傾斜データの逆解析による立坑掘削に伴う地下水流動の評価

Evaluation of groundwater flow during excavation of shafts by inversion of tilt data

中谷 勝哉*; 松木 浩二*; 新井 孝志*; 大村 一夫*; 竹内 真司; 荒井 靖; 堀本 誠記*

Nakatani, Katsuya*; Matsuki, Koji*; Arai, Takashi*; Omura, Kazuo*; Takeuchi, Shinji; Arai, Yasushi; Horimoto, Seiki*

地盤傾斜データに基づき逆解析手法を用いて、瑞浪超深地層研究所用地(岐阜県東濃地域)周辺の地下水流動を推定した。傾斜計は4地点設置し、立坑掘削に伴う変動を計測した。逆解析手法の特徴は、単位体積あたりの流体の体積変化量(v)を線形又は2次で内挿したこと,解析領域の境界でvを0とすること,解を得るための地表面傾斜量の二乗誤差に付加する拘束条件として、vの2階偏微分の二乗和を用いていることである。逆解析は3つの解析領域でケース分けをして実施した。その結果、解析領域の大きさに無関係に3つの領域で地下水体積が減少し、2つの領域で増加した。この地下水は研究所用地に存在する2本の断層に囲まれた領域の堆積岩中からくみ出されたと推定される。このことは、これまでの調査から2つの断層が遮水性を有し、水理的なバリアとして機能しているとの解釈と整合的である。以上のことから、本手法は傾斜データから地下水流動を評価できる手法であることが明らかとなった。

Groundwater flow at the site of MIU (Mizunami Underground Research Laboratory) in the Tono district, Japan, was evaluated by a new inverse method using tilt data measured by four tiltmeters during excavation of shafts. The features of the method are that the fluid volume change per unit volume of rock (dv) is assumed to vary in a quadratic manner with the coordinates in elements within a region of groundwater flow, that the values of dv are set to zero at the boundaries of the region and that the sum of squared second derivatives of dv are adopted as constraining conditions which are weighed and added to a squared error in the tilt. An inverse analysis was performed by assuming three sizes for a whole region of groundwater flow. It was shown that there are three regions where the volume of groundwater decreases and two regions where the volume of groundwater increases regardless of the size of the whole region of groundwater flow and that groundwater came mainly from the sedimentary rocks lying between two faults. The latter is consistent with the previous prediction that these faults have a low permeability and may act as a flow barrier. Furthermore, the results of the inverse analysis predict that there may be other hydrogeological structures which prohibit groundwater flow. Thus, the inverse method proposed by the authors for evaluating groundwater flow from tilt data has proved to be reliable in spite of the assumption that the rock mass is a homogeneous and semi-infinite body.