技術資料

密度検層・速度検層データに基づく周氷河性斜面堆積物の地質工学的性質
吉野 恒平

坂本 尚弘

川又 基人

倉橋 稔幸

物の値と比較した。またその結果を基に、周氷河性斜

１．はじめに面堆積物の地質工学的特徴と地すべり性崩壊の素因に北海道では、最終氷期に岩盤が凍結融解を繰り返すついて考察した。

1）

ことによって形成された緩斜面が広く分布する 。こ
れらの斜面は周氷河斜面と呼ばれており、角礫まじり

２．調査方法の未固結砂層（周氷河性斜面堆積物）から構成されることが多い2），3）。

２．１

調査地域の概要

近年の地球温暖化の影響によって全国的に大雨の発

本調査箇所はオションナイ山の東麓に位置する6）。

生頻度が増加しているが4）、北海道ではこれまで被災

その南北では、最終氷期海成段丘と推定される段丘がすることが少なかった周氷河斜面においても斜面災害

広く分布し、海に向かって傾斜する周氷河斜面が発達が発生している。例えば、2014年8月24日に北海道北部する。ここではドレライトを基盤として、海成段丘堆を襲った豪雨により、礼文島北部高山の周氷河斜面分積物の上位に非常に厚い周氷河性斜面堆積物が分布す

布域内に位置する民家の裏において斜面崩壊が発生し、る。

5），6），7）。

地すべり性崩壊は2014年8月24日の豪雨によって発石丸ら によれば、この斜面崩壊は地すべり性崩壊と生した（図－1）。礼文島北部のアメダス観測所（香されている。今後、同様の被害を出さないためにも、深）のデータによれば、崩壊発生時前後の降水は8月

これらの斜面災害に対して適切な防災対策の確立が求

22日23時から24日14時まで1日半かけて、次第に降水められる。

量を高めていったとされる8）。これにより、周氷河斜2名の尊い人命が失われ、1名の負傷者が出た
8）

そのためには、周氷河性斜面堆積物の崩壊メカニズ面末端で深さ約4mの地すべり性崩壊が発生し、家屋ムを解明する必要がある。まず、堆積物の地質工学的が押しつぶされ、2名死亡、1名重傷の被害が出た。こ性質を明らかにし弱層となる部分を示すことが、そのの崩壊では、周氷河性斜面堆積物最下部の粘性土層がヒントになり得ると考えられる。例えば国外の文献で遮水層となり、上位の角礫まじりの砂層が水の供給には周氷河性斜面堆積物に対して、速度検層（以下PS検より飽和状態になり、液状化して流動化したと推測さ層）等の結果から弾性定数を算出し、P波速度（Vp）

れる6）。崩壊土砂量は、崩壊源の形状から700〜800m3及びS波速度（Vs）に基づき、定量的に硬さが示されと見積もられている7）。ている9）。しかしながら、国内においては、周氷河性斜面堆積物と認識した上で、PS検層を実施した研究例はほとんどない。また、国内の周氷河性斜面堆積物は沖積層の崖錐堆積物と記載されることが多い。両者の地質工学的性質も差異はその有無を含めて明らかとされていない。
そこで本技術資料では、礼文島北部の高山の地すべり性崩壊発生個所（以降、「本調査箇所」という）において、周氷河性斜面堆積物を対象にキャリパー検層、密度検層、PS検層を実施し、その上で、密度値、Vp及びVsを算出し、ポアソン比（ν）、剛性率（Gd）、ヤング率（Ed）を求めた。さらに、Vpについて既存文献における沖積層の崖錐堆積物及び周氷河性斜面堆積
寒地土木研究所月報№859

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図－1

礼文島北部高山で発生した地すべり性崩壊（2014年8月25日撮影）5）39キャリパー検層と密度検層では、測定器はジオロガ
ーDSS MODEL-3420（応用地質株式会社）を用いた。
まず、アーム付きのキャリパー検層ゾンデ（MODEL3973、応用地質株式会社）を孔内に挿入し、深度0.00〜23.00mにかけて5cm間隔で孔径変化を記録した。測定時の引き上げ速度は毎分5m程度とした。
次に、60Coを線源とした密度計測ゾンデ（MODEL3471A、応用地質株式会社）をボーリング孔に挿入した。毎分3m以下の速度で巻き上げながら、深度0.00〜23.00mにかけて5cm間隔で、ガンマー線の1秒間ごEarthstar Geographicsとのカウント数（以下、CPS値）として連続測定を行った。
さらに、PS検層をダウンホール法で実施した。測Maxar

図－2

礼文島北部高山における調査位置（ArcGIS Proを用いて作成）

定器はGeoSEIS-24（ジオファイブ）を用いた。
測定孔口より数m離れた地表面に設置した杭を木槌で垂直に打撃することにより、P波を発生させた。ただし、一回の起震では工事振動や交通振動等の雑動に2021年に地方独立行政法人北海道立総合研究機構エ

比べて信号のエネルギーが不足していると判断される

ネルギー・環境・地質研究所によって、本調査箇所背場合には、複数回の起震をおこない、それらを加算後の緩斜面（図－2）においてボーリング調査が実施（スタッキング処理）した。

8）された 。ボーリングの掘削径はφ86mmで、深度0.00

また、S波を板たたき法により発生させた。測定孔〜0.05mに表土、深度0.05〜18.90mに周氷河性斜面堆口より数m離した地表面に板（長さ1.4m、幅0.5m程積物、18.90〜21.40mに周氷河性斜面堆積物と段丘堆度）をスパイクで打設し、板に荷重をかけることによ積物、深度21.40〜23.48mに基盤岩のドレライトが確り地面と板との圧着度を高めた。その上で板の両端を認された。周氷河性斜面堆積物と段丘堆積物は指交関交互に木槌で水平に打撃した。S波の場合も複数回の係であった。周氷河性斜面堆積物は砂層と礫層を主体起震をおこない、P波と同様にスタッキング処理した。とし、しばしば薄いシルトを挟在する。基質は粗粒砂

孔中受振器は上下1成分、直交する水平2成分の3成から粘土まで混在し、淘汰は悪い。また、周氷河性斜分内蔵のボアホールピックBHG-2、コントローラ面堆積物下部2.7mは砂～シルトの基質が多くなる。

BHGC-1（共にGEOSTAFF）を用いた。孔中受振器

加えて、本地域では地中レーダー探査も行われておを深度0.00〜23.00mにかけて1.00m間隔でゴムパッカり、堆積物中には下方の高まりを次々と乗り上げていーにより孔壁に圧着固定し、各測定深度において受振8）くような凸型構造が確認されている 。これらは氷河した。

期における季節的融解期の凍土の融解に伴う飽和土の塑性変形により形成されたローブ（舌状の高まり）の２．３可能性があるとされている。

２．３．１

物性値の算出方法
密度値（g/cm3）の算出方法

密度検層のデータを解析するに当たって、事前に校２．２

検層方法正試験を行った。その上で、現地計測した孔径とCPS2021年11月10日にエネルギー・環境・地質研究所が値から密度値（g/cm3）に変換した。その変換式を式掘削したボーリング孔においてキャリパー検層、密度（1）に示す。式（1）に基づいて孔径と測定したカウ

検層、PS検層を実施した（図－2）。深度0.00〜21.40

ント数から、深度0.00〜23.00mにかけて5cm間隔で密mの区間は未固結堆積物であり、検層時に孔壁が崩壊度値を算出した。

する恐れがあった。そのため、ボーリング孔に長さ23.67mの塩ビ管（内径67mm）を挿入し、孔全体を保孔した状態で各検層を行った。また、検層を実施したとき（1）  ᐦᗘ್の地下水位は深度9.60mであった。
40

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NAした。

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３．計測結果

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３．１

ᐦᗘ 1.0㸦Ỉ㸧୰ࡢ࢝࢘ࣥࢺᩘB物 10）や国外の周氷河性斜面堆積物 9）のVp値とを比較ᰯṇ᭤⥺ࡢഴࡁ㸦ᑐᩘᐦᗘཬࡧᑐᩘ࢝࢘ࣥࢺᩘࡢ

検層結果と低速度区間の層相

まず、孔径は全体を通して67.3〜68.0mmと大きな変化は見られなかった（図－3）。これは塩ビ管を挿入໙㓄㸧した状態でキャリパー検層を実施したためである。
次に、式（1）を用いて、密度値を算出した結果、

２．３．２ Vp・Vsの算出方法
次項で各種物性値を求めるために、VpとVsを算出し全測定値は1.15〜2.89g/cm3の範囲にあった。また、た。PS検層データを解析する際、起震点で発生したそのうち深度0.05〜18.90mの周氷河性斜面堆積物中で波動が伝播して受振点に到達するまでの時間を記録かは1.17〜2.12g/cm3を示し、値の増減が確認された。

ら読み取った。波動の到達時間については、P波およ

詳しくは深度1.25〜1.30mでは1.21g/cm 3、深度5.50m

びS波と推定される波の立ち上がり時を読み取って決では1.94g/cm3、深度9.75〜9.90mでは1.17g/cm 3、深定した。その上で、受振点深度を縦軸に初動到達時間

度13.80〜13.85mでは2.12g/cm3、深度16.95〜17.00mでを横軸にとってプロットすることによって、走時曲線は1.76g/cm3、17.00m以深では小さな増減を繰り返し、を作成し、その上で各区間深度のVpとVsを算出した。

18.50mから増加傾向となり、最下位の23.00mの基盤岩２．３．３中で最大値である2.89g/cm3を示した。

ν・Gd・Edの算出方法

式（1）を用いて各層準の密度値を算出した上で、各さらに、深度0.00〜23.00mにかけてのPS検層の走時区間深度における平均密度（ρ）を求めた。次の各式に曲線を図－4に示す。曲線の傾きの変化から8区間に区よりポアソン比（ν）、剛性率（Gd）、ヤング率（Ed）分され、Vpは320〜2,240m/s、Vsは170〜1,010m/sでをそれぞれ算出した。

あった。主に周氷河性斜面堆積物に相当する深度2.00〜18.90mでは、Vpは460〜1,520m/s、Vsは230〜460m/sであった。大局的には深度が深くなるにつれて速（2）度が速くなる傾向を示すものの、VpとVsが遅くなる区間が確認された。深度8.00〜13.30mではVpは650（3）（4）m/s、Vsは310m/sとなり、深度16.50〜18.90mではVpは1,420m/s、Vsは360m/sとなった。それらの区間内に密度値が低い層が存在した。
速度が遅くなる区間は、深度8.00〜13.30mで、その周氷河性斜面堆積物の地質工学的性質の検討

層相は細砂～粗礫から構成される砂礫層であり、時々周氷河性斜面堆積物は外見上の特徴から、沖積層のシルトを含む。また、深度9.97mには層厚0.01mの砂混崖錐堆積物と記載されることがある。しかしながら、じりのシルト層が確認された。深度16.50〜18.90mの層

周氷河性斜面堆積物の堆積した年代や過程は沖積層の相については、砂質シルト～粗礫から構成される。深

崖錐堆積物と異なることから、周氷河性斜面堆積物と度17.79mには層厚0.07mの砂質シルト層が確認された。

２．４

沖積層の崖錐堆積物との間では地質工学的性質も異なる可能性が示唆される。また、Vpは地盤を構成する３．２

周氷河性斜面堆積物のν・Gd・Ed

土質自体の鉱物組成や粒子構成、粒子の固結度、空隙走時曲線の傾きから区分した7区間において、それ率、風化・変質状況、地盤全体の割れ目状況、地圧ぞれ平均密度（ρ）を求めた結果、1.46〜2.77を示した。

（周圧）状況を反映すると考えられている。

それらの値を基に、ポアソン比（ν）、剛性率（Gd）以上のことから、周氷河性斜面堆積物と崖錐堆積物およびヤング率（Ed）を算出した結果を図－5に示す。

を含む沖積層との間ではVpに差異が生じると予想さ

図－5に示すように、νは0.333〜0.466の値を示し、れる。本技術資料では、礼文島北部高山における周氷

深度2.00〜4.00mでは最も低い値、深度16.50〜18.90m

河性斜面堆積物のVpと既存研究の沖積層の崖錐堆積では最も高い値を確認した。

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図－3キャリパー検層・密度検層結果

図－442

PS検層走時曲線

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図－5

PS検層結果と各種物性値

Gdについては、77.2〜2,830MN/m2の値をとり、周これらの値について飽和の有無により評価を試みた。

氷河性斜面堆積物に相当する深度2.00〜18.90mでは大このうち深度18.90〜21.60mでは、周氷河性斜面堆積局的には深度が深くなるにつれて大きくなる傾向を示物と段丘堆積物が存在するために評価から除外した。

2

し、深度2.00〜18.90mでは77.2〜419MN/m 、下部が2各深度の評価にあたり地下水位は深度9.60mであるこ

風化した基盤岩の深度18.90〜21.60mでは830MN/m 、とを考慮すると、深度2.00〜4.00mと深度4.00〜8.00

2mは不飽和状態で、深度13.30〜16.50mと深度16.50〜の値をそれぞれ示した。しかしながら、深度8.00〜13.30

18.90mは含水状態であったと考えられる。ただし、mと深度16.50〜18.90mでは上位区間よりも値が小さ

深度8.00〜13.30mでは、地下水位よりも上位では不飽基盤岩に相当する深度21.60〜23.00mでは2,830MN/mくなることが確認された。
Edについては、206〜7,760MN/m2の値を示した。このうち周氷河性斜面堆積物に相当する深度2.00〜18.90mでは206〜1,210MN/m2であった。また、深度2.00〜18.90mのEdについては、大局的には深度が深くなるにつれて値が大きくなる傾向を示すとともに、深度8.00〜13.30mと深度16.50〜18.90mでは上位区間よりも値が小さくなった。さらに下部が風化した基盤岩である
深度18.90〜21.60mでは2,380MN/m2、基盤岩に相当する深度21.60〜23.00mでは7,760MN/m2をそれぞれ示した。
４．考察
４．１

P波速度に基づく周氷河性斜面堆積物の特徴

周氷河性斜面堆積物のVpは460〜1,830m/sであり、
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崖錐堆積物及び国外の周氷河性斜面堆積物（既存研究9），10））と本調査箇所の周氷河性斜面堆積物（本技術資料）とのP波速度の比較

43和状態、下位では含水状態であるため、本検討から除程と整合する。

外した。以上のことから、本調査箇所においては、不飽和状態の周氷河性斜面堆積物のVpは460〜930m/s、５．まとめ含水状態の周氷河性斜面堆積物のVpは1,420〜1,520m/sとした（図－6）。

本技術資料は以下のようにまとめられる。

ここで不飽和状態の周氷河性斜面堆積物のVpは崖▪

周氷河性斜面堆積物の密度値は1.17〜2.12g/cm 3錐堆積物の速度範囲と重なるものの、最大速度と最小を示した。加えて、VpとVsの速度区間毎にρを得速度はともに小かった。また、本調査で得られた周氷ることができた。

河性斜面堆積物のVpの速度範囲は崖錐堆積物のもの

10）▪

果が得られた。このことは、周氷河性斜面堆積物と沖PS検層の結果から、周氷河性斜面堆積物のVpは460〜1,520m/s、Vsは230〜460m/sであった。

よりも、最大速度と最小速度はともに小さいという結▪

周氷河性斜面堆積物のνは0.333〜0.466、Gdは77.2

積層の崖錐堆積物は外見上類似するものの、堆積年代〜419MN/m2、Edは206〜1,210MN/m2を示した。と形成過程が異なると共に地質工学的性質も異なる可ρ、G d、E dについては、深度8.00〜13.30mと深度能性が示唆される。現状では、周氷河性斜面堆積物の16.50〜18.90mでは、上位区間より各物性値は小データは礼文島北部高山のみであり、他地域の周氷河さかった。

性斜面堆積物のVpの計測結果も比較、分析する必要

▪

がある。

周氷河性斜面堆積物と既存研究による沖積層のそれぞれのVpを比較した結果、不飽和状態の周氷

次に、本調査箇所の周氷河性斜面堆積物のVpを国河性斜面堆積物のVpの速度範囲は、外見上類似外の周氷河性斜面堆積物のVpと比較した（図－6）。

する崖錐堆積物のVpの速度範囲よりも小さかっ

その結果、本調査箇所の不飽和状態の周氷河性斜面堆た。このことは、両者の地質工学的性質がそれぞ積物のVpは国外の不飽和状態の砂と礫の速度範囲れ異なる可能性を示唆する。に、含水状態の周氷河性斜面堆積物のVpは国外の含▪

水状態の砂の速度範囲にそれぞれ収まった。Vpの速度範囲が重なったことから、国内外において周氷河性

本調査箇所の周氷河性斜面堆積物のVpは国外の周氷河性斜面堆積物の値の範囲に収まった。

▪

深度8.00〜13.30mと深度16.50〜18.90mは上位より斜面堆積物の地質工学的性質の差異は小さい可能性が変形しやすく軟らかい区間であり、遮水層となりあることが示唆される。

得るシルト層が確認された。これらのことは、既存研究に示される本調査箇所における地すべり性

４．２崩壊の発生過程と整合する。

周氷河性斜面堆積物の層相と崩壊の素因

本調査箇所における崩壊原因のうち地質的素因について考察する。深度0.05〜18.90m区間の周氷河性斜面

謝辞：本技術資料を執筆する上で、地方独立行政法人堆積物を成す砂礫堆積物では、深度が深くなるにつれ北海道立総合研究機構産業技術環境研究本部エネルギて、大局的にはρ、Gd、Edが大きくなる傾向を示した

ー・環境・地質研究所には現地調査を行う上でご助力（図－5）。しかしながら、深度8.00〜13.30mと深度16.50いただいたことに加えて、ボーリング調査結果を提供〜18.90mでは、上位区間よりも小さくなることから、していただいた。ここに厚く御礼申し上げます。

相対的に密度が小さい上に変形しやすく軟らかい区間であるといえる。こうした区間は砂礫層が水を含むこ

参考文献とで弱層となりやすいかもしれない。また、深度8.00〜13.30mと深度16.50〜18.90mにおいてシルト層が挟1） 小疇 尚、野上道男、小野有五、平川一臣（編）：在することが確認された。既存研究において、本地域

日本の地形2での地すべり性崩壊では周氷河性斜面堆積物最下部の148、2003．

北海道、東京大学出版会、pp.147-

粘性土層が遮水層となったものと推測されており 、

2） 小泉武栄：日本における周氷河性平滑斜面の研究、確認されたシルト層がそれに相当するのかもしれな

地理学評論、第65巻、第2号、pp.132-142、1992.

い。以上のことから、本調査で得られたボーリングコ3） 吉野恒平、坂本尚弘、倉橋稔幸、日外勝仁：化石

ア資料の岩相、ρ、Gd、Edとこれらから示唆されること

周氷河性斜面における表層崩壊と土石流の発生過6）は、既存研究446），8）における地すべり性崩壊の発生過程の分析、寒地土木研究所月報、No.817、pp.27寒地土木研究所月報№859

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33、2021．

8） 石丸

4） 気象庁：気候変動監視レポート 2021、pp.55-58、2021．

聡、仁科健二、加瀬喜洋、小安浩理、高見雅三、輿水健一、雨宮和夫：礼文島の大雨による斜面崩壊と発生場の特徴 ―2014年，2020年災害

5） 伊東佳彦：2014年8月礼文・稚内斜面災害の初動の事例より―、令和4年度（公社）日本地すべり調査、寒地土木研究所月報、No.746、pp.53-60、

学会北海道支部・北海道地すべり学会特別講演お2015．

よび研究発表会予稿集、pp.13-16、2022．

6） 石田博英、雨宮和夫、井出寛：2014年8月礼文9 ） Griffiths, J. S. and Martin, C.J.（Eds.）:

島の斜面災害の地形・地質条件 ―高山地区ほか

Engineering Geology and Geomorphology of―、平成27年度（公社）日本地すべり学会北海道

Glaciated and Periglaciated Terrains Engineering

支部・北海道地すべり学会特別講演および研究発Group Working Party Report, Geological Society,

表会予稿集、pp.29-32、2015．

London, Engineering Geology Special Publications,7） 石丸聡、渡邊達也：礼文・稚内の豪雨斜面災害調査報告 ―北海道立総合研究機構地質研究所にNo.28, pp.761-763, 2017.
10）物理探査学会（編）：新版

物理探査適用の手引よる調査の概要―、寒地土木研究所月報、No.747、

き ―土木物理探査マニュアル2008―、物理探査

pp.38-46、2015．

学会、p.53、2008．

吉野 恒平
YOSHINO Kohei

坂本 尚弘
SAKAMOTO Naohiro

川又 基人
KAWAMATA Moto

倉橋 稔幸
KURAHASHI Toshiyuki

寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
防災地質チーム
研究員
博士（理学）

寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
防災地質チーム
研究員

寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
防災地質チーム
研究員
博士
（理学）

寒地土木研究所
地質研究監
寒地基礎技術研究グループ
防災地質チーム
上席研究員併任
技術士（応用理学）

寒地土木研究所月報№859

2024年７月 45