（様式３）新潟大学災害・復興科学研究所
共同研究報告書

火山噴火後の積灰荷重に対する降雨・降雪の影響研究代表者氏名 堤 拓哉 1）
研究分担者氏名 千葉 隆弘 2） 山本 剛 3） 河島克久 4）1）北海道立総合研究機構建築・北方建築総合研究所 2）北海道科学大学
3）都城工業高等専門学校 4）新潟大学
研究要旨
火山噴火が発生すると、火山周辺地の建築物には降下した火山灰による荷重（以下、積灰荷重）が作用する。噴火後に降雨が生じると火山灰が湿潤状態になり、建築物に作用する積灰荷重が増加する。加えて、積雪地の火山噴火では積灰荷重と雪荷重が同時に作用することも考えられる。本研究では、屋根勾配を変化させた試験体を用いて降灰後の降雨ならびに降灰後の降雪を模擬したモデル実験により、積灰荷重に対する降雨と降雪の影響について検討した。その結果、降雨の影響を受けた積灰荷重の最大値および降雨による割増荷重は、屋根勾配と反比例の関係にあることが分かった。また、火山灰が屋根に堆積すると滑雪阻害が発生し、屋根勾配 3/10 においても落雪しない状況がみられるなど、積灰荷重に降雪量分の荷重が割増されることが分かった。
Ａ．研究目的1/10(5.7 ° ) 、 2/10(11.3 ° ) 、 3/10(16.7 ° ) 、火山噴火が発生すると、火山周辺地の建築物には降下した火山灰による荷重（以下、積灰荷重）が作用する。噴火後に降雨が生じると火山灰が湿潤状態になり、建築物に作用する積灰荷重が増加する。加えて、積雪地の火山噴火では雪荷重と積灰荷重が同時に作用することも考えられる。日本
国内では、活火山が多数存在するにも関らず、積灰荷重に係る研究例は極めて少ない例えば 1)。
本研究は、屋根試験体を用いた実験により、積灰荷重に対する降雨ならびに降雪の影響に関する基礎的な知見を得ることを目的としている。
Ｂ．研究方法B-1

降灰後の降雨を模擬したモデル実験

4/10(21.8°)の 4 種類とし、各 2 体ずつ実験に供した。
表 1 火山灰の土質試験結果（抜粋）項 目湿潤密度
乾燥密度
自然含水比
間隙比
礫分(2～75mm)
砂分(0.075～2mm)
シルト・粘土分(0.075mm 未満)
粘着力
内部摩擦角

試験結果
1.164g/cm3
1.162g/cm3
0.2%
1.333
0.5%
92.6%
6.9%
5.9KN/m2
39.3°

降雨の模擬には水槽に注射針（外径 0.6mm、内実験には、研究分担者が保管していた新燃岳

径 0.37mm）を取り付けた降雨装置（高さ 1500mm、2011 年噴火時の火山灰と積雪寒冷地の一般的な降雨範囲 1900mm×600mm）を用いた（写真 2）2)。

勾配屋根を想定した屋根試験体を用いた(写真 1)。

水槽に水を入れると注射針から水滴が落ちる仕

表 1 に使用した火山灰の土質試験結果を示す。火組みとなっており、水深を一定(10cm)に保った状

3

山灰の密度は 1.16g/m 、粒度は砂分(0.075-2mm)

態で実験を行った。雨滴径は文献 3 を参考にするが 92.6%を占め、シルト・粘土分は 6.9%である。と約 3mm である。重量の測定にはロードセル(共屋根試験体(屋根長さ 450mm×幅 225mm、軒高和電業 LCN-A-5kN)を用い、屋根試験体の下に 4 個、300mm)の屋根材には塗装鋼板を用い、屋根勾配は、軒先からの排水の受け皿の下に 4 個設置し、1 秒

勾配 4/10
勾配 3/10勾配 2/10勾配 1/10

写真 1 屋根試験体

写真 2 降雨装置（外観）写真 3 降雨装置(水槽・注射針)

屋根試験体
ロードセル

勾配 1/10勾配 2/10

排水の受け皿写真 4 ロードセルの設置状況

勾配 3/10

写真 5 火山灰の堆積状況(4/10)

勾配 4/10

写真 6 設置状況(屋外)間隔で記録した（写真 4）。土壌水分センサー（ARP

重量もしくは含水率が増加しなくなった時点と社製 WD-3-W5Y）を屋根の棟側（水上側）の屋根面した。いずれの試験体においても、降雨中に火山から 5cm の高さに設置し、火山灰の含水率の変化灰が滑り落ちるような現象（落灰）は確認されなを 1 秒間隔で記録した。

かった。体積含水率が一定になると荷重も最大値

火山灰は開閉シャッター付きのアクリル製のとなり、1/10 勾配の積灰荷重は降雨前の約 1.6 倍、枠を用いて屋根試験体の上に 10kg 載せた。この2/10 勾配の積灰荷重は降雨前の約 2.4 倍、3/10 勾時の火山灰の層厚は約 10cm である（写真 5）。実配の積灰荷重は降雨前の約 2.1 倍、4/10 勾配の積

験では、ロードセルに屋根試験体を載せた後、枠灰荷重は降雨前の約 1.6 倍となった。のシャッターを開け火山灰が滑り落ちて堆積形

図 3 に屋根勾配と単位面積あたりの積灰荷重状が安定してから模擬降雨に曝した。

（火山灰+降雨）の最大値との関係、図 4 に屋根勾B-2配と降雨による単位面積あたりの割増荷重との降灰後の降雪を模擬したモデル実験

実験には、B-1 と同じ屋根試験体を用いた。同関係を示す。積灰荷重（火山灰+降雨）の最大値とじ勾配の一方の試験体に火山灰を 5kg（層厚約 5cm）

降雨による割増荷重は、屋根勾配と反比例の関係載せ、もう一方の試験体には何も載せずに冬季のにあり、屋根の勾配が緩くなるほど、積灰荷重の屋外に並べて暴露した（写真 6）。実験は 2020 年最大値は大きくなることが分かった。

2 月から 3 月にかけて北方建築総合研究所（北海C-2

降灰後の降雪を模擬したモデル実験

道旭川市）の敷地内で行った。屋根試験体の積雪

図 5 に気象庁アメダス(旭川)による暴露期間中状況は定期的に目視で観察すると共にタイムラ(2021/2/7-3/23)の気象状況、写真 7 に積雪時のプスカメラを用いて 10 分間隔で記録した。

状況(2/10)と落雪後の状況(3/23)を示す。暴露期間中の累積降雪量は 160cm であった。暴露期間中

Ｃ．研究結果に、気温がプラスになる状況や降雨の発生など、C-1落雪が生じる条件が度々生じ、火山灰が載ってい降灰後の降雨を模擬したモデル実験

図 1 に勾配 1/10～3/10 の積灰荷重と体積含水ない試験体では、その都度、落雪した。一方、火率の測定結果、図 2 に勾配 4/10 の積灰荷重と軒山灰を堆積させた試験体では、火山灰による屋根先からの流出量の測定結果を示す。なお、勾配

雪の滑雪阻害がみられ、勾配 3/10 と 4/10 では、4/10 の試験体では、枠のシャッター開閉時の落灰落雪する時期が大幅に遅れたほか、勾配 1/10 との影響により水分センサーが露出したため含水2/10 では、落雪および落灰は生じず、屋根に火山率のデータは取得できなかった。測定の終了は、灰と積雪がある状態が全て融雪するまで続いた。

30.0
積灰荷重0.05

15.0

体積含水率0.000100(a)屋根勾配 1/100.0200
時間 [min]45.00.1030.00.05Max0.090kN

0.00060.0
積灰荷重

体積含水率0.150.20100(b)屋根勾配 2/1015.00.1545.0

体積含水率0.10Max0.072kN 30.00.05

15.00.00

0.0200
時間 [min]

0100(c)屋根勾配 3/10

体積含水率[%]

0.10

45.060.0

積灰荷重

荷重[kN]

Max0.112kN

荷重 [kN]

荷重 [kN]

0.150.20

体積含水率[%]

60.0
体積含水率[%]

0.20

0.0200
時間 [min]

0.20
積灰荷重
流出量

0.10Max0.056kN0.0510015

降雨10

降雨による割増荷重

1.00.0010203001020屋根勾配[°]30
屋根勾配[°]

図 3 屋根勾配と積灰荷重の関係 図 4 屋根勾配と割増荷重の関係

火山灰あり・勾配 4/10
落雪・落灰

降水量

2021/2/10

5気温

45気温[℃]

1.50.50.0

200
時間 [min]

図 2 積灰荷重の測定結果(4/10)

1.0
0.5

0.00
0

積灰荷重(火山灰+降雨）

03-5-102

火山灰あり・勾配 3/10
落雪・落灰

-15

降水量[mm]

荷重 [kN]0.15

1.5

荷重 [kN/m2]

荷重 [kN/m2]

図 1 積灰荷重と体積含水率の測定結果

火山灰あり
火山灰あり
2021/3/23
火山灰あり

1-20

0
2021/2/7
2021/2/8
2021/2/10
2021/2/11
2021/2/13
2021/2/14
2021/2/16
2021/2/18
2021/2/19
2021/2/21
2021/2/22
2021/2/24
2021/2/26
2021/2/27
2021/3/1
2021/3/2
2021/3/4
2021/3/5
2021/3/7
2021/3/9
2021/3/10
2021/3/12
2021/3/13
2021/3/15
2021/3/17
2021/3/18
2021/3/20
2021/3/21
2021/3/23

-25

火山灰あり

勾配 1/10 2/10

実験の結果、積灰荷重に対する降雨と降雪の影

4/10

写真 7 屋根試験体の状況

図 5 暴露期間中の気象状況
Ｄ．考察

3/10

会構造系論文集，724，959-969，2016．
2) 千葉隆弘ほか：積雪後の降雨に配慮した屋根

響は屋根勾配に依存することが分かった。降雨に雪荷重の評価に関する研究よる積灰荷重の増加、堆積した火山灰による勾配満たされた軒どいの排水性能に着目した模屋根の滑雪阻害が確認されたことから、積灰荷重型実験，日本建築学会大会学術講演梗概集，による被害を防ぐには、降灰後、速やかに屋根の構造Ⅰ，87-88，2016.

除灰を行うことが重要である。物性の異なる火山

その 6 積雪で3) 安田聖，岸本嘉彦：風雨に曝される建築壁体

灰に関するデータ整備が今後の課題である。

表面の等価降雨量モデルに関する研究，日本

Ｅ．結論

建築学会大会学術講演梗概集，環境Ⅰ，2012.

本研究では、屋根勾配を変化させた試験体を用いて、降灰後の降雨ならびに降灰後の降雪を模擬したモデル実験を行い、積灰荷重に対する降雨と降雪の影響を明らかにした。
参考文献
1) 山本剛, 井上正文：木造住宅の屋根に堆積した火山灰の滑動に関する一考察，日本建築学

Ｆ．研究発表1.論文発表なし
2.学会発表なし
Ｇ．知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
なし