JP2001337174A - Mapping method for ground impedance - Google Patents

Mapping method for ground impedance

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JP2001337174A
JP2001337174A JP2000156631A JP2000156631A JP2001337174A JP 2001337174 A JP2001337174 A JP 2001337174A JP 2000156631 A JP2000156631 A JP 2000156631A JP 2000156631 A JP2000156631 A JP 2000156631A JP 2001337174 A JP2001337174 A JP 2001337174A
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ground
impedance
base plate
vibrator
acceleration
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JP2000156631A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Kaida
康弘 甲斐田
Toru Takahashi
亨 高橋
Niehoff Vincent
ニーホフ ビンセント
Brauer Jan
ブラウアー ヤン
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Oyo Corp
Original Assignee
Oyo Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently sample data reflecting dynamic physical properties of the ground by small number of workers and simple work to infer hardness and softness of the ground and the distribution of a cavity and a loosened part in an extremely shallow underground part. SOLUTION: An impedance mapping method for the ground is provided with a base plate 14 placed on a ground surface, a reaction mass 18 vibrating vertically using a piston 16 integrated with the base plate as an axis, and acceleration meters 20, 22 loaded on the base plate and the reaction mass. A vibrator- type hypocenter 10 according to a system in which a reaction force of the reaction mass is transmitted to the ground surface through the base plate is used to obtain an impedance value of the ground at a measurement point from vibration frequency and vibration acceleration, when the vibrator type hypocenter is vibrated, and the operation is done at a plurality of different measurement points to display the impedance distribution of the ground.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、地表に設置したバ
イブレータ式震源を振動させたときの、その振動特性か
ら、測点での地盤のインピーダンス値を求めて地盤特性
を示す硬軟や地下極浅部の空洞やゆるみなどの分布を表
示する地盤のインピーダンスマッピング方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hard or soft or very shallow underground surface characteristic obtained by determining the impedance value of the ground at a measurement point from the vibration characteristics of a vibrator-type hypocenter installed on the surface of the ground when vibrating. The present invention relates to an impedance mapping method for a ground, which displays a distribution of cavities and looseness of a part.

【0002】[0002]

【従来の技術】土木あるいは環境分野での調査では、地
下浅部の構造や異物、物性等をできるだけ効率よく且つ
経済的に探査することが求められている。地下深度数m
までの浅部の探査技術には各種の手法があるが、地層構
成や物性の変化などには表面波探査や地下レーダが用い
られている。
2. Description of the Related Art In a survey in the field of civil engineering or the environment, it is required to search for a structure, foreign matter, physical properties, etc. of a shallow underground as efficiently and economically as possible. Several meters underground
There are various techniques for exploration techniques for shallow parts up to this point, but surface wave exploration and underground radar are used for changes in stratum composition and physical properties.

【0003】表面波探査は、地表面に沿って伝播する表
面波を観測し、その分散性を利用して地盤構造を推定す
る手法である。震源から離れた適当な位置に一定の距離
をおいて複数個の受振器を配設し、震源によって地盤を
加振して各受振器で振動を検出する。それによって受振
器の間を伝播する波動の時間差が分かるので、位相速度
を求めることができる。このような表面波探査では、高
い周波数の表面波は地下浅部を、低い周波数の表面波は
より深部まで伝播する性質があるので、位相速度が波長
半分の深さまでの平均的な速度と仮定することで、位相
速度の深度方向の分布を求めることができる。位相速度
は、地盤特性を反映している物性値の一つであるため、
地盤の地層構成などの推定に利用することができる。
The surface wave exploration is a method of observing a surface wave propagating along the ground surface and estimating a ground structure by using the dispersibility thereof. A plurality of geophones are arranged at an appropriate position away from the epicenter at a certain distance, and the ground is excited by the epicenter to detect the vibration with each geophone. As a result, the time difference between the waves propagating between the geophones is known, so that the phase velocity can be obtained. In such surface wave exploration, the phase velocity is assumed to be the average velocity up to half the wavelength, since the high-frequency surface waves have a property of propagating to the shallow depth and the low-frequency surface waves have a property to propagate deeper. By doing so, the distribution of the phase velocity in the depth direction can be obtained. Since the phase velocity is one of the physical properties reflecting the ground characteristics,
It can be used for estimating the stratum composition of the ground.

【0004】地下レーダは、地表に送信アンテナと受信
アンテナを設置し、地中に電磁波を放射して、この電磁
波の反射特性を測定するものである。これによって、埋
設物あるいは地下構造を調査することができる。
The underground radar has a transmitting antenna and a receiving antenna installed on the ground surface, radiates electromagnetic waves into the ground, and measures the reflection characteristics of the electromagnetic waves. Thereby, the buried object or the underground structure can be inspected.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】表面波探査は位相速度
を、地下レーダは電磁波の反射特性を、それぞれ測定す
るものであり、調査対象や調査目的などに応じて、単独
であるいは他の様々な調査方法と組み合わされて用いら
れている。しかし、それら表面波の位相速度あるいは電
磁波の反射特性は、地盤の硬軟やゆるみなどの力学的強
度を直接的に表すものではない。そこで、簡便な手法に
より、地下の力学的強度分布等をより直接的に精度よく
求めることができる探査技術の開発が望まれている。
The surface wave exploration measures the phase velocity, and the underground radar measures the reflection characteristics of electromagnetic waves. Used in combination with survey methods. However, the phase velocity of the surface waves or the reflection characteristics of the electromagnetic waves do not directly represent the mechanical strength of the ground such as softness or looseness. Therefore, there is a demand for the development of an exploration technique capable of directly and accurately obtaining the underground mechanical strength distribution and the like by a simple method.

【0006】本発明の目的は、極く少人数の作業者で、
且つ簡単な作業によって、地盤の力学的物性を反映する
データを効率よく採取でき、それによって地盤の硬軟や
地下極浅部の空洞やゆるみなどの分布を推定できる地盤
のインピーダンスマッピング方法を提供することであ
る。
An object of the present invention is to use a very small number of workers,
To provide a ground impedance mapping method capable of efficiently collecting data reflecting the mechanical properties of the ground by simple operations, and thereby estimating the distribution of hard and soft ground, and cavities and loosening of a very shallow underground. It is.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明では、地表面に載
置されるベースプレートと、該ベースプレートと一体化
されたピストンを軸として上下に振動するリアクション
マスと、ベースプレート及びリアクションマスに搭載さ
れる加速度計を具備し、リアクションマスの反力がベー
スプレートを通じて地表面に伝達される方式のバイブレ
ータ式震源を用いる。本発明は、このようなバイブレー
タ式震源を用い、該バイブレータ式震源を振動させたと
きの振動周波数と検出した振動加速度から測点における
地盤のインピーダンス値を求め、その操作を複数の異な
る測点で、地盤のインピーダンス分布を表示する地盤の
インピーダンスマッピング方法である。
According to the present invention, a base plate placed on the ground surface, a reaction mass vibrating up and down about a piston integrated with the base plate as an axis, and mounted on the base plate and the reaction mass. A vibrator-type hypocenter equipped with an accelerometer and transmitting the reaction force of the reaction mass to the ground surface through the base plate is used. The present invention uses such a vibrator-type hypocenter, obtains the impedance value of the ground at a measurement point from the vibration frequency and the detected vibration acceleration when the vibrator-type hypocenter is vibrated, and performs the operation at a plurality of different measurement points. And a ground impedance mapping method for displaying the impedance distribution of the ground.

【0008】ここでインピーダンス値Zは、 Z=σ/Vg 但し、σは応力から求める。測点での地盤の粒子速度V
g は、 Vg =ab /iω 但し、ab はベースプレートの加速度記録、ωは振動周
波数から求めることができる。
Here, the impedance value Z is as follows: Z = σ / V g where σ is obtained from the stress. Velocity V of the ground at the station
g is, V g = a b / iω However, a b acceleration record of the base plate, omega can be obtained from the vibration frequency.

【0009】バイブレータ式震源を振動させると、該震
源そのものの振動性状も地盤の硬軟に応じて異なる。従
って、震源に取り付けた加速度計の記録から、この振動
性状の違いを解析することにより、地盤の硬軟や地下極
浅部の空洞やゆるみなどの分布を推定することが可能と
なる。本発明は、このような原理に基づき、ハードウエ
ア及びソフトウエアの両面から研究開発を行い、完成し
たものである。このインピーダンスマッピング法は、直
接地表面におけるインピーダンスを計測しているため
に、データ処理なしで、つまり計測が終了した時点で、
地表面の硬軟の評価が可能である。
When a vibrator-type hypocenter is vibrated, the vibration characteristics of the hypocenter itself vary depending on the hardness of the ground. Therefore, it is possible to estimate the distribution of hard and soft ground, cavities and looseness in the extremely shallow underground by analyzing the difference in vibration characteristics from the records of the accelerometer attached to the hypocenter. The present invention has been completed by conducting research and development on both hardware and software based on such a principle. This impedance mapping method measures the impedance directly on the ground surface, so without any data processing, that is, when the measurement is completed,
It is possible to evaluate the hardness of the ground surface.

【0010】1本もしくは複数本の測線に沿った複数の
測点に順次バイブレータ式震源を移動して、各測点にお
いて該バイブレータ式震源の振動周波数をステップ状に
変化させて各振動周波数とそれに対する振動加速度から
該測点における地盤のインピーダンス値を異なる振動周
波数について求める。これによって、地盤のインピーダ
ンスの2次元もしくは3次元的な分布を表示することが
できる。なお、このように深度方向のインピーダンスの
分布を評価するときには、振動周波数等に基づく解析が
必要となる。
The vibrator-type epicenter is sequentially moved to a plurality of measurement points along one or more measurement lines, and the vibration frequency of the vibrator-type epicenter is changed stepwise at each measurement point, and each vibration frequency and its The ground impedance value at the measurement point is determined for the different vibration frequencies from the vibration acceleration with respect to. Thereby, a two-dimensional or three-dimensional distribution of the impedance of the ground can be displayed. When evaluating the distribution of impedance in the depth direction in this way, an analysis based on a vibration frequency or the like is required.

【0011】データの収録は、測点で、ある振動周波数
で加速度記録を収録し、引き続いて同一の振動周波数で
再度加速度記録を収録し、両方の加速度記録を比較して
誤差が設定値よりも小さいときのみ計測値を取り込む。
誤差が大きいときには上記操作を繰り返すことで、より
正確に計測値の取り込みを行うことができる。
In the data recording, at the measuring point, an acceleration record is recorded at a certain vibration frequency, and subsequently, an acceleration record is recorded again at the same vibration frequency. Take in the measured value only when it is small.
When the error is large, by repeating the above operation, it is possible to more accurately capture the measured value.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】実際には、バイブレータ式震源の
駆動状態及び加速度検出をパーソナルコンピュータで制
御するのが好ましい。その場合には、(1)パーソナル
コンピュータのソフトウエア上で駆動波形を作成し、D
/A変換機能により制御信号を生成する過程、(2)バ
イブレータ式震源に取り付けられている加速度計からの
電気的検出信号を、パーソナルコンピュータのA/D変
換機能で取り込み、その記録を保存する過程、(3)保
存された加速度記録により、地盤のインピーダンス値を
求める過程、(4)地表において測線上又はグリッド状
で、振動周波数毎に、地盤のインピーダンス値を求め、
それをコンタ図に表示する過程、を経ることで地盤のイ
ンピーダンスマッピングを容易に行うことができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In practice, it is preferable to control the driving state and acceleration detection of a vibrator-type hypocenter by a personal computer. In this case, (1) a drive waveform is created on software of a personal computer, and D
A / A conversion function to generate a control signal, (2) A / D conversion function of a personal computer to capture an electrical detection signal from an accelerometer attached to a vibrator-type seismic source and save the record (3) obtaining the impedance value of the ground from the stored acceleration record; (4) obtaining the impedance value of the ground for each vibration frequency on a survey line or in a grid on the ground surface;
The impedance mapping of the ground can be easily performed by going through the process of displaying it on the contour map.

【0013】その際に、振動周波数とインピーダンスを
反映する地盤ボリュームの関係を求め、インピーダンス
の分布を逆解析により求めることができる。つまり、バ
イブレータ式震源を振動させたときのリアクションマ
ス、ベースプレート、及び地盤の動きを、質点−バネ系
の応答計算と、地盤を細かい格子に置き換えた差分法に
よるモデル計算との組み合わせにより求め、このモデル
によるインピーダンス値を求める。そして、このモデル
計算の結果と実際の測定値を比較し、実際の測定値を最
もよく説明するインピーダンスの分布を最終結果として
表示する。
At this time, the relationship between the vibration frequency and the ground volume reflecting the impedance is obtained, and the distribution of the impedance can be obtained by inverse analysis. In other words, the motion of the reaction mass, base plate, and ground when the vibrator-type epicenter is vibrated is obtained by a combination of the response calculation of the mass-spring system and the model calculation by the difference method in which the ground is replaced with a fine grid. Find the impedance value by the model. Then, the result of the model calculation is compared with the actual measured value, and the impedance distribution that best describes the actual measured value is displayed as the final result.

【0014】[0014]

【実施例】インピーダンスマッピングの計測システム
は、ポータブルバイブレータ式震源システムに、インピ
ーダンスマッピングのための制御ソフトウエアを組み入
れることにより構築する。その計測ステムの一例を図1
に示す。バイブレータ式震源10は、地表面12に載置
されるベースプレート14と、該ベースプレート14と
一体化されているピストン16を軸として上下に振動す
るリアクションマス18と、ベースプレート14及びリ
アクションマス18にそれぞれ搭載される加速度計2
0,22を具備し、リアクションマス18の反力がベー
スプレート14を通じて地表面12に伝達される方式で
ある。上下振動の付与は、リアクションマス18に内蔵
されている電磁的駆動機構(コイルと磁気回路との組み
合わせ:図示するのを省略)を利用し、交流電源24で
動作するパワー増幅器26から、前記コイルに所定周波
数の駆動電流を供給することで行う構造とする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An impedance mapping measurement system is constructed by incorporating control software for impedance mapping into a portable vibrator type epicenter system. Fig. 1 shows an example of the measurement system.
Shown in The vibrator-type hypocenter 10 is mounted on a base plate 14 placed on the ground surface 12, a reaction mass 18 vibrating up and down around a piston 16 integrated with the base plate 14, and a base plate 14 and a reaction mass 18, respectively. Accelerometer 2
0, 22 in which the reaction force of the reaction mass 18 is transmitted to the ground surface 12 through the base plate 14. The vertical vibration is applied by using an electromagnetic drive mechanism (combination of a coil and a magnetic circuit: not shown) built in the reaction mass 18, and from the power amplifier 26 operated by an AC power supply 24 to the coil Is supplied by supplying a drive current of a predetermined frequency to the device.

【0015】バイブレータ式震源10の駆動及び加速度
検出をパーソナルコンピュータ30で制御する。制御・
データ収録・解析用のパーソナルコンピュータ30は、
本体内に搭載されているサウンド回路、あるいは本体に
付加したサウンドボード32やサウンドカードのD/A
変換及びA/D変換機能を利用して、前記バイブレータ
式震源10を制御する。つまり、ソフトウエア的にサウ
ンドボード32のD/A変換機能を制御し、パラメータ
で指定された単周期のサイン波信号(電気的な駆動信
号)を形成出力する。この制御信号は、パワー増幅器2
6で駆動電流へと変換され、この駆動電流によりバイブ
レータ式震源10が振動する。また、両加速度計20,
22による加速度記録は、サウンドボード32のA/D
変換機能を利用してパーソナルコンピュータ30に取り
込まれ、デジタル情報として記録される。この加速度記
録の収録もソフトウエアで制御される。
The driving and acceleration detection of the vibrator-type hypocenter 10 are controlled by a personal computer 30. control·
The personal computer 30 for data recording and analysis
Sound circuit mounted in the main body, or D / A of sound board 32 or sound card added to the main body
The vibrator-type hypocenter 10 is controlled using a conversion and A / D conversion function. That is, the D / A conversion function of the sound board 32 is controlled by software, and a single-cycle sine wave signal (electric drive signal) specified by a parameter is formed and output. This control signal is transmitted to the power amplifier 2
At 6, it is converted into a drive current, and the drive current causes the vibrator-type hypocenter 10 to vibrate. In addition, both accelerometers 20,
The acceleration recording by the A / D 22
The data is captured by the personal computer 30 using the conversion function and recorded as digital information. Recording of this acceleration record is also controlled by software.

【0016】ソフトウエアによる制御は、次のような手
順で行われる。 (1)パーソナルコンピュータのソフトウエア上で駆動
波形を作成し、D/A変換機能により制御信号を生成す
る過程、(2)バイブレータ式震源に取り付けられてい
る加速度計からの電気的検知信号を、パーソナルコンピ
ュータのA/D変換機能で取り込み、その記録を保存す
る過程、(3)保存された加速度記録により、地盤のイ
ンピーダンス値を求める過程、(4)地表において測線
上又はグリッド状で、振動周波数毎に、地盤のインピー
ダンス値を求め、コンタ図に表現する過程、(5)振動
周波数とインピーダンスを反映する地盤ボリュームの関
係を求め、インピーダンスの分布を逆解析により求める
過程、を有する。
Control by software is performed in the following procedure. (1) a process of creating a drive waveform on software of a personal computer and generating a control signal by a D / A conversion function; (2) an electrical detection signal from an accelerometer attached to a vibrator-type hypocenter. The process of capturing and storing the record by the A / D conversion function of the personal computer, (3) the process of obtaining the impedance value of the ground by the stored acceleration record, and (4) the vibration frequency on the ground surface on a measuring line or grid. For each, there is a step of obtaining the impedance value of the ground and expressing it in a contour map, and (5) a step of obtaining the relationship between the vibration frequency and the ground volume reflecting the impedance and obtaining the distribution of impedance by inverse analysis.

【0017】ところで、弾性波探査において、震源から
伝播する波動エネルギーの一部は逆伝播し発震源へと戻
る。逆伝播する信号の強さは、その地盤の硬軟との相関
が大きい。震源から距離が十分離れており、波面をほぼ
平面と見なすことができる場において、そのインピーダ
ンスは密度と速度の積として表され、その速度は地盤の
体積弾性係数、剪断係数によって変化する。一方で、波
面を球面として扱わなければならないような震源に近い
場も含めた広義のインピーダンスZは、局所的に作用す
る応力σと、それによる局所的な速度(粒子速度)Vg
の比として、次式のように定義される。 Z=σ/Vg
Meanwhile, in the elastic wave exploration, a part of the wave energy propagating from the epicenter is back-propagated and returns to the epicenter. The strength of the back-propagating signal has a large correlation with the hardness of the ground. In a field far enough away from the hypocenter to allow the wavefront to be considered almost planar, its impedance is expressed as the product of density and velocity, which varies with the bulk modulus and shear modulus of the ground. On the other hand, the impedance Z in a broad sense including a field close to the epicenter where the wavefront must be treated as a spherical surface includes a locally acting stress σ and a local velocity (particle velocity) V g due to the stress σ.
Is defined as the following equation: Z = σ / V g

【0018】従って、地表のある点において振動を発生
させ、その地点の応力及び地盤の粒子速度を同時に測定
することにより、地表付近の地盤インピーダンスを推定
することが可能になる。バイブレータ式震源に地盤へ伝
達される応力σは、震源に取り付けられた2個の加速度
計により、いわゆるグランドフォースFg として次式で
表現される。 σ=Fg /A=(Mb ・ab +Mr ・ar )/A A:ベースプレートの接地面積 Mb :ベースプレートの重量 ab :ベースプレートの加速度 Mr :リアクションマスの重量 ar :リアクションマスの加速度 また、速度については、ベースプレートの振動が地盤の
振動と同相であると仮定して、ベースプレートの加速度
波形の積分から次式で求められる。 Vg =ag /iω=ab /iω ag :粒子加速度 ω:信号周波数
Accordingly, it is possible to estimate the ground impedance near the ground surface by generating vibration at a certain point on the ground surface and simultaneously measuring the stress at that point and the particle velocity of the ground. The stress σ transmitted to the ground to the vibrator type hypocenter is expressed by the following equation as a so-called ground force F g by two accelerometers attached to the hypocenter. σ = F g / A = ( M b · a b + M r · a r) / A A: contact area of the base plate M b: weight of the base plate a b: a base plate acceleration M r: the reaction mass weight a r: Reaction Mass acceleration Further, the velocity can be obtained by the following equation from the integration of the acceleration waveform of the base plate, assuming that the vibration of the base plate is in phase with the vibration of the ground. V g = a g / iω = a b / iω a g: particle acceleration ω: signal frequency

【0019】従って、これらの式から、 Z=(Mb ・ab +Mr ・ar )・iω/A・ab となり、2個の加速度記録よりインピーダンスが求めら
れる。実際には、この式より求めたインピーダンスの波
形から、その振幅と位相を評価することになる。
[0019] Therefore, from these equations, Z = (M b · a b + M r · a r) · iω / A · a b , and the impedance from the two acceleration record is required. In practice, the amplitude and phase are evaluated from the impedance waveform obtained from this equation.

【0020】図2に、本発明方法における現場での計測
手順のフローチャートを示す。まず準備段階として、測
点を定め、マーキングする。測点は、1本の測線に沿っ
て設定する場合もあるし、複数本の測線に沿ってグリッ
ド状に設定する場合もある。また探査パラメータを設定
する。探査パラメータは、振動周波数の数及び周波数ス
テップなどである。そして、バイブレータ式震源を測点
に設置し、自動計測を行う。自動計測後、バイブレータ
式震源を次の測点に移動して次の自動計測を行う。この
操作を測点の数だけ繰り返す。
FIG. 2 shows a flowchart of a measurement procedure on site in the method of the present invention. First, as a preparation stage, measurement points are determined and marked. The measurement points may be set along one measurement line, or may be set in a grid along a plurality of measurement lines. In addition, search parameters are set. The search parameters include the number of vibration frequencies and frequency steps. Then, a vibrator-type epicenter is installed at the measurement point and automatic measurement is performed. After automatic measurement, move the vibrator-type hypocenter to the next measurement point and perform the next automatic measurement. This operation is repeated by the number of measurement points.

【0021】自動計測の詳細なフローチャートを図3に
示す。自動計測のステップでは、バイブレータ式震源を
振動させると同時に加速度記録を収録する(1回目)。
引き続いて、バイブレータ式震源を振動させると同時に
加速度記録を収録する(2回目)。そして、1回目と2
回目の計測値の差(誤差)を計算し、誤差が小さければ
(予め設定した値以内に収まっていれば)計測値を保存
する。誤差が大きければ、最初のステップに戻り、加速
度記録の収録をやり直す。誤差が小さく計測値を保存し
たならば、次の周波数へ変える。この操作を、自動的に
周波数の数だけ繰り返す。
FIG. 3 shows a detailed flowchart of the automatic measurement. In the automatic measurement step, the vibrator-type epicenter is vibrated and an acceleration record is recorded at the same time (first time).
Subsequently, the vibrator-type epicenter is vibrated, and an acceleration record is recorded at the same time (second time). And the first and two
The difference (error) between the measured values at the second time is calculated, and if the error is small (if it is within a preset value), the measured value is stored. If the error is large, the process returns to the first step and the recording of the acceleration record is performed again. If the error is small and the measured value is saved, change to the next frequency. This operation is automatically repeated by the number of frequencies.

【0022】上記のようにして求めたインピーダンスの
振幅、または位相は、次のように表示する。 A.1本の測線上に測点を設ける場合(1次元測定の場
合) 横軸に測点(測線距離)、縦軸に周波数をとる。周波数
は、高い方を上、低い方を下とする。高い周波数で地盤
の浅い部分のインピーダンスを表現し、低い周波数では
より深い部分まで含めたインピーダンスを表現すること
により、地盤の断面のインピーダンスの分布を表現でき
る。 B.グリッド状に測点を設ける場合(2次元測定の場
合) 測線を複数本設けて、グリッド状に設定した測点でイン
ピーダンスを計測したならば、1つの周波数についての
面的なインピーダンスの分布をコンタ図で示すことがで
きる。この計測は複数の周波数について行うので、その
周波数の数だけコンタ図ができる。前述したように、高
い周波数ほど浅い部分のインピーダンスを示し、低い周
波数ほど深い部分までを含めた平均のインピーダンスを
示すことから、得られた周波数毎のコンタ図は、地盤を
深度方向に切った深度スライス断面であると評価するこ
とができる。
The amplitude or phase of the impedance obtained as described above is displayed as follows. A. In the case where a measurement point is provided on one measurement line (in the case of one-dimensional measurement), the measurement point (line distance) is plotted on the horizontal axis, and the frequency is plotted on the vertical axis. The frequency is higher for higher frequencies and lower for lower frequencies. By expressing the impedance of a shallow portion of the ground at a high frequency and expressing the impedance including a deeper portion at a low frequency, the distribution of the impedance of the cross section of the ground can be expressed. B. When measuring points are provided in a grid (in the case of two-dimensional measurement) If a plurality of measuring lines are provided and the impedance is measured at the measuring points set in a grid, the planar impedance distribution for one frequency is contoured. It can be shown in the figure. Since this measurement is performed for a plurality of frequencies, contour plots can be made for the number of frequencies. As described above, the higher frequency indicates the impedance of the shallower portion, and the lower frequency indicates the average impedance including the deeper portion, so the contour diagram for each frequency obtained indicates the depth obtained by cutting the ground in the depth direction. It can be evaluated as a slice cross section.

【0023】図4に、グリッド状に測点を設けて実施し
た地盤インピーダンス計測結果を示す。点線の部分
(2.3m×2m)は、表土を一度掘り返し(深さ2
m)、締め固めながら多量の水と共に埋め戻した場所で
あり、周囲と比較してインピーダンスが異なると考えら
れる。測点は、1m間隔のグリッド状(13×4点)に
設けた。図5にはインピーダンスマッピングの結果とし
て、各周波数毎のインピーダンス値の変化率を平面コン
タとして示した。変化率は、各周波数毎に平均値を求
め、各計測値の偏差と平均値との比(%)として求めて
いる。計測されたインピーダンス値は、その振動周波数
が低いほど(波長が長いほど)大きなボリューム(深い
深度まで)の地層特性を反映していると考えられる。今
回の実験で、地表から2m程度までの深度(埋め戻した
深度)のインピーダンス変化は、230Hz程度の周波数
を用いたインピーダンスマッピングによって最も明瞭に
捉えられることが分かった。一方で、周波数が134H
z、77Hzと下がるに従い、高いインピーダンス比を示
すゾーンは顕著でなくなる。これは、200Hz程度以下
の振動で求められたインピーダンスは、埋め戻した範囲
よりもより大きいボリュームの地層の影響を反映してい
るためと考えられる。また、周波数が400Hz程度以上
になった場合も高インピーダンス比を示す部分が徐々に
不明瞭となる。
FIG. 4 shows the results of ground impedance measurement performed by providing measurement points in a grid. The dotted line (2.3 mx 2 m) is used to dig the topsoil once (depth 2
m) This is a place where it is backfilled with a large amount of water while compacting, and it is considered that the impedance is different from that of the surroundings. The measuring points were provided in a grid pattern (13 × 4 points) at 1 m intervals. FIG. 5 shows the rate of change of the impedance value for each frequency as a plane contour as a result of impedance mapping. The change rate is obtained as an average value for each frequency, and is obtained as a ratio (%) between the deviation of each measured value and the average value. It is considered that the measured impedance value reflects a stratum characteristic of a larger volume (up to deeper depth) as the vibration frequency is lower (the wavelength is longer). In this experiment, it was found that the impedance change at a depth of about 2 m from the ground surface (backfilled depth) was most clearly captured by impedance mapping using a frequency of about 230 Hz. On the other hand, the frequency is 134H
As the z and 77 Hz drop, the zone showing a high impedance ratio becomes less significant. This is considered to be because the impedance obtained by the vibration of about 200 Hz or less reflects the influence of the stratum having a larger volume than the backfilled range. Also, when the frequency becomes about 400 Hz or more, the portion showing the high impedance ratio becomes gradually unclear.

【0024】インピーダンスの分布を逆解析する手順の
一例を図5に示す。バイブレータ外力は、リアクション
マスの力とベースプレートの力に振り分けられる。リア
クションマスの加速度により質点−バネ系の応答計算を
行い、質点−バネ系の力を求め、それがバイブレータ内
力に反映する。バイブレータ内力は、リアクションマス
の力とベースプレートの力に振り分けられる。ベースプ
レートの加速度は地層モデルの歪みを反映しており、そ
れにより地盤モデルのモデル計算を行い、地層モデルの
応力、グランドフォースを求める。それがベースプレー
トの力に反映される。このような操作を循環することに
より、振動波形は同じサインカーブ状に収まるため、そ
のサインカーブからインピーダンス値(振幅と位相)を
求める。そして、このような手順を繰り返すことでイン
ピーダンスの分布を逆解析することができる。
FIG. 5 shows an example of a procedure for performing an inverse analysis of the impedance distribution. Vibrator external force is divided into the force of the reaction mass and the force of the base plate. The mass-spring system response is calculated based on the acceleration of the reaction mass, and the mass-spring system force is obtained, and this is reflected in the vibrator internal force. The internal force of the vibrator is divided into the force of the reaction mass and the force of the base plate. The acceleration of the base plate reflects the distortion of the stratum model. Based on this, the model calculation of the ground model is performed, and the stress and the ground force of the stratum model are obtained. That is reflected in the power of the base plate. By circulating such operations, the vibration waveform falls in the same sine curve shape, and the impedance values (amplitude and phase) are obtained from the sine curve. By repeating such a procedure, the distribution of impedance can be inversely analyzed.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明によれば上記のように、探査範囲
内で移動させるのはバイブレータ式震源のみであり、そ
のため反射法探査などと比べて受振器の設置を必要とせ
ず、極く少人数の作業者で、且つ簡単な作業によって、
地盤の力学的物性を反映するデータを効率よく採取で
き、それによって地盤の硬軟や地下極浅部の空洞やゆる
みなどの分布を推定することが可能となる。
According to the present invention, as described above, only the vibrator-type hypocenter is moved within the exploration range, so that it is not necessary to install a geophone as compared with the reflection method exploration, etc. With the number of workers and simple work,
Data reflecting the mechanical properties of the ground can be collected efficiently, which makes it possible to estimate the distribution of hard and soft ground, and cavities and loosening in the extremely shallow underground.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るインピーダンスマッピングの測定
システムの一例を示す説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of an impedance mapping measurement system according to the present invention.

【図2】その計測手順の一例を示すフローチャート。FIG. 2 is a flowchart showing an example of the measurement procedure.

【図3】その自動計測の一例を示すフローチャート。FIG. 3 is a flowchart showing an example of the automatic measurement.

【図4】複数の測線でのインピーダンスマッピング計測
結果の一例を示す説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of impedance mapping measurement results on a plurality of measurement lines.

【図5】逆解析の手順の一例を示すフローチャート。FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a procedure of an inverse analysis.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 バイブレータ式震源 12 地表面 14 ベースプレート 16 ピストン 18 リアクションマス 20,22 加速度計 24 交流電源 26 パワー増幅器 30 パーソナルコンピュータ 32 サウンドボード DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vibrator-type epicenter 12 Ground surface 14 Base plate 16 Piston 18 Reaction mass 20, 22 Accelerometer 24 AC power supply 26 Power amplifier 30 Personal computer 32 Sound board

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ビンセント ニーホフ オランダ国ニューベーゲンアルキメデスバ ーン16 オーヨー・センターオブアプライ ドジオサイエンス内 (72)発明者 ヤン ブラウアー オランダ国ニューベーゲンアルキメデスバ ーン16 オーヨー・センターオブアプライ ドジオサイエンス内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Vincent Niekhoff New Bergen Archimedes van 16 in the Netherlands 16 Within the Oryo Center of Applied Geosciences (72) Inventor Jan Blauer New Bergen Archimedes van 16 in the Netherlands Within the Oryo Center of Applied Geoscience

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 地表面に載置されるベースプレートと、
該ベースプレートと一体化されたピストンを軸として上
下に振動するリアクションマスと、ベースプレート及び
リアクションマスに搭載される加速度計を具備し、リア
クションマスの反力がベースプレートを通じて地表面に
伝達される方式のバイブレータ式震源を用い、 バイブレータ式震源を振動させたときの振動周波数と検
出した振動加速度から測点における地盤のインピーダン
ス値を求め、その操作を複数の異なる測点で行い、地盤
のインピーダンス分布を表示することを特徴とする地盤
のインピーダンスマッピング方法。
A base plate mounted on the ground surface;
A vibrator comprising a reaction mass vibrating up and down around a piston integrated with the base plate, and an accelerometer mounted on the base plate and the reaction mass, wherein a reaction force of the reaction mass is transmitted to the ground surface through the base plate. Using the seismic source, obtain the impedance value of the ground at the measurement point from the vibration frequency when the vibrator type seismic source is vibrated and the detected vibration acceleration, perform the operation at multiple different measurement points, and display the impedance distribution of the ground An impedance mapping method for a ground, characterized in that:
【請求項2】 測点での地盤の粒子速度Vg を、 Vg =ab /iω 但し、ab はベースプレートの加速度記録、ωは振動周
波数から求め、インピーダンス値Zを、 Z=σ/Vg 但し、σは応力から求める請求項1記載の地盤のインピ
ーダンスマッピング方法。
2. The particle velocity V g of the ground at the measuring point is given by: V g = ab / iω where a b is the acceleration recording of the base plate, ω is obtained from the vibration frequency, and the impedance value Z is given by Z = σ / V g However, sigma impedance mapping method of the ground according to claim 1, wherein determining from the stress.
【請求項3】 1本もしくは複数本の測線に沿った複数
の測点に順次バイブレータ式震源を移動して、各測点に
おいて該バイブレータ式震源の振動周波数をステップ状
に変化させて各振動周波数とそれに対する振動加速度か
ら該測点における地盤のインピーダンス値を異なる振動
周波数について求め、地盤のインピーダンスの2次元も
しくは3次元的な分布を表示する請求項1又は2記載の
地盤のインピーダンスマッピング方法。
3. The vibrator-type epicenter is sequentially moved to a plurality of measurement points along one or more measurement lines, and the vibration frequency of the vibrator-type epicenter is changed in a step-like manner at each of the measurement points. 3. The impedance mapping method for a ground according to claim 1, wherein a ground impedance value at the measurement point is obtained for the different vibration frequencies from the vibration acceleration corresponding thereto and a two-dimensional or three-dimensional distribution of the ground impedance is displayed.
【請求項4】 測点で、ある振動周波数での加速度記録
を収録し、引き続いて同一の振動周波数で再度加速度記
録を収録し、両方の加速度記録を比較して誤差が設定値
よりも小さいときのみ計測値を取り込み、誤差が大きい
ときには上記操作を繰り返して計測値の取り込みを行う
請求項3記載の地盤のインピーダンスマッピング方法。
4. At a measurement point, an acceleration record at a certain vibration frequency is recorded, and subsequently, an acceleration record is recorded again at the same vibration frequency, and when both acceleration records are compared, an error is smaller than a set value. 4. The method according to claim 3, wherein only the measured values are fetched, and when the error is large, the above operation is repeated to fetch the measured values.
【請求項5】 バイブレータ式震源の駆動電流及び加速
度検出をパーソナルコンピュータで制御する方法であっ
て、(1)パーソナルコンピュータのソフトウエア上で
駆動波形を作成し、D/A変換機能により制御信号を生
成する過程、(2)バイブレータ式震源に取り付けられ
ている加速度計からの電気的検出信号を、パーソナルコ
ンピュータのA/D変換機能で取り込み、その記録を保
存する過程、(3)保存された加速度記録により、地盤
のインピーダンス値を求める過程、(4)地表において
測線上又はグリッド状で、振動周波数毎に、地盤のイン
ピーダンス値を求め、それをコンタ図として表示する過
程、を有する請求項4記載の地盤のインピーダンスマッ
ピング方法。
5. A method for controlling the drive current and acceleration detection of a vibrator-type seismic source by a personal computer. (1) A drive waveform is created on software of the personal computer, and a control signal is generated by a D / A conversion function. The process of generating, (2) The process of taking in the electrical detection signal from the accelerometer attached to the vibrator type epicenter by the A / D conversion function of the personal computer, and storing the record, (3) The stored acceleration 5. The method according to claim 4, further comprising the steps of: obtaining a ground impedance value by recording; and (4) obtaining a ground impedance value for each vibration frequency on a measurement line or in a grid on the ground surface and displaying the obtained impedance value as a contour map. Ground impedance mapping method.
【請求項6】 振動周波数とインピーダンスを反映する
地盤ボリュームの関係を求め、インピーダンスの分布を
逆解析により求め表示する請求項5記載の地盤のインピ
ーダンスマッピング方法。
6. The method according to claim 5, wherein the relationship between the vibration frequency and the ground volume reflecting the impedance is obtained, and the distribution of the impedance is obtained by inverse analysis and displayed.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009186484A (en) * 2001-12-20 2009-08-20 Micromentis Inc Profiling system
JP2013545980A (en) * 2010-11-08 2013-12-26 シュルンベルジェ ホールディングス リミテッド System and method for communicating data between an excavator and a surface device
JP2014095616A (en) * 2012-11-09 2014-05-22 Hiroyuki Goto Method and apparatus for measuring s-wave impedance

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