音響伝播特性を用いた斜面地盤の水分量変化と崩壊予兆の検出

• 研究課題/領域番号: 16H04407
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 地盤工学
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 内村 太郎 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60292885)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円); 2018年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2017年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2016年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
• キーワード: 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 / 斜面防災 / 野外実験 / 音響

研究成果の概要

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、弾性波速度が変化する要因を検討した。
斜面の表層地盤を模擬する多層せん断土槽の模型実験では、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純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より減衰が大きくなった。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。

研究成果の学術的意義や社会的意義

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。この成果は、斜面の監視と災害の早期警報の簡便な方法を実現するための基礎的な知見となる。

研究成果

• [雑誌論文] Estimation of the instability of slope surface layer by elastic wave attenuation changing with soil moisture and deformation (2020)
  • 著者名/発表者名: Shangning Tao, Taro Uchimura, Makoto Fukuhara and Junfeng Tang
  • 雑誌名: Journal of Geomate 巻: 18 ページ: 81-87
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of Soil Moisture and Shear Deformation Based on Compression Wave Velocities in a Shallow Slope Surface Layer (2019)
  • 著者名/発表者名: Tao Shangning、Uchimura Taro、Fukuhara Makoto、Tang Junfeng、Chen Yulong、Huang Dong
  • 雑誌名: Sensors 巻: 19 号: 15 ページ: 3406-3406
  • DOI: 10.3390/s19153406
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Elastic wave velocity monitoring as an emerging technique for rainfall-induced landslide prediction (2018)
  • 著者名/発表者名: Chen Yulong、Irfan Muhammad、Uchimura Taro、Cheng Guanwen、Nie Wen
  • 雑誌名: Landslides 巻: 15 号: 6 ページ: 1155-1172
  • DOI: 10.1007/s10346-017-0943-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Feasibility of Using Elastic Wave Velocity Monitoring for Early Warning of Rainfall-Induced Slope Failure (2018)
  • 著者名/発表者名: Yulong Chen, Muhammad Irfan, Taro Uchimura, Ke Zhang
  • 雑誌名: Sensors 巻: 18 号: 4 ページ: 997-997
  • DOI: 10.3390/s18040997
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Detection of water infiltration and deformation of unsaturated soils by elastic wave velocity (2017)
  • 著者名/発表者名: Chen Yulong、Uchimura Taro、Irfan Muhammad、Huang Dong、Xie Jiren
  • 雑誌名: Landslides 巻: 14 号: 5 ページ: 1715-1730
  • DOI: 10.1007/s10346-017-0825-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of soil deformation and saturation on elastic wave velocities in relation to prediction of rain-induced landslides (2017)
  • 著者名/発表者名: Irfan Muhammad、Uchimura Taro、Chen Yulong
  • 雑誌名: Engineering Geology 巻: 230 ページ: 84-94
  • DOI: 10.1016/j.enggeo.2017.09.024
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development and performance evaluation of disk type piezoelectric transducer for measurement of shear and compression wave velocities in soil (2016)
  • 著者名/発表者名: Muhammad Irfan, Taro Uchimura
  • 雑誌名: Journal of Earthquake Engineering 巻: - 号: 1 ページ: 147-171
  • DOI: 10.1080/13632469.2016.1217800
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Effects of soil moisture and shear deformation on elastic wave velocities in shallow slope (2020)
  • 著者名/発表者名: Shangning Tao, Taro Uchimura, Makoto Fukuhara, Junfeng Tang
  • 学会等名: The 8th China-Japan Geotechnical Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 柴田智也・陶尚寧・高橋良輔・福原誠・内村太郎
  • 学会等名: 第54回地盤工学研究発表会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 陶尚寧・内村太郎・柴田智也・福原誠・高橋良輔
  • 学会等名: 第54回地盤工学研究発表会
• [学会発表] Changes of elastic wave velocity and attenuation in slope deformation (2018)
  • 著者名/発表者名: 陶尚寧・内村太郎
  • 学会等名: 第53回地盤工学研究発表会
• [学会発表] Features of elastic wave propagation in soil with different exciter energy (2018)
  • 著者名/発表者名: Shangning Tao, Taro Uchimura, Junfeng Tang, Jiren Xie, Yulong Chen, Dong Huang
  • 学会等名: The 7th China-Japan Geotechnical Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Changes of elastic wave velocity and attenuation in slope deformation (2018)
  • 著者名/発表者名: 陶尚寧・内村太郎
  • 学会等名: 第53回地盤工学研究発表会発表講演集
• [学会発表] 斜面の表層崩壊の前兆としての地盤内の弾性波伝播の変化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 内村太郎・陳宇龍・陶尚寧・謝済仁・黄棟
  • 学会等名: 第52回地盤工学研究発表会
• [学会発表] 弾性波探査屈折法を応用した斜面崩壊予兆の検知 (2017)
  • 著者名/発表者名: 陶尚寧・Selvarajah Hemakanth・内村太郎
  • 学会等名: 第52回地盤工学研究発表会
• [学会発表] Changes in wave propagation through slope surface layer as a function of water content and shear deformation (2016)
  • 著者名/発表者名: Chen, Y.L., Uchimura, T., Tao, S.N., and Xie J.R.
  • 学会等名: 第51回地盤工学研究発表会発表講演集
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Stability monitoring of soil slope in wetting and failure process using elastic wave velocity, Proc. of 6th Japan-Korea Geotechnical Workshop (2016)
  • 著者名/発表者名: Chen Yulong, Uchimura Taro, Tao Shangning, and Xie Jiren
  • 学会等名: 第6回日韓地盤工学ワークショップ
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）