地盤を伝わる弾性波の違い（P波・S波・レイリー波）

弾性波とは、地盤のような弾性体の中を伝わっていく波で、大きく実体波（P波・S波）と表面波（レイリー波・ラブ波）に分かれます。

実体波は地盤の内部を伝わる波、表面波は地表面に沿って伝わる波です。

公害の地盤振動でとくに問題になるのは、表面波の一種であるレイリー波です。

地盤を伝わる弾性波は実体波と表面波に分かれる

地表で観測される揺れには、地中を通ってくる実体波と、地表に沿って伝わる表面波があります。

実体波には、進む向きに伸び縮みするP波（縦波）と、進む向きと直角に揺れるS波（横波）があります。

表面波の代表がレイリー波で、地表の点がだ円を描くように動きます。表面波にはほかにラブ波もあります。

3つの波は、地盤の各点（粒子）の動き方がそれぞれ違います。

P波は進む向きと同じ向きに伸び縮みし、S波は直角に揺れ、レイリー波はだ円を描いて動きます。

P波・S波・レイリー波の違い

粒子の動き・速さ・伝わる媒質・距離による減り方で並べると、違いがはっきりします。

速さはP波が最も速く、次にS波、レイリー波の順です。

離れた場所で最初に到達するのは、いちばん速いP波です。

レイリー波の速さはS波の約0.9倍で、3つの中ではいちばん遅くなります。

伝わる媒質も違います。P波は固体・液体・気体のどれでも伝わりますが、S波は固体だけで、液体や気体の中は伝わりません。

S波が横波で、媒質のねじれ（ずれ）で伝わる波だからです。形を保てない液体や気体は、このねじれを伝えられません。

なぜ公害の地盤振動では表面波（レイリー波）が主役なのか

振動源から離れると、波は広い範囲に広がってエネルギーが薄まり、揺れは小さくなります。これが距離による減衰（幾何減衰）です。

実体波は地中へ半球状に広がるのに対し、レイリー波は地表を円筒状に広がります。

広がり方が違うため、レイリー波のほうが距離による減衰がゆるやかで、遠くまで届きます。

実体波とレイリー波で距離による減り方がどれだけ違うかは、振動の距離減衰でくわしく扱います。

振動源から見ると、波の広がり方はこう違います。

このため、振動源から離れた地表では、レイリー波による揺れが支配的になります。

地表に伝わったレイリー波の揺れは、最終的に振動レベル（dB）として測られ、規制の対象になります。

騒音・振動の試験での問われ方

騒音・振動概論では、地盤を伝わる弾性波の種類と性質が、正誤を選ぶ形でくり返し問われています。

令和5年度には、P波・S波・レイリー波・ラブ波の粒子の動き（進む向きに平行か直角か、だ円か）を見分ける問題が出ています。

令和4年度・令和6年度には、実体波と表面波の区別、最初に到達する波、公害振動でレイリー波が大きいことなどを問う「弾性波」の問題が出ています。

地表で最初に観測されるのは速いP波で、S波が最初という記述は誤りでした。ここがよく狙われます。

理解度チェック

まとめ

地盤を伝わる弾性波は、実体波（P波・S波）と表面波（レイリー波）に分かれます。

P波は縦波で最も速く、固体・液体・気体を伝わります。S波は横波で固体だけ、P波より遅い波です。レイリー波は地表をだ円運動で伝わる表面波で、距離による減衰がゆるやかなため、公害の地盤振動の主役になります。

「速さはP＞S＞レイリー波」「公害振動の主役はレイリー波」の2点を押さえておきます。

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