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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Detection of changes in water contents and precaution of failure of slope surface based on elastic wave propagation

Research Project

Project/Area Number 16H04407
Research InstitutionSaitama University

Principal Investigator

内村 太郎  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60292885)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords斜面災害 / 早期警報 / 弾性波 / 伝播速度 / 減衰 / 模型実験 / 野外測定 / モニタリング
Outline of Annual Research Achievements

豪雨による斜面災害の降雨情報や現地計測に基づく早期警報に対して、近年のセンサー、無線、情報の技術の急速な発達にともなって、より低コストかつ高精度で斜面を監視する様々な方法が試されている。本研究は、地盤を伝わる弾性波の伝播特性の変化から、斜面の状態の変化を検知する可能性を探るため、模型と実斜面で斜面表層に雨水が浸透し変形し崩壊する過程を観察して、弾性波速度が変化する要因を検討した。
先行研究によれば、斜面の表層崩壊の前には、特に法尻部の飽和度が 80% ~ 90% に達して微少な変形が起こり徐々に加速して崩壊に至る。また細粒分を含む砂質土の三軸供試体で、異方応力下での注水により弾性波速度が20~30%低下し、供試体が降伏して変形が進むと弾性波速度が急速に低下する。
本研究では斜面の表層地盤の模型実験を行った。斜面崩壊の平均的なすべり面の深さを考慮して、高さ1m(1段5cm×20段積層)のせん断土槽を使い、各層に斜面の傾斜に応じたせん断応力をかけながら、上端から人工降雨を与え、水が土層内を鉛直に流下する過程で、各深さの弾性波速度を測定した。その結果、鉛直圧縮応力、体積含水率、せん断変形(あるいはせん断応力)の変化と弾性波速度の変化との間の単な関係式を提案した。振動の振幅についても、水分量の増加とせん断変形の増加に減衰を大きくする作用が見られた。
実斜面での検証として、2016年の熊本地震で表層部が損傷した阿蘇外輪山内側の斜面表層で弾性波速度を測定した。電磁石を用いて地中で10分ごとに弾性波を発振し、離れた場所で受信して、その時間差から求めた弾性波測度をインターネットでサーバーに送信する装置を開発して、全自動で継続的に計測した。計測期間中に、斜面に大きな変形はなかったが、降雨にともなう地中の体積含水比の変化と、弾性波速度の変化の間に負の相関が見られ、模型実験の結果と一致した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (7 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Estimation of the instability of slope surface layer by elastic wave attenuation changing with soil moisture and deformation2020

    • Author(s)
      Shangning Tao, Taro Uchimura, Makoto Fukuhara and Junfeng Tang
    • Journal Title

      Journal of Geomate

      Volume: 18 Pages: 81~87

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Evaluation of Soil Moisture and Shear Deformation Based on Compression Wave Velocities in a Shallow Slope Surface Layer2019

    • Author(s)
      Tao Shangning、Uchimura Taro、Fukuhara Makoto、Tang Junfeng、Chen Yulong、Huang Dong
    • Journal Title

      Sensors

      Volume: 19 Pages: 3406~3406

    • DOI

      https://doi.org/10.3390/s19153406

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Elastic wave velocity monitoring as an emerging technique for rainfall-induced landslide prediction2018

    • Author(s)
      Chen Yulong、Irfan Muhammad、Uchimura Taro、Cheng Guanwen、Nie Wen
    • Journal Title

      Landslides

      Volume: 15 Pages: 1155~1172

    • DOI

      doi:10.1007/s10346-017-0943-3

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of soil moisture and shear deformation on elastic wave velocities in shallow slope2020

    • Author(s)
      Shangning Tao, Taro Uchimura, Makoto Fukuhara, Junfeng Tang
    • Organizer
      The 8th China-Japan Geotechnical Symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 降雨による斜面表層崩壊を模擬した多重せん断模型内の弾性波の伝播(速度)2019

    • Author(s)
      柴田智也・陶尚寧・高橋良輔・福原誠・内村太郎
    • Organizer
      第54回地盤工学研究発表会
  • [Presentation] 降雨による斜面表層崩壊を模擬した多重せん断模型内の弾性波の伝播(減衰)2019

    • Author(s)
      陶尚寧・内村太郎・柴田智也・福原誠・高橋良輔
    • Organizer
      第54回地盤工学研究発表会
  • [Presentation] Changes of elastic wave velocity and attenuation in slope deformation2018

    • Author(s)
      陶尚寧・内村太郎
    • Organizer
      第53回地盤工学研究発表会

URL: 

Published: 2021-01-27  

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