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EQUIPMENT AND METHOD FOR COMPUTING SAFETY FACTOR

Patent code P110006356
Posted date Dec 21, 2011
Application number P2006-302619
Publication number P2008-121185A
Patent number P4887121
Date of filing Nov 8, 2006
Date of publication of application May 29, 2008
Date of registration Dec 16, 2011
Inventor
  • (In Japanese)布川 修
  • (In Japanese)杉山 友康
  • (In Japanese)太田 直之
Applicant
  • (In Japanese)公益財団法人鉄道総合技術研究所
Title EQUIPMENT AND METHOD FOR COMPUTING SAFETY FACTOR
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide equipment and a method for computing a safety factor of a surface failure of a slope, which enable a groundwater level of a surface layer to be obtained with accuracy, and which make the accuracy of the safety factor high.
SOLUTION: The safety factor computing equipments splits surface layer data into a plurality of area data, determines a hydraulic gradient for each of the area data, and determines the outflow direction of water from the positive and negative of the hydraulic gradient. In this case, when the outflow directions cross each other between the adjacent area data, a marsh is provided in the boundary of a crossing area. Subsequently, the inflow and outflow of the water are obtained for each of the area data from the hydraulic gradient, the outflow direction of the water, and the amount of rainfall; and an average degree of saturation is obtained from the inflow and the outflow. When the average degree of saturation exceeds a steady value, it is substituted into an approximate expression which indicates a relationship between the average degree of saturation and a groundwater level ratio, so that the groundwater level in the area data can be obtained. When the average degree of saturation is equal to/lower than the steady value, the groundwater level is set at 0. Finally, the safety factor in the area data is obtained from the obtained groundwater level.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

日本国内は急峻な地形が多いため、降雨時には斜面の表層崩壊による土砂災害が数多く発生している。
このような災害に対しては、災害による人的、物的損害を最小限に抑えるため、事前に崩壊を予測することにより、崩壊の恐れのある斜面の周辺に居住する住民に避難勧告を出したり、斜面の周辺を通過する鉄道の運転規制を行なったりすることが望ましい。

そのため、地形の表層の座標や土質のデータおよび降雨量のデータをもとにして、斜面の崩壊の安全率を計算し、安全率をもとにして崩壊の危険度を予測する方法が提案されており、以下のようなものが知られている(非特許文献1)。
【非特許文献1】
沖村、市川「数値地形モデルを用いた表層崩壊危険度の予測法」、土木学会論文集、土木学会、1985年6月、358/III-3号、p69-75

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、安全率計算装置および安全率計算方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
地形の表層の形状や物性を示すデータであり、複数の領域データに分割された表層データと、前記表層への降雨量を示すデータである降雨量データをもとにして、前記表層の崩壊の安全率を計算する安全率計算装置であって、
複数の前記領域データごとに、前記領域データ内の平均飽和度を算出する平均飽和度算出手段と、
複数の前記領域データごとに、前記平均飽和度が一定値より大きい場合は、平均飽和度と地下水位比の関係を示す近似式から、前記領域データ内の地下水位を求め、一定値以下の場合は前記領域データ内の地下水位が消失したものとみなす地下水位算出手段と、
複数の前記領域データごとに、前記地下水位から前記領域データ内の安全率を求める安全率算出手段と、
を有することを特徴とする斜面の表層の崩壊の安全率計算装置。

【請求項2】
 
前記平均飽和度算出手段は、
複数の前記領域データごとに、前記領域データ内の動水勾配を求める動水勾配算出手段と、
複数の前記領域データごとに、前記動水勾配をもとにして、前記領域データ内から前記領域データ外へと流出する水の流出方向を求める流出方向算出手段と、
複数の前記領域データごとに、前記動水勾配、水の前記流出方向および前記降雨量データをもとにして、前記領域データ外から前記領域データ内への水の流入量および前記領域データ内から前記領域データ外への水の流出量を求める流入量流出量算出手段と、
複数の前記領域データごとに、前記流入量および前記流出量をもとにして、前記領域データ内の平均飽和度を求める手段と、
を有することを特徴とする請求項1記載の斜面の表層の崩壊の安全率計算装置。

【請求項3】
 
前記流出方向算出手段は、隣接する前記領域データ間で水の前記流出方向が交差する場合は、隣接する前記領域データの境界に、前記領域データから流出した水が流れる沢を設定する設定手段を有し、
前記流入量流出量算出手段は、前記流入量を求める際に、前記沢を流れる水は、前記沢の前記領域データとの交点のうち、最も標高の低い前記交点に向かって流れ、最も標高の低い前記交点に隣接する前記領域データのうち、前記沢の辺を含まない前記領域データ内に流入しているとみなして前記流入量を求める手段であることを特徴とする請求項2記載の斜面の表層崩壊の安全率計算装置。

【請求項4】
 
前記地下水位算出手段において、前記近似式は下記の式で表されることを特徴とする請求項1記載の斜面の表層崩壊の安全率計算装置。

Rh=hi/D=a(Sr-Srhn
ただし
a=1/(100-Srhn

Rh :地下水位比
hi :地下水位(m)
D :表土層厚(m)
Sr :平均飽和度(%)
Srh:地下水位が0になるときの平均飽和度(%)
n :表土の土質によって決まる係数

【請求項5】
 
前記安全率算出手段において、前記安全率は下記の式で表されることを特徴とする請求項1記載の斜面の表層崩壊の安全率計算装置。

SFi=(cs+cr+Aicos2β・tanφ)/(Bisinβ・cosβ)
ただし、
Ai=(γsat-γw)hi+γi(D-hi
Bi=γsathi+γi(D-hi

SFi:安全率
cs :土の粘着力(tf/m2
cr :根系による粘着力(tf/m2
φ :土の内部摩擦角(°)
γsat:土の飽和単位体積重量(tf/m3
γi :土の湿潤単位体積重量(tf/m3
γw :水の単位体積重量(tf/m3
hi :地下水位(m)
D :表層土厚(m)
β :斜面(地盤)勾配(°)

【請求項6】
 
前記動水勾配算出手段は、複数の前記領域データのうち、標高の最も高い前記領域データから順番に、動水勾配を求める手段であることを特徴とする請求項2記載の斜面の表層崩壊の安全率計算装置。

【請求項7】
 
算出した前記安全率をもとに、安全率の低下率を算出する低下率算出手段を有することを特徴とする請求項1記載の斜面の表層崩壊の安全率計算装置。

【請求項8】
 
地形の表層の形状や物性を示すデータであり、複数の領域データに分割された表層データと、前記表層への降雨量を示すデータである降雨量データをもとにして、前記表層の崩壊の安全率を計算する安全率計算方法であって、
複数の前記領域データごとに、前記領域データ内の平均飽和度を求める工程(a)と、
複数の前記領域データごとに、前記平均飽和度が一定値より大きい場合は、平均飽和度と地下水位比の関係を示す近似式から前記領域データ内の地下水位を求め、一定値以下の場合は前記領域データ内の地下水位が消失したものとみなす工程(b)と、
複数の前記領域データごとに、前記地下水位から前記領域データ内の安全率を求める工程(c)と、
を有することを特徴とする斜面の表層の崩壊の安全率計算方法。

【請求項9】
 
前記工程(a)は、
複数の前記領域データごとに、前記領域データ内の動水勾配を求める工程(d)と、
複数の前記領域データごとに、前記動水勾配をもとにして、前記領域データ内から前記領域データ外へと流出する水の流出方向を求める工程(e)と、
複数の前記領域データごとに、前記動水勾配、前記流出方向および前記降雨量データをもとにして、前記領域データ外から前記領域データ内への水の流入量および前記領域データ内から前記領域データ外への水の流出量を求める工程(f)と、
複数の前記領域データごとに、前記流入量および前記流出量をもとにして、前記領域データ内の平均飽和度を求める工程(g)と、
を有することを特徴とする請求項8記載の斜面の表層の崩壊の安全率計算方法。

【請求項10】
 
前記工程(e)は、隣接する前記領域データ間で前記流出方向が交差する場合は、隣接する前記領域データの境界に、前記領域データから流出した水が流れる沢を設定する工程(h)をさらに有し、
前記工程(f)は、前記流入量を求める際に、前記沢を流れる水は、前記沢の前記領域データとの交点のうち、最も標高の低い前記交点に向かって流れ、最も標高の低い前記交点に隣接する前記領域データのうち、前記沢の辺を含まない前記領域データ内に流入しているとみなして前記流入量を求める工程であることを特徴とする請求項9記載の斜面の表層崩壊の安全率計算方法。

【請求項11】
 
前記工程(b)において、前記近似式は下記の式で表されることを特徴とする請求項8記載の斜面の表層崩壊の安全率計算方法。

Rh=hi/D=a(Sr-Srhn
ただし、
a=1/(100-Srhn

Rh :地下水位比
hi :地下水位(m)
D :表層土厚(m)
Sr :平均飽和度(%)
Srh:地下水位が0になるときの平均飽和度(%)
n :表層の土質によって決まる係数

【請求項12】
 
前記工程(c)において、前記安全率は下記の式で表されることを特徴とする請求項8記載の斜面の表層崩壊の安全率計算方法。

SFi=(cs+cr+Aicos2β・tanφ)/(Bisinβ・cosβ)
ただし、
Ai=(γsat-γw)hi+γi(D-hi
Bi=γsathi+γi(D-hi

SFi:安全率
cs :土の粘着力(tf/m2
cr :根系による粘着力(tf/m2
φ :土の内部摩擦角(°)
γsat:土の飽和単位体積重量(tf/m3
γi :土の湿潤単位体積重量(tf/m3
γw :水の単位体積重量(tf/m3
hi :地下水位(m)
D :表層土厚(m)
β :斜面(地盤)勾配(°)

【請求項13】
 
前記工程(d)は、複数の前記領域データのうち、標高の最も高い前記領域データから順番に、動水勾配を求める工程であることを特徴とする請求項9記載の斜面の表層崩壊の安全率計算方法。

【請求項14】
 
前記工程(c)の後には、算出した安全率をもとに、安全率の低下率を算出する工程(i)を有することを特徴とする請求項8記載の斜面の表層崩壊の安全率計算方法。

【請求項15】
 
コンピュータを請求項1~7のいずれかに記載の安全率計算装置として機能させるためのプログラム。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2006302619thum.jpg
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