平成 25 年度
公益社団法人日本地すべり学会関東支部
シンポジウム

斜面災害とモデル実験

概要集

期日：平成 25 年 5 月 10 日
場所：東京大学武田先端知ホール

平成２５年度

公益社団法人日本地すべり学会関東支部シンポジウム－ 斜面災害とモデル実験 －期日：平成 25 年 5 月 10 日（金）14 時～17 時（総会終了後）
場所：東京大学武田先端知ホール（東京大学工学部）
東京都文京区弥生 2-11-16 武田先端知ビル 5F
東京地下鉄南北線「東大前」駅下車 徒歩 8 分、千代田線「根津」駅下車 徒歩 5 分
会費：支部会員・一般 2,000 円
学生 1,000 円（高校生以下無料）
次第：
１．開会・支部長挨拶 14:00～14：10
２．講演
14:10～15:00（50 分、質疑応答を含む）「大型降雨実験施設における斜面崩壊実験」
大型降雨実験施設における斜面崩壊実験」
独立行政法人 防災科学技術研究所 主任研究員 酒井直樹
３．休憩

15:00～15:10（10 分）

４．講演
15:10～16:00（50 分、質疑応答を含む）「人工降雨による現地斜面崩壊実験―茨城県加波山における試み―」
独立行政法人 森林総合研究所 企画部長 落合博貴
５．講演
16:00～16:50（50 分、質疑応答を含む）「アンカー緊張力計測に基づく地すべりの安定性評価手法に関するモデル実験
アンカー緊張力計測に基づく地すべりの安定性評価手法に関するモデル実験」に基づく地すべりの安定性評価手法に関するモデル実験」
独立行政法人 土木研究所 研究員 阿部大志
６．質疑応答 16：50～17：00（10 分）
７．閉会

１

17:00

９

１３

講師略歴
酒井 直樹（さかい
直樹（さかい なおき）
独立行政法人 防災科学技術研究所 予測・観測研究領域 水・土砂防災研究ユニット 主任研究員
2003 年 長岡技術科学大学工学研究科 博士後期課程修了後、明治コンサルタント、土木研究所
火山・土石流チーム研究員、防災科学技術研究所研究員、主任研究員、カリフォルニア大バークレー校客員研究員、文部科学省研究開発局地震・防災研究課行政調査員、を経て、2009 年より現職。博士（工学）
落合 博貴（おちあい ひろたか）
独立行政法人 森林総合研究所 企画部長
S53.4 林野庁入庁
H12.4 森林総合研究所治山研究室長
H20.4 林野庁研究・保全課 首席研究企画官
H24.4 より現職
阿部 大志（大志（あべ たいし）
たいし）
独立行政法人 土木研究所 土砂管理研究グループ 地すべりチーム 研究員
1997.4～国際航業
2005.4～道路保全技術センター東北支部道路防災課長
2009.7～土木研究所 地すべりチーム研究員
工学博士、日本大学工学部

大型降雨実験施設における斜面崩壊実験
Mechanism of shallow landslide collapse due to heavy rainfall using Large scale rainfall simulator

酒井 直樹（防災科学技術研究所）
Naoki SAKAI (Dep. of Storm, Flood and Landslide Research, National Research Institute for Earth
Science and Disaster Prevention,)

キーワード：斜面崩壊，降雨，地下水，変形
Keywords: slope failure, rainfall, groundwater, slope deformation

1．はじめに
梅雨期の長雨や台風等による集中豪雨により発生する崖崩れ，地すべり，土石流などに起因する土砂災害が多発し、尊い人命が毎年失われている．最近の事例を分析した結果では、高齢者のみならずや避難行動中に被災、特に土砂災害では家にて被災という事例が多いとの報告 1)がある。また、災害事例ごとに特徴が異なるとの報告もある。このことは、地域の特性を反映したきめ細かな災害情報や切迫情報
写真 1 危険な斜面？

が必要であることを示している。
現在は、「危険箇所」の情報として各市町村で整備されている土砂災害ハザードマップや、「時間」の情２．表層崩壊のメカニズム研究と模型実験報として、気象庁より発令される土砂災害警戒情報

降雨時の表層崩壊とは，斜面上に存在する表層土がある。それらによって住民に危険を呼びかけるよ

層（厚さ 0.5~2m 程度）が，降雨時に下部に流下すうになっている．しかし，実際に崩れる斜面は少なる現象である．表層崩壊は規模は大きくないもののく、切迫性をもった情報となっていない．そのため，複数箇所で起こることが多く，また突発的に起こる

住民自らが避難行動を起こすには，次の切迫性をもことから予測が難しい現象である．そのため，防災った情報が必要であり，その時にどんな行動をする研究としては，どこが危険かを示すハザードマップ

かの日頃からの備えが必要である．

の研究と，いつ崩壊するかを示す研究に大きく分け

この報告では，ある特定斜面において，切迫性をもった「いつ」を予測するために，斜面を不安定化られる．ここでは，「いつ」崩壊するかに焦点をおいた研究分野に関して話しを進める．

させる地下水に着目し，その斜面が安定な状態から「いつ」の予測手法には，大きく分けて３種類あ

不安定な状態へ遷移するメカニズムを明らかにする

る．①降雨指標（実行降雨量等），②土中の水分量（土ための大型模型実験を用いた実験的研究と，その解

壌雨量指数等），③降雨浸透を考慮した土質力学的手析的手法を紹介し，今後の大型実験研究のあり方の法である．ここで①，②の手法に関しては，実用化一例について考えていきたい．

され多くの実績（国交省，気象庁等）がある．一方
で，ある特定の斜面において，その斜面がどんな降雨時に崩壊するかどうかの予測は難しい（たとえば-1-写真 1）．それはこれらの手法が，斜面での内部構造やその物性（せん断特性，浸透特性等）を考慮しない手法だからである．そのため，ある特定の斜面を危険度判定するためには，③の力学的手法を用いる必要がある．
この表層崩壊のメカニズムは，基盤上に存在する
緩んだ表層土層において，降雨浸透による表層土層
内の間隙水圧（地下水）の増加，含水比の増加によ

写真 2 大型降雨実験施設全景

る強度（見かけの粘着力）の低下，自重の増加等の一方で，崩壊の危険度予測を行うためには現地観

複数の要因が複合して起きていると考えられている．

測を行い，その斜面の崩壊にいたる過程を記録する

これらの現象を定量的に捉えるには，不飽和斜面にことが必要だが，自然斜面においてそのようなデー

おける降雨浸透，飽和度の変化に伴う斜面の変形，タを得るのはほとんど不可能である．そこで，模型

地下水位の上昇に伴う斜面の変形等の関係を総合的実験を行う必要がある．ここでは，実物規模の大型に把握する必要がある．筆者らは，崩壊メカニズム

模型実験を用いて，崩壊現象のメカニズムを明らかを考慮した崩壊予測手法の確立のためには，模型実にする手法を用いて多くの成果を得てきた．
例えば，崩壊危険性の早期予測モデルの提案 6)，

験を行い各要因の影響を評価する必要がある．
また模型実験には，遠心模型実験例えば 2)，小規模模

降雨浸透による地下水流の発達と斜面崩壊メカニズ

型実験例えば 3) ，大規模模型実験例えば 4) がある．それ

ムの解明 7) 8)，崩土の到達距離予測に関する研究 9)

ぞれ模型実験特有の相似則の問題 5)があり，一長一行って等を行なってきた．最近のものでは，斜面モ短があるが，大規模な実験ができれば，相似則の問

ニタリングに関する実験的研究 10) 11) 12) 13) 14) 15)を多

題をより小さくすることが可能となる．

く行ってきている．紙面の関係で参考文献をあげるにとどめる．

３．大型降雨実験施設での斜面崩壊実験とその成果
防災科学技術研究所が有する大型降雨実験施設は，最近の土砂災害研究では．大型模型実験と数値解
析手法をセットで用いることで，より高度な評価技

降雨に起因する災害現象を実物大に近い模型を用い術を開発するための研究が進められてきている．以て実験研究を行うために建設された大型の共同利用

下では，その一部を紹介する．

施設である．外観を写真 2 に示す．世界最大級の散水能力と規模を持っており，最大約 3,000m2(72m×

４．降雨時の斜面崩壊実験44m)の範囲に 15～200mm/h の降雨強度で人工的に降雨として散水出来る施設である。

ここでは，大型模型実験のうち，降雨浸透から地下水形成過程を明らかにするために行った実験を紹

この施設を利用して，豪雨によって発生する土砂

介する．4-1 では，初期条件として，斜面が一様な災害や、流域の開発に伴う洪水災害，あるいは光通飽和度（40%程度）の場合，4-2 では，繰り返し降信やレーダの伝搬減衰評価実験などに関する基礎

雨履歴を与えた場合．

的・応用的研究が進められてきている。特に、地すべり・斜面災害に関する研究は精力的に行われてき４-１ており、大中小様々な模型斜面を用いた実験研究が行われてきている．

降雨時の大規模模型斜面崩壊実験 16)

実験は、防災科学技術研究所にある大型降雨実験
施設内に大規模斜面模型を作製し実験を行った（写真１）．模型の形状は，総斜面長は，23m（うち斜面部 16m），幅 3m，深さ 1.6m（土層深 1.2m），高さ-2-

いる．その後開始２時間後④の水位に達するまでに，
水平部，10°斜面において地下水位が形成され，

図 1 大規模模型斜面概略図とセンサーの配置

写真 1 ○○

写真 3 大規模模型斜面全景

7.8m の複合斜面型模型（図 1）であり枠組みは鋼製である．水路末端はスリット型擁壁（浸透水は金網を通じて自然排水）で斜面土層を抑止している．
図 2 降雨時の時系列変化（上：有効飽和度、中：地
下水位、下：地表面変位）

水路末端以外は非排水条件である．斜面底面には粗度として，桟が水平方向に一定間隔で固定されている．また，片側壁は強化ガラスを用いて，土層内部の変形状況が外側から確認できるようになっている．
計測には，地表面変位計（D1～D9），土壌水分計（PW1～PW15），間隙水圧計（G0～11）を図 1 に示す位置に設置した．土壌水分計測より飽和度を算

図 3 地下水位線の推移（崩壊 30 分前から）出し，間隙水圧計測より土層内の地下水分布を算出している．

30°斜面には，まだ水位はない．その後，④→③ま

試料には，市販の佐原砂を用いた．その粒度特性で上昇して，斜面上部まで水位が連続的に基盤上沿は，礫分 9%，砂分 84％，シルト分 7%，均等係数って形成され，その後③→②→①と基盤とほぼ平行

Uc=4.2，D20= 0.185 である．土槽模型は，初期含に急激な上昇を続け，崩壊に至っている．また，地水比 8%の試料を用いて，人力により湿潤密度が表面変位の時間変化（図-3）を追うと，湿潤線が基1.45g/cm3 を目標に作製した．飽和透水係数は，2.71

盤に到着したのとほぼ同時な約 5000s 前後から変位

×10-2(cm/sec)である．

が発生し始める．その後，④から③に至るまで徐々初期状態（飽和度 40%で均質）から，100mm/hに変位が増加している．水位が基盤に平行に急激にの降雨を与えた．降雨時の時系列変化の関係を，図上昇をしている③→②→①間では，移動速度が急激

2 に示す．地下水位線の推移を図 3 に示す．ここで，に大きくなり，崩壊に至っている．

崩壊直前推移を①とし，その 10 分前毎に②，③，崩壊形態は，図 4 に示すように，30°斜面全体に④とする．降雨開始後，湿潤前線が基盤に達し，地

おいて，地下水位線下において基盤に平行にすべり

下水位を形成し始めるまでに，約１時間半かかって線が発生し土塊が一体となって崩壊している．

-3-

４-２

降雨履歴を考慮した模型斜面崩壊実験 17)

模型斜面に降雨履歴を与えるため，実験前１週間の間に①～④まで計４回の降雨を与えた（図 6）．図6 には，上から有効飽和度，地下水位，地表面変位が並んでいる．ここで，地下水位の経時変化（図 6中）をみてみると，いずれの降雨に対応する水位変化の場合でも，斜面下部から中部において（G-5,4,3），
最大で 20cm 程度の水位が発生しているが，上部までは完全には形成されていない．また，30°斜面上の地下水は，およそ１２時間程度で完全に消失し，飽和度は斜面鉛直下層にいくほど飽和度が高い（40～60%程度）．降雨履歴としては，30°斜面には水位がなく，水平部に水が貯留された状態である．

図 4 上：崩壊直前の斜面変形の様子、下：崩壊直前の地下水位（実線）とすべり線（点線）

写真 1 ○○

図5

図 6 降雨時の時系列変化（上：有効飽和度、中：地
下水位、下：地表面変位）

崩壊後の土砂流下挙動の読み取り図(t=0(図 4)の時を始点に 1s ごとに)

図 5 に，崩壊後の土砂の流下挙動の読み取り図を示す．これは側面を移したビデオカメラから作成した．この図を用いて解析結果との対比を行う．
図 7 地下水位線の推移（崩壊 30 分前から）-4-

本実験として，降雨履歴期間後の水位を初期状態（図 7 初期水位，一点鎖線で表示）として，4-1 と同じ降雨条件(100mm/h)で行った．その時の地下水位挙動（図 7）を示す．ここで，崩壊直前推移を①とし，その 10 分前毎に②，③，④とする．降雨開始後，１時間１０分(4200s)ほどで，30°斜面において水位が上昇し始めた後，④まで水位が上昇した．
その１０分後には斜面上部まで水位が発生（③）し，その後，③→②→①と一気に斜面上で水位が上昇し①の水位で崩壊に至った．このときの変位は③→②の過程で移動速度が大きくなりはじめ，②→①で急

図 9 有限要素法による降雨浸透解析結果

激に移動速度が上昇し崩壊に至った．崩壊時のすべ
4-1 で述べた，大型降雨実験の降雨浸透解析を有り線は，4-1 とほぼ同様な傾向で発生している．

限要素法を用いて実施した．数値解析モデルを図 8４-３に示す．境界条件としては，モデル底部は固定水頭，まとめ

以上の２つ実験結果より，30°斜面部において，地盤の初期飽和度は 40% とし，不飽和特性（すな

基盤と平行に水位が上昇し始めると，地表面変位もわち，飽和度とサクションの関係および飽和度と比移動速度を増しはじめ土塊として一体で運動し，そ

透水係数の関係）は，保水性試験（マルチステップの後も水位の上昇が続くと変位速度も急激に上昇し式試験装置）によって計測されたものである．なお，崩壊に至ることがわかった．これは，砂質層が降雨

降雨強度は時間雨量 100mm の定常降雨（降雨実験

浸透により飽和度が上昇し強度が低下したことで，と同様）であり，地表面を流量固定の降雨境界とし変形が加速することが考えられ，今後，土質力学的た．また，水路末端は浸出面境界である．

な検討が必要である．G5 点での破壊時の水位を比解析パラメータは次の通りです．飽和透水係数

べると，4-1 では 80cm（図 3），4-2 では 85cm（図2:71 × 10-2(cm/s)，初期飽和度 40(%)，飽和体積含7）とほぼ同じ水深に達した時に崩壊に至っており，

水率 0.459，比貯留係数 1.0 × 10-4 (1/m)，最小容

この条件での限界水深の可能性が考えられる．さら水量 0.0160，降雨条件 100(mm/hour)（定常）．

に崩壊時間は，降雨履歴に大きく左右される，つま

有限要素法による降雨浸透の解析結果を図 9 に示り斜面の貯留状態（水位）に依存するため，崩壊のす．実験と同様，初期では 40% 弱だった飽和度が，早期予測には，水位のモニタリングが有効である．

降雨浸透に伴って土層上部から順に飽和度が 70%程度に上昇し，しばらく一定値を維持している．解５．降雨時の斜面崩壊シミュレーション事例

析開始およそ 100 分後に浸潤面がモデル底部に到

５-１達し，水位（地下水面）が上昇し始め，土層下部か

降 雨 浸 透 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 事 例 18) 19)

ら飽和度が 100% に達する．また地下水の上昇過程
では，図 9 の 122 分後から 154 分後への変化と，図３の④から①の変化の比較すると，地下水位が急激に上昇している様子が精度良く浸透解析により再現できていることが分かる．
図 8 有限要素法における数値解析モデル

-5-

５-２

５-２-２ モデル化

不連続変形法による斜面崩壊解析 20)

解析断面作成に際しては，実験斜面を構成する鋼５-２-１ 不連続変形法
不連続変形法（Discontinous Deformation Analysis,

製土槽の土台を 1 つのブロックとして，斜面の地盤

DDA)）は，岩盤斜面の挙動解析，落石シミュレーシ

層を多角形ブロックの集合体から成る粒状体として

ョン，トンネル・岩盤空洞の挙動解析などに利用さモデル化した．土層を構成するブロック(粒子)の形れている．これらより大変形の接触問題に強い解法

状は，概ね 8 角形となっている．粒子数は 1822 個，であるといえる．手法の特徴として，ブロックを弾

平均粒径は，11.8cm である．

性体と仮定し，接触機構にペナルティ関数を導入し，ここで作成した地盤層は，均質な地盤としてモデ

エネルギーを 2 次形式で評価している．このため，

ル化されており，本来は，ｃ，φの強度定数は，せ自由度の変化がなくエネルギー保存則も保証される

ん断試験などで得られた値が入るのが望ましいが，ことになり，解の唯一性，収束性が保証される．

粒子の大きさが実際の地盤と比較しかなり大きいた

不連続変形法は，次式に示す Hamilton の原理によめ，難しい．小さいモデルでも，平均 11.8cm であり，る接触を含む運動方程式をひずみエネルギー最小化

別途計算を行い検討する必要がある．これは個別要原理により釣り合い方程式を求めて定式化している．

素法でも同様である．また，このモデルでは密度管理が難しく，自重解析を行いその後の密度を知る必ここに，Ｍ：質量マトリックス，Ｃ：減衰マトリッ

要がある．

クス，Ｋ：剛性マトリックス，Ｆ：外力ベクトル， ：ブロック重心加速度， ：ブロック重心速度， ：ブ
ロック重心の剛体変位，剛体回転，ひずみである．
また，（１）式の減衰マトリックスＣは，粘性係数と質量マトリックスＭを用いて，（２）式のように表される．

図 10 解析モデル（平均粒径 11.8cm）
地下水位は,５-１の結果で設定

ここで，粘性係数の物理的意味は，落石運動での減衰や空中での空気抵抗，斜面上の樹木や植生など

５-２-３ 解析手順の減衰などとして評価される．

解析に際しては，粒子間の接触を確立するための不連続変形法の解析における未知数は，各ブロック

自重解析と，それに引き続く崩壊解析を一連の解析（要素）の剛体変位，剛体回転，およびひずみ（ブとして実施した．自重解析においては，粒子間の境

ロック内では定ひずみ）であり，定式化は有限要素界の強度を大きく設定し，かつ，減衰が若干を大き法と同様の手順を踏む．また，微小時間で繰り返しく作用するように動的－静的減衰定数を設定するこ計算を行うことで各ブロックの運動を解析している．

とで斜面が崩壊することを抑止した．崩壊解析におブロック間に接触が生じた場合，ブロック間にバネ

いては，自重解析時に設定した粒子間の境界の強度（ペナルティ）が挿入され，貫入量が一定基準量以を表－3 に示した所定の値に切り替え，減衰を所定下になるまで繰り返し計算が行われる．定式化には，の値とすることで崩壊のトリガーとした．また切り一貫としてエネルギー最小化原理が用いられており，替えと同時に，地下水位に関しては，５-１の解析結

広義の FEM の一種であると位置づけられる．解析

果で設定し，水位以下の粒子間力は，粘着力を 1/10 にしに使用するブロック数に制限はないので，ブロックて行った．

自重解析時の繰り返し計算回数は，粒子間の接触

同士の衝突や落石群としての挙動の解析も可能である．

が確保できるまでの回数として，試行解析で設定し-6-

た．崩壊解析時の繰り返し計算回数は，崩壊解析時の累積時間が 10 秒程度となる回数を試行解析から設定した．繰り返し計算回数は，自重解析と崩壊解
析を合わせて 30000 回となり，いずれのケースも同じ回数とした．

表１ 解析に用いたパラメータ一覧
区 分
ブロックの
材料物性

粒子間の境
界の強度
ブロック間
のバネ剛性
減衰定数

解析時間

パラメータ名
ヤング率
ポアソン比
密度
粘性係数

設定値
7.5×1010N/m2
0.25
2650kg/m30.1

摩擦角(度)
粘着力(N/m2)

引張り強度
速度エネルギー比
鉛直ペナルティ
せん断ペナルティ
動的－静的減衰定数
最大時間ステップ
崩 壊 解析 の 繰り 返 し
計算回数
自 重 解析 の 繰り 返 し
計算回数

45
1×104

0N/m2
0.1
1.0×107N/m
1.0×107N/m
0.999
0.0005s
28000 回
2000 回

５-２-４ 解析結果と実験結果の考察
図 11 の解析結果について考察する．
1) 2s 後の状態ですが，30°斜面全体において緑色（より明るい色）に変わっており，斜面土塊と

図 11

土砂流下過程シミュレーション(2s ごと)

図 12

土砂流下過程シミュレーション(8s 後)

して下部へ移動し始めたことを示す．矢印は移動土塊の下端を示す．
2) 4s 後では，土塊を示す色が明るくなってきており，移動量が増加していることを示す．また，矢印も下部へ進んでいる．
3) 6s 後，さらに進行する．

（カラーインデックスあり）

4) 8s 後では，赤くなった部分（明るい部分に囲まれた濃い色の部分）は移動土塊が固まりとして流下したことを示す．周りの薄い黄色部分（明るい色部分）はせん断部分を示し，緑色部分（外壊しているのがわかる．また，10°斜面では，土層上部が折れ曲がるように変形し乗り上げようとしているのがわかる．
後に，解析結果（図 11,12）と実験結果（図 5）を側の暗い部分）は，圧縮領域であることを示す．
土層の動きを詳細にみるために，図５にあるような比較する.

インデックス（黄，白）を解析モデル粒子に設定（カラー）し，その挙動を追跡した（図 12）．30°斜面部分のインデックスを追うと，下部の粒子を残して引きずるよう土層内でせん断しながら土塊として崩① 30°斜面上で斜面頭部から傾斜変換点までが移動土塊となっている（図 11）．
② 斜面土層底面付近の変位は比較的小さく，斜面土層中部から表面にかけての変位が大きい（図 12 のインデックス線）．

-7-

the failure timeof a slope, Proc. of theがあげられる．

international conference and field workshop on

すなわち，実験結果では斜面頭部から端部まで大きく変位しているのに対して，解析結果では斜面頭

4thlandslide, Japan landslide society, 145-150..
7)森脇 寛・矢崎忍・黄 文峰（2006），雨水浸透に部から中央にかけての変位が大きくなっている．ま伴う地下水流の発達・減水過程と斜面崩壊に及ぼす影

た，実験結果においては，砂層の塊が移動しながら響に関する考察，地すべり，日本地すべり学会，Vol.43，

分解していくような形態で崩壊しているように見ら

No.1，pp.9-19．
8)

れるのに対して，解析結果では，粒子が個々にすべ斜面崩壊に関する理論的考察，地すべり，日本地すべり学会，Vol.46，No.3，pp.1-11.

りあるいは転がりながら崩壊するような形態が推定
9)され，移動距離が短くなっていると考えられる．

森脇 寛（2009），降雨による砂質斜面の圧縮変動と森脇寛（1987），崩土の到達距離予測，地すべり，

日本地すべり学会，Vol.ﾌｳ，No.ﾌ，pp.10-16.
10) 笹原克夫・酒井直樹（2012），不飽和砂質斜面の降雨

６．まとめ

浸透による吸水に伴うせん断変形，地すべり，49，
25-33．

降雨実験施設による成果の概要と，大型実験とシミュレーション研究の連携について報告した．多く

11) 檀上 徹・酒匂 一成・深川 良一, 酒井 直樹, 岩佐 直
人, Nghiem Minh Quang（2012），変位量の観測結果の成果が出されているが実用化されている物は少なに基づく降雨時表層すべり型崩壊過程の検証，土木学

い．そのためには，ニーズに合わせて成果を出せる

会論文集 C（地圏工学），68，508-525．

ように，共同利用施設としての役割を見直す必要が

12) 植竹政樹・酒井直樹・福囿輝旗（2010）内部歪計による斜面崩壊発生予測法に関する研究，防災科学技術あると考えられる．

研究所研究報告，77，49-68．

今後の降雨実験施設の果たすべき役割として，大13) 大樂章文・村上哲・小峯秀雄・酒井直樹・石澤友浩・

型実験の精度の保証（実験技術の基準化），データの齋藤修・千葉宣朗（2011），加速度センサ IC タグを用いた大型降雨模型実験におけ斜面の振 動特性の調共有化とともに，計測技術の IT 化も必要であると

査，第 46 回地盤工学会研究発表会，．

考えられる．また，国の防災施策にあった実験テー

14) 高倉伸一・吉岡真弓・内田洋平・石澤友浩・酒井直樹

マを設定し，複数機関が共同で実験の実施，解析，（2012），比抵抗モニタリングによる盛土中の水分変検証を行って成果の普及までを行っていくことも必要であろう．

2)15) 酒井直樹・石澤友浩（2011），大型盛土斜面長期モニタリングと自然降雨により発生した崩壊メカニズム文
1)化の推定，物理探査，65，223-236．

献の検討，第 46 回地盤工学会研究発表会．

牛山素行・高柳夕芳（2010），２００４～２００９年

16) 酒井直樹・福囿輝旗（2008），降雨強度を変化させたの豪雨災害による死者・行方不明者の特徴, 自然災害

大型斜面模型実験による浸透挙動が崩壊に及ぼす影科学, 29-3, 355-363.

響，平成 20 年度砂防学会．
17) 酒井直樹・福囿輝旗（2008），降雨による大型斜面模Take, W., M. D. Bolton, P.C. P. Wong and F. J.

型の崩壊実験とその浸透挙動と地表面変位の関係，第Yeung(2004), Evaluation of landslide triggering

43 回地盤工学会研究発表会．

mechanisms in model fill slopes, Landslide, 1,18) 入江 敬・小山 倫史・酒井直樹，西山 哲，安田 祐樹，

173-184.
3)

純平・酒井直樹(2011)，降雨浸透に

大西 有三（2011），不連続変形法による降雨に起因伴う砂質斜面の吸水・排水過程における圧縮・せん断

する斜面崩壊の予測解析，岩盤力学シンポジウム，．

笹原克夫・山口

19) Tomofumi KOYAMA, K. Irie, Nagano, K.,

変形，地盤工学ジャーナル，6，129-140．
4)

5)Moriwaki, H., T. Inokuchi, T. Hattanji, K. Sassa, H.

Nishiyama, S., Sakai, N. and Ohnishi, Y.,(2011),

Ochiai and G, Wang(2004), Failure processes in a

DDA simulation for slope failure/collapse

full-scale landslide experiment using a rainfall

experiment caused by torrential rainfall., Proc. of

simulator, Landslides, 1, 277-288

the 10th International Conference on Analysis of

森脇寛(1988)，模型実験による斜面崩壊研究の現状とDiscontinuous Deformation (ICADD10), 32-39.

諸問題，地形，9-4，255-268.
6)20) 酒井直樹・三木茂（2009），不連続変形法を用いた崩
壊及び土砂流下運動予測の基礎的検討，応用力学論文

Fukuzono, T.(1985), A new method for predicting

集，Vol.12，461-468．

-8-人工降雨による現地斜面崩壊実験―茨城県加波山における試み―
A landslide experiment on natural slopes under the rainfall simulator at Mt. Kabasan, Ibaraki
prefecture, Japan

落合博貴（独立行政法人森林総合研究所）
Hirotaka OCHIAI (Forestry and Forest Products Research Institute)

キーワード：地すべり
Keywords: Landslide, Experiment, rainfall simulator, debris-flow
1. はじめに2003年11月12日と14日、茨城県真壁郡大和村に位

本実験は、（独）防災科学技術研究所を中心に行置する加波山（かばさん）中腹の自然斜面において、ってきた大型の室内崩壊実験の結果を踏まえ、自然

人工降雨による斜面崩壊実験が実施された（図－1）。

斜面における斜面崩壊実験を試みたものである。こ

本実験は、当学会が参画した文部科学省科学技術振のように自然斜面に水を供給し、崩壊や地すべりを興調整費のプロジェクト課題「地震豪雨時の高速長発生させた実験は、これまで数例 1)2)3) が知られてい距離土砂流動現象の解明(APERIF)」中の１課題におる。特に、1971年11月、川崎市の生田緑地公園の斜いて、（独）森林総合研究所が中心となり京都大学

面で行われた公開実験では、斜面上方からの放水車

防災研究所、（独）防災科学技術研究所、千葉大学、による散水により発生した斜面崩壊が急激に流動化

消防庁消防研究所、米国地質調査所等の研究者が参し、15名の犠牲者を生む事故4)5)となった。以来、自加して行われた。実験は一般に公開され、数多くの然斜面を利用した公開の崩壊実験は本実験まで行わ

報道関係者、大学、民間の研究者等が見学した。本れていなかった。

実験の目的は、人工降雨により斜面崩壊発生に至る
斜面水文現象および斜面変動を観測し、崩壊発生と2.

崩壊実験の概要

供に土砂が流動化する過程を把握して、斜面崩壊お2.1

実験斜面（図－2）

よび流動化のメカニズムを実証的に明らかにするこ実験を実施したのは、国有林の伐採跡斜面に設定しとであった。

た平均勾配約33度、斜面長約30mの比較的平滑な斜面であり、細粒の稲田花崗岩を基盤とし、厚さ1～3mのマサ土が堆積している。斜面の上端は尾根部。
図－1

茨城県と加波山

図－2-9-実験斜面の全景

に近く赤城山由来の鹿沼軽石を挟む関東ローム層が③重水トレーサー、地下水サンプリング：

分布している。実験斜面は、鉄板を深さ約1mまで打関与する降雨の成分を把握するため、トレーサーとち込んで幅5mに仕切り、地表には設置作業のため失して降雨に重水を混ぜ、地下水を吸引サンプリング

われた地表植生の替わりにムシロを張って地表流のしてその濃度を測定する。

発生・流速を抑えることで人工降雨の浸透を促進す

2)（独）防災科学技術研究所るよう配慮した。

④斜面変動画像（ビデオ）撮影：２台１組のビデオ

崩壊にカメラで斜面を分割して撮影し、斜面崩壊時の変動
2.2 人工降雨装置（図－3）を観測して画像解析によりその量を求める。

人工降雨に用いる水は、実験斜面の直下を流れる

3）京都大学防災研究所

渓流を丸太製の堰を設けて堰き止め、揚水ポンプに⑤土層ひずみ：斜面土層に鉛直に挿入した棒の曲がよりあらかじめ斜面上部に設けた1m3 の貯水タンクりを計測し、崩壊発生に先立つ斜面内の変動を計測

80個に溜めた。実験時には、貯水タンクの水をポンする。

プによって一定圧力で斜面上に仮設した合計24本の⑥地表移動量：実験斜面内の移動点と不動点を結んノズルに送り散水させた。

だワイヤーの伸縮を計測し、崩壊発生に伴う地表面の変動を計測する。
4） 千葉大学⑦土壌水分分布：

降雨に伴う斜面内の土壌水分の変化とその分布を計測する。
⑧流出水・土砂量：

降雨に伴い斜面から流出する

水および土砂の量を観測する。
5）（独）消防研究所⑨レーザー地形計測：レーザースキャナにより崩壊
前後の地表面の地形を計測する。
6） 米国地質調査所（U. S. Geological Survey）：
図－3⑩地表移動量：実験斜面外の不動点から斜面内の移人工降雨装置の散水ノズル

2.3 観測システム

動点に張ったワイヤーの伸縮を計測する。

観測用の伸縮計、間隙水圧計、孔内ひずみ計等の各種センサーは、実験前に斜面に設置および埋設され、各センサーからの信号はケーブルにより観測小屋まで導かれ、小屋内に設置された計測機器に接続された。
2.4 観測項目および担当機関
実験に際して行われた観測項目、担当機関を示した。
1)（独）森林総合研究所①間隙水圧：人工降雨による土壌水分の変化と崩壊発生および流動化に伴う急激な間隙水圧の変化を連

図－4

間隙水圧計

図－5

3次元移動計

続観測する（図－3）。

3. 実験の経過②３次元移動量：崩壊発生後の崩壊土砂の流下経路

崩壊実験は、2003年11月12日12時から人工降雨を開を記録するため、3成分の加速度と傾斜を自動計測す

始し、平均降雨強度78mm/hで4時間30分経過したとる（図－4）。

ころで日没を迎え終了した。斜面下部と中央部に飽- 10 -

法、解析方法の進歩、人工斜面を用いた室内実験の成果等をふまえ、さらに事故の教訓をもとに実験を実施することができた。現在、本実験の成果6)7)をもとに、次の実験を計画中である（図－7～11）。

図－5センサーの配置

和水面が確認されたものの斜面の変動は観測されず、崩壊は発生しなかった。そのため、2回目の実験は同
年11月14日に実施した。11月14日は、平均降雨強度
78mm/hで午前9時12分に降雨開始、15時頃には斜面の中下部が表層まで飽和、斜面中央部の伸縮計で変位が観測されはじめ、その後加速度的に変位が大き
くなり速度約5mm/min、累積変位50cmとなったところで16時3分斜面下端から約17mを滑落崖として図－7

崩壊による孔内ひずみ計の変化

崩壊が発生した。崩壊土層深は約1mで、崩壊土砂量は約40m3と見積もられた。崩壊した土塊は、直後に流動化して対岸に乗り上げて速度を落とし、地形に沿って方向を変えて、約30m流下したところで先端が停止した（図－6）。崩壊開始から停止までは約17秒であった。実験の結果、崩壊の流動化に伴う過剰間隙水圧の発生が観測された。

図－6

4.

崩壊土砂の流下状況

実験結果の概要
本実験は、人工降雨による崩壊実験としては、川崎生田以来32年ぶりに実施された。この間、観測方- 11 -

図－8

画像解析による地表各点の変位

参考文献
1)八木則男、矢田部龍一、榎明潔(1985)：降雨時の斜面崩壊予知に関する室内及び現地実験、地すべり、22(2)、1-7.
2)山口伊佐夫、西尾邦彦、川邉洋、芝野博文、飯田千徳(1989)：人工地すべりの発生と流動について―静岡県由比における野外実験から―、森林航測、158、
3-9.
3)Harp, E.L., Wells II, W.G., and Sarmiento, J.G.
図－9(1990) : Pore pressure response during failure in

降雨に伴う深さ毎の土壌水分の変化

soils, Geological Society of America Bulletin, 102、428-438.
4)日本応用地質学会(1971)：応用地質ニュース : ローム斜面崩壊実験事故発生までの経過概要、12(4)、213-2155)岡寿麿(1972)：「人工地すべり」が起した波紋―

大自然の力を見なおそう―、科学朝日、1972年1月号、152-153
6)(社)日本地すべり学会(2004)：ニュース：人工降雨による現地崩壊実験成功－茨城県大和村、加波山の自然斜面において－、地すべり、40(5)、88-89.
7)Ochiai, H., Y. Okada, G. Furuya, Y. Okura, T.
Matsui, T. Sammori, T. Terajima, K. Sassa(2004). A fluidized landslide on a natural slope
by artificial rainfall, Landslides、211-219.
図－10

崩壊土塊の速度変化と間隙水圧変動

図－11

崩壊土塊先端の流下時の速度変化- 12 -

アンカー緊張力計測に基づく地すべりの安定性評価手法に関するモデル実験
The model experiment for stability evaluation by the tension measurement of the anchor works

阿部大志*・武士俊也**・石井靖雄*・中野亮***・浜浦尚生****Taishi ABE・Toshiya TAKESHI・Yasuo ISHII・Ryo NAKANO・Hisaki HAMAURA
キーワード：アンカー工,地すべり対策,緊張力,模型実験
Keywords: ground anchor works, landslide countermeasure, tension, model experiment,
１．はじめに載荷荷重、アンカー荷重および変位量の計測を行う。

地すべりの安定性は変位量などの計測結果に基づき評価されることが多い。一方、グラウンドアンカ⑤除荷後に盛土を掘削してアンカーや盛土の変形を観察する。

ー工（以下、アンカー）の施工されている斜面では、実験で用いた盛土の寸法は、1段の法面高の10分の施工後にアンカー荷重が計測されている場合がある。

１スケールを目安として構築し、高さ70cm、のり勾地すべりが不安定化すると、アンカーに作用する荷配１割とした。

重は次第に増加すると考えられる。したがって、地実際の現場では地すべりの発生により、地盤のはすべり対策として設置されたアンカー荷重計の計測

らみ出しや沈下が見られる。そのため、載荷は鉛直結果と地すべりの変位量の関係を明確することがでと斜めの２方向から行うこととした（図-1）。盛土

きれば、アンカー荷重計の計測結果を基に地すべりへ与える変位は、剛性フレームである土槽コンクリの安定性を評価することも可能になると考えられる。

ート壁面またはＨ形鋼と盛土に設置された載荷板のしかし、実際の地すべりの挙動は複雑であり、さ間に配置された油圧ジャッキの伸びにより与えられらにアンカー荷重の変動要因も多岐にわたることもる。アンカーは、実験時に測定しやすい盛土前面の予想される。そのため、現地での計測によりアンカ

中央部に配置し、設置角度は45°とした。

ー荷重と地すべり変位の関係を明らかにするために

作用荷重

作用荷重

は様々な調査と分析が必要になると考えられる。そこで、まずは小規模な盛土斜面に模擬のアンカーを設置し、地すべり挙動と見立てた鉛直および斜め方

影響？

影響？

沈下変位を再現

斜面滑動を再現

向の変位を与えたときの斜面の変形とアンカー荷重の関係を把握する基礎実験を行った。

図-1 実験のイメージ

２．実験方法および装置

2.2 実験装置

2.1 実験方法の概要（1)載荷装置

実験方法の概要は次のとおりである。①アンカー

図-2は、鉛直方向から油圧ジャッキによって盛土を配置した盛土を作成し、②盛土上に載荷装置を設の天端に載荷する実験装置および盛土形状である。

置し、③油圧ジャッキにより盛土に変位を生じさせ実験における載荷装置は、盛土の上方に設けたＨ形る。④載荷開始から載荷終了まで盛土法面を観察し、鋼に鋼材や石材による重量を増して反力を得るもの*独立行政法人土木研究所 (Public Works Research Institute)**国土交通省(Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism)***日特建設株式会社 (Nittoc Construction co., ltd)****ライト工業株式会社 (Raito Kogyo co.,ltd)

で、Ｈ形鋼と盛土の間に油圧ジャッキと載荷板を設置して、油圧ジャッキを制御することにより盛土に強制的に変位を与える。

- 13 -

図-2 鉛直載荷実験装置

図-3 斜め載荷実験装置

この載荷装置を用いた実験を「鉛直載荷実験」と呼３．実験結果と考察

ぶ。一方、図-3は盛土とその背面に反力となるコン

3.1 載荷荷重および模擬アンカーの荷重と法面変形

クリート壁の間に油圧ジャッキと載荷板を設置した(1) 鉛直載荷実験

載荷装置である。変位は、鉛直載荷実験と同様に油

写真-1は実験状況であり、Ａ～Ｌの順で実験の過圧ジャッキを制御することにより与えられる。これ程を示したものである。まず、模擬アンカーの定着を「斜め載荷実験」と呼ぶ。

部を土層底面に固定し、その上に写真-1のＡからＣの作業を繰り返して、山砂を締め固め度85％になる(2)変位およびアンカー荷重計測

ように盛土した。写真-1のＤおよびＥは、盛土を整実験で用いたアンカーは、盛土中央に受圧板とし形し、盛土表面に突き出た模擬アンカーに中空型のて鉄板、アンカーテンドンを模したワイヤー、アンロードセルと支圧板を設置した状況である。このとカー荷重計として中空型のロードセル、盛土底面にきに盛土法面には変位測定の標点と盛土に棒状の色

はアンカー定着部として敷鉄板にワイヤーを固定す砂を挿入した。写真-1のＦは実験に用いたワイヤーる配置とした。ワイヤーには直径φ2.5～2.6mm(針金を示したものである。実験のための計測準備が整っ番線12)の材料を用いた。計測は、①油圧ジャッキにた後に載荷を開始し、載荷荷重とロードセルの荷重よる作用荷重、②アンカー荷重計、③法面変位であ値と法面の変位を計測した。

る。①および②の計測はデータロガーによりリアル

写真-1のＧ～Ｉは、載荷開始から載荷終了後の法

タイムで行い、③の計測は、実験の際に盛土表面に面の状況である。写真-1のＪ～Ｌは、載荷終了後に亀裂が生じることがあることから非接触で測距でき荷重計を取り除き盛土を掘削して、盛土に挿入した

るセオドライトを用いて計測した。

色砂の状況を示している。

- 14 -

c
a

b
a

b

c

写真-1 鉛直載荷実験の状況

図-4 は、この実験経過時間内の載荷荷重とアンカ

なお、今回実験の載荷限界は装置の剛性フレーム

ー荷重および法面の変位のグラフである。また、図の規模から 2ｔ以下であった。この実験の載荷過程-4 の右側は盛土の変位を計測するための標点の位における載荷の所要時間は約 4 時間であった。

置を示ししたものである。なお、図-4 の法面の変位

図-4 の載荷開始から②付近までは、載荷荷重を増は変位の最も大きかった標点 9 の値である。図-4 中

加させてもアンカー荷重計の値は増加することはなの丸番号は次に示される目視観察で確認された状況

かった。この理由としては、盛土の変形もありアンや載荷荷重の状況である。①初期張力 13kgf。②反カー付近や盛土法面まで変形が達していなかったこ

力調整作業のため一時除荷。③1,300kgf 辺りから目とが考えられる。法面の変位については実験終了で視でひび割れが確認される（写真-1,H～J)。④荷重

約 20mm であり、②以降から④までの載荷のピークの保持が困難になる。⑤除荷後の残留張力は 24kgf

まではアンカーの荷重と比較的調和している。

程度である。

- 15 -

1800
1600

70

③

60

②

1400
載荷荷重(kgf)

80

④

載荷荷重
アンカー荷重アンカー張力最大水平変位※

1200

50

1000

40

800

①

⑤

30

600

20

400

10

200

アンカー張力（kgf)/最大水平変位※(mm)アンカー荷重2000

変位測量ターゲット位置
色砂投入位置（左：ｱﾝｶｰと平行，右：水平）00
0:00:00 0:28:48 0:57:36 1:26:24 1:55:12 2:24:00 2:52:48 3:21:36 3:50:24 4:19:12(単位：mm）

経過時間
図-4
載荷荷重と模擬アンカー荷重および水平変位の関係

Right

Front
図-5 鉛直載荷実験での盛土表面の亀裂

しかし、その後は除荷を行ってもその変位は減少の角度（写真-1,L）を測定した。載荷前に斜め方向しなかった。本実験では、アンカーは盛土に対してに挿入した色砂の方向はアンカーと平行であったが、単独に設置されているため、③以降の変形では、図

盛土内の変位量はその深度によって値はわずかであ-5に示すように盛土正面のアンカーの上方中央に亀るが、定着部に近い位置から地表に近づくにつれて裂の発生が認められ、その後に主に模擬アンカーよ低い値を示した。また、盛土の側面に向かって正面りも上部の法面が変位し、アンカーの高さ付近の盛から20cm盛土側の位置に法面勾配とほぼ平行に亀

土表面に亀裂が発生し拡大した。

裂が生じた。この亀裂は②の段階付近から生じてい盛土の変位は正面でなく側方にも生じたと考えらた。

れ、これらが除荷後のアンカー荷重や変形に影響すると考えられる。②から④で初期緊張力の２倍程度(2) 斜め載荷実験を超過したあたりから法面は顕著に変形し始め、アンカー荷重も増加する関係が見られた。

写真-2 は斜め載荷実験の状況である。実験における載荷荷重とアンカー荷重および法面の変位は図-6

完全に除荷した後に事前に挿入していた色砂の変に示すとおりである。なお、法面の変位は変位の大位を確認するため盛土を掘削し、斜め方向に挿入しきかった標点 5(図-6 右)を代表点としてグラフに示た色砂角度（写真-1,K）と水平方向に挿入した色砂した。

- 16 -

a

b
c

d

e

f

写真-2 斜め載荷実験の状況④

載荷荷重
アンカー張力アンカー荷重載荷荷重(kgf)

2000

最大水平変位(⑤)

80

⑤

70

③

60
50

②

1500

40

①

30

1000

20
10

500

0
0
0:00:00

0:28:48

0:57:36

1:26:24

1:55:12

アンカー張力(kgf)/最大水平変位(mm)
アンカー荷重2500-10
2:52:48

2:24:00

経過時間

図-6 斜め載荷における載荷荷重とアンカー荷重と水平変位

グラフ中の①から⑤は実験状況および目視観察で確あるＨ形鋼の浮きあがりにより、載荷荷重の保持が認された法面状況を整理したものである。これらは困難になった。④および⑤載荷荷重の反力追加作業

次のとおりである。

のため一時除荷した。なお、この実験の所要時間は①初期張力 18kgf。②1150kgf 辺りから目視でひび割

約 3 時間であった。

れが確認された（写真-2,E～G)。③剛性フレームで- 17 -

実験終了後の法面の変位は(1)に比べると小さく

10mm 程度である。ここで興味深いのは④および⑤

謝辞の除荷過程において、アンカー荷重も除荷に関係し工技術チームの土工実験棟の設備を用いてこれらのて一旦初期状態になる点である。②付近から巨視的実験を行うことができました。ここに記して謝意をな亀裂が法面に確認され変位も増加しているが、(1)表します。

土木研究所つくば中央研究所技術推進本部施の実験と異なり、斜め方向から変位を与えられた場
合には、盛土自体の圧縮が少ないことにより、アン

文 献

カー荷重の増減が起こる可能性があると考えられる。

1) (独)土木研究所･(社)日本アンカー協会(2008):グラウン②を除いては斜め方向からの載荷に対してはこのよ

ドアンカー維持管理マニュアル.

うに載荷荷重と変位とアンカー荷重計の値の変化は

2) Taishi ABE, Toshiya TAKESHI, Ryou NAKANO,

比較的に調和的であり、特にアンカー荷重計は載荷

Hisaki HAMAURA(2011):Report of Experiment of

荷重に対して敏感に反応している。

loading to ground anchor constructed slope model,
The 4th Japan-Korea joint symposium for landslidedisaster mitigation 2011,pp.130-135.

４．結論
アンカー荷重の計測結果から地すべりの安定性を

3) 中野亮・阿部大志・石田孝司・武士俊也・藤澤和範・検討するため、模擬アンカーを配置した盛土を造成

柴崎宜之(2012)：平面的な荷重分布を考慮したアンカ

し、鉛直方向と斜め方向の載荷装置を構築し基礎実ーの機能評価に関する検討, 第 51 回日本地すべり学験を行った。本実験の結果から以下のことが明らか

会研究発表会講演集, （社）日本地すべり学になった。

会,Vol.51,pp.43-44.

①載荷初期の段階では、荷重は増加しない。ただ

4) 野田稔久・中野亮・別府正顕・濱浦尚生・武士俊也・し、鉛直載荷および斜め載荷実験では、荷重と変位

阿部大志：グラウンドアンカーの荷重計による斜面診の関係は調和的である。

断技術(2012)：A technology of slope stability②斜め載荷実験の方が、与えた荷重に対して変位

evaluation with using of load cell, 2012
Korea-Japan Joint Symposium on Slope Stability,

量は少ない。
現時点では、実験は基礎段階であり、アンカー荷重計と変位の関係から地すべりの安定を明らかするところまでには至っていないが、今後の課題としては、次の２つがあげられる。①模擬アンカーが単独であったことと盛土幅が少なく、側方に変位が分散した可能性があるので盛土幅を延伸するか模擬アンカーを増やす検討が考えられる。②変位測定のインターバルを短くし、模擬アンカー荷重および載荷荷
重と変位の関係を整理することで盛土法面の変位とアンカー荷重の関係をより明らかにすることができる可能性がある。

- 18 -

韓国地盤防災研究団、土木研究所, pp.102-107.

平成 25 年度 公益社団法人日本地すべり学会関東支部 総会・シンポジウム・意見交換会
平成 25 年 5 月 10 日 東京大学（東京都文京区）

13 時 00 分～14 時 00 分
14 時 00 分～17 時 00 分

17 時 30 分～19 時 30 分

スケジュール
総会（武田先端知ホール）
シンポジウム（武田先端知ホール）＊一般に公開意見交換会（山上会館）

会場案内図

千代田線根津駅

武田先端知ホール

大江戸線本郷三丁目駅
南北線東大前駅

山上会館

平成 25 年度 公益社団法人日本地すべり学会関東支部 シンポジウム- 斜面災害とモデル実験 -平成 25 年 5 月 10 日発行
発行者：公益社団法人日本地すべり学会関東支部（支部長：落合博貴）〒105 -0004 東京都港区新橋 5-26 -8 新橋加藤ビル
公益社団法人日本地すべり学会事務局内
TEL：03 - 3432 - 1878 FAX：03 - 5408 - 5250

Kanto branch

平成 25 年度 公益社団法人日本地すべり学会関東支部シンポジウム-

斜面災害とモデル実験 -平成 25 年 5 月 10 日 公益社団法人日本地すべり学会関東支部発行