）との全てについて電流用と電位用とで完全に別系統に分離するようにしているので、多芯ケーブルの絶縁性能の劣化によるリークを低減することができる。
【０１２６】
また、第二の実施形態の地盤調査装置によれば、電流用リレー２６を電流用電極１ａと一緒に一個ずつ分散して配置すると共に３芯ケーブル４０によって制御するようにしているので、多芯ケーブルの絶縁性能の劣化によるリークを低減することができる。
【０１２７】
さらに、第二の実施形態の地盤調査装置によれば、電位用電極１ｂに対して演算増幅器３９を設けて接地抵抗を約１００００万分の１以下に低減するようにしているので、多芯ケーブルの絶縁性能の劣化によるリークを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の地盤調査装置を用いた地盤調査方法の実施形態の一例を説明するフローチャートである。
【図２】実施形態の電極の展開を説明する図である。
【図３】実施形態の散水車による液体の散布を説明する図である。
【図４】実施形態の地盤調査装置の機能ブロック図である。
【図５】実施形態の地盤調査装置のスイッチ回路の機能ブロック図である。
【図６】実施形態の地盤調査装置の実効値積分回路の機能ブロック図である。
【図７】地盤中の水みちにおける液体の浸透を説明する図である。（Ａ）は地盤中に存在する水みちを示す図である。（Ｂ）は地盤中の水みちを中心とした液体の浸透を説明する図である。
【図８】地盤中に水みちが存在する場合の液体の浸透を説明する図である。（Ａ）は地盤中に存在する水みち並びに地盤中への液体の浸透を示す図である。（Ｂ）は地盤中への液体の浸透並びに水みち内への液体の浸透を説明する図である。
【図９】地盤中の水みちに沿って液体が浸透する様相を説明する図である。
【図１０】本発明の地盤調査装置の他の実施形態を説明する機能ブロック図である。
【図１１】従来から考えられてきた地盤陥没発生メカニズムを説明する図である。（Ａ）は実際のトンネル断面よりも大きい断面で地盤が掘削されている状態を説明する図である。（Ｂ）はトンネル背面に残された空隙が崩落することによって地盤陥没が発生することを説明する図である。
【図１２】地盤中の液体の浸透並びに水みち及び空洞の形成を説明する図である。（Ａ）は液体が地盤の弱点部を選択的に流れながら地盤中に浸透する状況を説明する図である。（Ｂ）は、地盤中に水みち及び空洞が形成される状況を説明する図である。
【符号の説明】
【０１２９】
１ 電極（測点）
１１ 送信装置
２５ 電流用スイッチ回路
２６ 電流用リレー
２９ 増幅及びフィルタ回路
３１ 電位用実効値積分回路
３４ 電位用スイッチ回路
３５ 電位用リレー
３６ 電流送信・検出装置
３７ Ｄ／Ａ変換器
３８ ３０芯ケーブル
３９ 演算増幅器
４０ ３芯ケーブル
４３ 分岐線
４４ 電位電極切替部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正弦波電流を送信する手段と、地表面に展開される電極のそれぞれに接続されて択一的に導通状態にされる電流用リレーを備え前記正弦波電流を供給する前記電極を切り替える電流用スイッチ回路と、前記電流用リレーのそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレーに接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレーを備え電位信号を受信する前記電極を切り替える電位用スイッチ回路と、前記電位用リレーのそれぞれに接続され前記電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、前記増幅及びフィルタ回路のそれぞれに接続され前記電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路とを有し、二極法によって地盤の三次元電気探査を行うことを特徴とする地盤調査装置。
【請求項２】
正弦波電流を送信する手段と、地表面に展開される電極のそれぞれに接続されて択一的に導通状態にされる電流用リレーを備え前記正弦波電流を供給する前記電極を切り替える電流用スイッチ回路と、前記電流用リレーのそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレーに接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレーを備え電位信号を受信する前記電極を切り替える電位用スイッチ回路と、前記電位用リレーのそれぞれに接続され前記電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、前記増幅及びフィルタ回路のそれぞれに接続され前記電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路と、地盤中に液体を浸透させながら二極法によって前記地盤の三次元電気探査を行って前記地盤中への前記液体の浸透分布と比べて突出して前記液体が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定する手段とを有することを特徴とする地盤調査装置。
【請求項３】
正弦波電流を送信する手段と、地表面に展開される電流用電極毎に配置され該電流用電極に接続されて択一的に導通状態になって前記正弦波電流を供給する前記電流用電極を切り替える電流用リレーと、各前記電流用電極と組み合わされて配置される電位用電極のそれぞれに接続されて各前記電位用電極での接地インピーダンスを低減する演算増幅器と、前記演算増幅器のそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレーに接続する各電流用電極と組み合わされている電位用電極に接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレーを備え電位信号を受信する前記電位用電極を切り替える電位用スイッチ回路と、前記電位用リレーのそれぞれに接続され前記電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、前記増幅及びフィルタ回路のそれぞれに接続され前記電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路とを有し、二極法によって地盤の三次元電気探査を行うことを特徴とする地盤調査装置。
【請求項４】
正弦波電流を送信する手段と、地表面に展開される電流用電極毎に配置され該電流用電極に接続されて択一的に導通状態になって前記正弦波電流を供給する前記電流用電極を切り替える電流用リレーと、各前記電流用電極と組み合わされて配置される電位用電極のそれぞれに接続されて各前記電位用電極での接地インピーダンスを低減する演算増幅器と、前記演算増幅器のそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレーに接続する各電流用電極と組み合わされている電位用電極に接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレーを備え電位信号を受信する前記電位用電極を切り替える電位用スイッチ回路と、前記電位用リレーのそれぞれに接続され前記電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、前記増幅及びフィルタ回路のそれぞれに接続され前記電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路と、地盤中に液体を浸透させながら二極法によって前記地盤の三次元電気探査を行って前記地盤中への前記液体の浸透分布と比べて突出して前記液体が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定する手段とを有することを特徴とする地盤調査装置。
【請求項１】
正弦波電流を送信する手段と、地表面に展開される電極のそれぞれに接続されて択一的に導通状態にされる電流用リレーを備え前記正弦波電流を供給する前記電極を切り替える電流用スイッチ回路と、前記電流用リレーのそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレーに接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレーを備え電位信号を受信する前記電極を切り替える電位用スイッチ回路と、前記電位用リレーのそれぞれに接続され前記電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、前記増幅及びフィルタ回路のそれぞれに接続され前記電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路とを有し、二極法によって地盤の三次元電気探査を行うことを特徴とする地盤調査装置。
【請求項２】
正弦波電流を送信する手段と、地表面に展開される電極のそれぞれに接続されて択一的に導通状態にされる電流用リレーを備え前記正弦波電流を供給する前記電極を切り替える電流用スイッチ回路と、前記電流用リレーのそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレーに接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレーを備え電位信号を受信する前記電極を切り替える電位用スイッチ回路と、前記電位用リレーのそれぞれに接続され前記電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、前記増幅及びフィルタ回路のそれぞれに接続され前記電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路と、地盤中に液体を浸透させながら二極法によって前記地盤の三次元電気探査を行って前記地盤中への前記液体の浸透分布と比べて突出して前記液体が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定する手段とを有することを特徴とする地盤調査装置。
【請求項３】
正弦波電流を送信する手段と、地表面に展開される電流用電極毎に配置され該電流用電極に接続されて択一的に導通状態になって前記正弦波電流を供給する前記電流用電極を切り替える電流用リレーと、各前記電流用電極と組み合わされて配置される電位用電極のそれぞれに接続されて各前記電位用電極での接地インピーダンスを低減する演算増幅器と、前記演算増幅器のそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレーに接続する各電流用電極と組み合わされている電位用電極に接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレーを備え電位信号を受信する前記電位用電極を切り替える電位用スイッチ回路と、前記電位用リレーのそれぞれに接続され前記電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、前記増幅及びフィルタ回路のそれぞれに接続され前記電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路とを有し、二極法によって地盤の三次元電気探査を行うことを特徴とする地盤調査装置。
【請求項４】
正弦波電流を送信する手段と、地表面に展開される電流用電極毎に配置され該電流用電極に接続されて択一的に導通状態になって前記正弦波電流を供給する前記電流用電極を切り替える電流用リレーと、各前記電流用電極と組み合わされて配置される電位用電極のそれぞれに接続されて各前記電位用電極での接地インピーダンスを低減する演算増幅器と、前記演算増幅器のそれぞれに接続されて前記導通状態にされた電流用リレーに接続する各電流用電極と組み合わされている電位用電極に接続するものは切断状態にされると共にその他は導通状態にされる電位用リレーを備え電位信号を受信する前記電位用電極を切り替える電位用スイッチ回路と、前記電位用リレーのそれぞれに接続され前記電位信号に対して増幅度を選択して増幅すると共にノイズのレベルを低下させる増幅及びフィルタ回路と、前記増幅及びフィルタ回路のそれぞれに接続され前記電位信号の実効値を検出する電位用実効値積分回路と、地盤中に液体を浸透させながら二極法によって前記地盤の三次元電気探査を行って前記地盤中への前記液体の浸透分布と比べて突出して前記液体が浸透している箇所を検知することによって地盤陥没の危険箇所を特定する手段とを有することを特徴とする地盤調査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１０】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１０】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−３０４４５７（Ｐ２００８−３０４４５７Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２３５３２（Ｐ２００８−１２３５３２）
【出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００７年１２月 社団法人 物理探査学会発行の「物理探査 第６０巻 第６号」に発表
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００７年１２月 社団法人 物理探査学会発行の「物理探査 第６０巻 第６号」に発表
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
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