特開 2022-135138 地盤変状検知装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022135138

(43)【公開日】2022-09-15

(54)【発明の名称】地盤変状検知装置

(51)【国際特許分類】

   G01V 1/00 20060101AFI20220908BHJP

   G01N 27/00 20060101ALI20220908BHJP

   G01N 27/04 20060101ALI20220908BHJP

【ＦＩ】

G01V1/00 D

G01N27/00 J

G01N27/04 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021034752

(22)【出願日】2021-03-04

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ・令和２年１２月１８日 第６２回 地盤工学シンポジウム にて発表（公益社団法人地盤工学会主催：東京都文京区千石４丁目３８番２号）

(71)【出願人】

【識別番号】504205521

【氏名又は名称】国立大学法人 長崎大学

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(74)【代理人】

【識別番号】110001209

【氏名又は名称】特許業務法人山口国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大嶺 聖

【テーマコード（参考）】

2G060

2G105

【Ｆターム（参考）】

2G060AA14

2G060AC01

2G060AF07

2G060AG03

2G060CA01

2G060FA07

2G060GA01

2G060HC15

2G060HC22

2G060HD01

2G105AA03

2G105BB01

2G105EE02

2G105MM01

2G105NN02

(57)【要約】

【課題】簡単な装置構成でかつ確実に斜面等の崩壊を検知することが可能な地盤変状検知装置を提供する。
【解決手段】地盤変状検知装置１００は、土１５０に挿入可能に構成され、土１５０の水分を検知する検知部１３０と、検知部１３０により検知された土１５０の水分の状態に基づいて導通又は非導通するスイッチング素子１２０と、スイッチング素子１２０の導通又は非導通により変動するスイッチング素子の電圧に基づいて土１５０の変状の有無を報知する発光部１４０とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

土に挿入可能に構成され、前記土の水分を検知する検知部と、
前記検知部により検知された前記土の水分の状態に基づいて導通又は非導通するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の導通又は非導通により変動する前記スイッチング素子の電圧に基づいて前記土の変状の有無を報知する報知部と、
を備える地盤変状検知装置。

【請求項2】

前記スイッチング素子は、ゲート、ドレイン及びソースを有するＰ型のＭＯＳＦＥＴであり、
前記検知部は、第１の電極及び第２の電極を有し、
前記ゲートは、前記第１の電極に接続され、
前記ソースは、電源のプラス側に接続され、
前記第２の電極は、前記電源のプラス側に接続され、
前記報知部は、前記ドレインに接続されると共に前記電源のマイナス側に接続され、
前記ゲートと前記電源のマイナス側との間には抵抗が設けられ、
前記抵抗の値は、５００ＫΩ～１ＭΩである、
請求項１に記載の地盤変状検知装置。

【請求項3】

前記土に水分が含まれている場合には、前記ＭＯＳＦＥＴが導通することで前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン－ソース間電圧がゼロの値となる状態が維持され、
前記報知部は、前記ドレイン－ソース間電圧に基づいて前記土の変状の有無を報知する、
請求項１又は２に記載の地盤変状検知装置。

【請求項4】

前記報知部は、点灯及び消灯する発光部であり、
前記土に水分が含まれている場合に消灯し、前記土に水分が含まれていない場合に点灯する、
請求項１に記載の地盤変状検知装置。

【請求項5】

前記スイッチング素子は、ゲート、ドレイン及びソースを有するＮ型のＭＯＳＦＥＴであり、
前記検知部は、第１の電極及び第２の電極を有し、
前記ゲートは、前記第２の電極に接続され、
前記ソースは、電源のマイナス側に接続され、
前記第１の電極は、前記電源のプラス側に接続され、
前記報知部は、前記ドレインに接続される共に前記電源のプラス側に接続され、
前記ゲートと前記電源のマイナス側との間には抵抗が設けられ、
前記抵抗の値は、１０ＫΩ～１００ＫΩである、
請求項１に記載の地盤変状検知装置。

【請求項6】

前記土に水分が含まれている場合には、前記ＭＯＳＦＥＴが導通することで前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン－ソース間電圧が所定の電圧の値となる状態が維持され、
前記報知部は、前記ドレイン－ソース間電圧に基づいて前記土の変状の有無を報知する、
請求項５に記載の地盤変状検知装置。

【請求項7】

前記報知部は、点灯及び消灯する発光部であり、
前記土に水分が含まれている場合に点灯し、前記土に水分が含まれていない場合に消灯する、
請求項５に記載の地盤変状検知装置。

【請求項8】

前記検知部の前記第１の電極及び前記第２の電極は、炭素材料からなり、前記土の水分の電気抵抗に基づいて前記土に水分が含まれているか否かを検知する、
請求項１～７の何れか一項に記載の地盤変状検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、地盤変状検知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、山腹の斜面や自然の急傾斜の崖等では、台風による集中豪雨、地震等の影響により、がけ崩れ（表層崩壊）、地すべり、洪水等が発生することで、斜面が崩壊する災害が発生し易い状況にある。そこで、斜面の崩壊を早期に検知することが要求されている。

【0003】

斜面の崩壊を検知する技術として、例えば、特許文献１には、特定の伸び率を有する複数の線を被膜下降して作られたケーブルセンサを崩壊の危険のある斜面に敷設し、地すべりにより線が切断された場合に斜面の崩壊を検知する斜面崩壊の予測システムが開示されている。また、特許文献２には、対向する２つの金具間に同軸ケーブルを挟持し、斜面崩壊が生じて杭と桁の相対位置の変化により金属間の同軸ケーブルが切断された場合に斜面の崩壊の発生を検知する斜面崩壊検出装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３４２７０７２号公報

【特許文献2】実用新案登録第２５６５２９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示の予測システム及び特許文献２に開示の斜面崩壊検出装置では、複数の部品が必要となり、装置の構成が複雑になってしまうという問題がある。また、特許文献１に開示の予測システム等では、斜面の崩壊以外でも切断されてしまう可能性があり、確実に斜面の崩壊を検知することができないという問題がある。

【0006】

そこで、本発明は、上記課題を解決するために、確実でかつ簡単な装置構成により斜面等の崩壊を検知することが可能な地盤変状検知装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、本開示の地盤変状検知装置発明は、土に挿入可能に構成され、前記土の水分を検知する検知部と、前記検知部により検知された前記土の水分の状態に基づいて導通又は非導通するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の導通又は非導通により変動する前記スイッチング素子の電圧に基づいて前記土の変状の有無を報知する報知部と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、検知部により検知された土の水分の状態に応じて導通又は非導通するスイッチング素子を設け、スイッチング素子の導通又は非導通により変動するスイッチング素子の電圧に基づいて土の変状の有無を報知するので、確実でかつ簡単な装置構成により斜面等で崩壊が発生したか否かを確認できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施の形態に係る地盤変状検知装置の概略構成例を示す図である。

【図2】第１の実施の形態に係る地盤変状検知装置の設置例を示す図である。

【図3】第１の実施の形態に係るスイッチング素子のゲートと電源のマイナス電極との間に異なる抵抗を接続した場合におけるドレイン－ソース間電圧と土中の体積含水率との関係を示すグラフである。

【図4】第２の実施の形態に係る地盤変状検知装置の概略構成例を示す図である。

【図5】第２の実施の形態に係るスイッチング素子のゲートと電源のマイナス電極との間に異なる抵抗を接続した場合におけるドレイン－ソース間電圧と土中の体積含水率との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。

【0011】

［第１の実施の形態］
（地盤変状検知装置１００の構成例）
図１は、第１の実施の形態に係る地盤変状検知装置１００の概略構成の一例を示す。

【0012】

図１に示すように、地盤変状検知装置１００は、電源１１０と、スイッチング素子１２０と、土壌水分検知センサ（検知部）１３０と、発光部（報知部）１４０とを備える。

【0013】

電源１１０は、例えば電池、バッテリー、ソーラー充電器又はＡＣ電源等で構成される。ソーラー充電器は、発電が可能であるため、電源１１０を山の斜面等に長期間設置する場合には好適である。また、電源１１０としては、天候に依存せずに夜間や無風でも２４時間発電することが可能な土壌微生物燃料電池を採用しても良い。

【0014】

スイッチング素子１２０は、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成される。スイッチング素子１２０は、ゲートＧ１とドレインＤ１とソースＳ１とを有する。ドレインＤ１は、発光部１４０のプラス側に接続される。ソースＳ１は、電源１１０のプラス側に接続される。

【0015】

ゲートＧ１は、印可される所定の電圧に基づいて、ソースＳ１からドレインＤ１に流れる電流を導通（通電）又は非導通（遮断）する。ゲートＧ１は、土壌水分検知センサ１３０の第１の電極１３０ａに接続され、土壌水分検知センサ１３０の土壌の検知状態に基づいて所定の電圧が印可されるとスイッチング素子１２０をオン状態とする。

【0016】

スイッチング素子１２０のゲートＧ１と電源１１０のマイナス側との間には、抵抗Ｒ１が設けられる。本実施の形態において抵抗Ｒ１の抵抗値は、以下の条件を満たすように設定される。一般的にゲートＧ１の抵抗値が小さい場合は、スイッチング時間が短くなり、リンキングが起きる可能性がある。ゲートＧ１の抵抗値が大きい場合は、スイッチング時間が長くなり、スイッチング損失が増えて発熱する。また、土１５０の中の水分がどのような状態であっても、土壌水分検知センサ１３０により土１５０の水分を敏感に検知可能とする。これらの条件を満たすため、抵抗Ｒ１の抵抗値は、例えば、５００ＫΩ～１ＭΩであることが好ましい。

【0017】

土壌水分検知センサ１３０は、土１５０の水分を検知するためのセンサであり、一対の第１の電極１３０ａ及び第２の電極１３０ｂを有する。第１の電極１３０ａはスイッチング素子１２０のゲートＧ１に接続され、第２の電極１３０ｂは電源１１０のプラス側に接続される。土壌水分検知センサ１３０は、第１の電極１３０ａと第２の電極１３０ｂとの間の土（水分）１５０の電気抵抗に基づいて、土１５０に流れる電流に比例した電圧を出力する。なお、本実施の形態において、土壌の一例として土１５０を例に挙げているが、これに限定されることはなく、例えば砂、砂利、泥、又はこれらが混ざった土壌等にも土壌水分検知センサ１３０を適用することができる。また、土壌水分検知センサ１３０としては、例えば、土１５０の誘電率を測定することで土１５０の水分量を検知するセンサであっても良い。

【0018】

第１の電極１３０ａ及び第２の電極１３０ｂは、例えば炭素材料からなる細長の棒状部材で構成される。第１の電極１３０ａ及び第２の電極１３０ｂを棒状とすることで土壌に挿入し易くできる。また、第１の電極１３０ａ及び第２の電極１３０ｂを炭素材料で構成することで、抵抗率が低く、耐熱性が高く、かつ導電性を向上させることができる。また、室温での化学的安定性が高く、強酸、アルカリ、有機溶媒による腐食がなく、壊れにくく、低コスト化を図ることができる。

【0019】

発光部１４０は、作業者が視認可能なように地面から露出するように設置され、土壌水分検知センサ１３０による土１５０に含まれる水分の検知結果に応じてスイッチング素子１２０がオン又はオフすることで点灯又は消灯する。発光部１４０には、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いることができる。発光部１４０は、プラス側がスイッチング素子１２０のドレインＤ１に接続され、マイナス側が電源１１０のマイナス側に接続される。なお、報知部としては、発光部１４０に限定されることはなく、例えば土壌水分検知センサ１３０による土１５０の水分の検知結果を作業者に案内する音声又は警告音であっても良い。また、発光部１４０の点灯又は消灯に基づく情報を有線又は無線通信により作業者が所有する情報処理装置に送信し、情報処理装置の表示部の画面上に土壌水分検知センサ１３０による土１５０の水分の検知結果を表示するようにしても良いし、情報処理装置のスピーカを用いて音声により報知するようにしても良い。

【0020】

（地盤変状検知装置１００の設置場所）
図２は、第１の実施の形態に係る地盤変状検知装置１００の設置場所の一例を示す。地盤変状検知装置１００は、図２に示すように、例えば山３００の斜面３００ａに設置される。また、地盤変状検知装置１００は、斜面３００ａに沿って複数個所に設置しても良い。地盤変状検知装置１００を複数個所に設置することで、どの高さ、位置で斜面３００ａの崩壊が発生したかを特定できる。

【0021】

なお、図２では、地盤変状検知装置１００の一式を山３００の斜面３００ａに設置しているが、これに限定されることはない。例えば、土壌水分検知センサ２３０を山３００の斜面３００ａに設置し、その他の発光部２４０等を土壌水分検知センサ２３０の設置個所から離れた建物等に設置することもできる。これにより、安全を確保した場所において、斜面３００ａで崩壊が発生したか否かを把握できる。また、地盤変状検知装置１００の設置個所としては、例えば、河川に形成される堤防の頂面や斜面等に設置することもできるし、自然の斜面、盛土の斜面に設置することもできる。

【0022】

（ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSと土１５０の体積含水率との関係）
図３は、スイッチング素子１２０のゲートＧ１と電源１１０のマイナス側との間に異なる抵抗Ｒ１を接続した場合における、ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSと土１５０の体積含水率との関係を示すグラフである。

【0023】

なお、図３において、縦軸はドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSを示し、横軸は土１５０の体積含水率を示す。また、電源１１０の電圧は例えば５Ｖとし、土壌水分検知センサ１３０の第１の電極１３０ａ及び第２の電極１３０ｂの長手方向の長さを５０ｍｍとした。また、抵抗Ｒ１として、抵抗値の異なる１０ＫΩ、１００ＫΩ、５００ＫΩ、１ＭΩをそれぞれ用いた。

【0024】

図３に示すように、土１５０の体積含水率が０％のとき、すなわち土壌水分検知センサ１３０の第１の電極１３０ａ及び第２の電極１３０ｂが斜面３００ａの崩壊により土１５０から外れて露出した状態となったとき、抵抗Ｒ１が１０ＫΩ、１００ＫΩ、５００ＫΩ、１ＭΩの何れの場合も、スイッチング素子１２０がオフ状態となり、ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSは５Ｖとなった。

【0025】

また、抵抗Ｒ１が１ＭΩである場合において、土１５０の体積含水率が約１．０％以上となるとき、ゲートＧ１に大きな抵抗Ｒ１を接続したことでスイッチング素子１２０がオン状態となり、ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSが急激に低下して０Ｖとなった。

【0026】

また、抵抗Ｒ１が５００ＫΩである場合において、土１５０の体積含水率が約１０％以上となるとき、ゲートＧ１に大きな抵抗Ｒ１を接続したことでスイッチング素子１２０がオン状態となり、ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSが０Ｖとなった。

【0027】

また、抵抗Ｒ１が１００ＫΩである場合において、土１５０の体積含水率が約１７．５％以上となるとき、ゲートＧ１に大きな抵抗Ｒ１を接続したことでスイッチング素子１２０がオン状態となり、ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSが０Ｖとなった。

【0028】

また、抵抗Ｒ１が１０ＫΩである場合には、土１５０の体積含水率が少なくとも２０％付近まで上昇しても、ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSが５Ｖの状態が維持され、ほとんど変化することはなかった。

【0029】

これらから、ゲートＧ１と電源１１０との間に接続する抵抗Ｒ１が大きくなるほど、土１５０の水分が少量の場合であってもスイッチング素子１２０がオンとなり、ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSを０Ｖにすることができる。また、第１の実施の形態では、様々な土壌について、抵抗Ｒ１を変更することで、土壌の水分の変化を監視することが可能である。例えば、抵抗Ｒ１を１ＭΩとした場合において、ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSが０Ｖとなったときに、土１５０の体積含水率が約１．０％以上であると推定できる。また、抵抗Ｒ１を５００ＫΩとした場合において、ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSが０Ｖとなったときに、土１５０の体積含水率が約１０％以上であると推定できる。

【0030】

（スイッチング素子１２０の動作例）
次に、斜面３００ａの崩壊を検知する場合における地盤変状検知装置１００の動作の一例について説明する。なお、電源１１０の電圧を例えば５Ｖとし、スイッチング素子１２０に接続する抵抗Ｒ１の抵抗値を１ＭΩとした。

【0031】

土壌水分検知センサ１３０を構成する第１の電極１３０ａ及び第２の電極１３０ｂは、例えば、山３００等の斜面３００ａの土１５０に埋め込まれた状態で設置される。この状態において、例えば豪雨や地震等が発生しておらず、斜面３００ａが崩壊していない場合には、第１の電極１３０ａ及び第２の電極１３０ｂの土１５０に埋まった状態は維持される。土壌水分検知センサ１３０は、第１の電極１３０ａと第２の電極１３０ｂとの間にある土１５０の水分を検知する。第１の実施の形態では、スイッチング素子１２０のゲートＧ１に大きな抵抗Ｒ１を接続しているので、土１５０の水分がわずかな場合であっても土１５０の水分を敏感に検知できる。

【0032】

このとき、スイッチング素子１２０のゲートＧ１にはスイッチング素子１２０をオンすることが可能な閾値よりも高い電圧が印可され、スイッチング素子１２０がオン状態となる。これにより、図３に示すように、ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSが０Ｖとなり、ドレイン電流は流れないので、発光部１４０は消灯する。第１の実施の形態では、土壌水分検知センサ１３０の第１の電極１３０ａ及び第２の電極１３０ｂが土１５０に挿入されている間は、発光部１４０は常に消灯する。作業者は、発光部１４０が消灯していることを視認により確認することで、第１の電極１３０ａ及び第２の電極１３０ｂが土１５０に埋まった状態であり、斜面３００ａの崩壊が発生していないことを確認できる。

【0033】

これに対し、例えば豪雨等の発生により斜面が崩壊した場合、土壌水分検知センサ１３０の第１の電極１３０ａ及び第２の電極１３０ｂは、土砂等の流れによって土１５０から外れて土１５０の表面に露出した状態となる。これにより、土壌水分検知センサ１３０の第１の電極１３０ａ及び第２の電極１３０ｂとの間は土１５０ではなく、空気となるため、空気の電気抵抗に応じて土壌水分検知センサ１３０の出力電圧は低下する。

【0034】

そのため、スイッチング素子１２０のゲートＧ１に印可される電圧はゼロとなり、スイッチング素子１２０はオフ状態となる。このとき、図３に示すように、ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSが上昇し、ドレイン電流が流れることで発光部１４０が点灯する。作業者は、発光部１４０が点灯していることを視認により確認することで、土壌水分検知センサ１３０が土１５０から露出した状態であり、斜面３００ａの崩壊が発生した可能性が高いことを確認できる。

【0035】

第１の実施の形態によれば、土壌水分検知センサ１３０により検知された土１５０の水分の状態に応じてオン又はオフ可能なスイッチング素子１２０を設け、このスイッチング素子１２０のオン又はオフによって変動するドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSに基づいて土１５０の変状の有無を報知できる。つまり、第１の電極１３０ａ及び第２の電極１３０ｂが土１５０から外れたか否かで、斜面３００ａ等の崩壊を確認できる。これにより、従来よりも簡単な装置構成で、かつ確実に斜面３００ａ等の崩壊の有無を予測、確認できる。また、簡単な装置構成であるため、低コスト化を図ることができる。

【0036】

また、第１の電極１３０ａ及び第２の電極１３０ｂを炭素材料で形成するため、土１５０に長期間、第１の電極１３０ａ及び第２の電極１３０ｂが埋まった状態であっても腐食等を防止できる。

【0037】

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、スイッチング素子２２０としてＮ型のＭＯＳＦＥＴを用いる点において、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴを用いる上記第１の実施の形態とは相違している。なお、第２の実施の形態の地盤変状検知装置２００において、上記第１の実施の形態の地盤変状検知装置１００と共通する構成及び機能については説明を簡略化又は省略する。

【0038】

（地盤変状検知装置２００の構成例）
図４は、第２の実施の形態に係る地盤変状検知装置２００の概略構成の一例を示す。

【0039】

図４に示すように、地盤変状検知装置２００は、電源２１０と、スイッチング素子２２０と、土壌水分検知センサ２３０と、発光部（報知部）２４０とを備える。

【0040】

スイッチング素子２２０は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴで構成される。スイッチング素子２２０は、ゲートＧ２とドレインＤ２とソースＳ２とを有する。ドレインＤ２は、発光部２４０のマイナス側に接続される。ソースＳ２は、電源２１０のマイナス側に接続される。

【0041】

ゲートＧ２は、印加される所定の電圧に基づいて、ドレインＤ２からソースＳ２に流れるドレイン電流を導通（通電）又は非導通（遮断）する。第２の実施の形態においてゲートＧ２は、土壌水分検知センサ２３０の第２の電極２３０ｂに接続され、土壌水分検知センサ２３０による土２５０の水分の検知結果に応じて印可される所定の電圧に基づいてスイッチング素子２２０をオン状態とする。

【0042】

スイッチング素子２２０のゲートＧ２と電源２１０のマイナス側との間には、抵抗Ｒ２が接続される。抵抗Ｒ２は、第１の実施の形態と同様に、土２５０の水分がどのような状態であっても土壌水分検知センサ２３０により土２５０の水分を敏感に検知可能な値に設定される。例えば、抵抗Ｒ２の値は、１０ＫΩ～１００ＫΩであることが好ましい。

【0043】

土壌水分検知センサ２３０は、土２５０の水分を検知するためのセンサであり、一対の第１の電極２３０ａ及び第２の電極２３０ｂを有する。第１の電極２３０ａは電源２１０のプラス側に接続され、第２の電極２３０ｂはスイッチング素子２２０のゲートＧ２に接続される。第１の電極２３０ａ及び第２の電極２３０ｂは、例えば炭素材料からなる細長の棒状部材で構成され、土２５０に挿入し易いようになっている。

【0044】

発光部２４０は、作業者が視認可能なように地面から露出した位置に設置され、土壌水分検知センサ２３０による土２５０の水分の検知結果に応じてスイッチング素子２２０が導通又は非導通することで点灯又は消灯する。発光部２４０には、例えばＬＥＤを用いることができる。発光部２４０は、プラス側が電源２１０のプラス側に接続され、マイナス側がスイッチング素子２２０のソースＳ２に接続される。

【0045】

（ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSと土２５０の体積含水率との関係）
図５は、スイッチング素子２２０のゲートＧ２と電源２１０のマイナス側との間に異なる抵抗Ｒ２を接続した場合における、ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSと土２５０の体積含水率との関係を示すグラフである。

【0046】

なお、図５において、縦軸はドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSを示し、横軸は土２５０の体積含水率を示す。また、電源２１０の電圧は例えば５Ｖとし、第１の電極２３０ａ及び第２の電極２３０ｂの長手方向の長さを５０ｍｍとした。また、抵抗Ｒ２として、抵抗値の異なる１０ＫΩ、１００ＫΩをそれぞれ用いた。

【0047】

図５に示すように、土２５０の体積含水率が０％のとき、すなわち土壌水分検知センサ２３０の第１の電極２３０ａ及び第２の電極２３０ｂが斜面３００ａの崩壊により土２５０から抜かれて露出した状態となったとき、抵抗Ｒ２が１０ＫΩ、１００ＫΩの何れの場合も、スイッチング素子２２０がオフの状態となり、ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSは０Ｖとなった。

【0048】

また、土２５０の体積含水率が約１％以上となるとき、すなわち土壌水分検知センサ２３０の第１の電極２３０ａ及び第２の電極２３０ｂが水分を含む土２５０に挿入されているとき、スイッチング素子２２０がオン状態となり、ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSは約４．５Ｖとなった。抵抗Ｒ２が１０ＫΩ、１００ＫΩの何れの場合も、ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSの反応はほぼ同じとなった。

【0049】

（スイッチング素子２２０の動作例）
次に、斜面の崩壊を検知する場合における地盤変状検知装置２００の動作の一例について説明する。なお、電源２１０の電圧を例えば５Ｖとし、スイッチング素子１２０に接続する抵抗Ｒ２の抵抗値を１００ＫΩとした。

【0050】

土壌水分検知センサ２３０を構成する第１の電極２３０ａ及び第２の電極２３０ｂは、例えば、図２に示すように、山３００等の斜面３００ａの土２５０に挿入されて設置される。この状態において、例えば豪雨や地震等が発生しておらず、斜面３００ａが崩壊していない場合には、第１の電極２３０ａ及び第２の電極２３０ｂの土２５０に埋まった状態は維持される。土壌水分検知センサ２３０は、第１の電極２３０ａと第２の電極２３０ｂとの間にある土２５０の水分を検知する。第２の実施の形態でも、スイッチング素子２２０のゲートＧ２に大きな抵抗Ｒ２を接続しているので、土２５０の水分がわずかな場合であっても土２５０の水分を敏感に検知できる。

【0051】

このとき、スイッチング素子２２０のゲートＧ２にはスイッチング素子２２０をオンすることが可能な閾値よりも高い電圧が印可され、スイッチング素子２２０がオン状態となる。これにより、図５に示すように、ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSが上昇し、ドレイン電流が流れることで発光部２４０が点灯する。第２の本実施の形態では、土壌水分検知センサ２３０の第１の電極２３０ａ及び第２の電極２３０ｂが土２５０に挿入されている間、発光部２４０は常に点灯する。作業者は、発光部２４０が点灯していることを視認により確認することで、土壌水分検知センサ２３０の第１の電極２３０ａ及び第２の電極２３０ｂが土２５０に埋まった状態であり、斜面３００ａの崩壊が発生していないことを確認できる。

【0052】

これに対し、例えば豪雨等の発生により斜面が崩壊した場合、土壌水分検知センサ２３０の第１の電極２３０ａ及び第２の電極２３０ｂは、土砂等の流れによって土２５０から外れて土２５０の表面に露出した状態となる。これにより、土壌水分検知センサ２３０の第１の電極２３０ａと第２の電極２３０ｂとの間は、土２５０ではなく、空気となるため、空気の電気抵抗に応じて土壌水分検知センサ２３０の出力電圧は低下する。

【0053】

そのため、スイッチング素子２２０のゲートＧ２に印可される電圧はゼロとなり、スイッチング素子１２０はオフ状態となる。このとき、図５に示すように、ドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSは０Ｖとなり、ドレイン電流は流れないので発光部２４０は消灯した状態となる。作業者は、発光部２４０が消灯していることを視認により確認することで、土壌水分検知センサ２３０が土２５０から露出した状態であり、斜面３００ａの崩壊が発生した可能性が高いことを確認できる。

【0054】

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、土壌水分検知センサ２３０により検知された土２５０の水分の状態に応じてオン又はオフ可能なスイッチング素子２２０を設け、このスイッチング素子２２０のオン又はオフによって変動するドレイン－ソース間電圧Ｖ_DSに基づいて土２５０の変状の有無を報知できるので、従来よりも簡単な装置構成で、かつ確実に斜面３００ａ等の崩壊の有無を予測、確認できる。また、簡単な装置構成であるため、低コスト化を図ることができる。

【0055】

以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。

【符号の説明】

【0056】

１００，２００ 地盤変状検知装置
１１０，２１０ 電源
１２０，２２０ スイッチング素子
１３０，２３０ 土壌水分検知センサ（検知部）
１３０ａ，２３０ａ 第１の電極
１３０ｂ，２３０ｂ 第２の電極
１４０，２４０ 発光部（報知部）
１５０，２５０ 土
Ｄ１，Ｄ２ ドレイン
Ｇ１，Ｇ２ ゲート
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
Ｓ１，Ｓ２ ソース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】