融雪期の道路盛土内水位推定のための簡易な浸透流解析手法の提案
盛土

融雪水

浸透流解析

１．はじめに土木研究所寒地土木研究所
上正会員

山木同

上正会員

林正彦
宏親

水位計（盛土内）
G.L.-4.40m

柱 状 図 凡 例

土 層 凡 例

盛 土
粘 土
シ ル ト
礫 （混じり）
有機質
火山灰質粘性土

積雪寒冷地である北海道では融雪期に通行止めを伴う道655

た対策工の選定や，今後の道路盛土の維持管理に関して検○御厩敷公平

同

標高(m)
660

路盛土の変状が発生している．急激な融雪水が盛土の不安定化の一因となることが想定され，融雪水の影響を踏まえ

正会員

G.L.0m

間隙水圧計
G.L.-4.40m

Bk

盛土層
崖錐堆積物
dt
An-w2 風化変質安山岩層

標高(m)
660

655

水位計（盛土内）
G.L.-2.20mG.L.0m
G.L.0m

Bkdt

650

650

An-w2
G.L.-1.30m
645

G.L.-2.20m
G.L.-2.30m

G.L.-1.70m

645

G.L.-4.50m

討する必要性がある．筆者らは，北海道の既設の道路盛土
G.L.-5.50m

において実施した融雪期の道路盛土内地下水位の現地計測

640-35-25-30

結果を基に，融雪水を考慮した簡易な浸透流解析手法につ-20

図-１-15-10-50
距離(m)5101520640

土層断面図および計測機器設置箇所いて検討している．既往研究 1)では，2020 年の融雪期における現地計測結果と検討中の手法による再現解析結果（以下ケース 20）が概ね良い一致を示していた．本報では，検2021/3/3に最大積雪深262cm

2020/3/8の積雪深169cm

2020/3/6に最大積雪深174cm

2021/3/23の積雪深202cm

討中の浸透流解析手法の妥当性の確認を目的とし，既往研
究 1)と同じ計測断面において 2021 年の融雪期における再2020/3/8～3/10に一時的な気温上昇現解析（以下ケース 21）を行った結果について報告する．

2020/3/19に日平均気温が【－】から【＋】に2021/3/23に日平均気温が【－】から【＋】に

気温上昇に伴い2020/3/20に水位上昇

気温上昇に伴い2021/3/23から水位上昇

２．現地計測結果
現地計測および解析箇所は 2019 年 12 月から計測を行っている北海道内の既設道路盛土の横断面である（図-１）．

気温上昇に伴い2020/3/14に水位上昇

図-２に示す近傍の道路 TM から取得した気象観測データ：盛土のり肩水位：盛土中腹水位

盛土中腹設置標高G.H.=647.20m（降水量，積雪深，日平均気温）と地下水位の経時変化よ
図-２

り，日平均気温が連続して－（マイナス）の気温の間は積して安定的な＋の気温とならない場合には，地下水位は上昇しないと考えられる．よって，後述する浸透流解析の条件として，初期水位の設定や降雨強度算出に必要な積雪深値は，近傍の道路 TM の日平均気温が＋となり地下水位が上昇する日の 0 時時点の値を参照した．

0.17mm/day

Bk

650645浸出640

初期水位

2020-21の最大水位:2021/3/29 18:00時点

dt635
630
625

An-w2

-45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5３．融雪期の道路盛土内水位推定手法と浸透流解析条件

05
距離(m)

上記の計測結果を基に解析モデルを構築し，有限要素法

図-３

ケース 21 の解析モデルによる 2 次元定常浸透流解析を行った．浸透流解析におけ

表-１

解析に用いた土質定数

る降雨強度の設定について，融雪量推定手法は水文調査の一環として直接的に各種計測機器で得たデータに基づいて透水係数k

本解析で設定した解析モデルを図-３に，解析に用いた

1520室内透水試験結果(m/s)

解析に用いた値
(m/s)

比貯留係数
Ss(l/m)

不飽和
浸透特性

Bk

2.1E-08

2.1E-07

1.0E-03

粘性土dt

1.0E-08

1.0E-08

1.0E-03

粘性土

An-w2-

1.0E-09

1.0E-03

粘性土がいくつか提案されているが，本検討では，現地の地下水易に降雨強度を算出する手法について検討を行っている．

10

土質定数推定する手法と，既往の気象資料を活用して推定する手法
位計測結果と計測箇所近傍の気象観測データを使用し，簡0.96mm/day（dt層）ことから，融雪が確認されたとしても，日平均気温が連続

655

不透水に，積雪深の低下に伴う地下水位の上昇が確認されている

地下水位計測箇所

浸出

均気温が連続して＋（プラス）の気温となった日付近を境

標高(m)
660

不透水

雪深の低下に伴う地下水位の大きな変化は見られず，日平

現地計測結果

土質定数を表-１に示す．解析モデルの範囲は，山側は道路排水までとし，谷側は河川までとした．透水係数は盛土層（Bk），崖錐堆積物層（dt）ともに室内透水試験の結果を基に設定しているが，一般に，室内透水試験から得られる透水係数は，現場透水試験から得られる透水係数よりも 1 オーダー程度低くなる傾向がある 2)と報じられている．また，既往研究 1)における透水係数を変化させた解析において，計測水位と解析水位が良い一致を示した条件を参考に，本検Proposal of a simple seepage flow analysis method for estimating theKohei Onmayashiki,Masahiko Yamaki,Hirochika Hayashi,

water level in the road embankment during the snowmelt period.

(Civil Engineering Research Institute for Cold Region)

a

討では盛土層は室内透水試験結果を入力値とし，崖錐堆積物層は室内透水試験結果を 10 倍した値を入力値とした．ボb

モデル化した範囲の斜面長
L2 = f+g+h+ihg

ーリングコアの観察より，基盤層（An-w2）は崖錐堆積物層よりも固結度が高く透水性が低いと想定されたため，dtc

背面地山の斜面長
L1 = a+b+c+d+edi

層の透水係数から 1 オーダー下げた値を入力値とした．まfe

た，各土層の比貯留係数と不飽和透水特性は，河川堤防の構造検討の手引き（改訂版）3) に示されている土質ごとの解析でモデル化した範囲一般値および関係図から設定した．

図-４

浸透流解析における水理境界条件として，融雪水は地表表-２面部だけでなく検討断面の山側の集水域から dt 層を通じて供給されると想定した．当該モデルは 2 次元平面モデルの断面の山頂から河川までの斜面長と解析でモデル化した範囲の斜面長の比から算出した（図-４参照）．既往研究 1)において，背面地山の斜面長（L1）＝243.4m，解析断面の斜面長（L2）＝39.9m，斜面長の合計（L1+L2）=283.3m に対し，降雨強度の合計を 1.00mm/day とし，山側側面部と地表面部には斜面長の長さの比（山側側面部：地表面部＝L1/(L1+L2)：L2/(L1+L2)）を基に配分したケースで解析水

降雨強度算出に用いた斜面長と積雪深値
背面地山の斜面長L1(m)ため，山側側面部と地表面部に付与する降雨強度は，検討
基準ケース
ケース20
ケース21

243.4
252.35252.35

標高(m)
660

39.9
44.9
44.9

283.3
297.25297.25

188
169
202

降雨強度の合計(mm/day)

1.000.95
1.13

地下水位計測箇所

650
解析水位645

また，日平均気温が＋になった（初期水位を設定した）日

635の積雪深が 188cm であったため，斜面長の合計（L1+L2）

630=283.3m で積雪深が 188cm の場合の降雨強度の合計が625

計測水位[kN/m2 ]
-20.0
0.0
20.0

1.00mm/day となる．そこで，上記の考えを基に本検討断面-45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20
距離(m)の斜面長と，日平均気温が＋になった日の積雪深から降雨
４．浸透流解析結果と考察

解析断面の
日平均気温が斜面長斜面長の合計 ＋になった日
L2の積雪深
L1+L2(cm)(m)
(m)

655

位と計測水位（融雪期の最大の地下水位）が概ね一致した． 640

強度を算出した（図-３，表-２参照）．

斜面長算出のイメージａ) ケース 20

40.0
60.0
80.0
100.0

標高(m)
660

120.0

地下水位計測箇所

140.0

図-５は融雪期の再現解析の結果と計測水位の比較を示し

655

160.0ている．どちらのケースにおいても，地下水位を計測して650180.0いる 2 箇所の水位は概ね一致したものの，ケース 20 は解析645

水位が計測水位を若干下回る結果となり，ケース 21 は解析

640水位が計測水位を上回る結果となった．この原因として解析対象とした 2 シーズンの積雪深と計測水位の関係が考えられる．2021 年は 2020 年よりも最大積雪深が 90cm 程度，日平均気温が＋になった日の積雪深が 30cm 程度大きく，盛土のり面での水位は 2020 年と比べて高い水位が継続していたものの，融雪期の最大の計測水位に大きな差は見られ

解析水位
計測水位

200.0
220.0
240.0
260.0

635

280.0

630

300.0

625

320.0

-45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20
距離(m)ｂ) ケース 21
図-５

浸透流解析結果（間隙水圧分布）なかった（図-２参照）．表-２に示す通りケース 21 の降雨強度はケース 20 の 1.2 倍であったが，計測水位の増加量が微量であったため，解析水位が計測水位を上回る結果となったと考えられる．また，積雪が多かったにも関わらず計測水位の増加量が微量であった原因として，現地計測箇所においてのり面部にはトラフが設置してあるため，のり肩水位が概ね一致している一方で，のり面での水位は計測水位を上回る解析結果となったと考えられる．本検討では盛土層は室内透水試験結果を入力値とし，崖錐堆積物層は室内透水試験結果を 10 倍した値を入力値としたが，解析に用いる透水係数は現場透水試験結果から設定することが望ましく，室内透水試験を用いる際は，地下水位の現地計測データを基に予め再現解析を行い，透水係数を決定することでより精度よく融雪期の盛土内水位の推定が可能になると考える．
５．まとめ
道路盛土における融雪水を考慮した簡易な浸透流解析手法の妥当性の検討を目的とし，現地計測を実施している既設の道路盛土を対象に融雪期の再現解析を実施した．計測を行った期間の融雪期の最大の地下水位を概ね再現できたことから，現地の地下水位計測結果と計測箇所近傍の気象観測データを使用し，本解析手法による融雪期の道路盛土内地下水位が推定可能と言える．今後は，融雪水の影響を考慮した対策工について検討を進める予定である．
【参考文献】1) 御厩敷公平，畠山乃，山木正彦：融雪水を考慮した簡易な浸透流解析手法の一検討，地盤工学会北海道支部技術報告集，No.61，pp.275-282，2021. 2) 小高猛司ら：現地不撹乱堤体土の透水性の評価，地盤工学研究発表会，No.53，pp.1059-1060，2018. 3) （財）国土技術研究センター：河川堤防の構造検討の手引き（改訂版），2012.