令和二年度

土木学会地震工学委員会

第２回研究会地震概要

2018年スラウェシ島地震による大規模長距離地盤流動に関する継続調査

東京⼤学

⽣産技術研究所
清⽥ 隆

吉見氏（2018/12/3 報告会資料）

断層変位と地震動• 2018年9月28日6:02PM• Mw 7.5（Depth 10km）• 左横ずれ断層• 死者：2101人• 行方不明：1309人• 構造物被害：6000棟
The National Agency of Disaster Management,"Gempa Bumi Sulteng," 13 11 2018. [Online]

Field survey
28 Sep 2018

断層全域にわたって明瞭な地殻変動が現れた
水平成分PGA：333gals

17 Oct

2 Nov

Seismograph

Balaroa

6 Jan 2019

N
Fault

PetoboJono Oge

Mountain

Mountain

25 JuneMarch 2020

COVID‐19
地形・地質概要
 東西の山脈に挟まれた幅約10kmの沖積低地。地すべりはPalu川を挟んで東西の扇状地で発生
 地震を生じさせたPalu‐Koro断層がPalu川西部に南北に走る。東部には平行する正断層
 沖積低地は pull‐apart 断層活動により発達
流動地域は花崗岩・花崗片麻岩に相当

Alluvial plainEpicenter

Sibalaya

地震計

BMKG and JICA, 2018

10 kmmap
Van Leeuwen, T. M. (2005)

JICA advisory team (core‐member)

Before earthquake

After earthquake

Balaroa

1. Kenji ISHIHARA
2. Takaji KOKUSHO
3. Susumu YASUDA
4. Ikuo TOWHATA

500m

5. Mitsu OKAMURA
6. Hemanta HAZARIKA

地震前の斜面勾配: 4 % (2~3 deg)head cliff, 4 m

7. Kenji WATANABE
Today’s presenter

8. Takashi KIYOTABalaroa

ABalaroa
CBA

Before earthquake
流動域の中部。地表面は湿地帯となり、歩行も困難

Photo
B

断層の直近でも構造物被害は限定的

C
Sand ejecta

流動地域の下流部（外側）
地震前と比較して、水路の水は明らかに多い。流動地域から供給された流動土塊の堆積部。地盤は大きく隆起するも、至る所で湧水を確認

流動土塊の堆積部。モスクは何度も回転しながら250m流下し転倒 （流動地盤は盤状ではなかった）

Water in ditch

After earthquake

Balaroaクラウンドでの映像分析

Bararoaで撮影された動画• 動画開始時には地面の軟化と流動の始まる様子が確認できる。明瞭な噴砂は見えないが、かなり保水した粘性を有する土が表面を覆っている様子が見られる。

AFLOWA• 約１７秒後には自転車程度の速度？
で流動している地震前のグラウンドはフラットB• 家屋は流動している途中で倒壊。
地震動による被害は限定的上流・下流側の建物に変状なし

B
目撃者インタビュー

FLOW

When the ground waved up, big cracks on theground appeared and vice versa, when theground waved down, those cracks were shut.
This movement made all the building on theground collapsed. After the shock, mudflow
started to appear and pushed the houses tothe lower elevation.

PetoboBefore earthquake
Irrigation
channel流動前に隆起（2m程度）と噴⽔or粉塵が発⽣隆起した場所は流動量も⼤きい（深くえぐれているように⾒える）

この事象と流動メカニズムとの関係は？

PetoboAfter earthquake

AIrrigation
channelBAC

地震前の斜面勾配: 2~3% (1~2 deg), 流動斜面上部に灌漑用水路があり、大きな被害を受けた。灌漑用水路の建設により流動域の地下水が上昇したらしい（住民談）
Before earthquake

鉄塔の被害。地盤流動により約1100m流下した。調査で確認された最も長く移動した構造物

BC

After earthquake

流動土塊の堆積により数m隆起しているが、湧水により小川が形成されている

流動域外の建物は無被害。ここではDCPTを実施したが、被圧水の存在が確認された。

Jono Oge

Before earthquake

A

Jono Oge
BCA

Photo
流動斜面上部の灌漑用水路のゲートの被害

After earthquakeBC
Mud line

Flow

斜面勾配: 1~2% (0.5~1 deg)

Mud line7m

流動面積は最も広く、流動距離も最も長い。一方、最も緩傾斜であった。
ここでも流動斜面上部に灌漑用水路が存在し、大きな被害を受けた下流部では地震から10分後に洪水が押し寄せ、1時間継続した長距離地盤流動の発生個所の共通点
N

家屋の流動状況

すべての流動箇所は湿地と化していたり、大量の湧水が確認された。地すべり地の地下水は被圧されていた可能性

House 1

中央の流れは速いvillage

Old alluvial fan`Petobo

洪水により河川水面は約 7m上昇

東西の2000m級の山の麓に形成された扇状地
被圧水の存在を伺わせる

Newalluvial
fan

動いていない家House 3

House 2New

Old①alluvial
fanBalaroa

Tower

Fault?

New alluvial fan

Lolu

Old alluvial fan
Jono Oge

New

Old alluvial fan

Flow failure
400 m

Old alluvial fan

一部でお湯が噴出したとの証言

さらに、長距離地盤流動は古い扇状地間に形成された新しい扇状地の直下で発生。水が集まりやすい形状
断層等から流出した温泉水の可能性もある

House 1

House 2

House 3Tower

Trench survey next
to the house

流動した地盤の層厚は 1.5m

Unmoved house
1.5m

Mud line

Flow deposit

Surface layer

SWSSWSSWS

Foundation

Flow deposit
Coarse Sand(loose)

TrenchTrench

Coarse Sand
Flow boundary?

貫入試験

Gravelsilt gravel
black silt

silt sandcoarse sandsiltcoarse sand

Sandy Silt

Flow boundary?

Sandy Silt

silt sandCoarse Sand

Trenchcoarse sandsilt sandcoarse sandsilt sandBorehole

Trench at left bankFlowgravel••••

噴砂と水の湧き出しほぼフラットな地盤
撮影者は流されながら撮影
赤い屋根の家は動いていない••••

平均流動速度10~15km/h
中心の流れは端より早い
地盤は波うち、水が表面を流れる
霧のようなものが発生

難透水層

Pale gray sand & gravel

JICAによる調査
現場調査
 住民ヒアリング
 トレンチ・ピット掘削
 水質調査 ボーリング調査
 SWS
 現場透水試験
 PS検層 撹乱・不撹乱試料採取
室内土質試験
 物理試験
 室内透水試験
 液状化試験 非排水繰り返し＋せん断試験
その他、個別調査
 愛媛大G：トレンチ掘削（シバラヤ）
 九大G：DCPT・ドローン
 東大G：室内試験・模型実験 流動した地盤の層厚は平均3～5m程度
 浅層部は砂・シルト・粘土が複雑に混在・互層 表層は液状化した可能性が高い（場所による）
 GL‐25~30m程度に被圧帯水層（場所による）
 浸透流解析を実施

JICA, 2019

住民への聞き取り調査

住民への聞き取り調査
JICA, 2019

地震後の地表水や地下水に関するアンケート

Result Summary in BalaroaLocation

B4

B2

Water did not blow out or spring from ground

B2

Water blew out due to the break of underground clean‐water pipe atroadside

B3

A large quantity of water sprang and flowed at landslide site 20
seconds after the earthquake took place

B4

Water started to flow like a river 3 minutes after the earthquake andlasted for 3 days. A pond of the size of baseball field was created by
the next day.

B1

発災時の目撃者の位置

B5

Balaroa

B5

B3

Outline of interview result on groundwater / surface water

B1

地震後の地盤の変状・動きに関するアンケート調査
流動域内にいた人の答え
Outline of interview result

B6Ground lifted up to 4‐5 m before
horizontal movement. Groundrotated in counter‐clockwise whileflown.

B7

B4B2Loc.

B1Location

B6
B7Balaroa
B3

Result Summary in Petobo
P3

Outline of interview result on groundwater / surface waterP1

In landslide area, water (sand boil with bad odor) started to blow out
1 minute after the earthquake.

P1Petobo
P2

P2

Warm water started to blow out 2 minutes after the earthquake witharound 1m of water head. The water had been warm for 2 monthsbut became lukewarm now.

P3

Hot water blew out 30 seconds after the earthquake and became aflood of 30 cm in height. There is no water now.

Loc.

Outline of interview result

P4

Ground lifted up 1‐2 minafter earthquake, and theground roared.

P3

Ground began to move around 15 seconds after the earthquake
occurred. Water did not blow out.

B2First, mud blew out from road when the earthquake happened. Next,
water from sewage pipe blew out and flowed (10‐20 seconds later),and then ground started to move (30 seconds later)B3

Ground movement and water blowout took place at the same timearound 20 seconds after the earthquake.

B4

Ground movement and water blowout took place at the same timearound 2 minutes after the earthquake.

B5

Water did not blow out, but flowed at the same with the groundmovement 20 seconds after the earthquake occurred.

Result Summary in Petobo

P1

PetoboP4
P2

Location

Outline of interview result on groundwater / surface waterJ1

In landslide areas, muddy water started to blow out up to 6m inheight from the ground 10 seconds after the earthquake and lasted
for several seconds. Irrigation channel broke 2 minutes after and thewater started to flow out of the channel.

J3J5J1Jono Oge

J2

Water started to flow 1 minute after the earthquake and lasted for 2days.

J3

The area was soaked in the water of 1m in height after a minute after
the earthquake. The air got foggy due to sand boil when theearthquake took place.

P2

Ground movement happened first (15 – 30 seconds after theearthquake) and then water blew out (1 minute after) and flowed for
30 minutes.

P3

Ground movement happened first (15 – 30 seconds after theearthquake) and water blow‐out followed shortly afterwards.

J4

No change seen until the point 30 seconds after the earthquake, butvillage was covered by water one minute after the earthquake
happened. Large‐scale damage due to flood.

J2
J5

J4

There was a sediment flow after the earthquake, making houses halfburied.

Result Summary in Jono Oge

J3J5

Location

Outline of interview result on groundwater / surface water

J1

Ground started to move and water& mud blew out immediately afterthe earthquake (10 seconds later). Water started to flow from thebreakage of irrigation channel 2 minutes after that.

J2

Ground started to move and water blew out immediately after theearthquake (10 seconds later). The water blow‐out is due to broken
drainage and water kept flowing for 2 days.

J1

Jono Oge

J2
J4Outline of interview result on groundwater / surface water

P1

Result Summary in Jono Oge
Location

Outline of interview result on groundwater / surface water

B1

B5

House was lifted up to 20m androtated before collapsed.

Water did not blow out

Location

JICA, 2019
Result Summary in Balaroa

J3

Ground movement and water blowout/flow happened at the sametime, both starting around 1 minutes from the earthquake occurrence.

J4

Water blowout took place during the movement of ground (1 minuteafter the occurrence of earthquake)

地震発生後に生じた地下水の噴き上げや地盤流動の時系列
T im e020

B14060 (sec)1310 (m in)

長距離流動のメカニズムを考える40

2011年東北地方太平洋沖地震による液状化側方流動

ground mov

B alaroa
B3ground mov

B4

P2ground mov

P3ground mov
water blowout

water blowout

P etobo2P2

water blowout and flow

ground mov
water blowout and flow

J1

ground mov
water blowout and flow

JonoO ge
J2

J1 water flow from breakage of canalground mov

J4 water blowout and flow

JICA, 2019

地盤の流動は、地震発生の直後（十～数十秒以内）に発生した模様.

今まで液状化流動と称していたものとは流動レベルが全く違う

アンケート調査の結果は場所によりバラバラだが、すべての地すべり地で大量の水の噴き上げが確認されている。液状化の発生、被圧水の解放、断層からの温泉流出を示唆する.
長距離地盤流動メカニズム解明のカギ
表層地盤への水の継続的供給• クイッククレイや火山性堆積物などの特殊地盤だった？
ボーリング調査では被圧水を確認

2016年熊本地震による阿蘇・⾼野台地すべり

非排水繰り返し載荷試験（地盤の変形量には限界がある）
30

豊浦砂 Dr= 40.7 %Toyoura sand2030

4T o yo u ra sa n d
20100

Shear stress,  (kPa)Shear stress,  (kPa)

12-10

10H cT o y-1 0
D r= 4 0 .7 %41

 d/ m '= 0 .1 6

20-1 033HcToy-10
Dr= 40.7 %-20

5-30

0-3 0

20

5-2 0

d/m'= 0.16

4060

80

-6 0-4 0-2 00204060

S h e a r s tra in ,  (% )100

Effective mean principal stress, p' (kPa)

軽石層の存在により、10°程度の斜面で数百m程度の流動破壊が発生

Chiaro et al. (2018), IV GEESD, ASCE GSP 293:98‐111

= 10 %: liquefaction

⾮排⽔単調ねじりせん断試験

原位置試料を用いた非排水せん断試験
現場試料では極端なひずみ軟化が現れるか？

040

豊浦砂
200

STATIC

0Toyoura sandTorsional shear test
SSR = 0.25-200

Dr = 28%
-400(a)204060

非常に緩い試料でも、せん断ひずみレベルが大きくなると剛性・強度は大きく回復する（緩斜面では大変形は(b)60 生じにくい）= 25kPa

080100

STATIC= 25kPa

Toyoura sandTorsional shear test
SSR = 0.25
Dr = 28%

0120

02040

Verdugo, 1992

Shear strain, , (%)

Mean effective principal stress, p’, (kPa)

200B20B0IL00

CSL= Critical state line
IL = Instablity line-20

Aso 1 (Reconstituted)
Torsional simple shear
3pd = 0.56 g/cma)-40-200204060

80

100001201284

static

0-4d-120

液状化履歴を加えても、ひずみ硬化挙動

Monotonic Loading(Undrained)

50Material: Flow sand (FC=10%)
B value: 0.95
sat: 1.54 g/cm3p': 50 kPa, staticp': 50 kPa, static: 4 kPa, cyclic: 10 kPa

010-5

Material: Flow sand (FC=10%)
B value: 0.95
sat: 1.54 g/cm3-8-103b)

Mean effective principal stress, p’, (kPa)

大きなひずみレベルでFlowも強度低下傾向は継続。粒子破砕により非排水条件下では正のAso 1 (Reconstituted)
ダイレイタンシーが生
Torsional simple shear
p = 0.56 g/cm
じにくい204060（大変形が生じやす
Shear strain, , (%)
い）

DA=10.2%1516

軽石（Pumice)AA

Shear stress,  (kPa)CSL

Shear stress,  (kPa)40

Shear stress, , (kPa)Sampling

25

Mean effective stress, p' (kPa)

50-6-4-2024

清田ら, 2020

JICAの不撹乱試料や愛媛大: 4 kPa, : 10 kPa（岡村先生）の実験でも同様
68 の結果が得られている
10cyclic

Shear strain, zq(%)

地盤の特殊性や通常の液状化（非排水繰返しせん断）の考え方では流動は説明できない地下水の供給を想定した長距離地盤流動の推定メカニズム
Mechanism 2

Mechanism 1

水膜現象による地盤流動液状化により過剰間隙水圧が増加⇒地表に向けて消散： 噴砂Surface layer
0～5m

Impermeable layer

Flow layer液状化層をシルト層がキャップしていると、シルト層下面に水の層（水膜）が形成される（せん断抵抗ゼロ）

隆起

Impermeable layer
液状化or被圧水or断層水によるシルト層とその上位層は、水膜に沿って流動

Seid‐Karbasi & Byrne, 2007

問題は水膜を形成する水の起源（液状化/被圧水/断層水）
目撃情報

Location

Outline of interview result on groundwater / surface
water

J1

In landslide areas, muddy water started toblow out up to 6m in height from the ground
10 seconds after the earthquake and lasted
for several seconds.

Loc.
B6

Outline of interview result
Ground lifted up to 4‐5 m before horizontal
movement. Ground rotated in counter‐clockwise while flown.

B7

House was lifted up to 20m and rotated
before collapsed.

Loc.
P4

Outline of interview result
Ground lifted up 1‐2 min after earthquake,and the ground roared.

Mechanism 3

⽔膜による流動：国⽣先⽣より

Static flow liquefaction under creep condition
一定せん断応力条件下で大変形に至る

隆起
Static Liquefaction

120

Surface layer

110

1.2~31.7%

70Dr=360Line,

5040ate

液状化or被圧水or断層水による

80

PhSt

Impermeable layer

9030easioatmor
sfanTrneLindy

Impermeable layer

Dr=30.9%; q/p'=0.15
Dr=30.7%; q/p'=0.15
Dr=33.5%; q/p'=0.15
Dr=35.5%; q/p'=0.1
Dr=37.9%; q/p'=0.05
Dr=38.3%; q/p'=0.8

100Stea

Flow layer

Deviatoric stress, q (kPa)

0～5m

20
100(Material: Toyoura Sand)-10

流動中の地表面は水分を多く含む-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Mean effective stress, p' (kPa)60

Mud line-6

流動中は地表地盤が泥濘化し膨張した痕跡-540-430-32010

地震から一か月後の様子
表層地盤は依然として泥水に近い.

せん断ひずみ(Material: Toyoura Sand)
Dr=38.3; q/p'=0.8-2

体積ひずみ-10-1000

00

1000

2000

3000

4000

Elapsed time (sec)

5000

6000

7000

Dr=44.9%, τ=7.5 kPa, p’=100 kPa
Volumetric strain, vol (%)

Vertical strain, v (%)

50

正のダイレイタンシー挙動と地下水の継続的な供給により、非常に緩い斜面勾配でもせん断ひずみは増加⇒流動する。
問題は水の起源（液状化/被圧水/断層水）

流動を引き起こした水の起源諸説

非常に簡単な模型実験① 液状化層からの排水② 被圧地下水③ 断層等からの噴出水
事実確認斜面勾配２～５％で流動距離は数百ｍ以上（４か所）
地震後、十秒～数十秒後に流動開始
地震直後に数ｍもの住宅や地盤の隆起・上下動
地下からの大量の水の噴出（地盤は泥水状で波打ちながら流下）
温水の噴出水膜や表層地盤への水の流入による流動コンセプトとの整合
津波ともリンクする海底地すべりとの関連

現場で生じた事象の再現
 流動前の隆起 泥濘化して流動 地表面に水が流れる①液状化層からの排水①液状化層からの排水 過去の液状化に起因する緩斜面の流動は数m程度（過去事例の液状化した斜面の全長は短かったからかもしれない）

 流動エリアの液状化対象地盤（５ｍ）が均一に完全に液状化すれば、水量は説明できる。しかし、液状化層が２ｍしかなくても数百ｍ流動している箇所がある（Jono Oge赤い家周辺）

 震動終了から圧密透水～大量の水が出るまで数分以上かかる

 断層近傍のpoorな構造物でも無被害な程度の揺れで全層完全に液状化するか（周期の問題か） 地震直後の数ｍ？もの住宅や地盤の隆起や上下動は説明できない 液状化で温水の噴出は説明できないが、海外に事例はある。

上流・下流側の建物に変状なし

流動前に隆起（2m程度）と噴⽔or粉塵が発⽣

Balaroaで撮影された地震直後（流動前）の地盤隆起
濱田ら(1986) 1983 年日本海中部地震,能代市の例

JICA, 2019
Petoboの地層推定断面図

非流動域②被圧地下水②被圧地下水 被圧地下水起源と確実に言える事例はない（赤城山南麓に歴史地震による崩壊跡がある）

流動域

 これまでの浸透流解析では、大きな被圧の存在は再現できなかった 震動直後に大量の水が出るには、表層近くまで被圧が及んでいる必要がある。Balaroaの井戸業者から「パイプを6m挿入すると、地表＋1mの噴水が出る」との証言

湧水帯

非流動域

断面の見直し 地震直後の地盤隆起や上下動は説明可 流動を長時間継続させるの大量の水の存在は説明可 温水の噴出は説明できない（液状化を伴うのであればあり得る？）
被圧砂礫層が下流まで連続

 被圧地下水説は多くの事実と整合するが、相応の被圧が形成されていたことを定量的に示せるかが課題。
 流動により地下水環境が変化しているため、地震後の現場調査情報のみでは限界がある ボーリング柱状図と物理試験結果を見直した
結果、地震前に被圧されていたと考えられる砂礫層の分布が流動域と非流動域で大きく異なることが判明
 他の流動箇所でも同じ傾向が確認された
 見直しモデルでの浸透流解析を行う

被圧砂礫層が湧水帯付近で消滅
非流動域

流動域

非流動域

砂・シルト互層
砂・砂礫（被圧）
砂・シルト互層（基盤）流動直行方向の想定断面図（湧水帯付近）③断層等からの噴出水③断層等からの噴出水

 地震直後の地盤隆起や上下動は説明可 松代群発地震による牧内地すべりの例がある。斜面勾配は20度（36%）

 流動を長時間継続させるの大量の水の存在は説明可 ジオプレッシャーに起因する松之山地すべり

 温水の噴出も説明できる唯一の仮説

 地下深部からの噴出と考えると、震動開始から水が出るまで数分以上かかる。
地震前から断層水が地表近くまで浸透していれば、地震直後の噴出もあり得る。

 被圧地下水説と同様、多くの事実と整合する。しかし、高い間隙水圧が形成されていた深度や、水圧の定量的評価は難しい。
 より詳細な水質調査が必要

谷口(1964) 1962 年松之山地すべり
Morimoto et al.(1967) 1966 年松代群発地震による牧内地すべり

酸素同位体比δ18Oと水素同位体比δD③断層等からの噴出水③断層等からの噴出水

断層割目や断層帯からの湧水イメージ
 スラブ起源、ジオプレッシャー、高温岩体からの過熱など、いくつかの温水起源が考えられる
 1999年 トルコ・コジャエリ地震（横ずれ断層）でも、地滑りでIzmit湾に没した地域で海水温上昇の証言がある
2000m
PetoboLolu
Jono Oge

1000m
UK0m

Balaroa

PgHMm

花崗岩

-1000mMm

断層運動により間隙が温水で満たされた密な地盤が非排水せん断
 非排水せん断により、負の間隙水圧が発生 ⇒ ひずみと共に間隙水圧は標準大気圧以下となる
 間隙水の沸点が低下し、間隙水の温度がある程度高ければ急激な沸騰で発生した蒸気が地下水を上昇させる
 突飛なアイデアであるが、実験してみる価値あり

Pc

Pc

Kｇ

花崗岩
堆積岩

-2000m

ジオプレッシャー(異常高圧貯留層)-3000mマグマ溜(超臨界流体)
マグマ溜(超臨界流体)-4000m

図： 安田先生作成-5000m

図： 安田先生作成

これまでのまとめ
Field survey

謝辞• 清田自身は４度の現場調査（ＪＩＣＡのチームは長期間常駐）• ボーリング、トレンチ調査、室内試験、ヒアリングなど（愛媛大・九大も個別に活動）
28 Sep 201817 Oct

2 Nov

6 Jan 201925 June

なるべく早くObservations• 数百～１km以上の流動が超緩斜面 (1~4%)で発生。流動層の層厚は 平均3~5m程度• 流動は古い扇状地に挟まれた新しい扇状地の直下で発生• 地盤流動は地震発生直後に発生し、流動時には大量の表面水・噴出水（一部温水）• 流動直前に家屋・地盤の隆起・上下動（数ｍ規模）が発生
Mechanism• 液状化した地盤がそのまま流動した可能性は考え難い• 水膜形成 and/or 表層への水の流入が長距離地盤流動を引き起こしたのでは• 湧き出た水の起源（液状化・被圧水・断層水）の解明が大きな課題• 竹谷様をはじめ、ＪＩＣＡの皆様• 古市様をはじめ、八千代エンジニヤリングの皆様• 林様をはじめ、基礎地盤コンサルタンツの皆様• 石原先生、国生先生、安田先生、東畑先生、岡村先生、ハザリカ先生、渡邉先生、小野耕平先生• Prof Irsyam, Dr. Hasbullah• 東大生研、愛媛大、九州大の学生の皆様• その他、多くの方々にお世話になりました。