TOP > 国内特許検索 > 比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システムおよびその管理方法 > 明細書

明細書 :比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システムおよびその管理方法

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B1)
特許番号 特許第3041426号 (P3041426)
登録日 平成12年3月10日(2000.3.10)
発行日 平成12年5月15日(2000.5.15)
発明の名称または考案の名称 比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システムおよびその管理方法
国際特許分類 G01V  3/20      
FI G01V 3/20
請求項の数または発明の数 10
全頁数 17
出願番号 特願平11-151739 (P1999-151739)
出願日 平成11年5月31日(1999.5.31)
審査請求日 平成11年5月31日(1999.5.31)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】391027136
【氏名又は名称】農林水産省農業工学研究所長
発明者または考案者 【氏名】中里 裕臣
【氏名】長束 勇
【氏名】中島 賢二郎
個別代理人の代理人 【識別番号】100086852、【弁理士】、【氏名又は名称】相川 守
審査官 【審査官】本郷 徹
参考文献・文献 特開 平5-100044(JP,A)
調査した分野 G01V 3/20
要約 【課題】簡素な構成で長期間に渡り低コストでダム管理を行う。
【解決手段】比抵抗と温度、間隙比、飽和度等の各物性との関係を予め実験により求めて解析・異常判定の基礎諸元を取得し、堤体3(4,3A)築造時、堤体3の温度を検知する温度センサ6と、比抵抗を検知する電極Pa1~Pan、Pb1~Pbnとを堤体3に予め埋設する。堤体3完成後、堤体3に埋め込まれた温度センサ6から収集される温度データと、電気探査装置2により測定された電位データとをコンピュータ5により処理して温度分布と比抵抗分布とを経時的に作成し、しかる後、これら作成された物性分布と比抵抗分布とを、予め実験で求められた関係式に基づいて比較し、この比較に基づいて、比抵抗分布の変化が異常か正常か判定し、異常と判定された場合、比抵抗分布の領域に応じて異常部位を検出するようにしている。
特許請求の範囲 【請求項1】
遮水部と遮水部上下流側の外殻部とからなる堤体の築造時、予め決められた所定の配置に基づいて遮水部の所定の断面のほぼ外周に沿って多数埋設された電極と、上記電極と電気的に接続され、これら電極のうち任意の電流電極により電流を送信し、上記電流電極を除く他の電位電極間の電位差を測定し、その測定値を外部に出力する電気探査装置と、電気探査装置と電気的に接続され、この電気探査装置を制御するとともに、電気探査装置から入力された測定値に基づいて所定の断面の比抵抗構造を解析するコンピュータとを備え、上記所定の断面の比抵抗構造から第1回目の比抵抗分布を作成し、この第1回目の作成時から所定時間経過後新たな比抵抗分布を順次作成し、これら経時的に異なる比抵抗分布を比較して比抵抗分布の変化を経時的にモニターし、比抵抗分布中、異常な比抵抗変化が発見された際、異常部分に対応する堤体の異常部位を検出することを特徴とする比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システム。

【請求項2】
堤体の築造時、予め決められた所定の配置に基づいて堤体内に埋設され、物性を計測して外部に出力する埋設計器を備え、電気探査装置の測定値により解析された比抵抗変化と埋設計器から出力される計測データとの比較により堤体内の異常を解析することを特徴とする請求項1に記載の比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システム。

【請求項3】
予め遮水部の遮水材料について比抵抗と物性との関係を導き、この比抵抗-物性関係に基づいて、解析時の異常判定の基礎諸元を取得し、この既知情報を用いて逆解析を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システム。

【請求項4】
モニター時、堤体の異常非検出時の値に基づいて正常値を、異常検出時の値に基づいて異常判定値をそれぞれ更新することを特徴とする請求項1ないし3のうちいずれか1に記載の比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システム。

【請求項5】
電極は遮水部の堤軸方向と上下流方向との少なくともいずれか一方に埋設されることを特徴とする請求項1に記載の比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システム。

【請求項6】
埋設計器は温度センサとこの温度センサに電気的に接続され堤体の所定の面の温度情報を外部に出力する温度計とからなることを特徴とする請求項2に記載の比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システム。

【請求項7】
遮水部と遮水部外側の外殻部とからなる堤体の築造時、電極を予め決められた所定の配置に基づいて遮水部の所定の断面のほぼ外周に沿って多数埋設する電極埋設工程と、電気探査装置を上記電極と電気的に接続し、これら電極のうち任意の電流電極により電流を送信し、上記電流電極を除く他の電位電極間の電位差を測定し、その測定値を外部に出力する測定工程と、コンピュータを上記電気探査装置と電気的にかつ制御可能に接続し、電気探査装置から入力された測定値に基づいて上記所定の断面の比抵抗構造を解析し、上記所定の断面の比抵抗構造から第1回目の比抵抗分布を作成するとともに、この第1回目の比抵抗分布作成時から所定時間経過後新たな比抵抗分布を順次作成する比抵抗分布作成工程と、これら経時的に異なる比抵抗分布を比較して比抵抗分布の変化を経時的にモニターし、比抵抗分布中、異常な比抵抗変化が発見された際、異常部分に対応する堤体の異常部位を検出する検出工程とを備えたことを特徴とする比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理方法。

【請求項8】
堤体の築造時、予め決められた所定の配置に基づいて物性を計測して外部に出力する埋設計器を堤体内に埋設し、電気探査装置の測定値により解析された比抵抗変化と埋設計器から出力される計測データとの比較により堤体内の異常を解析することを特徴とする請求項7に記載の比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理方法。

【請求項9】
予め遮水部の遮水材料について比抵抗と物性との関係を導き、この比抵抗-物性関係に基づいて、解析時の異常判定の基礎諸元を取得し、この既知情報を用いて逆解析を行うことを特徴とする請求項7または8に記載の比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理方法。

【請求項10】
モニター時、堤体の異常非検出時の値に基づいて正常値を、異常検出時の値に基づいて異常判定値をそれぞれ更新することを特徴とする請求項7ないし9のうちいずれか1に記載の比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理方法。
発明の詳細な説明 【発明の詳細な説明】

【01】

【発明が属する技術分野】本発明は、比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システムおよびその管理方法に関するものである。

【02】

【従来の技術】フィルダム(堤体が土石材料を主要材料として造られるダム)の管理は従来、表面変位計もしくは層別沈下計による変形観測、土圧計による応力状態観測、間隙水圧計もしくは観測孔水位による浸潤線観測及び流量計による漏水量観測により行われている。

【03】
しかしながら、従来のフィルダム管理では、計器による観測はセンサの経年劣化により観測値の長期的な信頼性に問題がある。また、観測値は点情報であり、二次元的に堤体の異常箇所を特定するためには、多数の観測点数が必要となり、観測作業に手間がかかるという問題がある。ここでいう二次元的とは、地下構造や地形が測線方向と深度方向にのみ変化し、測線下の鉛直断面に直交する方向(奥行き方向)には変化しないことをいう。さらに、観測点数を増やしたからといって必ずしも所望の情報が得られるとは限らない。また、観測点は堤体内部もしくは基礎地盤内部にあるため、遮水部の安全性に大きく関与する堤体と基礎地盤とが接する部分に関する情報が得られなかった。このため、フィルダムの異常部を特定するのに、比抵抗トモグラフィ法による二次元的な非破壊探査の適用が考えられる。

【04】
比抵抗トモグラフィ法は、地表のみに電極を設置して行う電気探査比抵抗法に対して、探査対象部分の周囲のボーリング孔やトンネル等を利用して地下にも電極を設置し、地下の比抵抗構造をより高精度に解析する手法である。また、比抵抗モニタリングは、電気探査比抵抗法や比抵抗トモグラフィ法を経時的に実施し、得られた比抵抗の変化から地下の飽和度や間隙率の変化を推定する手法である。

【05】

【発明が解決しようとする課題】比抵抗トモグラフィ法をフィルダムの異常部を特定するのに用いる場合、ダム築造後に、ボーリング孔を穿設し、電極を設置するようにしているので、堤体上流側の貯水池内や堤体底部に電極を設置するのが困難であった。また、堤体下流側は遮水部が岩石材料で覆われているため、電流の送信が困難であった。また、一般的な比抵抗トモグラフィ法では、探査対象部分の全周に電極を設置することは困難であり、電極を設置できない領域での解析精度に問題があった。さらに、探査対象部分の比抵抗構造が未知であるため、解析結果に大きな影響を与える初期モデルを試行錯誤を繰り返しながら求める必要があった。また、自然地盤を対象とする一般的な比抵抗モニタリングにおいては、得られた比抵抗変化の主要因の特定に多くの仮定を必要とし、特に土木分野では地層の比抵抗に与える外的条件の影響はあまり考慮されてこなかった。

【06】
本発明は、上記問題点を除くためになされたもので、簡素な構成で、容易かつ高精度にフィルダムの異常部を把握することができ、しかも長期間に渡り低コストで管理を行うことができる比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システムおよびその管理方法を提供することを目的とするものである。

【07】

【課題を解決するための手段】本発明に係る比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システムは、遮水部と遮水部上下流側の外殻部とからなる堤体の築造時、予め決められた所定の配置に基づいて遮水部の所定の断面のほぼ外周に沿って多数埋設された電極と、上記電極と電気的に接続され、これら電極のうち任意の電流電極により電流を送信し、上記電流電極を除く他の電位電極間の電位差を測定し、その測定値を外部に出力する電気探査装置と、電気探査装置と電気的に接続され、この電気探査装置を制御するとともに、電気探査装置から入力された測定値に基づいて所定の断面の比抵抗構造を解析するコンピュータとを備え、上記所定の断面の比抵抗構造から第1回目の比抵抗分布を作成し、この第1回目の作成時から所定時間経過後新たな比抵抗分布を順次作成し、これら経時的に異なる比抵抗分布を比較して比抵抗分布の変化を経時的にモニターし、比抵抗分布中、異常な比抵抗変化が発見された際、異常部分に対応する堤体の異常部位を検出するようにしたものである。

【08】
本発明に係る比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システムでは、遮水部と遮水部上下流側の外殻部とからなる堤体の築造時、電極を予め決められた所定の配置に基づいて遮水部の所定の断面のほぼ外周に沿って多数埋設し、電気探査装置を上記電極に電気的に接続し、この電気探査装置によりこれら電極のうち任意の電流電極により電流を送信し、上記電流電極を除く他の電位電極間の電位差を測定し、その測定値を外部に出力し、この電気探査装置と電気的に接続されたコンピュータによりこの電気探査装置を制御するとともに、電気探査装置から入力された測定値に基づいて所定の断面の比抵抗構造を解析するようにし、上記所定の断面の比抵抗構造から第1回目の比抵抗分布を作成し、この第1回目の作成時から所定時間経過後新たな比抵抗分布を順次作成し、これら経時的に異なる比抵抗分布を比較して比抵抗分布の変化を経時的にモニターし、比抵抗分布中、異常な比抵抗変化が発見された際、異常部分に対応する堤体の異常部位を検出するようにしているので、非破壊探査により異常部を正確に検出することができ、しかも、計測機器が簡素化されて長期間に亘る精密な管理が可能となる。

【09】
また、 本発明に係る比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理方法は、遮水部と遮水部外側の外殻部とからなる堤体の築造時、電極を予め決められた所定の配置に基づいて遮水部の所定の断面のほぼ外周に沿って多数埋設する電極埋設工程と、電気探査装置を上記電極と電気的に接続し、これら電極のうち任意の電流電極により電流を送信し、上記電流電極を除く他の電位電極間の電位差を測定し、その測定値を外部に出力する測定工程と、コンピュータを上記電気探査装置と電気的にかつ制御可能に接続し、電気探査装置から入力された測定値に基づいて上記所定の断面の比抵抗構造を解析し、上記所定の断面の比抵抗構造から第1回目の比抵抗分布を作成するとともに、この第1回目の比抵抗分布作成時から所定時間経過後新たな比抵抗分布を順次作成する比抵抗分布作成工程と、これら経時的に異なる比抵抗分布を比較して比抵抗分布の変化を経時的にモニターし、比抵抗分布中、異常な比抵抗変化が発見された際、異常部分に対応する堤体の異常部位を検出する検出工程とを備えるようにしたものである。

【10】
本発明に係る比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理方法では、電極埋設工程により遮水部と遮水部外側の外殻部とからなる堤体の築造時、電極を予め決められた所定の配置に基づいて遮水部の所定の断面のほぼ外周に沿って多数埋設し、測定工程により電気探査装置を上記電極と電気的に接続し、これら電極のうち任意の電流電極により電流を送信し、上記電流電極を除く他の電位電極間の電位差を測定し、その測定値を外部に出力し、比抵抗分布作成工程によりコンピュータを上記電気探査装置と電気的にかつ制御可能に接続し、電気探査装置から入力された測定値に基づいて上記所定の断面の比抵抗構造を解析し、上記所定の断面の比抵抗構造から第1回目の比抵抗分布を作成するとともに、この第1回目の比抵抗分布作成時から所定時間経過後新たな比抵抗分布を順次作成し、検出工程によりこれら経時的に異なる比抵抗分布を比較して比抵抗分布の変化を経時的にモニターし、比抵抗分布中、異常な比抵抗変化が発見された際、異常部分に対応する堤体の異常部位を検出するようにしているので、堤体全体について探査不能領域を生じることなく非破壊により精密に探査することができるとともに、電極および電線が機能する限り半永久的に堤体の管理を行うことができる。

【11】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の一実施の形態に係る比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システムの概念図、図2はそのフローチャートである。上記実施の形態に係るフィルダム管理システムは、堤体3(図1参照)築造の計画段階で、堤体の材料試験(図2参照)とともに、電極の配置計画が作成される(図2のステップS1参照)。また、所定の実験場では、実験により予め遮水部4(図1参照)の遮水材料について比抵抗と温度との関係、比抵抗と間隙比との関係、比抵抗と飽和度との関係等が求められる(図2のステップSp1、図5および図6参照、)。さらに、堤体3の基礎掘削時、基礎地盤の比抵抗測定が行われる(図2のステップSp2参照)。これら実験により求められた比抵抗と各物性(温度、間隙比、飽和度等)との関係(図5及び図6参照)と、実地の測定により求められた基礎地盤の比抵抗測定とに基づいて、比抵抗トモグラフィ法による初期モデルを既知とするため、解析・異常判定の基礎諸元を取得する(図2のステップSp3参照)。

【12】
また、上記実施の形態に係るフィルダム管理システムは、図1に示すように、電気探査装置2と、堤体(フィルダム)3内に埋設され、電気探査装置2と電気的に接続された測定用電極Pa1~Pan、Pb1~Pbnと、遮水部4の所定位置に埋設される温度センサ6と、この温度センサ6と電気的に接続され温度センサ6から温度データを外部に出力する温度計7と、電気探査装置2と温度計7とに電気的に接続され、この電気探査装置2を制御するとともに、電気探査装置2から送られてくる測定結果を解析処理する解析・制御用コンピュータ5とを備えている。堤体3は、図1に示すように、遮水部4とこの遮水部4の上下流側に岩石や土砂などが投入された外郭部3Aが形成される。

【13】
ところで、測定用電極Pa1~Pan、Pb1~Pbnは、図1に示すように、堤体3の築造時、遮水部4の所定の方向(本実施の形態では、上下流方向Aと堤軸方向Bとの二方向)に所定の配置で設置され、築造後、堤体3内に埋め込まれてしまう耐腐食性金属片により構成される。すなわち、予め決められた電極の配置計画に基づき(図2のステップS1参照)、堤体3の基礎掘削(図2のステップS2参照)後、図1に示すように、遮水部4の底面となる部分に所定の電極Pa1…Pa5、Pb1…Pb5を設置し(図2のステップS3参照)、盛立てを行いつつ(図2のステップS4参照)、予め決められた所定の設置場所に電極Pa1~Pan、Pb1~Pbnおよび温度センサ6が設置されて(図2のステップS5参照)、遮水部4を形成し堤体3の盛立てを完了する(図2のステップS6参照)ようになっている。そして盛り立て完了後は、図2に示すように、湛水試験が行われ、供用開始となる。

【14】
また、堤体3の築造時(図2のステップS3~S6参照)、所定の場所に間隙水圧計等の埋設計器(図示せず)を埋め込むようにしている。これら埋設計器は、間隙水圧、応力、変形量を計測するためのもので、比抵抗トモグラフィ法による解析において、物性の計測データをコンピュータ5に出力し、その時の比抵抗分布と比較して物性データと比抵抗分布とを関連づけ、これら比較を経時的に繰り返し、少なくとも物性と比抵抗との関係を導くまでその機能を果たせばよい。このため、関係式が導かれた後は、たとえ故障しても取り換えなくともよい。埋設計器のうち、特に間隙水圧計のデータから遮水部の飽和領域が推定され、その変化と比抵抗分布の変化の対応を関連づけることになる。埋設計器そのものは、本願発明に特有のものではなく、従来から必要に応じてダムの一部として設置される。しかしながら、本願発明に関連するのは、特に間隙水圧計による飽和部の分布である。すなわち、ダムに埋設された間隙水圧計により、圧力から水柱高を求めると、浸潤線(飽和部・不飽和部の境界)が描ける。水圧の変化は浸潤線の変化を示し、飽和部の変化を示す。これにより飽和度に関する比抵抗変化と関連づけられる。その他、土圧計や沈下計で異常があった場合、その付近の比抵抗変化と関連させて異常判断の資料とすることができる。その際、間隙比が変化しているが直接間隙比を測定しているわけではない。

【15】
本実施の形態では、各測定用電極系Pa1~Pan、Pb1~Pbnは、図1に示すように、遮水部4に対し上下流方向Aと堤軸方向Bとの両方向に遮水部4のほぼ外周に沿ってそれぞれ埋設される。温度センサ6は、遮水部4築造時、各測定用電極系Pa1~Pan、Pb1~Pbnにより形成される平面上の所定位置に埋設される。この温度センサ6は、得られた比抵抗変化に対する温度の影響を除いたり、反対に比抵抗変化に対する温度変化の寄与度を明らかにするために設けられ、堤体3内部のそれぞれの埋設位置の温度情報を外部に送出するようになっている。温度センサ6については、電気伝導度が温度で変化し、25度C換算で示されるように、その逆数である比抵抗も温度により変化する。堤体上部は温度変化するため、例えば、昼と夜、夏と冬では比抵抗が異なる。このような日変化、年変化を堤体異常と誤認しないため、温度センサ6が必要となる。

【16】
電気探査装置2は、図3に示すように、例えば、測定用電極P1~Pnと、このこれら測定用電極P1~Pnごとに電気的に接続された多芯ケーブル21と、この多芯ケーブルと電気的に接続された端子板22と、この端子板22に電気的に接続され、端子に接続され各端子を移動しつつ測定を繰り返す送信器23および受信器24とを備えて構成される。電気探査装置2は、測定用電極P1~Pnのうちある2点の電極(C1,C2)を電流電極として用い、他の測定用電極を電位電極として電位測定用の電極として用いるようになっている。すなわち、電気探査装置2は、例えば、図1に示すように、上下流方向Aに設置された電極Pa1~Panのうち、ある2点の電流電極(送信電極)C1,C2(例えばC1=Pa1、C2=Pa14)により電流を送信し、この電流電極以外の別の2点の電位電極(測定用電極)P1、P2間(例えば、P1=Pa2…Pan(Pa1を除く)、P2=Pa2…Pan(Pa14を除く)の電位差を測定し、その測定値をコンピュータ5に送出するようになっている。測定の組み合わせは決まった仕様はないが、できるだけ多くの組み合わせで送受信を行い、データ数を増やし、解析精度を向上させることが望ましいが、考え得る全ての組み合わせを測定するのは不経済でもあるので、現場に応じて必要十分な点数の測定にとどめることになる。

【17】
コンピュータ5は、これら複数の組み合わせの測定値から、電位電極(例えば電流電極C1=Pa1、C2=Pa14の場合、これらPa1、Pa14を除いたPa2~Pan)により形成される面(すなわち、堤体3の断面)に対応する比抵抗構造を解析するようになっている。また、コンピュータ5に温度計7を介して温度センサ6からの温度情報が入力されると、電極Pa1~Panに囲まれた遮水部4断面における温度分布がモニターできるようになっている。すなわち、コンピュータ5は、測定値の変化及び比抵抗構造の変化から堤体3内の温度分布の変化及び含水状態の変化を推定することができるようになっている。すなわち、入力されたデータを比抵抗トモグラフィ法により処理し、基準となる最初の比抵抗構造を解析し、所定の期間または時間経過後、同様に処理して解析された比抵抗構造を、以前のものと比較して経時的な変化をとらえ、この比抵抗変化により物性の変化を推定するようにしている。

【18】
次に、本実施の形態に係る比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システムの作用に基づき比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理方法について説明する。堤体3築造の計画段階で、図2に示すように、電極の配置計画が作成されるとともに(図2のステップS1参照)、所定の実験場では、実験により予め比抵抗と温度との関係、比抵抗と間隙比との関係、比抵抗と飽和度との関係等が求められる(図2のステップSp1、図5および図6参照)。また、堤体3の基礎掘削時、基礎地盤の比抵抗測定が行われる(図2のステップSp2参照)。これら実験により求められた比抵抗と各物性(温度、間隙比、飽和度等)との関係(図5及び図6参照)と、実地の測定により求められた基礎地盤の比抵抗測定とに基づいて、比抵抗トモグラフィ法による初期モデルを既知とするため、解析・異常判定の基礎諸元が取得される(図2のステップSp3参照)。

【19】
堤体3の築造時、電極Pa1~Pan、Pb1~Pbnが遮水部4のほぼ外周面全体(底部も含む)に、上下流方向Aと堤軸方向Bとの二方向に所定の配置で設置されて埋設される(埋設工程)。このため、電気探査装置2により、これら電極Pa1~Pan、Pb1~Pbnのうち、ある電極系PaまたはPbのうち、いずれか一方の系について、選択されたある2点の電流電極C1,C2(C1,C2とも電極Pa1~Panから任意に選択された電流電極(送信用電極)となるもの)から電流を送信すると、これら電流電極を除く他の2点の電位電極間の電位差を測定する。この測定は多数の電極の組み合わせにより行われる(測定工程)。すなわち、比抵抗トモグラフィ法に基づいて、一方の電極系Paで囲まれる断面は、探査対象領域として小領域に分割され、電極の組み合わせによりこれら小領域ごとの電位差が測定されるようになっている。つまり、この電極系Paについては、堤体3の上下流方向の断面(図7の各領域に分割されたモデル参照)を、他の電極系Pbについては、堤体3の堤軸方向の断面をモデル化して測定を行う。

【20】
また、この比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理方法では、堤体3の築造時(図2のステップS3~S6参照)、所定の場所に温度センサ6、間隙水圧計等の埋設計器(図示せず)を埋め込むようにしている。これら埋設計器は、各物性の計測データを出力するようになっている。ところで、第1義的には、比抵抗変化の変数として働く関数は、温度であり、堤体3内に埋設された温度センサ6により得られる堤体3内部の温度分布モニターにより比抵抗変化に対する温度の影響を除くようになっている。さらに、埋設計器により計測されたデータはコンピュータ5に出力され、コンピュータ5は埋設計器により計測された、例えば、浸潤線変化(飽和部の変化)等のデータを比抵抗変化と比較するようになっている。

【21】
電気探査装置2により各電極の組み合わせついて行われた測定値は、コンピュータ5に出力される。コンピュータ5は電気探査装置2により入力された測定値に基づき、モデル(図7参照)の比抵抗ブロックについて比抵抗構造を解析し、第1回目の比抵抗分布を作成する(図2のステップS7参照)。次に、この第1回目の作成時から、経時的に計測を繰り返し(図2のステップS8参照)、経時的に異なる比抵抗分布を順次作成する(比抵抗分布作成工程)。この経時的計測時、図2のステップSp4に示すように、実験により予め取得された解析・異常判定の基礎諸元(図2のステップSp3参照)に基づいて、埋設計器から計測される物性のデータと比抵抗分布とを比較し、これら経時的に異なる比抵抗分布を比較して比抵抗分布の変化を経時的にモニターし、比抵抗分布中、異常な比抵抗変化が発見された際、異常部分に対応する堤体の異常部位を検出する(検出工程、図2のステップS9参照)ようになっている。さらに、図2のステップSp4で得られた埋設計器のデータに基づいて、平常値・異常判定値の更新が行われるようになっている(図2のステップSp5参照)。このため、経時的計測を繰り返すたびに正常・異常判定の精度が向上する。

【22】
上述のように、上記実施の形態にかかるフィルダム管理システムおよびフィルダム管理方法では、比抵抗と各物性(温度、飽和度等)との関係を予め実験により求めて解析・異常判定の基礎諸元を取得し、堤体3築造時、堤体3の間隙水圧等を測定する埋設計器及び温度センサ6と、比抵抗を検知する電極Pa、Pbとを堤体3に予め埋設し、堤体3完成後、堤体3に埋め込まれた埋設計器及び温度センサ6から収集される物性データと、電気探査装置2により測定された電位データとをコンピュータ5により処理して物性分布(温度分布、飽和度分布等)と比抵抗分布とを経時的に作成し、しかる後、これら作成された物性分布と比抵抗分布とを、予め実験で求められた関係式に基づいて比較し、この比較に基づいて、比抵抗分布の変化が異常か正常か判定し、異常と判定された場合、比抵抗分布の領域に応じて異常部位を検出するようになっている。さらに、この比較により得られたデータを正常・異常判定の判定データとして更新しつつ蓄積することができる。

【23】
また、予め実験により求められた解析・異常判定の基礎諸元に基づいて、初期モデルを既知とすることにより、この既知情報を用いて逆解析を行うと異常を検出する精度が向上する。この場合、埋設計器から検出される物性データの有無に関係なく比抵抗分布の変化により異常を検出することも可能であるが、好ましくは、比抵抗分布と埋設計器から検出される物性分布とを比較することにより異常を検出すれば、より精度が向上する。

【24】
なお、図5及び図6に示す比抵抗と各物性(含水比、温度)との関係は、予め室内実験で求められるものであり、比抵抗関数の変数となりうる各物性は、堤体内の温度、遮水材料の飽和度、遮水材料または基礎地盤のうち少なくともいずれか一方の間隙率、間隙水の電気伝導度等である。また、電気伝導度は温度の変数となっている。温度センサ6は、堤体3内の比抵抗変化から温度の変化の影響を除くために、データが収集できる限り必要となる。さらに、温度センサ6は二次元的な温度補正用であるが、温度変化そのものからその点における異常がわかる場合もある。比抵抗によるモニターは、堤体3の物性を直接検知する直接的なセンサ類(埋設計器)が停止した後、利用するもので、間隙水圧計などによる計測が可能な間はセンサ類がモニター事項として優先される。埋設計器の一種としての間隙水圧計については、一般的な埋設計器として用いられているので、図示していない。

【25】
ところで、比抵抗トモグラフィ法は、多数の電極の組み合わせにより実測値を取得し、探査対象領域を小領域に分割し、各小領域の比抵抗値を変化させて比抵抗分布モデルを修正し、モデルから計算される測定値と上記実測値とを比較し、その差の二乗和が最小となるモデルを求める手法である。ある2時期の解析結果を比較し、比較抵抗変化部が認められた場合、その部分において次式(Archie,1942)に示される物性の変化が推定される。

【26】

【数1】
JP0003041426B1_000002t.gif【0027】ここで飽和度Sは

【28】

【数2】
JP0003041426B1_000003t.gif【0029】と表されるので、含水比と土の比抵抗にも指数関数の関係が成り立つ。

【30】
図5は、遮水材料に用いられる風化泥岩を試料として含水比を変化させた場合の比抵抗変化を示す図であり、予め室内での試験により得られたデータである(数3参照、図2のステップSp1参照)。

【31】

【数3】
JP0003041426B1_000004t.gif【0032】また、間隙水の比抵抗は温度によって変化するため、比抵抗は温度の関数となる。図6は、粘性土を試料として温度を変化させた場合の比抵抗変化を示す図であり、予め室内での試験により得られたデータである(図2のステップSp1参照)。

【33】
一方、フィルダムに関する異常は大きく2つの現象としてとらえられる。1つは埋設された間隙水圧計の計測データから示される、遮水部4内部の含水状態変化による浸潤線の変化であり、1つは漏水量観測からとらえられる遮水部4内部もしくは遮水部4周辺の基礎地盤中の漏水経路の形成である。これらの異常は、物性的に前者は遮水材料の飽和度の変化を、後者は遮水材料もしくは基礎地盤の間隙率の変化及び間隙水の温度や電気伝導度の変化としてとらえられる。これらの物性は、上述のように比抵抗関数の変数であり、築堤時に遮水部4周辺に埋設した電極系を使用する比抵抗トモグラフィ法を経時的に実施し、比抵抗分布の変化をモニターすることにより、堤体3の遮水部4の異常を長期的に検知することができる。また、同時に堤体3内部の温度分布をモニターすることにより、比抵抗変化に対する温度変化の寄与度を明らかにできる。比抵抗トモグラフィ法では、電極系で囲んだ領域の外側の部分における比抵抗分布も解析できることから、堤体に接する基礎地盤についても異常を検知できる。

【34】

【実施例】次に、上記構成に係る比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システムを用いて実験を行った一実施例を示す。実験は、堤体の上下流方向の断面をモデル化し、遮水部に変化が生じた場合の比抵抗変化について数値実験を行った。モデルはフィルダムを単純化し、図7に示すように、中央の遮水部を30Ωmとし、下流側のロック部材(外殻部)及び空間を999,999Ωm、上流側の飽和したロック材及び貯水を50Ωmとし、基礎地盤は300Ωmとした。差分法による数値モデリングと逆解析に使用する計算領域は、59×50メッシュの範囲とし、逆解析の解析領域は2×2メッシュの比抵抗ブロックを単位とする20×21ブロックの範囲とした(図7参照)。電極間隔は2メッシュとし、遮水部の外周に64点を配置した。測定電極配置は2極法とし、総測定点数は2016点である。

【35】
以上のモデルについて、初期モデルの比抵抗ブロックにケースに応じた比抵抗変化を与え、それに対して差分法による数値モデリングを行い、測定値を計算した。この測定値に対して平滑化制約付き最小二乗法による逆解析を行い、10回の反復計算結果を解析結果として表示した。

【36】
図8は、図7の初期モデルから得られる計算測定値について、比抵抗構造が未知として、ブロック比抵抗の初期値を100Ωm均一として解析を行った結果である。おおむね初期モデルに近い比抵抗値が解析されており、さらに電極系で囲まれた範囲の外側の比抵抗構造も求められることを示している。

【37】
図9は、図8と同じ計算測定値を用いて初期モデル通りの比抵抗構造をブロック比抵抗の初期値として与えたものである。比抵抗構造が既知であることにより解析精度が向上することがわかる。

【38】
図10および図11はそれぞれ、遮水部底面に電極が設置できない場合で、図8、図9と同様の解析を行った結果である。この場合、電極は53点、計算される測定値は1,378点である。図10および図11はいずれも電極のない底面付近の遮水部及び基礎地盤の解析結果とモデルの差は大きく、このことから、底面への電極設置の必要性が示されている。

【39】
図12は、堤体遮水部の一部に漏水個所が生じ、間隙率の増大によりその部分が30Ωmから20Ωmに変化した場合を想定し、そのモデルから得られた計算測定値について解析を行った結果である。変化状況がよく解析されている。

【40】
図13は堤体基礎に漏水個所が生じ、間隙率の増大によりその部分が300Ωmから150Ωmに変化した場合を想定し、そのモデルから得られた計算測定値について解析を行った結果である。電極系の外側の変化についても変化状況がよく解析されている。

【41】
図14は、堤体上部で浸潤線が変化し、不飽和部の増大によりその部分が30Ωmから50Ωmに変化した場合を想定し、そのモデルから得られた計算測定値について解析を行った結果である。これについても変化状況がよく解析されている。

【42】
以上の結果から、本実施の形態に係る比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システムでは、堤体3の遮水部4に生じる比抵抗変化をモニターすることができ、異常の発生と、その場所が推定できる。このシステムでは、各種埋設計器の稼働中には、比抵抗変化の原因となる物性変化の特定が可能であり、埋設計器故障後の比抵抗変化の評価に対して事例を蓄積することができる。また、このフィルダム管理システムでは、ボーリング孔内等に電極を設けることによりさらに広い範囲のモニターを行うことが可能となる。

【43】
なお、上記実施の形態及び実施例においては、埋設された測定用電位電極のうち所定の2点の測定用電位電極を電流電極として用いているが、これに限られるものではなく、図4に示すように、採用する電極配置P31-P3nに応じて送受信に遠電極C31、C32のいずれか一方を用い、埋設された測定用電位電極P31-P3nのうち、送受信用に1点ずつ使用してもよい。符号22、23、24はそれぞれ端子板、送信器、受信器である。また、電極は遮水部の堤軸方向と上下流方向とに埋設するようにしているがこれに限られるものではなく、堤軸方向と上下流方向とのいずれか一方であっても本願発明の目的を達成することができる。また、堤体に応じて適宜配置を変更してもよいことは言うまでもない。さらに、上記実施の形態にかかるフィルダム管理システムおよびフィルダム管理方法では、埋設計器と温度センサとによりデータを収集するようにしてるが、これに限られるものではなく、たとえ、埋設計器が無い場合でも、温度センサがあれば本願発明の目的を達成することができる。

【44】

【発明の効果】以上説明したように本発明の比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システムでは、遮水部と遮水部上下流側の外殻部とからなる堤体の築造時、予め決められた所定の配置に基づいて遮水部の所定の断面のほぼ外周に沿って多数埋設された電極と、上記電極と電気的に接続され、これら電極のうち任意の電流電極により電流を送信し、上記電流電極を除く他の電位電極間の電位差を測定し、その測定値を外部に出力する電気探査装置と、電気探査装置と電気的に接続され、この電気探査装置を制御するとともに、電気探査装置から入力された測定値に基づいて所定の断面の比抵抗構造を解析するコンピュータとを備え、上記所定の断面の比抵抗構造から第1回目の比抵抗分布を作成し、この第1回目の作成時から所定時間経過後新たな比抵抗分布を順次作成し、これら経時的に異なる比抵抗分布を比較して比抵抗分布の変化を経時的にモニターし、比抵抗分布中、異常な比抵抗変化が発見された際、異常部分に対応する堤体の異常部位を検出するようにしたので、非破壊探査により異常部を正確に検出することができ、しかも、計測機器が簡素化されて長期間に亘る精密な管理が可能となるので、ダム管理のコストダウンを図ることができる。また、従来の埋設計器に比較してより長期間の計測が可能となる。このため、長期的なダムの安全管理を行うことができ、異常時の的確な調査計画を立てて対策を講じることができる。さらに、施設の老朽化による補修や更新時期の評価への応用も期待できる。

【45】
また、本発明の比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理方法では、遮水部と遮水部外側の外殻部とからなる堤体の築造時、電極を予め決められた所定の配置に基づいて遮水部の所定の断面のほぼ外周に沿って多数埋設する電極埋設工程と、電気探査装置を上記電極と電気的に接続し、これら電極のうち任意の電流電極により電流を送信し、上記電流電極を除く他の電位電極間の電位差を測定し、その測定値を外部に出力する測定工程と、コンピュータを上記電気探査装置と電気的にかつ制御可能に接続し、電気探査装置から入力された測定値に基づいて上記所定の断面の比抵抗構造を解析し、上記所定の断面の比抵抗構造から第1回目の比抵抗分布を作成するとともに、この第1回目の比抵抗分布作成時から所定時間経過後新たな比抵抗分布を順次作成する比抵抗分布作成工程と、これら経時的に異なる比抵抗分布を比較して比抵抗分布の変化を経時的にモニターし、比抵抗分布中、異常な比抵抗変化が発見された際、異常部分に対応する堤体の異常部位を検出する検出工程とを備えるようにしたので、堤体全体について探査不能領域を生じることなく非破壊により精密に探査することができるとともに、電極が機能する限り半永久的に堤体の管理を行うことができるので、管理コストを低減させ、しかも長期間にわたり管理することができる。
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図8】
6
【図7】
7
【図9】
8
【図10】
9
【図11】
10
【図12】
11
【図13】
12
【図14】
13