JP2006266992A - 地すべり計測装置および方式 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ファイバコードへ捩れが累積されることを防止できるとともに、現地でのメンテナンス作業を容易にすることのできる地すべり計測装置を提供する。
【解決手段】 本発明による地すべり計測装置は、光ファイバコード１７と、引張線２０を介して作用する変位を回転運動に変換する変換手段と、前記回転運動を巻付け軸１５へ伝達する伝達手段とを含む変位検出部を備える。巻付け軸には光ファイバコードに対して曲げによる光伝送損失を与えない保持部を持つ保持金具１６を固定し、光ファイバコードの一部をＵ形状にしてその先端を保持金具の保持部に掛ける。引張線を介して作用する変位によって巻付け軸が回転する時、光ファイバコードのＵ形状にした平行部分１７−１が累積的な捩れを生ずることなく巻付け軸に巻付いて光ファイバコードに光伝送損失が与えられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ファイバを利用して地盤の変位を計測する地すべり計測装置および方式に関する。

近年、国土開発は山間部においても急進展している。これにより山腹斜面における大規模な切り盛り土工が行われるようになったことから、自然災害とあいまって各地で地すべり災害が発生している。これらの災害を事前に防止するためには施工中及び施工後の地すべりの監視が重要であり、地すべりによる地盤変位が疑われる地域において地すべりの境界を特定する地すべり変位計測方式が望まれている。

従来、地すべりの変位を計測する装置として電気式の地盤伸縮計が主に用いられていた。これに対し、雷などの電気障害に強く、耐食性に優れ、距離に対する信号の減衰が少ないことから、長い信号伝送路が構築できる光ファイバを用いた変位計測装置が開発されている。

特許文献１には、光減衰円形曲線部への光ファイバの巻き数が変位により増減して光ファイバの透過光強度が変化することを利用して変位を検知する技術が開示されている。具体的には、この技術は光ファイバの曲率変化による透過光強度変化を利用して変位量を計測する光変位センサである。この光変位センサは、光ファイバを弛緩状態で配設すると共に直径の異なる２つの円盤に光フアイバが数回巻かれた光非減衰円形曲線部と光減衰円形曲線部とを備える。そして、光非減衰円形曲線部の円盤直径を透過光の減衰しない３５ｍｍ以上、光減衰円形曲線部の円盤直径を透過光の減衰する３０ｍｍ以下とする。更に、緊張状態で配設され変位検出箇所の変位に対応して伸縮する配線の伸縮量で光非減衰円形曲線部と光減衰円形曲線部における光ファイバの巻き数を変化させ、計測変位により両円盤への光ファイバの巻きつけ比を変化させるようにしている。

上記光変位センサのうちの光減衰円形曲線部を図１０に示す。この例では、光減衰円形曲線部１００を構成する円盤１０１に光ファイバコード１０２の一部が固定されたうえで巻き付けられる。ところが、円盤１０１に光ファイバコード１０２を巻き付けるときに光ファイバコード１０２に捩れが生じるという問題があった。また、この光減衰円形曲線部１００を含む光変位センサを被計測場所に設置後、地盤の変位が進んで光減衰円形曲線部１００が回転すると光ファイバコード１０２の捩れが累積され、場合によっては光ファイバコード１０２が破損するという問題点があった。

特許文献１にはまた、上記のような光ファイバコードの捩れを防ぐ技術を適用した光変位センサが開示されている。この光変位センサは、コイルバネの外周にコイル状に巻いた光ファイバコードを配置し、変位によってコイル形状の光ファイバコードのピッチが変化することで光ファイバの光伝送損失が変化することを利用している。

しかしながら、地すべり計測では山間部の屋外に計測装置を設置したり、メンテナンスを行う必要がある。特に、上記のような光変位センサを備えた計測装置では、計測期間中に劣化した計測装置内部の光ファイバコードを現地で交換する必要がある。ところが、コイルバネの外周に光ファイバコードをコイル状に巻くような作業は現地では実質上不可能であるという問題点があった。また、長い範囲に敷設した光ファイバコードの途中に別の計測装置を追加する場合がある。この場合には光ファイバを一旦切断し、計測装置を追加する作業が終了したら溶着する作業が必要であった。

特許文献１においては更に、図１１に示すように、複数の光変位センサ２００−１、２００−２、２００−３、２００−４を連ねて複数の測定対象位置のそれぞれに配置する例が開示されている。この例では各光変位センサの光減衰円形曲線部を回転させるための円盤２０１−１、２０１−２、２０１−３、２０１−４がワイヤ等の配線２０２で力学的に結合されている。つまり、１本の配線２０２が各光変位センサ２００−１〜２００−４の円盤２０１−１〜２０１−４に順に数回巻き付けられている。このため、一つの測定区間に生じた地盤変位により、連なる光変位センサの全てが地盤変位を検出してしまう場合がある。そのため、地すべりによる地盤変位が疑われる地域において地すべりの境界を特定することが困難であるという問題点があった。

特開２００３−０５７０１３号公報

本発明の課題は、地すべりの境界を特定することのできる地すべり計測装置及び計測方式を提供することにある。

本発明の他の課題は、光ファイバコードへ捩れが累積されることを防止できるとともに、現地でのメンテナンス作業を容易にすることのできる地すべり計測装置及び計測方式を提供することにある。

請求項１に記載の発明によれば、光ファイバコードと、引張線を介して作用する変位を回転運動に変換する変換手段と、前記回転運動を巻付け軸へ伝達する伝達手段とを含む変位検出部を備え、前記巻付け軸には前記光ファイバコードに対して曲げによる光伝送損失を与えない形状を持つ保持部を固定し、前記光ファイバコードの一部をＵ形状にしてその先端を前記保持部に掛け、前記引張線を介して作用する変位によって前記巻付け軸が回転する時、前記光ファイバコードの前記Ｕ形状にした平行部分が累積的な捩れを生ずることなく前記巻付け軸に巻付いて該光ファイバコードに光伝送損失が与えられるようにしたことを特徴とする地すべり計測装置が提供される。

上記請求項１に記載の発明による地すべり計測装置においては、前記変換手段は、前記引張線と、該引張線の一端側が巻き付けられたプーリと、該プーリと同心の回転軸を持つ第１のギアとを含み、前記伝達手段は、前記第１のギアに歯合した第２のギアと、該第２のギアと同心の回転軸を持つ前記巻付け軸とを含み、前記光ファイバコードの前記Ｕ形状にした平行部分であって前記先端と反対側には、平行保持用固定具を介して第１のバネ体により前記巻付け軸への巻付けとは反対方向へ張力を与え、前記第１のギアには、第２のバネ体により前記引張線による引張力とは反対方向へ回転力を与え、前記引張線の他端側には固定具を取り付けると共に、前記光ファイバコードの前記Ｕ形状にした平行部分の一方の延長部分を前記平行保持用固定具及び前記固定具を経てＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）へ至るようにし、前記変位検出部と前記平行保持用固定具及び前記第１、第２のバネ体を第１の杭上に配置し、該第１の杭から離れた箇所に第２の杭を設置すると共に、該第２の杭上に別の固定具を配置して前記固定具と前記別の固定具との間に前記光ファイバコードの前記延長部分を架設し、該延長部分の端部を接続した前記ＯＴＤＲにより、前記第１の杭と前記第２の杭との間の相対変位を測定することができる。

請求項３に記載の発明によれば、光ファイバコードと、複数の山及び谷を持つ波板バネと、前記波板バネの前記複数の山に近い部分にそれぞれ設けられ前記光ファイバコードを保持するための複数の保持部材とを含む変位検出部を備え、前記光ファイバコードは、前記複数の保持部材で前記波板バネの伸縮方向に蛇行するように保持されると共に、隣り合う保持部材の間の光ファイバコードは略半円弧形状にされ、前記波板バネの伸縮によって前記光ファイバコードの前記略半円弧形状の曲率を変化させることで前記光ファイバコードの光伝送損失を変化させるようにしたことを特徴とする地すべり計測装置が提供される。

上記請求項３に記載の発明による地すべり計測装置においては、前記保持部材を割入りの円筒形状部材で構成し、前記波板バネには固定具を設けて前記光ファイバコードを該固定具を経てＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）へ至るようにし、前記変位検出部を第１の杭上に配置し、該第１の杭から離れた箇所には別の固定具を配置した第２の杭を設置すると共に、前記固定具と前記別の固定具との間に前記光ファイバコードを架設することにより、前記第１の杭と前記第２の杭との間の相対変位を前記光ファイバコードを介して前記波板バネに伝達することができる。

上記請求項１、３に記載の発明による地すべり計測装置のいずれにおいても、前記固定具と前記別の固定具との間に前記光ファイバコードに代えて引張線を架設するようにしても良い。

請求項６に記載の発明によれば、上記記載のいずれかの地すべり計測装置を複数個、１本の前記光ファイバコードに互いに力学的に結合されないように直列的に組み付け配置したことを特徴とする地すべり計測方式が提供される。

請求項１に記載の地すべり計測装置においては、光ファイバコードを略Ｕ形状にしてその平行部分を巻付け軸に巻きつけるようにしているため、光ファイバコードには累積的な捩れが生じないことから光ファイバコードの耐久性、安全性を向上させることができる。また、長い範囲に敷設した光ファイバの途中に計測装置を追加する場合であっても、光ファイバを切断する必要がないことから作業性が向上する。

請求項３に記載の地すべり計測装置においては、波板バネに設けた保持部材で光ファイバコードを保持しているため、計測期間中に劣化した計測装置内部の光ファイバを現地で交換する場合であっても保持部材への光ファイバコードの着脱が容易であり交換作業は簡単である。また、長い範囲に敷設した光ファイバの途中に計測装置を追加する場合であっても、光ファイバを切断する必要がないことから作業性が向上する。

請求項６に記載の発明によれば、複数の地すべり計測装置を１本の光ファイバコードに組み付け配置して計測を行う場合、各測定区間で架設した部分の光ファイバコードあるいは引張線は力学的に結合されていないため、一つの測定区間に生じた変位により別の測定区間の地すべり計測装置が変位を検出してしまうという問題が生じない。

次に、本発明による地すべり計測装置及び方式についてその実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態を示し、請求項１記載の発明による地すべり計測装置の変位検出部の基本構成を示す。

図１において、第１のプーリ１１、第２のプーリ１２、第１のギア１３が同じ回転軸を持つように同心状に組み合わされている。第１のギア１３には第２のギア１４が歯合され、第２のギア１４には巻付け軸１５が同じ回転軸を持つように同心状に取り付けられている。巻付け軸１５には光ファイバコード１７を保持するための保持金具１６が固定されている。保持金具１６における光ファイバコード１７の保持部は、光ファイバコード１７に対して曲げによる光伝送損失を与えない曲率による周縁形状を持つようにされる。光ファイバコード１７は、その一部をＵ形状にし、Ｕ形状の先端側を保持金具１６の保持部に掛けることにより、巻付け軸１６が回転するとＵ形状の平行部分１７−１が巻付け軸１６に巻き付くようにしている。

光ファイバコード１７におけるＵ形状の平行部分１７−１はまた、先端側と反対側の部分が第１の固定金具（平行保持用の固定金具）１８で固定保持されることで平行状態が維持されるようにしている。固定保持された平行部分の一方は、第２の固定金具（固定金具）１９を介してＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｍｅｔｅｒ）３５（図２参照）側へ導かれる。固定保持された平行部分の他方は、次の変位検出部へ導かれるか、次の変位検出部が無ければ開放状態にされる。

ＯＴＤＲの機能の一例を簡単に説明すると、ＯＴＤＲから光ファイバコードに光信号（光パルス）を入射させた時、光ファイバコードに局所的な変位（例えば直線部分が曲線に変形する）が生じるとその部分の屈折率が変化する。これによりレイリー後方散乱光が発生しＯＴＤＲに戻ってくる。レイリー後方散乱光は光信号の入射端からレイリー後方散乱光の発生箇所までの距離に比例した時間後にＯＴＤＲに戻り、光強度（光伝送損失）は屈折率の変化、つまり変位の大きさに依存する。このことから、ＯＴＤＲではレイリー後方散乱光の戻り時間と光強度とにより光ファイバコードに発生した変位の大きさと位置を知ることができる。

第１の固定金具１８には、第１のバネ体２１により引張り力が付与されている。第１のプーリ１１と第２の固定金具１９との間には引張線２０が掛け渡され、第２のプーリ１２には第２のバネ体２２により引張り力が付与されている。

上記のように、引張線２０を第１のプーリ１１に固定するとともに第１のプーリ１１に巻きつけることで、引張線２０の変位を第１のプーリ１１の回転運動に変換する。本実施形態では引張線２０としてワイヤを使用しているが、インバーなどの他の材料を使用しても同様な効果が得られることはいうまでもない。引張線２０の反力は第１のプーリ１１と同じ回転軸上にある第２のプーリ１２に取り付けた第２のバネ体２２で得ている。

いずれにしても、第１の保持金具１８を境にしてＯＴＤＲ側に延びる光ファイバコード１７と次の変位検出部側に延びる光ファイバ１７は、相互に張力が作用し合わない状態、つまり力学的に結合されない状態にされる。

第１のプーリ１１の回転は第１のプーリ１１と同じ回転軸に固定した第１のギア１３と、第１のギア１３の回転軸とは異なる軸に固定した第２のギア１４により、第２のギア１４と同じ回転軸に固定した巻付け軸１５の回転として伝達される。予め定めた第１のギア１３と第２のギア１４とのギア比によって引張線２０の単位変位長当たりの巻付け軸１５の回転数が定まる。具体的には０．５〜５程度のギア比で巻付け軸１５の回転数を設定している。

また、本実施形態では第１のプーリ１１の回転を巻付け軸１５の回転に伝達するために２つのギアによる構造を利用しているが、２つのプーリとベルトを用いたり、２つ以上のギアを用いた場合でも同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに、第１のプーリ１１、第１のギア１３、第２のギア１４ならびに巻付け軸１５はボールベアリングを使用した軸受等を介してシャーシまたは筐体に取り付けられていることは言うまでもない。

前述したように、巻付け軸１５には光ファイバコード１７に対して曲げによる光伝送損失を与えない曲率形状、具体的には直径３ｃｍ程度の円または半円形状の保持部を持つ保持金具１６を固定している。光ファイバコード１７は、その一部をＵ形状にしてその先端側を保持金具１６に掛ける。また、光ファイバコード１７に第１の固定金具１８を介した第１のバネ体２１で張力を与えている。一例を言えば、本実施形態では０．２ｋｇｆの張力を与えている。図１では、第１、第２のバネ体としてスプリングバネを示しているが、ゼンマイバネ等でも同様の効果が得られる。

巻付け軸１５が前述の通りに引張線２０の変位によって回転すると光ファイバコード１７はＵ形状の平行部分１７−１で巻付け軸１５に巻き付くこととなり、光ファイバコード１７に累積的な捩れが生じない。巻付け軸１５が引張線２０の変位によって回転すると光ファイバコード１７の平行部分１７−１が巻き付くため、光ファイバコード１７の曲率が変化して屈折率が変化し、その結果、光ファイバコード１７には光伝送損失が生じる。本実施形態では、巻付け軸１５は１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の直径としている。巻付け軸１５の直径は細くなるほど巻き数に対する光ファイバコード１７の光伝送損失が大きくなる。前述のギア比と巻付け軸１５の径とによって、引張線２０の単位変位長当たりの光ファイバコード１７の光伝送損失を設定している。

図２は図１で説明した変位検出部の基本構成を用いた地すべり計測装置の構成を示している。図１に示した基本構成は筐体等に収納し、地盤斜面に設置された第１の杭３１上に配置する。地盤斜面にはまた、第１の杭３１から離れた位置に第２の杭３２が設置される。第１の固定金具１８から導出された光ファイバコード１７の平行部分１７−１の一方は、引張線２０の一端に接続した第２の固定金具１９と第２の杭３２上に固定した第３の固定金具（別の固定金具）３３との間に架設する。

第１の杭３１と第２の杭３２との間に相対変位が生じると、架設した光ファイバコード１７が変位し、これに接続した引張線２０に変位が生じるために第１のプーリ１１、第１のギア１３、第２のギア１４、巻付け軸１５に回転が生じて光ファイバコード１７の平行部分１７−１が巻き付く構造となっている。

本実施形態では被覆内部に光ファイバ心線と抗張力体としてアラミド繊維を配置した光ファイバコード１７を使用している。光ファイバコード１７は１．５ｋｇｆ程度の張力で架設しており、図１に示した第１のバネ体２１、第２のバネ体２２の張力と均衡させている。ただし、光ファイバコード１７はワイヤ入りの光ファイバコード等を使用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、変位を伝達するための手段として光ファイバコード１７とは別にワイヤやインバー線を利用する場合でも同様な効果が得られることも言うまでもない。この場合、第２の固定金具１９と第３の固定金具３３との間にワイヤやインバー線が引張線として架設され、光ファイバコード１７は張力無しで敷設される。勿論、第２の固定金具１９と第３の固定金具３３との間の引張線は、引張線２０を延長することで実現しても良く、この場合第２の固定金具１９は不要である。また、架設あるいは敷設されている部分の光ファイバコード１７がここでは示していない架設した保護管により養生されていることは言うまでもなく、架設区間とＯＴＤＲ３５との間及び測定区間の間に弛緩状態で敷設した光ファイバコード１７も保護管で養生されていることは言うまでもない。更に、保持金具１６や第１、第２の固定金具１８、１９等は金属製である必要はない。

巻付け軸１５における光ファイバコード１７の光伝送損失は光ファイバコード１８の端部に接続したＯＴＤＲ（光パルス測定法）３５で測定する。光ファイバコード１７の光伝送損失の実測例を図３に示す。ここではギア構造のギア比（図１における第１のギア１３の歯数／第２のギア１４歯数）を５倍とし、巻付け軸１５の径を１１ｍｍとした場合について示している。図３から明らかな通り、光伝送損失は引張線２０の変位量にほぼ比例して大きくなるため、光伝送損失から引張線２０の変位量、つまりは第１の杭３１と第２の杭３２の間の相対変位量を知ることができる。

図４は本発明の第２の実施の形態を示し、請求項３に記載の発明による地すべり計測装置の変位検出部の基本構成を示す。

図４において、変位検出部は、光ファイバコード１７と、複数の山及び谷を持つ伸縮自在の波板バネ４１とを有し、波板バネ４１の各山に近い部分には稜線に添うように保持部材４２が設けられている。保持部材４２は光ファイバコード１７を保持するためのものである。波板バネ４１の一端側にはまた、固定金具３６が取り付けられて固定金具３６と波板バネ４１との間の光ファイバコード１７に張力が作用しないようにしている。

光ファイバコード１７は、波板バネ４１に固定した複数の保持部材４２で保持されることにより波板バネ４１の伸縮方向に蛇行している。つまり、光ファイバコード１７は、保持部材４２で保持されている部分は直線であり、隣り合う保持部材４２の間では略半円弧形状になるようにされている。

図５に示すように、波板バネ４１が伸縮すると波板バネ４１の山部分の間隔が変化するため、保持部材４２の間の略半円弧形状をした光ファイバコード１７の曲率が変化して光ファイバコード１７の光伝送損失を変化させる構造となる。

光ファイバコード１７の保持部材４２は、図６に示すように、割入りの円筒形状であり、波板バネ４１のそれぞれの山に近い部分に接着剤等で固定している。光ファイバコード１７は保持部材４２の割を開き、保持部材４２の内側に配置する。保持部材４２の内径は光ファイバコード１７の外径より僅かに小さく設定しているため、保持部材４２の復元力で光ファイバコード１７は締め付けられている。保持部材４２はプラスチック材料で形成しているが、ゴムや金属を使用しても同様の効果が得られる。保持部材４２はまた、円筒形状の部材によらずに複数の略Ｃ形状の保持部を間隔をおいて設置することで実現されても良い。

保持部材４２の間の光ファイバコード１７は略半円弧を描く形状となるが、光ファイバコード１７の光伝送損失は波板バネ４１の伸縮状態と光ファイバコード１７の略半円弧形状により変化する。そこで、波板バネ４１の伸縮状態と光ファイバコード１７の略半円弧の形状は図６に示すような整形治具５０を用いて規定している。

図６において、整形治具５０は、複数の山５１を有するとともに、山５１の間の谷に対応する箇所には、交互に略半円柱部５２が設けられて成る。略半円柱部５２は、光ファイバコード１７の略半円弧形状の曲率を規定する。つまり、整形治具５０の山５１に波板バネ４１を被せた状態にして保持部材４２に光ファイバコード１７を保持させる。この時、隣り合う保持部材４２の間の光ファイバコネクタ１７は略半円柱部６２に添わせるようにする。その後、整形治具５０は取り外される。

波板バネ４１は、その伸縮により山の間隔が１ｃｍ〜３ｃｍ程度の範囲で変化するように作られる。波板バネ４１全体の伸縮量は波板バネ４１の山の数で調整することができる。整形治具５０は、図６では一例として４個の山５１を持つように作られているが、波板バネ４１に想定される最大数の山を持つように作られる。このような整形治具を用意しておけば、最大数以下の山を持つどのような波板バネにも対応できる。

図７は図４で説明した変位検出部の基本構成を用いた地すべり計測装置の構成を示している。図４に示した変位検出部は地盤斜面上に設置した第１の杭３１上に配置され、ここには示していない格納箱等で養生される。第１の杭３１から離れた地盤斜面には第２の杭３２が設置される。第１の杭３１上にあり、波板バネ４１に固定された固定金具３６と、第２の杭３２上に配置した固定金具（別の固定金具）３３との間に引張線を架設する。引張線の張力は波板バネ４１により得られる。具体的には引張線の張力は０．５ｋｇｆ〜２ｋｇｆ程度としている。

本実施形態では引張線として波板バネ４１に取り付けた保持部材４２に保持されている光ファイバコード１７を共用しているが、図２で説明したように、別途ワイヤやインバー線等を利用しても同様の効果が得られる。本実施形態では光ファイバコード１７は被覆内部に光ファイバ心線と抗張力体としてアラミド繊維を配置したものを使用している。架設部分の引張線の張力は固定金具３６を介して波板バネ４１で均衡しており、保持部材４２に保持されている部分の光ファイバコード１７には張力を与えていない。

第１の杭３１と第２の杭３２の間に相対変位が生じると、架設した光ファイバコード１７を接続した波板バネ４１に伸縮が生じる。前述の通り、波板バネ４１に伸縮が生じると、各保持部材４２の間の略半円弧形状をした光ファイバコード１７の曲率が変化して光ファイバコード１７の光伝送損失が変化する。光ファイバコード１７の光伝送損失量は光ファイバコード１７の端部に接続したＯＴＤＲ３５で測定する。光伝送損失量から波板バネ４１の伸縮量、つまりは第１の杭３１と第２の杭３２の相対変位量を知ることができる。

図８は請求項１に記載の発明による地すべり計測装置、つまり図１、図２に示された地すべり計測装置を用いて請求項６に記載の発明による地すべり計測方式を構成した例を示す図である。勿論、請求項３に記載の発明による地すべり計測装置、つまり図４、図７に示された地すべり計測装置を用いて構成した場合でも同様の効果が得られる。

本地すべり計測方式は、複数の地すべり計測装置を１本の光ファイバコードに組み付けて配置したことを特徴としている。図２で説明したように、地盤斜面に設置された第１の杭３１上に第１の地すべり計測装置１０Ａが配置される。第１の杭３１から離れた地盤斜面には第２の杭３２が設置される。図１で説明したように、第１の地すべり計測装置１０Ａにおける光ファイバコード１７の平行部分１７−１の一方は第１の固定金具１８、第２の固定金具１９を介してＯＴＤＲ３５側へ導出される。導出された光ファイバコード１７は、第２の杭３２上に配置された固定金具３３を介してＯＴＤＲ３５に接続される。前述したように、第１、第２の固定金具１８、１９を経てＯＴＤＲ３５側へ向かう光ファイバコード１７と、第１の固定金具１８を経て次の地すべり計測装置側へ向かう光ファイバコード１７とは、一方に作用する張力が他方に作用しないようにされている。

光ファイバコード１７の平行部分１７−１の他方は第１の固定金具１８を介して次の地すべり計測装置側へ導出される。特に、次の第２の地すべり計測装置１０Ｂは、第１の杭３１から離れた地盤斜面に設置された第３の杭３７に配置される。そして、第２の地すべり計測装置１０Ｂにおける光ファイバコード１７の平行部分１７−１の一方が第１の固定金具１８、第２の固定金具１９を介して第１の地すべり計測装置１０Ａ側に導出される。但し、第１の杭３１と第３の杭３７との間には、第１の杭３１に近い場所に第４の杭３８が設置され、第４の杭３８上には光ファイバコード１７を保持するための固定金具３９が配置されている。これにより、第４の杭３８と第１の地すべり計測装置１０Ａとの間の光ファイバコード１７は張力の作用しない弛緩状態にされている。第２の地すべり計測装置１０Ｂの次に設置される第３の地すべり計測装置及びそれ以降についても同様にされる。

ＯＴＤＲ３５は光ファイバコード１７に組み付けられた複数の地すべり計測装置の少なくとも１つにおいて光ファイバコードに変位が生じると、それによる光伝送損失の大きさとその発生位置がわかる。従って、１本の光ファイバコード１７に複数の地すべり計測装置を組み付けることにより、光伝送損失の発生位置から該当する測定区間を判断し、光伝送損失量の大きさから該当測定区間の２本の杭の相対変位量が判断できる。

図８に示す計測方式によれば、各測定区間で架設された部分の光ファイバコード１７は力学的に結合されていないため、複数の測定区間を含むような地すべりが起きない限り、一つの測定区間に生じた変位により他の測定区間の光変位センサが変位を検出してしまう問題が生じない。つまり、図８で言えば、第１の地すべり計測装置１０Ａは第１の杭３１と第２の杭３２との間の相対変位のみを検出する。第２の地すべり計測装置１０Ｂは第１の杭３１と第２の杭３２との間の相対変位には反応せず、第３の杭３７と第４の杭３８との間の相対変位のみを検出する。従って、地すべりによる地盤変位が疑われる地域において地すべりの境界を特定する場合には、地すべりによる地盤変位が生じている測定区間を正確に特定できる。

なお、図８に示す実施形態では１つの測定区間に２本の杭を使用しているが、図９に示すように地すべり計測装置を固定する杭（例えば第１の杭３１）と隣接する測定区間の光ファイバコードを架設する杭（例えば第４の杭３８）を共用しても同様な効果が得られる。つまり、第１の地すべり計測装置１０Ａは第１の杭３１と第２の杭３２との間の相対変位のみを検出し、第２の地すべり計測装置１０Ｂは第１の杭３１と第２の杭３２との間の相対変位には反応せず、第３の杭３７と第１の杭３１との間の相対変位のみを検出する。これは、前述したように、第１の地すべり計測装置１０Ａにおいては、第２の固定金具１９からＯＴＤＲ３５側に向かう光ファイバコード１７と、第１の固定金具１８から第２の地すべり計測装置１０Ｂ側に向かう光ファイバコード１７との間は力学的に結合されていないからである。この場合、図９で言えば、第４の杭３８に配置されていた固定金具３９は第１の杭３１に配置される。

以上の説明から明らかなように、第１の実施形態による地すべり計測装置によれば、巻付け軸１５における光ファイバコード１７の巻付き数が地盤変位により増減して光伝送損失が変化することを利用して地盤変位を検知する場合に、巻付け軸１５に略Ｕ形状とした光ファイバコード１７の平行部分１７−１を巻き付けることで光ファイバコード１７に累積的な捩れを生じさせないため、光ファイバコード１７の耐久性・安全性を確保できる。また、長い範囲に敷設した光ファイバコードの途中に計測装置を追加する場合には光ファイバコードを切断、溶着する必要が無いので作業性が向上する。

また、第２の実施形態による地すべり計測装置によれば、光ファイバコード１７に累積的な捩れを生じさせないだけでなく、波板バネと保持部材との組み合わせによる簡単な構成であることから計測期間中に劣化した計測装置内部の光ファイバを現地で交換する必要が生じた場合であっても交換作業は容易である。また、長い範囲に敷設した光ファイバコードの途中に計測装置を追加する場合には光ファイバコードを切断、溶着する必要が無いので作業性が大幅に向上する。

更に、上記第１、第２の実施の形態による地すべり計測装置を用いた地すべり計測方式によれば、地すべりによる地盤変位が疑われる地域において地すべりの境界を特定する場合に、以下の効果が得られる。地すべりによる地盤変位が疑われる地域がかなり広い範囲であってもその地域に１本あるいは少数本の光ファイバコードを敷設し、その光ファイバコード上に第１、第２の実施の形態による地すべり計測装置を複数個組み付け配置することで、光ファイバコード上に発生した光伝送路損失の変化した位置から地すべりによる地盤変位が生じている測定区間を特定できる。このとき、各測定区間で架設した部分の光ファイバコード（引張線）は力学的に結合されていないため、一つの測定区間に生じた変位により連ねた変位検出部が変位を検出することなく、地盤変位が生じている測定区間のみを正確に特定できる。

地すべりが疑われる地域では地表の変位のみならず地中の変位、間隙水圧、地下水位ならびに地盤の傾斜などをそれぞれに適した計測機器を設置して計測する必要がある。従って、地すべりが疑われる地域が広い場合には、上記の各種計測機器の設置数も多くならざるを得ない。これに対し、本発明による地すべり計測方式により予め地すべりの地域や境界を把握しておくことで、効率的な計測機器の配置を計画することができ、これによって得られる経済的効果は大である。

図１は本発明の第１の実施形態による地すべり計測装置の変位検出部の基本構成を示す図である。 図２は図１に示された変位検出部の基本構成を用いた地すべり計測装置の構成を示す図である。 図３は図１に示された引張線の変位が巻付け軸を介して光ファイバコードに作用した場合に光ファイバコードに発生する光伝送損失量の実測例を示す図である。 図４は本発明の第２の実施形態による地すべり計測装置の変位検出部の基本構成を示す図である。 図５は図４に示された地すべり計測装置において、波板バネの伸縮と光ファイバコードの曲率の変化状況を示す図である。 図６は図４に示された地すべり計測装置において光ファイバコードを組み付ける際に使用される整形治具と、光ファイバコードの保持部材の構造を説明するための図である。 図７は図４に示された変位検出部の基本構成を用いた地すべり計測装置の構成を示す図である。 図８は図２に示された地すべり計測装置が複数個組み合わされる地すべり計測方式の構成を示す図である。 図９は図８に示された地すべり計測方式の変形例を示す図である。 図１０は従来の光変位センサの一部である光ファイバの光減衰円形曲線部の構造を示す図である。 図１１は図１０に示された従来の光変位センサを連ねて複数の測定対象位置に配置した例を示す図である。

符号の説明

１０、１０Ａ、１０Ｂ 地すべり計測装置
１１、１２ 第１、第２のプーリ
１３、１４ 第１、第２のギア
１５ 巻付け軸
１６ 保持金具
１７ 光ファイバコード
１７−１ 平行部分
１８、１９ 第１、第２の固定金具
２０ 引張線
２１、２２ 第１、第２のバネ体
３１、３２、３７、３８ 第１、第２、第３、第４の杭
３３、３６ 固定金具
４１ 波板バネ
４２ 保持部材
５０ 整形治具
５１ 山
５２ 略半円柱部

Claims (6)

1. 光ファイバコードと、引張線を介して作用する変位を回転運動に変換する変換手段と、前記回転運動を巻付け軸へ伝達する伝達手段とを含む変位検出部を備え、
   前記巻付け軸には前記光ファイバコードに対して曲げによる光伝送損失を与えない形状を持つ保持部を固定し、
   前記光ファイバコードの一部をＵ形状にしてその先端を前記保持部に掛け、
   前記引張線を介して作用する変位によって前記巻付け軸が回転する時、前記光ファイバコードの前記Ｕ形状にした平行部分が累積的な捩れを生ずることなく前記巻付け軸に巻付いて該光ファイバコードに光伝送損失が与えられるようにしたことを特徴とする地すべり計測装置。
2. 前記変換手段は、前記引張線と、該引張線の一端側が巻き付けられたプーリと、該プーリと同心の回転軸を持つ第１のギアとを含み、
   前記伝達手段は、前記第１のギアに歯合した第２のギアと、該第２のギアと同心の回転軸を持つ前記巻付け軸とを含み、
   前記光ファイバコードの前記Ｕ形状にした平行部分であって前記先端と反対側には、平行保持用固定具を介して第１のバネ体により前記巻付け軸への巻付けとは反対方向へ張力を与え、
   前記第１のギアには、第２のバネ体により前記引張線による引張力とは反対方向へ回転力を与え、
   前記引張線の他端側には固定具を取り付けると共に、前記光ファイバコードの前記Ｕ形状にした平行部分の一方の延長部分を前記平行保持用固定具及び前記固定具を経てＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）へ至るようにし、
   前記変位検出部と前記平行保持用固定具及び前記第１、第２のバネ体を第１の杭上に配置し、
   該第１の杭から離れた箇所に第２の杭を設置すると共に、該第２の杭上に別の固定具を配置して前記固定具と前記別の固定具との間に前記光ファイバコードの前記延長部分を架設し、該延長部分の端部を接続した前記ＯＴＤＲにより、前記第１の杭と前記第２の杭との間の相対変位を測定することを特徴とする請求項１に記載の地すべり計測装置。
3. 光ファイバコードと、
   複数の山及び谷を持つ波板バネと、
   前記波板バネの前記複数の山に近い部分にそれぞれ設けられ前記光ファイバコードを保持するための複数の保持部材とを含む変位検出部を備え、
   前記光ファイバコードは、前記複数の保持部材で前記波板バネの伸縮方向に蛇行するように保持されると共に、隣り合う保持部材の間の光ファイバコードは略半円弧形状にされ、
   前記波板バネの伸縮によって前記光ファイバコードの前記略半円弧形状の曲率を変化させることで前記光ファイバコードの光伝送損失を変化させるようにしたことを特徴とする地すべり計測装置。
4. 前記保持部材を割入りの円筒形状部材で構成し、
   前記波板バネには固定具を設けて前記光ファイバコードを該固定具を経てＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）へ至るようにし、
   前記変位検出部を第１の杭上に配置し、
   該第１の杭から離れた箇所には別の固定具を配置した第２の杭を設置すると共に、前記固定具と前記別の固定具との間に前記光ファイバコードを架設することにより、前記第１の杭と前記第２の杭との間の相対変位を前記光ファイバコードを介して前記波板バネに伝達することを特徴とする請求項３に記載の地すべり計測装置。
5. 前記固定具と前記別の固定具との間に前記光ファイバコードに代えて引張線を架設したことを特徴とする請求項２または４に記載の地すべり計測装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の地すべり計測装置を複数個、１本の前記光ファイバコードに互いに力学的に結合されないように直列的に組み付け配置したことを特徴とする地すべり計測方式。

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