物理探査・土木技術に関する情報を提供します.

3次元浅部地盤構造モデルの構築と表示

3D GPRおよび高周波表面波探査による舗装の局所的不均質構造探査結果表示例(構内外周道路舗装物性構造3Dモデル)

舗装の局所的な不均質構造を高精度で把握する計測技術開発の一環として,土木研究所/国総研構内の外周道路の一角で,3D GPRに加えて高周波表面波探査,MMS (Mobile Mapping System)を用いた路面性状計測,コア抜き取り・スコープ調査,非接触舗装物性計測を実施しました(既報).それらの計測解析データを統合し,路面下50cm程度までの3次元舗装構造モデルを構築しました.
たかだか6m×10m程度の狭小な領域にもかかわらず,路盤層下面の深度が22cmから38cm程度と大きく変動すること,路盤層の変状が舗装表面のわだち掘れと密接な関連があること,が3次元モデル表示だと一目瞭然です.各々の面データには位置情報が定義されているため,CIMやディジタル道路データべスシステムへの関連付けも容易です.

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対象区域の路面クラック分布,高周波表面波探査測線,コア抜き取り箇所,グリッド測線総合表示
関連発表等
  1. 青池邦夫・稲崎富士・斎藤秀樹 (2013):GPRおよび高周波表面波探査による舗装物性構造評価のためのパラメータスタディ,物理探査学会第128回学術講演会講演論文集,158-161.
  2. 青池邦夫・斎藤秀樹・稲崎富士 (2013):GPRおよび高周波表面波探査による舗装物性構造評価のための検証実験,物理探査学会第129回学術講演会講演論文集,51-54.
  3. Inazaki, T., Aoike, K., Kita, T., and Hayashi, K., (2014): High-frequency surface wave measurement for the pavement structural analysis, Proceedings of the 27th Annual Symposium of the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems (SAGEEP 2014), 7p.
  4. Aoike, K., Saito, H., and Inazaki, T., (2014): Detailed characterization of pavement surface structure using high resolution GPR, Proceedings of the 27th Annual Symposium of the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems (SAGEEP 2014), 4p.
  5. 稲崎富士 (2015):舗装・盛土の内部物性構造を可視化するー非接触・非破壊計測技術の開発ー,平成27年度土木研究所講演会講演集,21-32,土木研究所.

ジオグリッド補強土壁盛土変状区間内部物性構造表示例(補強土壁盛土変状区間内部物性構造3Dモデル)

積雪寒冷地で冬期施工されたジオグリッド補強土壁盛土区間において,路面沈下や補強土壁の沈下傾動などの変状が発生しました.そのメカニズムや内部変形構造把握への物理探査技術の適用性を検討することを目的として現地計測を実施しました.舗装開削調査に先立ち,変状発生区間において 3D GPRおよび高周波表面波探査を実施し,路面下2.5m程度までの3次元舗装・盛土構造モデルを構築しました.
3次元モデルには,舗装・盛土が変状発生補強土壁側に大きく撓んでいること,沈下の度合いは盛土で大きく,路盤層では小さいこと,などが鮮明に捉えられています.なおアス混層の厚層化はオーバーレイによるものです.
積雪寒冷地では,冬期に施工された補強土壁や盛土が融雪期になって沈下変状する事例がしばしば発生していました.3D GPRや高周波表面波探査は非破壊で迅速かつ高分解能で舗装・盛土内部構造を捉えることができ,さらに3次元モデル表示することによって変状の発生層やその程度などを空間的に把握することが可能であることから,今後の利活用が期待されます.

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盛土内部構造調査を適用した補強土壁盛土変状発生箇所の外観
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3D GPR結果の3次元表示例
関連発表等
  1. Aoike, K, Fujita, T., and Inazaki, T., (2015): Detailed GPR surveys for delineating near-surface deformation structure in embankments with aid of RTK-GNSS, Proceedings of the Near-Surface Asia Pacific Conference, 4p.
  2. 稲崎富士 (2015):舗装・盛土の内部物性構造を可視化するー非接触・非破壊計測技術の開発ー,平成27年度土木研究所講演会講演集,21-32,土木研究所.

土石流被災砂防ダム内部亀裂探査結果表示例(砂防ダム内部亀裂分布3Dモデル)

2014年7月に長野県南木曽町の梨子沢で発生した土石流によって,コンクリート砂防堰堤が損壊し,亀裂やひび割れが生じました.この亀裂などが,堤体の内部にどのように進展しているかを把握することを目的として,3D GPRおよび高周波反射法弾性波探査を実施しました.

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砂防ダム下流面での物理探査風景

砂防堰堤の下流面を,顆粒側の多数視点から撮影し,画像を合成してオルソモザイク写真を合成するとともに壁面のDSMを作成しました.簡易的な写真測量ではありますが,亀裂の分布だけでなく,堤体の相対変位,変形モードを推定する貴重なデータを得ることができました.また3D GPRデータから復元した堤体内亀裂面3Dモデルでは,表面亀裂やひび割れから内部につながる亀裂面を鮮明に捉えることができました.

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関連発表等
  1. 青池邦夫・稲崎富士・清水武志・泉山寛明・藤村直樹 (2015):GPRによる土石流被災砂防堰堤の内部亀裂イメージング,物理探査学会第132回学術講演会講演論文集,63-66.
  2. 木佐貫寛・斎藤秀樹・稲崎富士・青池邦夫・清水武志・泉山寛明・藤村直樹 (2015):G高周波弾性波探査による土石流被災砂防堰堤の内部亀裂イメージング,物理探査学会第132回学術講演会講演論文集,71-74.
  3. 清水武志・泉山寛明・藤村直樹・瀬戸秀治・石塚忠範・青池邦夫・稲崎富士 (2015):地中レーダ探査を適用した土石流による砂防堰堤の損傷に伴うひび割れ分布調査(速報),平成27年度砂防学会研究発表会概要集,2p.
  4. Kisanuki, H., Aoike, K, Saito, H., Inazaki, T., Shimizu, T., Izumiyama, H, and Fujimura, N,, (2015): Fracture imaging of a sabo dam damaged by a debris flow by means of GPR and high-resolution seismic survey, Proceedings of 12th SEGJ International Conference, 4p.
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砂防堰堤下流面DSMおよび壁面水平方向スライス

堤防漏水箇所の表層地盤構造調査結果表示例(堤防漏水箇所表層地盤構造3Dモデル)

2014年10月に関東地方を通過した台風18号によって,茨城県を流れる小貝川が増水し,一部で漏水被害が発生しました.通常,漏水は堤防川裏法尻に好発的に生じますが,この被害箇所では川裏側の冠水した田圃内からも漏水が発生したことが特徴的でした.

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台風増水時川裏漏水発生分布図

そこで田圃内で3D GPRおよび2次元詳細統合物理探査を実施し,表層地盤の3次元構造を可視化しました.その結果,田面直下30cm程度の浅所に,破堤堆積物あるいはシュートバー堆積物に比定可能な高比抵抗・高S波速度を特徴とする粗粒堆積物がマウンド状に分布していることがわかりました.被覆層が局所的に薄くなっていること,直下の堆積物が粗粒で透水係数が高いと想定されることで,堤防から離れた位置での漏水(pin boils prone zone)を説明できることがわかりました.

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関連発表等
  1. 青池邦夫・稲崎富士・金子正洋 (2015):詳細物理探査による河川堤防漏水箇所の浅部地盤構造調査,物理探査学会第132回学術講演会講演論文集,67-70.
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堤防川裏地盤の表層3D表層地盤構造モデル表示例