弾性波探査

弾性波探査とは?

弾性波探査(屈折法地震探査)は、地表付近での発破・カケヤ打撃などによって人工的に弾性波(地震波)を発生させ、地下の地質境界で屈折して戻ってきた屈折波を、地表に複数設置した受振器で観測し、各地層の層厚や弾性波の伝わる速度などの地下構造を推定する探査法です。
取得した弾性波の波形データから初動を読み取り、走時曲線を作成して、速度層断面図を作成します。
この初動とはP波(Primary Wave)と呼ばれる縦波が到達したものであり、起振からP波到達までの時間を読み取ります。
初動到達時間をプロットした走時曲線の解析から、地盤の強度を示す弾性波速度値や速度構造が得られます。

得られた速度分布とボーリング結果や既存地質資料などと対比して総合的に解釈することにより、岩石の硬軟、割れ目の程度や風化・変質、断層破砕帯の有無や規模が把握されます。
各地層ごとのP波速度値は、ダム、トンネル、橋梁、道路土工、地すべり、造成など多くの土木構造物を対象に、地山状況の工学的評価や基礎地盤の選定に利用されます。

作業概要

下図のように、設定された測線上に受振計を設置し、爆薬やカケヤ打撃により起振を行い、発生した波動を、波形信号として測定本部において取得します。
調査目的によって、受振計を設置する間隔や起振点の距離を設定します。
例えば、トンネル調査のように大規模で探査深度が深い場合には、受振計間隔は5~10mと広く設定し、起振点を遠方にして最大受振距離を長くとらなければなりません。
逆に、造成や砂防など小規模調査の場合には、受振計間隔は 1~2.5mと狭く設定し、起振点は測線内で細かく設定します。
起振源についても、爆薬・カケヤ打撃・重錘落下装置・煙火玉などの種類があり、探査深度や測定範囲、現場状況に応じて適した起振源を選択します。

屈折法弾性波探査ー概要図

解析

得られた波形記録から、各受振点に最初に到達したP波(初動)の到達時間を読み取り、それを、起振点をゼロとした折れ線で結んだ走時曲線(縦軸:時間、横軸:距離)を作成します。
走時曲線の完成には、全走時(トータルタイム)の一致や、平行性(平行走時のチェック)などの条件をすべて満たす必要があります。
この走時曲線の完成度が最終結果の精度に直結することから、条件を満たさない場合は初動の読み直しや走時曲線の調整などを入念に行います。
完成させた走時曲線を元に、「荻原の方法」を基本とした解析を実施して速度層や速度値を決定し、速度断面図を作成します。
萩原の方法は、地盤を速度によって区分した層構造であらわす解析手法で、古くから標準的な解析方法として用いられてきました。
地表から順に速度層を剥ぎ取るように各層の層厚と速度値を決めるので、ハギトリ法・表層除去法ともよばれています。

この走時曲線を用いた解析の拡張法として、近年、実用化されだした「トモグラフィ法による解析」があります。
解析ソフトによる理論走時計算で速度断面を求める解析法です。
波形記録からの初動読み取りや走時曲線の作成は同様に行い、萩原の方法で解析した速度値や速度層厚を初期モデルとして使用します。

P波 波形記録
弾性波探査 走時曲線
弾性波探査 萩原の方法 解析断面図
弾性波探査 トモグラフィ解析

新起振源『煙火玉』

主に黒色火薬を用いた火工品であり、花火や害獣対策などに使われています。
当社はこれを弾性波探査の起振源として使用しています。
利点として以下の点があります。
①カケヤ打撃のスタッキングよりも威力が高いため記録精度が向上する
②消費に際して、管轄消防署への届け出で済むため、爆薬のような許可申請にかかる日数を短縮できる

弾性波探査の作業性と解析精度を向上させる起振源「煙火玉」について、
詳しくは、下記の『煙火玉』技術パンフレットと、ダイナマイト・カケヤ・破砕薬との威力を比較した実験資料集をご覧ください。

弾性波探査 新起振源『煙火玉』技術パンフレット