JP4049375B2

JP4049375B2 - AE measurement method

Info

Publication number: JP4049375B2
Application number: JP2003002980A
Authority: JP
Inventors: 憲二池田; 睦治佐藤; 久志今野; 昌樹皆川; 朗畑山; 京佐藤; 一悟渡邉; 慎哉岡田; 昭則蓮井; 文雄中田; 豊樹大井; 道直寺田
Original assignee: KAWASAKI GEOLOGICAL ENGINEERING CO., LTD.; Okumura Corp
Current assignee: KAWASAKI GEOLOGICAL ENGINEERING CO., LTD.; Okumura Corp
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2023-01-09
Also published as: JP2004219075A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、急傾斜の岩盤斜面の大規模な崩壊現象の予兆や変状を検知する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、岩盤斜面の大規模崩壊災害が相次いで発生し、崩壊の危険度が高い岩盤斜面の安定性を確認したり、崩壊予知の必要性が増している。
しかし、岩盤斜面崩壊は、静的な崩壊現象である地滑りと異なり崩壊速度が極めて大きいため、通常の静的な計測方法では崩壊の予兆や変状を確実に検知することが困難である。
そこで、岩盤斜面の崩壊の予兆や変状を的確に検知することが可能な技術として、ＡＥ（Acoustic Emission）計測技術が期待されるようになった。
ＡＥ（Acoustic Emission）とは、岩石などの固体が微小破壊する際に放出される弾性ひずみエネルギーの一部が、音や振動として放出される現象である。なお、本明細書においては、ＡＥによって発生した振動を単にＡＥという場合もある。
岩石の破壊の進行過程とＡＥパラメータ（発生数、卓越周波数、エネルギー等。）の変化状況との対応関係は、実験室内における岩石破壊試験によって明らかであるので、ＡＥ計測技術による、岩盤斜面の崩壊の予知は可能であるとされている。
【０００３】
一般的なＡＥ計測は以下のような手順で行われる。
１）岩盤斜面に沿って仮設足場を設置する。
２）岩盤斜面の上部から、観測対象としての重要な亀裂を狙って岩盤内部にボーリングを行う。
３）ボーリング孔内の重要な亀裂を挟んでＡＥセンサを埋設する。
４）前記ＡＥセンサから岩盤斜面外に設置した計測局舎まで、計測ケーブルを配線する。
５）仮設足場を撤去して、計測システムを構築し連続計測を開始する。（例えば隔週毎に測定データの回収・分析を行う。）
６）定期的に機能点検を行う。（打撃等により試験的に発生させたＰ波をＡＥセンサで受振する。）
上記手順６）で行っているような機能点検を定期的に行って、ＡＥセンサが正常に作動しているか否かを点検する必要がある。
また、受振した信号のレベルや周波数や間隔等に基づいて崩壊の時期等を予測することを目的とした構成が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１２３１０２
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そのような機能点検作業には以下のような問題点がある。
１）計測開始後には、仮設足場は撤去されているため、岩盤斜面の斜面上部に上がることは困難である。
２）そのため、仮設足場を再度設置したり、ヘリコプタを利用したりする必要があるので、多くの時間と費用を要するという問題がある。
３）そこで、実際には、岩盤斜面に金網を敷設する金網業者にＡＥセンサの点検を依頼しているが、そのような点検作業はかなりの危険を伴う上に、専門家でないので技術的に充分な点検作業を期待することは無理がある。
以上のような問題点を含んでいるため、ＡＥ計測技術による計測結果の信頼性は低く、計測結果に基づいた崩壊の予兆等の判断等を高い信頼性で行うことはできなかった。
また、ＡＥ計測技術は、亀裂や亀裂面近傍の岩盤が微小破壊する際に起こる急激な応力低下（ストレスドロップ）に伴い放出される音響や振動現象を検知する受動的な計測手法であるため、岩盤斜面の状態を随時把握することはできないという問題があった。このような問題は、前述した特開平１０−１２３１０２に開示された技術においても同様であった。
そこで、本発明は、受動的な計測だけでなく、能動的な計測を可能とするＡＥ計測技術の提供を目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる請求項１のＡＥ計測方法は、
岩石の微小破壊に際してのＡＥを検出しうる受振機能と、受振機能で検出しうる振動を発振しうる発振機能とを具備するとともに、受振機能と発振機能を切り替える切り替え手段を備えているＡＥ計測体を、探査対象の地山に複数組埋設して地山を探査する方法であって、
地山の探査対象領域を、地山に埋設した複数の前記ＡＥ計測体で囲繞し、
発振機能に切り替えたそれぞれのＡＥ計測体から順次発振させたＰ波を、受振機能に切り替えた他のＡＥ計測体で受振して、それぞれの伝播時間を測定し、
測定した各ＡＥ計測体間のＰ波の伝播時間に基づいて、計測対象領域のＰ波伝播速度の分布を算出し、
算出したＰ波伝播速度の分布に基づいてＡＥ発生位置を特定することにより高精度で破壊位置を特定することを特徴としている。
【０００７】
【作用】
本発明のＡＥ計測方法に用いるＡＥ計測体は、ＡＥの受振機能と発振機能と両機能の切り替え手段を備えているので、受振機能を備えたＡＥ計測体と、発振機能を備えたＡＥ計測体をまとめて岩盤等に埋設することができるので、ＡＥ計測技術への適用が容易である。
そして、請求項１のＡＥ計測方法によれば、地山の探査対象領域を複数の前記ＡＥ計測体で囲繞して、発振機能に切り替えたそれぞれのＡＥ計測体から順次発振させたＰ波を、受振機能に切り替えた他のＡＥ計測体で受振して、それぞれの伝播時間を測定して得られたＰ波伝播速度の分布に基づいてＡＥ発生位置を特定するので破壊位置の特定精度が向上する。また、任意の時点のＰ波速度の分布を以前の分布と比較することにより、地山の内部の状態をリアルタイムで計測することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかるＡＥ計測方法を、その実施の形態を示した図１〜図８に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明にかかるＡＥ計測方法に用いるＡＥ計測体の構成図である。
図中、１は受振機能と発振機能とを具備したＡＥ計測体である。
１０はセラミック等の圧電素子による振動体であり、振動を受振すると振動に応じた電気信号を出力し、電気信号が印加されると電気信号に応じた振動を発振する特性を備えている。
１１は、前記振動体１０と探査対象の岩盤等の間において振動を効率よく伝達させるための剛体からなるウェーブガイドである。
１２は、前記振動体１０に印加するためのパルス状の電気信号を発振する発振回路である。この電気信号の振幅とパルス幅・振動数は所望の値に設定可能である。
１３は、前記振動体１０から出力される微弱な電気信号を増幅する前置増幅器である。
前記振動体１０とウェーブガイド１１とでＡＥセンサーＳを構成している。
該ＡＥセンサーＳの振動体１０の端子ｔには所定の長さのシールドケーブルＣが接続されている。
１４は前記シールドケーブルＣの端部を、前記発振回路１２の出力端子１２outもしくは前記前置増幅器１３の入力端子１３inの何れかに択一的に切り替え接続する切り替え回路（ＳＷ）である。
【００１０】
図２は、前記ＡＥ計測体１を用いた計測システムのブロックダイヤグラムである。符号１０、１２、１３、１４の説明は図１と同様であるため省略した。
前置増幅器１３の出力端子１３outからの出力信号は、カットオフ周波数が例えば20KHzのローパスフィルタ１５に入力されてＡＥ成分が抽出される。
ＡＥ成分は、さらに、主増幅器１６にて増幅され、Ａ／Ｄ変換器１７にてデジタル信号に変換されて、計測用コンピュータ２に入力される。
また、前記切り替え回路１４を制御して受振機能と発振機能とを切り替えるための制御信号Ｃｎｔが前記計測用コンピュータ２から出力される。
前記発振回路１２、前置増幅器１３、及び切り替え回路１４によって、ＡＥ計測ユニットＵが構成されている。なお、ローパスフィルタ１５、主増幅器１６、及びＡ／Ｄ変換器１７は、コンピュータ２の近くに設置されている。
そして、前記ＡＥセンサーＳと前記ＡＥ計測ユニットＵによって、受振機能と発振機能とを切り替え可能なＡＥ計測体１が構成されている。
前記コンピュータ２は、大量のデータ処理のためにハードディスクＨＤを備えているとともに、上記構成のＡＥ計測体１を、Ａ／Ｄ変換器を介して多数接続して計測することが可能な構成となっている。
【００１１】
上記構成の計測システムを用いて、図３に示したようなオーバーハング状態となっている岩盤を観測する場合を以下に説明する。
先ず、岩盤３１に小径のボーリング孔３２を穿つ。このボーリング孔３２は、前記岩盤３１を外観検査して想定した亀裂面３３を貫通するように穿つ。
そして、前記ボーリング孔３２に少なくとも２つのＡＥセンサーＳ１、Ｓ２を設置する。このとき、２つのＡＥセンサーＳ１、Ｓ２で前記亀裂面３３を挟むように設置する。
ボーリング孔３２の内部空間には、ボーリングコアを参照して周辺の岩盤とできるだけ似たような特性の充填材を充填する。
【００１２】
前記２つのＡＥセンサーＳ１，Ｓ２とＡＥ計測ユニットＵ１、Ｕ２とがそれぞれ接続され、さらに各ＡＥ計測ユニットＵ１、Ｕ２からの出力信号はシールドケーブルＣ１、Ｃ２によってそれぞれ別のローパスフィルタ及び主増幅器を介してＡ／Ｄ変換器Ａ１、Ａ２に入力されている。
さらに、各Ａ／Ｄ変換器Ａ１、Ａ２からの出力信号は前記計測用コンピュータ２に入力されている。
また、前記計測用コンピュータ２からは、各切り替え回路ＳＷ１，ＳＷ２を制御するための制御信号Ｃｎｔ１，Ｃｎｔ２が出力されるように構成されている。
【００１３】
以上のように計測システムを構築して計測を開始する。
先ず、計測用コンピュータ２から、ＡＥ計測体１を受振機能に切り替える制御信号Ｃｎｔ１を出力する。この制御信号によって切り替え回路が切り替えられて振動体に接続されたシールドケーブルＣ１を前置増幅器１３の入力端子１３inに接続する。
このようにして受振機能に切り替えるとＡＥ計測体１によるＡＥ計測が可能となる。
ＡＥセンサーは、ＡＥによる振動に基づいた電気信号を出力し、前置増幅器は前記電気信号を増幅し、ローパスフィルタは20KHz以下の成分のみを選択し、主増幅器は更に増幅してＡ／Ｄ変換器へ入力する。Ａ／Ｄ変換器にてデジタル信号に変換された信号は計測用コンピュータ２に入力されて、デジタルフィルタによるノイズ処理を経て、ＡＥの発生数や発生波形を検出してハードディスクに記録する。
そして、ハードディスクに記録されたＡＥの発生数や発生波形を、ネットワークで遠隔地の分析センター等に伝送して分析することによって、岩盤の崩壊等の予兆を速やかに検知することが可能となるのである。
【００１４】
ＡＥ計測体１による計測と同様にして、ＡＥ計測体２によるＡＥ計測も可能となる。
亀裂面３３を挟んだ２つのＡＥセンサーＳ１、Ｓ２によって、亀裂周辺部のＡＥ計測が可能となる。
【００１５】
以上のようにして、２つのＡＥ計測体１、２を用いてＡＥ計測を継続する場合に、各構成部材の劣化や回路の不調等により正確な計測ができなくなると、岩盤は安定しても崩壊の予兆のような信号が誤って観測されたり、崩壊の予兆に通じるＡＥが発生していても検知できなかったりするという問題が発生する。
そのため、図４に示したように、以下の手順によって、ＡＥ計測体の機能を定期的、もしくは随時点検する。
【００１６】
始めに、ステップＳ１１において、計測用コンピュータ２から、ＡＥ計測体１を発振機能に切り替える制御信号Ｃｎｔ１を出力する。この制御信号によって切り替え回路が切り替えられて振動体に接続されたシールドケーブルＣ１を、発振回路１２の出力端子１２outに接続する。
一方、ステップＳ１２において、計測用コンピュータ２から、ＡＥ計測体２を受振機能に切り替える制御信号Ｃｎｔ２を出力する。この制御信号によって切り替え回路が切り替えられて振動体に接続されたシールドケーブルＣ２を前置増幅器１３の入力端子１３inに接続する。
このようにして、ＡＥ計測体１は発振機能に切り替えられ、ＡＥ計測体２は受振機能に切り替えられる。
次に、ステップＳ１３において、ＡＥ計測体１の発振回路１２を動作させて発振させたパルス状の電気信号を振動体に印加する。振動体は電気信号に基づいて振動してＰ波を発生させる。
そして、ステップＳ１４において、岩盤中を伝播してきたＰ波をＡＥ計測体２で受振して、振動体で発生させた電気信号を前述したように増幅して計測用コンピュータ２で処理して、ＡＥ計測体１の発振回路１２を動作させて発振（図５の▲１▼参照）した時点から、Ｐ波を受振した時点（図５の▲２▼参照）までの経過時間（図５のΔｔ１参照）を計測して、Ｐ波の往路の伝播時間としてハードディスクＨＤに記録する。
【００１７】
次に、ステップＳ１５において、計測用コンピュータ２から、ＡＥ計測体１を受振機能に切り替える制御信号Ｃｎｔ１を出力する。この制御信号によって切り替え回路が切り替えられて振動体に接続されたシールドケーブルＣ１を、前置増幅器１３の入力端子１３inに接続する。
一方、ステップＳ１６において、計測用コンピュータ２から、ＡＥ計測体２を発振機能に切り替える制御信号Ｃｎｔ２を出力する。この制御信号によって切り替え回路が切り替えられて振動体に接続されたシールドケーブルＣ２を、発振回路１２の出力端子１２outに接続する。
このようにして、ＡＥ計測体１は受振機能に切り替えられ、ＡＥ計測体２は発振機能に切り替えられる。
次に、ステップＳ１７において、ＡＥ計測体２の発振回路１２を動作させて発振させたパルス状の電気信号を振動体に印加する。振動体は電気信号に基づいて振動してＰ波を発生させる。
そして、ステップＳ１８において、岩盤中を伝播してきたＰ波をＡＥ計測体１で受振して、振動体で発生させた電気信号を前述したように増幅して計測用コンピュータ２で処理して、ＡＥ計測体２の発振回路１２を動作させて発振させた時点（図５の▲４▼参照）から、Ｐ波を受振した時点（図５の▲３▼参照）までの経過時間（図５のΔｔ２参照）を計測して、Ｐ波の復路の伝播時間としてハードディスクＨＤに記録する。
【００１８】
次に、ステップＳ１９において、前記往路の伝播時間と復路の伝播時間とを比較して、両者の差が所定の基準未満であれば、２つのＡＥ計測体は正常に機能していると判断し、両者の差が所定の基準以上であれば、何れかのＡＥ計測体が異常であると判断して、交換作業等を行う。
このようにして、岩盤斜面に実際に登ることなく、安全な場所で簡単に各ＡＥ計測体の機能を随時、短時間で点検することができるので、常に信頼性の高いＡＥ計測が行えるのである。
【００１９】
なお、ＡＥセンサーに不具合が発見されたときには、交換等の作業が必要となるが、交換に供するための予備のＡＥセンサーを予め埋設しておくとよい。
また、近隣の道路を通過する大型車両等が発生する交通振動を、ＡＥ計測体の発振機能によるＰ波の発生に代えて利用しても良い。
また、発振回路１２から出力する電気信号の周波数を種々変化させることによって、発振側のＡＥ計測体と受振側のＡＥ計測体との間に分布する岩盤の波動伝播特性の変化を詳細に調べることによって、任意の時期に岩盤斜面の安定性を能動的に評価することができる。
本来のＡＥは岩盤斜面の内部で急激な応力変化が発生した時に発生する受動的な現象であるが、本発明のようにＡＥ計測体に発振機能をも具備することによって、任意の時期に随時、能動的な評価をすることができるようになったのである。
さらに、前記ＡＥ計測体を使用すれば、岩盤斜面の安定性の経時変化（伝播速度と振幅の変化）を観察することができる。即ち、一方のＡＥ計測体からＰ波を発振させて、それを他方のＡＥ計測体で受振し、所定時間経過後に、前記のＰ波と同じ電気信号によりＰ波を一方のＡＥ計測体から発振させて、これを他方のＡＥ計測体で受振する。受振したこれら２つのＰ波の波形を比較して、振動エネルギーの伝達ロスを把握することにより岩盤を評価する。
Ｐ波が伝播する岩盤に変化がない場合、同じＰ波を発振させれば受振波も同様のものが得られるはずである。従って、受振波どうしの波形が異なっているような場合には、岩盤の特性が上記の期間のあいだに変化していると判断できるのである。
【００２０】
次に、請求項１に係るＡＥ計測方法の実施形態を図６、図７、図８を参照しながら説明する。
図６において、地山４１の探査対象領域の周囲に４本のボーリング孔42,43,44,45を穿ち、各ボーリング孔に設置した１０組のＡＥセンサーＳ３，〜，Ｓ１２で、前記探査対象領域を囲繞する。
各ボーリング孔の隙間には所定の充填材を充填する。
１０組のＡＥセンサーＳ３，〜，Ｓ１２にそれぞれ接続された１０本のシールドケーブルＣ３，〜，Ｃ１２は、それぞれＡＥ計測ユニットＵ３，〜，Ｕ１２に入力され、さらにＡ／Ｄ変換器を介して計測用コンピュータ２に入力される。
なお、前記ＡＥセンサーＳ３，〜，Ｓ１２と、それぞれ接続された１０本のシールドケーブルＣ３，〜，Ｃ１２と、それぞれの信号が入力されるＡＥ計測ユニットＵ３，〜，Ｕ１２とによって、それぞれ受振機能と発振機能とを切り替え可能なＡＥ計測体が構成されている。
【００２１】
そして、ステップＳ２１において、第１のＡＥセンサーＳ３を発振機能に切り替えてＰ波を発生させ、他の９組のＡＥセンサーでＰ波を受振して、他の各ＡＥセンサーとの間のＰ波の伝達時間（走時）を計測する（実績走時）。
また、各ＡＥセンサーの座標に基づいて各ＡＥセンサー間の距離を算出する。
そして、ステップＳ２２において、前記実績走時と距離とに基づいて、各ＡＥセンサー間の実績速度を算出する。
そして、ステップＳ２３において、１０番目のＡＥセンサーＳ１２まで、順番にＡＥセンサーを発振させて他の９組のＡＥセンサーで受振して、その場合の、他の各ＡＥセンサーとの間のＰ波の伝達時間（走時）を計測する（実績走時）。
【００２２】
ステップＳ２４においては、このようにして算出した各ＡＥセンサー間の距離データと各ＡＥセンサー間の実績速度とに基づいて、ジオトモグラフィー的手法を利用することによって探査対象領域内のＰ波の伝播速度の分布特性を得ることができる。
次に、ジオトモグラフィー的手法の手順の概略を説明する。
ステップＳ３１において、探査対象領域内に多数のセルのモデルを設定し、各セル内でのＰ波の伝播速度の初期値を設定する。
そして、ステップＳ３２において、発振側のＡＥセンサーから受振側のＡＥセンサーまでの伝播経路を直線と仮定して、各センサー間の理論走時を算出する。なおこのとき、隣り合うセルの速度が異なる場合には、Ｐ波は屈折して伝播するものとし、Ｐ波が伝播する経路は最速経路を探すものとする。
【００２３】
次に、ステップＳ３３において、各ＡＥセンサー間において、前記実績走時と理論走時とを比較してその誤差を算出する。
ステップＳ３４において、前記誤差が所定の基準未満であれば、ステップＳ３５に進んで、そのときの各セルにおける伝播速度に基づいて探査対象領域内における伝播速度の分布を得て終了する。
ステップＳ３４において、前記誤差が所定の基準以上であれば前記伝播速度を変更して、ステップＳ３２に戻る。
このようにして、ジオトモグラフィー的手法を利用することによって探査対象領域内のＰ波の伝播速度の分布特性を得ることができるのである。
伝播速度が詳細にわかるとＡＥの伝播時間からその発生位置を求める計算の精度が向上する。
また、岩盤中に埋設したＡＥ計測体１から任意の時に発生させたＰ波の伝播速度・振幅あるいは周波数の経時変化を比較することにより任意の時に対象領域の安定状態を評価することによって、自然発生する岩盤の微小破壊を待たずに能動的な地山の安定評価が可能となったのである。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明のＡＥ計測方法に用いるＡＥ計測体は、受振機能だけでなく発振機能も備えているので、自然発生するＡＥを受動的に観測するだけでなく、発振機能によってＰ波を任意に発生させて、そのＰ波を他のＡＥ計測体で受振して、伝播速度、振幅、周波数等の変化を分析することによって、岩盤における微小破壊の発生等を待たずに任意の時点でＰ波を発生させて能動的な観測も可能となるのである。
そして、請求項１のＡＥ計測方法によれば、地山の探査対象領域を複数の前記ＡＥ計測体で囲繞して、発振機能に切り替えたそれぞれのＡＥ計測体から順次発振させたＰ波を、受振機能に切り替えた他のＡＥ計測体で受振して、それぞれの伝播時間を測定して得られたＰ波伝播速度の分布に基づいてＡＥ発生位置を特定するので破壊位置の特定精度が向上する。また、任意の時点のＰ波速度の分布を以前の分布と比較することにより、地山の内部の状態をリアルタイムで計測することができる。
また、複数のＡＥ計測体を用いるとともに、トモグラフィー的手法等の数値解析手法を利用することによって、探査対象領域内におけるＡＥ発生位置を求める計算の精度が向上したのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるＡＥ計測方法に用いるＡＥ計測体の実施の形態の構成を示した構成図である。
【図２】前記ＡＥ計測体を用いた計測システムのブロックダイヤグラムである。
【図３】前記ＡＥ計測体の機能点検方法の実施の形態の説明図である。
【図４】前記機能点検方法の手順を示したフローチャートである。
【図５】前記機能点検方法における波形の例を示した説明図である。
【図６】本発明にかかるＡＥ計測方法の実施の形態の説明図である。
【図７】前記ＡＥ計測方法の手順の概要を示したフローチャートである。
【図８】前記ＡＥ計測方法の手順の一部を示したフローチャートである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for detecting a sign or deformation of a large-scale collapse phenomenon on a steep rock slope.
[0002]
[Prior art]
In recent years, large-scale collapse disasters of rock slopes occur one after another, and the necessity of confirming the stability of rock slopes with high risk of collapse and the need for failure prediction is increasing.
However, unlike the landslide, which is a static collapse phenomenon, the rock slope failure has a very high collapse rate, so it is difficult to reliably detect the signs and deformations of the collapse with the normal static measurement method.
Therefore, AE (Acoustic Emission) measurement technology has come to be expected as a technology that can accurately detect signs and deformations of rock slope failure.
AE (Acoustic Emission) is a phenomenon in which a part of elastic strain energy released when a solid such as rock breaks down is emitted as sound or vibration. In this specification, the vibration generated by AE may be simply referred to as AE.
Correspondence between the progress of rock fracture and the change in AE parameters (number of occurrences, dominant frequency, energy, etc.) is clear from rock fracture tests in the laboratory. It is said that this can be predicted.
[0003]
General AE measurement is performed in the following procedure.
1) A temporary scaffold will be installed along the rock slope.
2) From the upper part of the rock slope, drill the inside of the rock aiming for an important crack as an observation target.
3) Embed the AE sensor across an important crack in the borehole.
4) Route the measurement cable from the AE sensor to the measurement station installed outside the rock slope.
5) Remove the temporary scaffold, build a measurement system, and start continuous measurement. (For example, measurement data is collected and analyzed every two weeks.)
6) Regularly check the functions. (P-waves generated experimentally by striking are received by the AE sensor.)
It is necessary to periodically check whether or not the AE sensor is operating normally by performing a function check as in step 6) above.
In addition, a configuration for the purpose of predicting the collapse time based on the level, frequency, interval, etc. of the received signal has been proposed. (For example, see Patent Document 1)
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-10-123102
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Such functional inspection work has the following problems.
1) Since the temporary scaffold has been removed after the start of measurement, it is difficult to go up to the upper part of the rock slope.
2) Therefore, since it is necessary to install a temporary scaffold again or to use a helicopter, there is a problem that much time and cost are required.
3) Therefore, in reality, we have asked a wire mesher who installs a wire mesh on the rock slope to inspect the AE sensor. However, such inspection work involves considerable danger and is technically not an expert. It is impossible to expect sufficient inspection work.
Since the problems as described above are included, the reliability of the measurement result obtained by the AE measurement technique is low, and it is not possible to determine the sign of collapse based on the measurement result with high reliability.
In addition, AE measurement technology is a passive measurement method that detects acoustic and vibration phenomena that are emitted due to a sudden drop in stress (stress drop) that occurs when a crack or a rock near the crack surface breaks down. There was a problem that the condition of the rock slope could not be grasped at any time. Such a problem is the same in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-123102.
Therefore, the present invention has been made for the purpose of providing an AE measurement technique that enables not only passive measurement but also active measurement.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The AE measurement method of claim 1 according to the present invention includes:
An AE measuring body having a vibration receiving function capable of detecting AE at the time of microfracture of a rock and an oscillation function capable of oscillating vibration that can be detected by the vibration receiving function, and switching means for switching between the vibration receiving function and the oscillation function Is a method of exploring the natural ground by burying multiple sets in the natural ground to be explored,
Surrounding the exploration area of the natural ground with a plurality of the AE measuring bodies embedded in the natural ground,
P wave oscillated sequentially from each AE measuring body switched to the oscillation function is received by another AE measuring body switched to the receiving function, and each propagation time is measured,
Based on the propagation time of the P wave between the measured AE measuring bodies, the distribution of the P wave propagation velocity in the measurement target region is calculated,
It is characterized in that the fracture position is identified with high accuracy by identifying the AE generation position based on the calculated distribution of the P wave propagation velocity.
[0007]
[Action]
Since the AE measuring body used in the AE measuring method of the present invention includes the AE vibration receiving function, the oscillation function, and a switching means for both functions, the AE measuring body provided with the vibration receiving function and the AE measuring body provided with the oscillation function. Can be embedded in bedrock, etc., and can be easily applied to AE measurement technology.
Then, according to the AE measurement method of claim 1, surrounds the search target area of natural ground in a plurality of the AE measurement object, the P wave is sequentially emitted from each of the AE measurement object is switched to oscillation function, Since the AE generation position is specified based on the distribution of the P wave propagation velocity obtained by receiving vibration with another AE measuring body switched to the vibration receiving function and measuring the propagation time of each, the accuracy of specifying the fracture position is improved. . Further, by comparing the distribution of the P wave velocity at an arbitrary time point with the previous distribution, the state inside the natural ground can be measured in real time.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Below, the AE measuring method concerning this invention is demonstrated in detail based on FIGS. 1-8 which showed the embodiment.
[0009]
FIG. 1 is a configuration diagram of an AE measuring body used in the AE measuring method according to the present invention.
In the figure, reference numeral 1 denotes an AE measuring body having a vibration receiving function and an oscillation function.
Reference numeral 10 denotes a vibrating body made of a piezoelectric element such as ceramic, which has a characteristic of outputting an electric signal corresponding to the vibration when receiving the vibration and oscillating the vibration corresponding to the electric signal when the electric signal is applied.
Reference numeral 11 denotes a waveguide made of a rigid body for efficiently transmitting vibration between the vibrating body 10 and the rock to be searched.
Reference numeral 12 denotes an oscillation circuit that oscillates a pulsed electric signal to be applied to the vibrating body 10. The amplitude, pulse width, and frequency of the electrical signal can be set to desired values.
Reference numeral 13 denotes a preamplifier that amplifies a weak electric signal output from the vibrating body 10.
The vibrating body 10 and the waveguide 11 constitute an AE sensor S.
A shielded cable C having a predetermined length is connected to a terminal t of the vibrating body 10 of the AE sensor S.
A switching circuit (SW) 14 selectively switches and connects the end of the shielded cable C to either the output terminal 12out of the oscillation circuit 12 or the input terminal 13in of the preamplifier 13.
[0010]
FIG. 2 is a block diagram of a measurement system using the AE measurement body 1. Descriptions of reference numerals 10, 12, 13, and 14 are omitted because they are the same as those in FIG.
The output signal from the output terminal 13out of the preamplifier 13 is input to the low-pass filter 15 having a cutoff frequency of 20 KHz, for example, and an AE component is extracted.
The AE component is further amplified by the main amplifier 16, converted into a digital signal by the A / D converter 17, and input to the measurement computer 2.
In addition, a control signal Cnt for controlling the switching circuit 14 to switch between a vibration receiving function and an oscillation function is output from the measurement computer 2.
The oscillation circuit 12, the preamplifier 13, and the switching circuit 14 constitute an AE measurement unit U. The low-pass filter 15, the main amplifier 16, and the A / D converter 17 are installed near the computer 2.
The AE sensor S and the AE measurement unit U constitute an AE measurement body 1 that can switch between a vibration receiving function and an oscillation function.
The computer 2 includes a hard disk HD for processing a large amount of data, and can measure by connecting many AE measuring bodies 1 having the above-described configuration via an A / D converter. ing.
[0011]
The case where the rock in the overhanging state as shown in FIG. 3 is observed using the measurement system having the above configuration will be described below.
First, a small-diameter boring hole 32 is drilled in the bedrock 31. The boring hole 32 is drilled so as to penetrate the crack surface 33 that is assumed by the appearance inspection of the rock 31.
Then, at least two AE sensors S 1 and S 2 are installed in the boring hole 32. At this time, the crack surface 33 is sandwiched between the two AE sensors S1 and S2.
The internal space of the boring hole 32 is filled with a filler having characteristics similar to those of the surrounding rock mass with reference to the boring core.
[0012]
The two AE sensors S1 and S2 and the AE measurement units U1 and U2 are connected to each other, and output signals from the AE measurement units U1 and U2 pass through separate low-pass filters and main amplifiers by shielded cables C1 and C2, respectively. Are input to the A / D converters A1 and A2.
Further, output signals from the A / D converters A1 and A2 are input to the measurement computer 2.
The measurement computer 2 is configured to output control signals Cnt1 and Cnt2 for controlling the switching circuits SW1 and SW2.
[0013]
The measurement system is constructed as described above and measurement is started.
First, the control computer 2 outputs a control signal Cnt1 for switching the AE measuring body 1 to the vibration receiving function. The switching circuit is switched by this control signal, and the shielded cable C1 connected to the vibrating body is connected to the input terminal 13in of the preamplifier 13.
When switching to the vibration receiving function in this way, AE measurement by the AE measuring body 1 becomes possible.
The AE sensor outputs an electrical signal based on the vibration caused by the AE, the preamplifier amplifies the electrical signal, the low-pass filter selects only a component of 20 KHz or less, and the main amplifier further amplifies and performs A / D conversion. Input to the instrument. The signal converted into a digital signal by the A / D converter is input to the measuring computer 2 and subjected to noise processing by a digital filter to detect the number of generated AEs and the generated waveform and record it on the hard disk.
By transmitting the number of AEs and waveforms generated on the hard disk to a remote analysis center or the like via a network and analyzing them, it is possible to quickly detect signs of rock collapse. is there.
[0014]
Similarly to the measurement by the AE measurement body 1, the AE measurement by the AE measurement body 2 can be performed.
The two AE sensors S1 and S2 sandwiching the crack surface 33 enable AE measurement of the crack periphery.
[0015]
As described above, when the AE measurement is continued using the two AE measurement bodies 1 and 2, if the accurate measurement cannot be performed due to the deterioration of each component member or the malfunction of the circuit, the bedrock is stabilized. There is a problem that a signal such as a sign of collapse is erroneously observed, or even if an AE leading to the sign of collapse occurs, it cannot be detected.
Therefore, as shown in FIG. 4, the function of the AE measuring body is checked periodically or as needed by the following procedure.
[0016]
First, in step S11, the measurement computer 2 outputs a control signal Cnt1 for switching the AE measuring body 1 to the oscillation function. The shielded cable C1 that is switched by the control signal and connected to the vibrating body is connected to the output terminal 12out of the oscillation circuit 12.
On the other hand, in step S12, the measurement computer 2 outputs a control signal Cnt2 for switching the AE measuring body 2 to the vibration receiving function. The switching circuit is switched by this control signal, and the shielded cable C2 connected to the vibrating body is connected to the input terminal 13in of the preamplifier 13.
In this way, the AE measuring body 1 is switched to the oscillation function, and the AE measuring body 2 is switched to the vibration receiving function.
Next, in step S13, a pulsed electric signal generated by operating the oscillation circuit 12 of the AE measuring body 1 is applied to the vibrating body. The vibrating body vibrates based on the electrical signal and generates a P wave.
In step S14, the AE measuring body 2 receives the P wave propagating in the rock, amplifies the electrical signal generated by the vibrating body as described above, and processes it by the measuring computer 2, and the AE Elapsed time (see Δt1 in FIG. 5) from the time when the oscillation circuit 12 of the measuring body 1 is operated to oscillate (see (1) in FIG. 5) to the time when the P wave is received (see (2) in FIG. 5). ) And is recorded on the hard disk HD as the propagation time of the P wave forward.
[0017]
Next, in step S15, the measurement computer 2 outputs a control signal Cnt1 for switching the AE measuring body 1 to the vibration receiving function. The shielded cable C1 that is switched by the control signal and is connected to the vibrating body is connected to the input terminal 13in of the preamplifier 13.
On the other hand, in step S16, the measurement computer 2 outputs a control signal Cnt2 for switching the AE measuring body 2 to the oscillation function. The shielded cable C2 that is switched by the control signal and connected to the vibrating body is connected to the output terminal 12out of the oscillation circuit 12.
In this way, the AE measuring body 1 is switched to the vibration receiving function, and the AE measuring body 2 is switched to the oscillation function.
Next, in step S <b> 17, a pulsed electric signal oscillated by operating the oscillation circuit 12 of the AE measuring body 2 is applied to the vibrating body. The vibrating body vibrates based on the electrical signal and generates a P wave.
In step S18, the AE measuring body 1 receives the P wave propagating in the rock, amplifies the electrical signal generated by the vibrating body as described above, and processes it with the measuring computer 2, and then the AE. The elapsed time (Δt2 in FIG. 5) from the time when the oscillation circuit 12 of the measuring body 2 is operated to oscillate (see (4) in FIG. 5) until the time when the P wave is received (see (3) in FIG. 5). (Refer to FIG. 4) and record it on the hard disk HD as the propagation time of the P-wave return path.
[0018]
Next, in step S19, the propagation time of the forward path and the propagation time of the return path are compared, and if the difference between the two is less than a predetermined reference, it is determined that the two AE measuring bodies are functioning normally. If the difference between the two is equal to or greater than a predetermined reference, it is determined that one of the AE measuring bodies is abnormal, and replacement work or the like is performed.
In this way, it is possible to easily check the functions of each AE measuring body at any time in a short time without actually climbing the rock slope, so that highly reliable AE measurement can always be performed. .
[0019]
When a defect is found in the AE sensor, replacement work or the like is required. However, a spare AE sensor for replacement may be embedded in advance.
Further, traffic vibration generated by a large vehicle passing through a nearby road may be used instead of the generation of the P wave by the oscillation function of the AE measuring body.
In addition, by changing the frequency of the electrical signal output from the oscillation circuit 12, various changes in the wave propagation characteristics of the rock distributed between the AE measuring body on the oscillation side and the AE measuring body on the receiving side are examined in detail. Thus, it is possible to actively evaluate the stability of the rock slope at any time.
Original AE is a passive phenomenon that occurs when an abrupt stress change occurs inside the rock slope, but it also has an oscillation function in the AE measurement body as in the present invention. It is now possible to make active evaluations.
Furthermore, if the AE measuring body is used, it is possible to observe the temporal change (change in propagation speed and amplitude) of the stability of the rock slope. That is, a P wave is oscillated from one AE measuring body, and is received by the other AE measuring body. After a predetermined time has elapsed, a P wave is oscillated from one AE measuring body by the same electrical signal as the P wave. Then, this is received by the other AE measuring body. The rock mass is evaluated by comparing the waveform of these two received P waves and grasping the transmission loss of vibration energy.
If there is no change in the rock mass where the P wave propagates, the same received wave should be obtained if the same P wave is oscillated. Therefore, when the waveforms of the received waves are different, it can be determined that the characteristics of the rock are changing during the above period.
[0020]
Next, an embodiment of the AE measurement method according to claim 1 will be described with reference to FIGS.
In FIG. 6, four boring holes 42, 43, 44, 45 are drilled around the exploration target area of the natural ground 41, and ten sets of AE sensors S 3 to S 12 installed in the respective boring holes are used for the exploration target. Surround the area.
A predetermined filler is filled in the gaps between the boring holes.
Ten shielded cables C3 to C12 respectively connected to ten sets of AE sensors S3 to S12 are respectively input to the AE measuring units U3 to U12 and further measured via an A / D converter. To the computer 2.
The AE sensors S3 to S12, the 10 shielded cables C3 to C12 connected to each other, and the AE measuring units U3 to U12 to which the respective signals are input, respectively, An AE measuring body capable of switching between the oscillation function is configured.
[0021]
In step S21, the first AE sensor S3 is switched to the oscillation function to generate a P wave, the P wave is received by the other nine AE sensors, and the P wave between the other AE sensors. Measure the transmission time (running time) (running result).
Further, the distance between each AE sensor is calculated based on the coordinates of each AE sensor.
In step S22, the actual speed between the AE sensors is calculated based on the actual running time and the distance.
In step S23, up to the tenth AE sensor S12, the AE sensors are sequentially oscillated and received by the other nine AE sensors. In this case, the P wave between each of the other AE sensors is transmitted. Measure the transmission time (running time) (actual running time).
[0022]
In step S24, based on the distance data between the AE sensors calculated in this way and the actual speed between the AE sensors, the propagation speed of the P wave in the exploration target region by using a geotomographic method is used. Can be obtained.
Next, an outline of the procedure of the geotomographic method will be described.
In step S31, models of a large number of cells are set in the search target area, and an initial value of the propagation speed of the P wave in each cell is set.
In step S32, assuming that the propagation path from the oscillation-side AE sensor to the vibration-receiving-side AE sensor is a straight line, the theoretical travel time between the sensors is calculated. At this time, if the velocities of adjacent cells are different, the P wave is refracted and propagated, and the path through which the P wave propagates is searched for the fastest path.
[0023]
Next, in step S33, the actual running time and the theoretical running time are compared between the AE sensors, and the error is calculated.
If the error is less than the predetermined reference in step S34, the process proceeds to step S35, and the distribution of the propagation speed in the search target region is obtained based on the propagation speed in each cell at that time, and the process is terminated.
In step S34, if the error is greater than or equal to a predetermined reference, the propagation speed is changed, and the process returns to step S32.
In this way, the distribution characteristics of the propagation speed of the P wave in the search target region can be obtained by using the geotomographic method.
If the propagation speed is known in detail, the accuracy of calculation for obtaining the generation position from the propagation time of AE is improved.
Also, by evaluating the stable state of the target area at any time by comparing the time course of the propagation velocity and amplitude or frequency of the P wave generated when the AE measurement object 1 were embedded in the rock board of any Therefore, it was possible to evaluate the stability of active ground without waiting for the micro-destruction of the naturally occurring rock mass.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, since the AE measurement body used in the AE measurement method of the present invention has not only the vibration receiving function but also the oscillation function, not only passively observing naturally occurring AE but also the P wave by the oscillation function. Is generated at any time without waiting for the occurrence of microfracture in the rock mass by analyzing the changes in propagation speed, amplitude, frequency, etc. Thus, active observation is possible by generating a P wave.
According to the AE measurement method of claim 1, P-waves that are sequentially oscillated from the respective AE measurement bodies switched to the oscillation function by surrounding the exploration target area of the natural ground with the plurality of AE measurement bodies, Since the AE generation position is specified based on the distribution of the P wave propagation velocity obtained by receiving vibration with another AE measuring body switched to the vibration receiving function and measuring the propagation time of each, the accuracy of specifying the fracture position is improved. . Further, by comparing the distribution of the P wave velocity at an arbitrary time point with the previous distribution, the state inside the natural ground can be measured in real time.
Further, by using a plurality of AE measuring bodies and using a numerical analysis method such as a tomographic method, the accuracy of calculation for obtaining the AE occurrence position in the search target region has been improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an embodiment of an AE measurement body used in an AE measurement method according to the present invention.
2 is a block diagram of a measurement system using the AE measurement object.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an embodiment of a function checking method of the AE measuring body .
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of the function checking method.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a waveform in the function checking method.
FIG. 6 is an explanatory diagram of an embodiment of an AE measurement method according to the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing an outline of a procedure of the AE measurement method .
FIG. 8 is a flowchart showing a part of the procedure of the AE measurement method .

Claims

An AE measuring body having a vibration receiving function capable of detecting AE at the time of microfracture of a rock and an oscillation function capable of oscillating vibration that can be detected by the vibration receiving function, and switching means for switching between the vibration receiving function and the oscillation function Is a method of exploring the natural ground by burying multiple sets in the natural ground to be explored,
Surrounding the exploration area of the natural ground with a plurality of the AE measuring bodies embedded in the natural ground,
P wave oscillated sequentially from each AE measuring body switched to the oscillation function is received by another AE measuring body switched to the receiving function, and each propagation time is measured,
Based on the propagation time of the P wave between the measured AE measuring bodies, the distribution of the P wave propagation velocity in the measurement target region is calculated,
An AE measurement method characterized by specifying a fracture position with high accuracy by specifying an AE occurrence position based on the calculated distribution of P wave propagation velocity.