Noise Reduction (DAS)

DAS の noise reduction が目に留まりました。

2016-06-RECORDER-Simultaneous_Acquisition.pdf (mit.edu)

Panel B shows the result of applying the noise-reduction processing as a running weighted average over 11 adjacent channels (20m).  

このような方法で良いのか？奇麗な結果だから良いか。

多段階三軸圧縮試験

道路橋示方書や深礎の便覧では、室内岩石試験の実施が推奨されています。

その中で、c・φ を求める手法として、一軸・圧裂・弾性波の組み合わせによる間接的な推定法、多段階三軸による直接的な測定法の2種が紹介されています。

多段階は「直接」と言いながら、破壊前3段階は降伏止まりなので、厳密には異なると思われます（が、感覚的には大した差でないと思っています）。少なくとも、N値からの推定よりは直接的でしょう。

実際の岩盤は亀裂間の充填物、脈が効いてくるので、そこを含む試料で試験をしたいところです。が、そのようなところではコアリング時に分離しやすいので、供試体作成が困難になります。
亀裂の少ない箇所なら供試体を作成しやすいのですが、良すぎると拘束圧下で破壊できない可能性が出てきます。
充填物等を含む箇所でうまく供試体を作成できた場合でも、供試体にかかるせん断応力の最大方向と亀裂の角度がうまく一致しないと、過大に評価される可能性があります。
これらの視点からは、残留段階の整理結果の方が、岩盤のピーク強度に近い気がしています。

N値からの推定だと低すぎる場合があります。過大設計にならないようにするためには試験を実施しておきたいものです。

S波速度はN値から？

設計者より質問を受けました。
「PS検層（ダウンホール）結果とN値からの推定で、表層部のS波速度が合わない。なぜ？」

なぜ？と問われても、知らない現場の話です。一般論を伝えました。

・盛土の不均質性
本試験30cmのN値は不均質性の影響を検層よりも受けやすい。

・手法上の問題
ダウンホールではoffsetが必要。表層は深さ方向の速度でない。

・補助的な探査
上記の理由により、補助的な探査を実施する場合がある。

・技術者のミス
初動走時の認定ミス。

個人的には、検層のS波が正解で、N値のばらつきが推定誤差の原因と判断すべきと考えます。平均的でないN値からS波速度を推定しても一致するわけがないのです。


先日、物理探査学会のH30講演論文集を読んでいて、それと同じことを発表されている方がいらっしゃるのに気づきました。

稲崎富士「PS検層をめぐる技術的課題（その3）S波速度データの活用と地盤物性との関連性検討」

「N値10の場合、Vsが100~350m/sの間でばらついており、推定精度が低いと言わざるを得ない」という趣旨のの指摘を受けた。

これに対し筆者は上述の標準貫入試験に関わる重大な問題点の存在を指摘するとともに「Vs200m/sの場合N値が2~50程度の間でばらついており、N値の測定精度が極めて低いことが端的に示されている」と反論した。

うまい表現だと思います。N値信仰もほどほどにしないとダメですね。

この論文のほかにも、手法の比較や信頼性の表現についての発表が掲載されていました。まだ数年はPS検層にかかわる検討を続けられるようですので、今後の報告を楽しみにしておきましょう。

P波検層 その4

その3から約5年、切土のボーリング調査ではP波検層（板たたき）を実施するのがデフォになりつつあります。https://phreeqc.blogspot.jp/2012/12/p-3.html

P波だけなら比較的短時間で手軽に測定でき、土軟硬区分にも客観的な情報となるため、お客様には御依頼いただかなくても自主的に実施しています。その場合、全深度にこだわらず、部分的に実施するスタイルが多くなります。ケースを挙げる前に深い深度、挙げてから浅い深度、という部分実施も可能となります。

昔のピックは正常作動しており、当時の先輩方が自作・使用されていた変換コネクターも出てきました。ゴムを膨らませる水押しポンプが壊れていたのですが、自転車の空気入れを加工して接続し、空気圧で膨らませる仕様に変更しました。

また、コネクターも新たに作成し、OYO さんの HandyViewer SEISMOGRAPH Model-1816 でも測定できるようにしました。こちらだと機材が軽く、後処理もすべて EXCEL で可能です。が、現場でのデータ保存が少し手間。現場のことを考えると、Mcseis-SXW を選択してしまいます（残念ながら、5年の間に Mcseis-SX が修理不能になってしまいました）。

今日、コアを広げながら検層結果を見比べていたのですが、まだまだ「この岩なら○○km/s」と感じていた値とは微妙に異なる状況です。
その話を先輩にしていると、みなさん独自の感覚をお持ちで「いやいや、この岩なら・・・」「軟岩IとIIの境界がだいたい1.2km/sec」などと盛り上がりました。昔の方は皆、御自分で計測され独自に感覚を身につけられているのでしょう。それが自信となっているように感じます。

「当たらずと雖も遠からず」ではなく、自信をもって正解を答えられるようになりたいですね。もっと精進しましょう。

機器の修理

昨年、McSEIS-SX が壊れました。

OSが立ち上がらず、リインストールも不可。プロンプトもままならない状態でした。HDDを換装すれば直るだろう程度に考えていました。古い機械ですので、一抹の不安はありましたが。

修理に出したところ、「HDD故障、在庫なし、修理不可」で帰ってきました。
SXW があるので弾性波は問題ないのですが、PS検層のソフトがこちらにしかありません。故障中は SXW で波を取って処理をしていたのですが、やや手間です。

昨年倉庫にしまった98の在庫がたくさんありますので、何とかなるでしょう、と分解してみました。が、ダメ。特殊な形状のソケットで接続されていますし、ドライブも特注品のようです。もったいないですが、諦めるしかないようです。部品取りに使えるかもしれませんので、寝かせておきますが。


もう一つ。TV のチューナーが壊れてしまいました。

ネットで調べてみると、この機種の病気みたいなもので、100円程度のトランジスターの交換で直るとのこと（直接の原因は設計仕様にあるため、数年たつとまた同じところが壊れるようです）。
メーカーでは修理不可で新機種との交換になるとのこと。1万円以上かかるそうですので、自分で部品交換することにしました。

2mm×3mmのトランジスターに端子が6本出ています。基盤についている壊れたトランジスターをはがし取り、新しいものを取り付けます。非常に細かい作業になるのですが、取引先の方が精密機器用のコテ等一式を貸してくださり、なんとか作業は完了しました。

電源を入れると、復活！直りました。不細工な出来でしたが、嬉しいですね。


PS、エラスト、湧水圧、BTV、LLT 等の古い機械を、部品交換やメーカー修理で使い続けています。それらの修理は現場でも必要に迫られることがあります。動かない、測定できない、で現場を止めるわけには参りません。そのためには機器修理の知識・経験を身に付けておく必要があります。中には失敗する経験も必要でしょう。
また、予備の部品を準備し、修理道具とともに携帯しておく必要があります。状態が良くない場合には、レンタル品を手配しておき複線化の手も打つ場合もあります。

機器を1部品の故障で捨てるのはもったいないですし、ユーザーの能力不足のようにも思えます。今後、壊れていく機器に対し十分な能力をもって「廃棄」と判断できるよう、ユーザー側も努力しないといけないでしょう。

PS検層からQ値

以前、P・S波速度とともにQ値の設定を地震屋さんからお願いされ、悩んだことがあります。

設定した経験がなく、お願い返しをしてしまったのですが、それ以降、頭の片隅に残っていました。


先週末、長時間の拘束を余儀なくされ、その間に関連資料を見ていました。

そもそも、Q値という言葉はよく聞きますが、物理的イメージを掴めてません。調べていますと、以下のように書かれたものがありました。

山中　浩明　編著「地震の揺れを科学する　みえてきた強震動の姿」

 ・1周期の間に減じる地震波エネルギーに反比例する量。
・減衰定数を2倍した量の逆数

Q値とは　http://jikosoftcom.blog25.fc2.com/blog-entry-1181.html

振動分野におけるQ値は振幅の増大率として認識しておくと便利です。例えば、Q値=10だった場合、ある構造に静荷重Fを加えたときの変位をUとすると、同じ荷重値Fを固有振動数に一致する周波数で加えた時の(つまり共振時の)変位が10×Uとなります。

ん、これって、これのことでしょう。

土木学会「実務に役立つ耐震設計入門」p24

Xo/Xstatic=1/2h 　（式2.3.18）

この図書ではQ値として説明されていません。が、このことでしょうね。これなら、イメージが沸きます。図2.3.6で、共振時（ω/ω0=1）の静的変位応答との倍率として、Q = Xo/Xstatic = 1/2h として思い描けば良いのでしょう。


調べていますと、以下の様な資料もありました。

PS検層からQ値
https://www.nsr.go.jp/data/000034343.pdf 

これは知りませんでした。確かに、ダウンホールであれば深いほど波が届きにくくなる=減衰と理解すれば、減衰定数h や Q値を求められそうです。算出方法はこれでしょう。

信岡ほか「PS 検層の手法を用いた地盤減衰特性（Q 値）の評価」
https://www.jstage.jst.go.jp/article/segj/65/1_2/65_79/_pdf

これと言って躓くところはないのですが、合点がいくか？というと、そうではないレベルです。実際に計算をしてみても、それで正解かどうかが分からない程度の理解です。何か例題があればよいのですけど。
しかし、相変わらず、大がかりな調査ですね。特にS波の source。ま、この程度で350mまで届くのであれば、小さいとも考えられますが。



地震屋さんが PS検層の結果から Q値を設定してほしいという発想に至ったのは、至極常識的なのかもしれません。
次から次に未解決の課題がやってきます。とりあえずプロと話ができるレベルまで、個々、潰していきましょう。

Vs と 密度

設計者と話をしていて、不思議に思ったことがありました。

地震応答解析に使うせん断剛性率 G を算出するのに、「PS検層は必要」と言われるのですが、「単位体積重量は一般値でOK」と言われます。ρに関し一般値を用いるなら、S波速度もN値からで良いのでは？と思うのですが、そうでもないそうです。
聞くところによれば、昔、言い始めた方が「PS検層は必要」の意見をお持ちだったそうで、それはその分野で常識となった。しかし、密度に関しては言われなかったので一般値のままであった。とのこと。最近、その方がおやめになったか何かで、「本当にそれでよいのか？」と振出しに戻りつつあるそうです。何事も得てして、そのようなものです。結局、「PSやるなら密度検層もやったほうが良い」という個人的な考えは崩れませんでした。

ところが今日、國生「地震地盤動力学の基礎」を読んでいて、「密度検層はPS検層より重要でないかも」という考え方に傾きました。以前、地震屋さんが言っていたことにも関連します。
http://phreeqc.blogspot.jp/2015/09/blog-post_45.html

考えが変わったのは15７ページあたり。増幅率がVsの比に比例するという例が出ています。これがすべてではないでしょうが、こういったデータがあるなら、密度は一般値でもPS検層は必要！と述べられる理由が出てきます。要は感度の問題なのでしょう。
その後数ページはS波およびその速度比が利用されています。地震屋さんの世界では常識なのかもしれません。

調査計画を立てるにも、もう少し経験と知識が必要です。

せん断剛性と密度

せん断剛性Gを密度とVsから出す場合の単位の取り方です。
もともとは下記の通りだと思われますが、γを現行の単位体積重量kN/m3、ρを密度t/m3=g/cm3として取り扱うと、算出される G がkN/m2となり扱いやすいですね。

ρ=γ/g
G=ρVs2
ここで
湿潤重量γ：tf/m3
湿潤密度ρ：ｔｆ・sec2/m4
重力加速度g：9.8m/sec2
 S波速度Vs：m/sec
せん断剛性率G：ｔf/m2

ところで、この単位体積重量はサンプリング＋土質試験結果として得られるわけですが、どの単体を使えばよいか、今まで全く悩んでいませんでした。不飽和領域で湿潤単体、飽和領域で飽和単体を使用すれば良いと思っていましたが、そのような細かいことを書かれている書物はありません。整理を頼んでいた方から、あらためて尋ねられる機会があったのですが、返答に困りました。

結局、耐震のプロに聞きました。
答えは「あまり気にしなくても良い」でした。
SHAKE前提ですが、土層のGの相対値が効いてくるため、ρは湿潤でも飽和でも、それほど大きな差は出ないとのこと。
うーん。本当でしょうか。

SoilPlusで 入力してみましたが、地震波の入力がうまくいかず断念。
課題が残りました。

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2015/10/12追記

「Gの相対値（比）が効いてくる」というのは、以下のことでしょう。ρも相対値が使われることになります。

國生剛治「地盤地震動力学の基礎」p138　（4.2.12）～(4.2.15)式

p157 あたりも理由の一つかもしれません。
手を動かすことも大事ですが、基礎理論の理解がまず最初、ですね。

G=ρVs2

PS検層結果の整理をお願いしていて、以下の式に疑問を持ちました。

G=ρVs2

あらためて考えますと、この導出を見たことがありません。ρが関与するイメージがわかず、波動の本を読み返してみました。しっかり載っています。
長谷川修司「講談社基礎物理学シリーズ2振動・波動」p167 

波動方程式は以下の通り。一般的ですのでわかりやすく解説されたサイトもあります。
http://d.hatena.ne.jp/Rion778/20111231/1325257353

 


弾性体のずれ変形は 以下の通り。

これを見比べ、「ずれ変形は速さ Vs=√（G/ρ） で伝播する」ということでした。
P波の場合はG（せん断剛性率=ずれ弾性率）をE（ヤング率）に直せばよいとのことですが、こちらはとりあえず置いておきましょう。

PS検層の卓越振動数

國生剛治「地震地盤動力学の基礎」を読んでいますと、面白い話題を見かけました。

PS検層では、ダウンホールかサスペンションの2択だと思います。これらの特徴は以前記載した通りですが、発振波の卓越振動数も異なるようです。p49～50付近です。

• ダウンホール法　数10Hz
• サスペンション法　1kHz以上・・・短い伝播距離での測定精度を高めるため。

これ、初めて聞きました。検索しても情報は得られませんでしたので、どこまで汎用性のある情報なのかわかりません。今後気にしておきましょう。


引き続き、波長の話。

• λ＝Vs/f より、ダウンホール法のf=50Hz 程度あれば、150m/sec の層で波長は3mとなる。そのため、30cm程度の不均質性は均されて、平均化された速度で伝播する。
• サスペンション法のf=1kHz 程度あれば、300m/sec の層で波長は30cmとなり不均質性の影響を受ける可能性がある。
• 波長の短い波が速度の速い部分を選択して通過する。数Hz以下が主体の地震波に対し、サスペンションでは早い速度を測定する可能性がある。

よくわかりません。

ただ、地震波が数Hz以下主体であれば、ダウンホールで良いのではないかと思います。サスペンションで実施した結果も、層毎で平均化して使用しますし、わざわざ卓越振動数の異なる手法を採用する理由もありません。サスペンションは塩ビ管を入れケースを抜きますので、塩ビ管周りの崩れ（ゆるみ）の影響を受けている可能性もあります。

判断するには、もう少し、知識が必要ですね。

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20250206追記
当時、何がわからなかったのかがわかりません。少し知識がついたのでしょう。

PS検層

PS検層の問い合わせが増えてきました。

どちらも一長一短ですが、現場条件によって一方を選択せざるを得ない状況が出てきますね。個人的な感覚も多く含んでいますが、以下に整理しました（出張先のホテルで書いていますので、誤りがあるかもしれません）。物理探査の本を見れば、測定法や理論などはもっと正確に書かれていると思います。

測定法	ダウンホール法 （板叩き法）	サスペンション法
測定概要	地上で発信。受振器を測定深度に降ろし、地上から測定深度までの波の到達時間を測定。横軸に時間、縦軸に深度をとって、勾配（速度）変化を図化・読み取る。そのため、いくつかの深度より区間の平均的な速度として決定することが多い。	発振器と2つの受振器が内蔵されているゾンデを測定深度に降ろし、原位置で速度を測る。測定毎に速度が算出されるので、一般的にダウンホールに比べ、解像度は上がる。ただし、解析時には平均化して利用することが多い。
地表条件	海上など、地上で発振できない場合は適用不可。 既設構造物、埋設管なども注意が必要。	制約なし。
深度	深いと波が届かない。（個人的には30m程度？地盤による。）	制約なし。
測定ピッチ	制約なし。1mピッチが多い。
保孔管	ケーシング可（ただし、経験が必要）。	ケーシング不可。VU50場合により可（継手外径67mm）。 ケーシングを抜くと、孔壁が押し出し、VU管に土砂が密着する。そのため、測定値には地盤の乱れが含まれる場合がある（逆に、土砂が密着しないと測れません）。
受振器	φ40mm（エアー等で孔壁に密着させる）	φ52㎜
必要孔径	φ66㎜	φ86㎜
地下水	地下水がなくても測定可。	地下水以下に限定。
余掘り	不要。	ゾンデが大きいため、最低4m以上（通常5m）の余掘りが必要。 （岩盤5m間のデータが欲しければ、岩盤を10m掘削する。）

孔径は使用するゾンデにもよると思います。通常はサンプリングも同時に実施するため、φ116mmになる場合が多いでしょうか？

いい加減、ゾンデ直さないといけないですね。

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20140830追記
発振波の卓越振動数も異なるようです。
http://phreeqc.blogspot.jp/2014/08/ps.html

20151013追記
こちらの会社が経験的にまとめられていらっしゃいます。PSのサスペンションでは、「ネトロンパイプが望ましい」となっています。
http://www2.odn.ne.jp/mony-geo/PDF/Geologging-adpt.pdf

20151016追記
塩ビ管のVsが300m/s程度。工学基盤を知りたい場合には、ちょうど知りたいところの波が重なるようです。

P波検層 その3

結局、ゾンデを借りてP波検層を行いました。

試験自体は問題なく終了です。叩いて波をとるだけですので、MHT や BTV に比べると簡単でした。

今回はプロに教えてもらった通り、Mcseis-SX の弾性波モードで波をとっていたのですが、これを事前に試す中で重要な見落としに気付きました。マニュアルによれば、PS 検層モードでは26ピン、27ピンをch.Zとして認識するようです。盲点でした。

倉庫に眠っていた古いセンサーは1、2ピンがZ軸となっています。これは PS モードで ch.X として認識されます。画面上、X軸は敏感に反応していました。つまり、Zセンサーは生きていたのです。私の大きな勘違いでした。
現段階で確認できていないのはY軸のみです。が、導通を測った時に他のセンサーと同程度の抵抗値でしたので、生きているでしょう。

コネクターさえ自作すれば、Mcseis-SX はもちろん、HandyViewer SG でもP波検層ができそうです。

うーん。センサーって丈夫なんですね。

P波検層 その2

変換コネクターを付けて試してみました。
2本/成分×3成分ですから6本の入出力、本体にあう口があれば自作できるようです。

Mcseis-SX には PS 検層モードがあります。初めて試してみましたが、これがなかなか簡単。マニュアルも残っていましたので、問題ありません。

ただ、肝心のピックがダメ。Z軸の感度が非常に悪いのです。XY は問題ないのですが、Z はピックをトントンと接地しても、振れが弱い。接地した状態ですぐそばの床をハンマーで叩いてもダメ。利得をMAXにしても、ノイズにまぎれて分からない程度。S波のみなら問題ないのですが。

プロに聞くと、「導通のチェックをしたか？」と。
テスターが以前から壊れていたので、これを機会に早速買いに行って、測りました。導通は問題ありませんでした。抵抗値もXYと変わらない値です。コネクターを分解しましたが、接続も問題ないようです。
ピックの感度が落ちることはあまりないようですが（表面波のピックはよく固まりますが）、古いものですし、ずっと使っていなかったので仕方ありません。

ちなみに、新しいピックの購入伺いを上司が出していたのですが、「昔のピックがあるならダメ」ということで許可が下りなかったようです。 100万円以上するそうです。あのピックだけで。売れていないんでしょうね。
ま、このセンサーはダメということが今回分かりましたので、 購入できるかもしれません。

ですが、今はとりあえずお手上げ状態です。

P波検層

P波検層をすることになりました。

昔、速度検層としてつるし柿を使用した事がありますが、失敗。そのピックも既に処分されています。
上司に聞くと、「先日、倉庫整理をしたときに、昔使っていた単ピックを見た」とのこと（見かけただけで、御自分はサスペンション法を選択したそうです）。早速、引っ張り出して動作確認！

と意気込みましたが、現在使用しているの Mcsies-SXW、古いSX 共に接続できません。ピック側のコネクターが一回り小さいのです。また、ゴムも膨らみますが、圧力を維持できません。加圧ポンプのパッキン？Oリング？が古くなり、水漏れしています。

後者は空気入れやエラストのハンドポンプ、窒素ガスで代用できそうです。また、今回はP波だけなので、孔内水があれば問題ないでしょう。ただ、前者はどうしようもありません。

プロに相談すると、「変換コネクターを貸してあげる」ということで、簡単に解決。そんなものがあるのですね。

あとはピックが生きているか？です。
コネクタが到着すれば、試してみましょう。