JPS6361180A - 海床の剛性率を測定する方法および装置 - Google Patents

海床の剛性率を測定する方法および装置

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JPS6361180A
JPS6361180A JP62118702A JP11870287A JPS6361180A JP S6361180 A JPS6361180 A JP S6361180A JP 62118702 A JP62118702 A JP 62118702A JP 11870287 A JP11870287 A JP 11870287A JP S6361180 A JPS6361180 A JP S6361180A
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    • GPHYSICS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は、海床に関する種々の測定値を得ることおよ
びそれら測定値を海床の剛性率曲線に変換することに関
する方法と装置に係わるものである。特に受動的環境に
おいて海床剛性率曲線を得るために、海中の重力波動を
利用する方法および装置に関するものである。
l且二直1 海床内部の剛性率(せん断弾性係数)の測定は、地球物
理学、水中音響学、流体力学および地質工学において重
要かつ興味深い問題である。そしてその様な情報は、海
洋における地震波動、音響波動および重力波動の伝播を
モデル化するために必要である。またこのような情報は
海洋構築物の基礎の設計においても重要である。
現存する直接的な測定方法としては、貫入計や掘削井に
よるものがあるが、費用と時間の点で、広範囲の海床域
の調査には実用的ではない。一方、剪断(ずれ)波動を
音響的に起すことは難しいので、音響波動を利用した間
接的方法により海底剪断の特性を抽出することは非常に
難しい。界面波を利用する能動的な地震法は、正逆過程
の解法が数値的に複雑であり限界がある。
発明の要約 本発明の目的は、海床の剛性率を測定するための受動的
方法を提供することである。
本発明の他の目的は、掘削あるいは剪断波の引き起こし
どいつだ、海床をかき乱す様な事をしない剛性率測定の
方法および装置を提供することにある。
このために、自然発生する表面波によって海床に加えら
れる剛性率を測定する装置が創り出された。
すなわち、本発明は、海洋表面に自然発生する表面波(
重力波)によって生成される海床のアドミッタンス(波
圧振幅に対する海床変位の比)を得るために配置された
3台の地震計と1台の圧力トランスジューサーを収納す
る装置を含むものである。
好ましい実施例においては、海床の座標は3次元座標に
関して配置された、地震計により測定される。表面波に
より海床に生成される変位(ずれ)は、離散的な時間間
隔にわたる速度あるいは加速度を単位として地震計で測
定される。圧力トランスジューサーは、測定対象とする
海床の局所域において表面波により引き起こされる水圧
を測定するのに用いられる。測定値はケーブルを通して
増幅器に、そして最後は計算機に送られる。計算機は海
床に関する速度あるいは加速度の測定値および水圧を海
床の剛性率に変換する様プログラムされている。
児差」1狽託j 本発明の実施例を海床剛性率測定装置について説明する
。この装置において、地震計は海床の速度あるいは加速
度データを得るために使用し、圧力トランスジューサー
は速度あるいは加速度データが測定される地域において
波によって引き起こされる水圧を測定する。
第1図に示すように、本発明装置は本質的に海床剛性率
測定センサー組立体2、計算機6にセンサー信号を送る
ためのケーブル4およびセンサー2により(qた信号を
増幅するための増幅器8を備えている。
第2図に示すように、海床剛性率測定センサー組立体2
は、その中に地震計14.16.18および圧力トラン
スジューサー20が組み込まれた、防水性の円柱部分1
0とふた12を備えている。
そのふた12は円柱部分10の内側にねじ切りされた口
の部分13へねじ入れられている。ふた12には防水性
を保証するため円形状のシール15が設けられている。
好ましい実施例において、地震計はX−Y−Z座標を形
成するよう互いに90”の角度となる様に取り付けられ
る。地震計14は円柱部10の底部22に固定され、底
部22から垂直上方へ伸びている。地震計16.18は
円柱部10の壁面24に固定され、底部22に対して平
行にそしてふたつの地震計16.18が互いに垂直にな
る様にする。実際には、テレダイン・ジオチック・モデ
ルS−500短周期地震計がその電気回路を変更するこ
とによって使用に値するものとなることがわかった。
地震計14,16および18のそれぞれは、ケーブル5
0.52..54を介して電気的に、センサーのふた1
2のプラグ26にそれぞれ接続される。プラグ26の外
部は、増幅器8に信号を送る共通のケーブル4に接続さ
れる。
圧力トランスジューサー20は、その一端が海水にさら
されるようにして、ふた12にねじ込まれる。もう一端
はプラグ30であり、プラグ26ヘケーブル32によっ
て接続される。トランスジューサ−20としては、キス
トラ−・インストウル〜メント・コーポレーションのク
ォーツ圧力トランスジューサーモデル206が使用され
ている。
増幅器組立体8は、地震ff114.16.18からの
信号を増幅するための3つの増幅器34゜36.38.
j3よび圧力トランスジューサー20からの信号を増幅
するための増幅器40を備えている。実際には、0.1
から1.01lzの帯域幅で40゜80clBBNC出
力を右するアナログモジュール モデルLNVA10.
01および±15V電源の増幅器が地震計信号を増幅す
るのに適しており、圧力トランスジューサー信号を増幅
するにはA/C電圧増幅器が要求を満たすものである。
本発明の処理工程としては、先ず剛性率測定センサー組
立体2を海床に落とし、その海床面に静止させる。海床
の運動は地震計14.16.18によりX−Y−Z座標
に関する速度として、剛性率測定センサー組立体2の海
床での向きにかかりらず、検知される。地震計14.1
6.18の出力は単位が電圧であり、それらは速度ある
いは加速度のどちらかに変換される。
電圧信号は、それを増幅する増幅器34.36゜38へ
ケーブル4を介して送られ、次いで解析のため計算機6
へ送られる。典型的には、地震計14.16.18から
の電圧出力は26おから64d13の範囲に増幅される
。増幅は、データ処理を可能にするための充分高い電圧
レベルを得るのに必要である。
圧力トランスジューサー20は、地震計信号が得られる
地域での海水の圧力を測定する。トランスジューサー2
0の出力も単位は電圧で、計算機により1平方メートル
あたりのパスカルあるいはニュートンに変換される。増
幅器40はトランスジューサー信号を20dBから64
clBの範囲に増幅する。
il算11!16はトランスジューサー2oおよび地震
計14.16.18からの信号を波動と海床間の相互作
用に関するヤマモトの理論を組み込んだリニアーインバ
ース理論に従って、剛性率に変換するようプログラムさ
れている。その理論は、Geophys Jour、R
oyal Astr、Soc、(t986)の 630
−1hlら630−19における’5eabed 5h
ear Modulus Prof’−11e Inv
ersion Using 5urface Grav
ity(Water)Wave−Induced Bo
ttom  Notion ”の中で詳細に説明されて
いる。他の参考文献として挙げられるのはツヨシ、トリ
イによるDetermination of Shea
rModulus Profile By Inver
se Analysis of Wave−Induc
ed Bottom Motionの理論である(マイ
アミ大学に提出された論文、Coral Gables
、Fiorida。
1985年 6月)。
第5図に示すように、本発明の方法は必須の工程として
4つの工程に沿って処理が進められる。
オペレーション例は゛以下に示T通りであり、1985
年11月24日グレートバハマバンクの海域において、
剛性率測定センサー組立体2を4.11 mの海底に沈
めて行ったものである。
ステップ1: 海床の移動速度(X、Y、Z成分に関するもの)および
波圧(P)は剛性率測定センサーにより測定され、増幅
されて第6図に示すようなヒストグラムに記録された。
ステップ2: 速度<x、y、z>および波圧(P)のヒストグラムは
0.1秒間隔で数値化(ディジタル化)され小型計算機
器NCC−11に記憶された。それらX。
Y、ZおよびPのディジタル化された時系列データは、
第7図に示されているようなパワースペクトル(電圧振
幅対周期)を求めるのに用いられた。
ステップ3: 海床運動速度成分のパワースペクトルX、Y。
Zに変換定数を掛は合わせることにより、これら速度酸
〜分を変位量(単位をボルトに代わってメートルとづる
)としての海床運動のパワースペクトルに変換した。そ
れと同時に、波圧の電圧バワースペク1〜ルPを水中波
の振幅パワースペクトル(単位をボルトに代わつ、てメ
ートルとする〉に変換した。ZおよびPの振幅スペクト
ルを用いて、第8図に示す様な垂直方向のアドミッタン
ススペクトルおよびコヒーレンスを求めた。同様にして
、振幅スペクトルX、YおよびPから水平方向でのアド
ミッタンススペクトルおよびコヒーレンスを求めた。ア
ドミッタンスは、海底変位晒の振幅の水中波振幅に対す
る比である。コヒーレンスはアドミッタンスの質を示す
もので、高いコヒーレンスであれば質が良いことになる
3.0〜5.7秒の範囲の10周期およびそれに関する
垂直アドミッタンスと水平アドミッタンスの対応値を第
8図から描き出した。この周期の範囲は高いコヒーレン
ス値となるため利用された。表1は、その10周期およ
び対応関係にあるアドミッタンスの値を示している。
表    1 1”      2”     3.”、000205
 .000175 3 .000245 .000175 3.25.0002
75 .000183 3.5.000282 .00
0178 3.75.000248 .000192 
4.0.000220      .000232  
     4.3.000160      .000
290       4.7000145      
.000352       5.0.000150 
     .000410      5.3.000
160      .000560       5.
71* :水平アドミッタンス(単位なし)2 :垂直
アドミッタンス(単位なし)3* :水中波の周期  
 (単位は秒)ステップ4: そのあと、第9図に示されているような剛性率曲線が表
1でのアドミッタンスデータから求められる。そしてそ
れには参考文献1(5hear Hod−ulus P
rofile  Inversion Using 5
urface Gravi−ty(Water) Wa
ve−Induced Bottom Motion”
 、 Geo−phys、Jour、R,A、S、(1
986) pl) 630−1〜630−19)に示し
た波動と海床間の相互作用に関するヤマモトの理論およ
びリニアインバース理論を用いている。
以下のヤマモトの式は、波動に引き起こされた海床の運
動を求めるために使われた。
r1= z=zでの水平変位くずれ)の振幅r2=  
Z=Zでの垂直変位(ずれ)の振幅r3=  Z=Zで
のずれ応力の振幅 r4=  Z=Zでの垂直法線応力の振幅Z= マツド
ライン以深の深さ に= 波動番号 G=  Z=Zでの剛性率 最後に、剛性率曲線(G対Z)がヤマモトの式を組み込
んだリニアーインバース理論を用いて決定された。この
発明により得たバハマバンクでの剛性率は第9図に示さ
れている。
【図面の簡単な説明】
第1図は剛性率測定装置の概略図である。 第2図は第1図の2−2線による海床剛性率測定センサ
ーの立面図である。 第3図は第2図の3−3線による断面立面図である。 第4図は第3図の4−4線による断面平面図である。 第5図は本発明の処理に関する概要を示す図である。 第6図は海床の運動の3成分(X、Y、Z)および波圧
に関する、剛性率測定器による記録を示すヒストグラム
の一部である。 第7図は第6図で示した測定記録から求めたX。 Y、ZおよびP(圧力波)のパワースペクトル(周波数
成分分布)である。 第8図は第7図のパワースペクトルから求めた垂直、水
平アドミッタンススペクトルである。 第9図は本発明の装置により測定し、第6図のヒストグ
ラムから求めた典型的な海床剛性率曲線である。(下部
のグラフは、共鳴柱を用いて直接測定した値と比較した
剛性率曲線の上部を拡大したものを示している。) 万福((VOLTS)2/H2) 厖幅((VOLTS)2 / H2) χカ W  ’Pa  ((VOLTS)2/H2)十二派巾
品 (#) O=コヒーンンス (#) 十=胡輻 (#) 0=フ七−レンヌ (#)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、次の手段を備える海床の剛性率曲線(shearm
    odulusprofile)測定装置 a)海床の運動を3次元で測定する手段、 b)該海床における水中波の圧力を測定する手段、およ
    び c)該海床の運動の測定値および該海床における該圧力
    を剛性率曲線に変換する手段。 2、該海床の運動を3次元で測定する手段はX−Y−Z
    座標において配置された3台の地震計であり、該海床に
    おける水中波の圧力を測定する手段は圧力トランスジュ
    ーサーである特許請求の範囲第1項記載の装置。 3、該地震計および該圧力トランスジューサーからの信
    号を増幅する手段をさらに含む特許請求の範囲第2項記
    載の装置。 4、データ記憶および剛性率曲線の計算のための小型計
    算機をさらに含む特許請求の範囲第3項記載の装置。 5、該地震計および該圧力トランスジューサーが入る防
    水容器および該地震計および該圧力トランスジューサー
    からの信号をデータ記憶装置へ伝達する手段をさらに含
    む特許請求の範囲第3項記載の装置。 6、該地震計および該圧力トランスジューサーからの信
    号を伝達する前記手段は電気的多重ケーブルである特許
    請求の範囲第5項記載の装置。 7、次の手順を備える海床の特性を測定する方法 a)海床の運動を測定する手順 b)海床での圧力を測定する手順、および c)海床の運動および海床での圧力の測定値を剛性率へ
    変換する手順。 8、海床の運動の測定値は、時間あたりの振幅の単位で
    X−Y−Z座標において得、また海床での圧力の測定値
    は時間あたりの振幅の単位で得る特許請求の範囲第7項
    記載の方法。 9、海床の運動の測定値を垂直および水平アドミッタン
    ス成分に変換する手順をさらに含む特許請求の範囲第8
    項記載の方法。 10、海床の運動および圧力の測定値は、ヤマモトの式
    Vおよび波動と海床との相互作用に関するリニアーイン
    バース理論によって剛性率に変換する特許請求の範囲第
    7項記載の方法。
JP62118702A 1986-05-16 1987-05-15 海床の剛性率を測定する方法および装置 Expired - Lifetime JPH0658404B2 (ja)

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