土木学会論文集B1(水工学) Vol.77, No.2, I_121-I_126, 2021.

堤防基盤脆弱性指標 tb* と地形，土質構成に基づく堤防のり先での漏水形態の推定法
佐藤
1正会員

工博

豊1・福岡捷二2

株式会社 キタック（〒950-0965 新潟県新潟市中央区新光町10番地2）
E-mail:satoh_yt@kitac.co.jp (Corresponding Author)

2フェロー

中央大学研究開発機構（〒112-8551 東京都文京区春日1-13-27）
E-mail:sfuku@tamacc.chuo-u.ac.jp

本研究は，千曲川，梯川堤防で発生している堤防基盤漏水について，堤防基盤脆弱性指標 tb* と堤防裏
法先の土質特性を用いて検討した．漏水発生範囲は，裏法付近の水の集中度を表す tb* が， tb* = 0.30～
1.40 ，噴砂発生範囲は tb* = 1.40 以上で，裏法尻付近の基礎地盤土質の層厚，粒径特性に応じて漏水，噴砂が発生することを示した． tb* = 0.30 より小さい値の範囲では，広域地下水型，常襲型の漏水発生が見られ，これらは tb* と地形，裏法先での土質特性から漏水形態を区分できることを示した．さらに，堤防
弱点箇所の抽出のために，堤防脆弱性指標 t* と堤防基盤脆弱性指標 tb* の関係図を作成することで，堤体漏水，基盤漏水またはその両方が一緒になった漏水による弱点箇所であるかを判定できることを示した．

Key Words: foundation vulnerability index tb* , levee vulnerability index t* , soil characteristics oflevee foundation ground ,landform classification

１．はじめに

２．堤防基盤脆弱性指標 tb* の考え方

堤防裏法先への水の浸透集中による浸透破壊の危険性
堤防の浸透に対する弱点箇所の抽出手法として福岡
1)を評価する堤防脆弱性指標 t* は，浸透流の支配方程式
ら によって導かれた堤防脆弱性指標 t* は，堤体に浸透の Richards 式を無次元化して導かれた唯一の無次元浸透
した河川水が横断水面勾配を形成し，裏法尻に向い水の流ナンバー SFn から，堤防脆弱性指標 t* を導き，模型集中により堤防裏法尻の泥濘化を促進し，漏水形態を判定し，堤防破壊の可能性を示す指標である．この指標は， 実験や現地堤防の被災箇所に適用することによって，堤また，現地堤防と模型堤防について浸透流の力学的相似
防損傷の程度を与える t* の値の範囲が決められ，堤防条件を与え，模型を用いて堤防の破壊検討に用いること
危険箇所の推定に使われている 1)．
ができる．これに対して，堤防基盤の漏水による破壊事Richards 式で体積含水率を飽和度と間隙率で表現する例も見られるが，基礎地盤の複雑さなどから力学的指標と式(1)が導かれる．
については明らかにされていない．
𝜕ℎ
𝜕
𝜕ℎ
𝜕
𝜕ℎ
𝜕
1 𝜕𝜌𝜆𝑆𝑟
𝑘
𝑘
𝑘
0
(1)
𝜕𝑦 𝜕𝑦
𝜕𝑧 𝜕𝑧
𝜕𝑥 𝜕𝑥
𝜌 𝜕𝑡
本研究では，堤防基盤からの漏水，噴砂を判断する力
学指標 tb* を堤防脆弱性指標 t* に準じて導き，千曲川，
ここに，Sr：飽和度，λ：間隙率，k：透水係数，h：
全水頭（ =Ψ+z ），Ψ：圧力水頭，z：位置水頭である．
梯川堤防の基盤漏水，噴砂データに対し，堤防基盤脆弱
福岡ら 1)は，現象を支配する基礎方程式を無次元化し，性指標 tb* がどのような範囲の値をとるか，堤防裏法尻付近の層厚や砂層の粒度特性等の土質特性との関係はど
無次元基礎方程式が原型と模型で同じとなるとき，両者
うかについて検討した．さらに，堤防の破壊には，堤体の間に力学的相似条件が成立することに着目し，式(1)
浸透と基礎地盤浸透の両者の脆弱性が関係している場合の各変数を，式(2)の代表値を用いて無次元化し，式(3)が多いことから，本文では浸透による堤防被災形態と
を導いた．
𝜌
𝑆𝑟
𝜆
ℎ
t* ，tb* の関連性も検討する．
𝜌′
，𝑆𝑟 ′
，𝜆′
，ℎ′
𝑡′

I_121

𝜌0
𝑡
，𝑘 ′
𝑇0

𝑆𝑟0
𝑘
，𝑥 ′
𝑘0

𝜆0
𝑥
，𝑦 ′
𝐿0

𝐻0
𝑦
，𝑧′
𝐿0

𝑧
𝐿0

(2)

1 𝜕𝜌′𝜆′𝑆𝑟 ′𝜌′ 𝜕𝑡′

３．堤防基盤脆弱性指標 tb*と地形，表層土質特性と漏水形態の関係

1 𝑘0 𝐻0 𝑇0
𝑆𝑟𝑜 𝜆0 𝐿0 2

𝜕
𝜕ℎ′
𝑘′
𝜕𝑥′
𝜕𝑥′

𝜕
𝜕ℎ′
𝑘′
𝜕𝑦′
𝜕𝑦′

𝜕
𝜕ℎ′
𝑘′
𝜕𝑧′
𝜕𝑧′

(3)
0

千曲川では，図-2 に示すように千曲川扇状地から戸狩狭窄部までの約 72 km 区間で，約 80 箇所の漏水が発生している．このうち，地質データが把握されている無ここに，’ は無次元量であり，下付き 0 の量は各代表
被害箇所と漏水，噴砂発生箇所について堤防基盤脆弱性量である．式(3)の第 2 項の無次元数が原型と模型で同一の値を持つとき，両者は同一の方程式となることから， 指標 tb* を求めた．図-3 には，代表箇所の地質断面図から堤防裏法尻付近の土質構成を 4 区分し (図-4 )，河浸透流の力学相似条件で示す重要な量として，式(4)を
川流下方向に tb* をプロットした．同図には地形と漏水
導き，浸透流ナンバーSFn と呼んだ．
1 𝑘0 𝐻0 𝑇0
形態との関係性を把握するため，狭窄部，盆地，扇状地
𝑆𝐹𝑛(4)
𝑆𝑟0 𝜆0 𝐿0 2の区間を記入した．
2
浸透流ナンバー SFn は，Sr0λ0L0 / k0H0 と T0 の 2 つの時(1) tb*と漏水，噴砂の発生現象間の比で表されており，前者は，浸透流の実質流速 k0H0
/ Sr0λ0L0 によって代表水平長さ L0 を移動するに要する時
図-3 から，漏水発生は，tb* = 0.30 ～ 1.40 の範囲にあ間を表し，T0 は浸透流の代表時間を示す．
り，噴砂は tb* = 1.40 以上の範囲で発生する．堤防脆弱浸透流ナンバー SFn を堤防浸透流に対する力学指標に性指標 t*と同様に tb* の値の大きさに応じて漏水，噴砂
書き換えるために代表諸量を選ぶ．
の可能性を表している．噴砂発生の裏法尻付近の土質構
洪水流による堤防浸透流にあっては，代表水位 H0 は成は，粘土，砂，砂礫の土質構成① (図-4 )で発生していること，これらの範囲には，無被害箇所も多数存在し洪水流の水位 H ,代表長さ L0 は堤防の敷幅 b ，代表時間ていることから，漏水，噴砂発生には，裏法尻付近の土
T0 は高水敷に洪水流が乗っている時間 t である．この時
質特性や地形等が影響すると考えられる．
浸透流ナンバーは，堤防内の浸透流による堤防破壊指標である堤防脆弱性指標 t* と呼び，式(5)として表していtb* = 0.07 ～ 0.30 の範囲では，広域地下水型 (河川水のる．
浸透だけでなく，支川，扇状地などからの伏流水等の浸5 Hkt'
透の影響を受けた基盤漏水) の漏水や常襲型 (過去の洪t*(5)
2 λb 2
凡

ここに，H : 堤防表法面における高水敷高からの洪水
最大水位，k : 堤体の平均透水係数，t’ : 高水敷高から
最大水位までの洪水継続時間，λ : 間隙率，b : 洪水のときの堤防の敷幅である．
同様に堤防基盤の浸透流についても Richards 式が成立
することから，基盤浸透流の唯一の無次元数は SFn である．図-1 の堤防基盤の諸元を SFn に代入すると式(6)が得られ，これを堤防基盤脆弱性指標 tb* と呼ぶ．

tb*

5 H D kT
2 λL2

確認断層

推定断層

伏在断層

漏水箇所

裾花川

表層土質(粘性土，砂質土)

D

60 km
⻑野市

飯狭
⼭窄
盆部
地
狭 ⽴
窄 ヶ
部 花

松川扇状地
R59.038～.66km村山
R60.7km福島下

犀川
犀川合流点
65.5km

L82.15km稲荷山

H

狩L26.06km戸狩

旧蛇行洲・河岸洲
L29.5km常盤下
自然堤防
L30.5km中島
旧掘
湖沼跡・後背湿地
R31.43km
氾濫原Ⅱ面(千曲川)
飯⼭市
木島
氾濫原Ⅰ面(千曲川)
樽川
扇状地(千曲川)
扇状地
L37.35km蓮
扇状地(支流)崖錐・土石流
40 km
完新世段丘
更新世段丘
山地・丘陵
R49.931km大俣
谷底平野
R50.563km牛出
現在河川・湖L53.25km
53 km
鳥居川合流
R53.83km山王島

ここに，H : 堤防裏法尻からの洪水最大水位，D : 堤
防裏法尻から基礎地盤透水層までの厚さ，k : 基礎地盤
透水層の代表透水係数，T : 高水継続時間，λ : 間隙率，
L : 表法先から裏法先までの水平距離で与えられる．

堤体盛土

⼾
25 km

旧河道

(6)

▽

例

地形分類

L84.0km八幡

80 kmR76.05km小森
千曲市

0km

L86.14km須坂

透水性基礎地盤(砂礫)

100km
上⽥市

L

図-2 千曲川の堤防基盤脆弱性指標 tb* の検討区間

図-1 堤防基盤脆弱性指標 tb* の考え方

I_122

10km

堤防基盤脆弱性指標 tb*

100

犀川合流
飯山盆地

戸狩狭窄部

長野盆地

立ヶ花狭窄部

L30.5km中島，噴砂10
1

L26.06km
戸狩，漏水，腐植土型

R63.27km不明
R50.563kp
牛出漏水，腐植土型

L33.15km城山，噴砂

tb*=1.40

R76.05km小森，噴砂L53.25kp漏水
鳥居川合流

R47.931km
大俣，漏水，
人工埋土型

tb*=0.30

0.1

千曲川扇状地広域地下水型
L86.14km須坂，漏水

tb*=0.07
R37.35km蓮噴砂，常襲型
広域地下水型
R31.43km木島
噴砂，常襲型0.01

R59.038km村山下 R60.7km福島下
噴砂，常襲型噴砂，常襲型

広域地下水型
R53.83km山王島
漏水，常襲型

広域地下水型(常時)L29.5km常盤下
噴砂，常襲型

0.001
20

30

40

50

無被害①

漏水①

無被害②

漏水②

無被害③

漏水③

無被害④

漏水④

広域地下水型
L84.0km八幡，漏水

R59.66km村山上
漏水，常襲型60

広域地下水型
L82.15km稲荷山，漏水

70
tb*=0.07～0.30
広域地下水型，常襲型漏水の発生範囲

距離(km)

80

90
tb*=0.30～1.40
漏水発生の範囲

100
tb*=1.40以上
噴砂発生の範囲①～④は、裏法尻付近の基礎地盤表層土質構成を示す(図-4)

図-3 千曲川の地形と堤防基盤脆弱性指標 tb*，漏水形態，基盤表層土質構成 (図-4 の①～④) の関係
土質構成①
粘土

表層土質
の層厚 D

土質構成②

粘土

表層土質
の層厚 D

土質構成③

砂

砂
砂礫

土質構成④(扇状地)

表層土質
の層厚 D

表層土質
無し

砂礫
砂礫

砂礫

図-4 裏法尻付近の基盤表層土質構成区分

水で発生した箇所と同じ箇所で発生する漏水) の漏水が分布する．これらの漏水は河川水位だけでなく，背後の地下水の影響や過去の洪水によってパイピング破壊が進行するなどで小さい tb* 値で漏水が発生する．以下にtb* と地形，表層土質特性との関係を検討する．

狭窄部が形成された地盤の隆起によって，旧河道が三日月湖状に残存し，植生の繁茂によって腐植土が堆積したところで見られる．腐植土堆積型の漏水は，小貝川でもみられ 3)，鬼怒川との合流付近の後背湿地で発生している．狭窄部で発生する漏水は，堤防基盤脆弱性指標 tb*= 0.30 以上であり，R26.06 km 戸狩地区では tb* = 1.4 と噴砂範囲付近で，噴砂発生の表層土質構成①であるが漏水のみの発生である．図-5 には千曲川における基盤表層
土質の層厚 D’ (図-4 の表層土質構成①は粘性土の厚さとする) と堤防基盤脆弱性指標 tb* の関係を示したが，腐植土堆積型漏水や人工埋土型漏水では，表層土質の層厚が 4 m 以上でも漏水は発生している．それ以外の漏
水は，層厚 3 m 以下で発生している．狭窄部の人工埋土型や腐植土堆積型の漏水は，tb* = 0.30 以上で漏水のみが発生し，表層土質の層厚 3 m 以上でも発生する．
c) 支川合流箇所 (広域地下水型漏水，常襲型漏水)
広域地下水型漏水は，図-3 の堤防基盤脆弱性指標 tb*= 0.07 ～ 0.30 で発生している．広域地下水型漏水は，河川水の浸透だけでなく，支川，扇状地などからの地下水

表層土質の層厚 Ｄ' (m)(2) tb*と地形分類の関係
a) 扇状地図-3 から，千曲川扇状地では，広域地下水型の漏水のみの発生であり，先に示した tb* の範囲で漏水，噴砂の発生は確認されていない．扇状地は透水係数の大きい
砂礫層が広く分布し，一般的な扇状地面 (堤防地盤面)
9は河道部分よりも高い位置にある．このことから，河川
8
水位の増水に対して裏法尻への水の集中は存在しても漏R47.93km狭窄部，大俣，
人工埋土型
2)
水の発生にはなりにくい．上野ら の透水係数の大きい
7
R50.563km狭窄部，牛出，腐植土型
砕石を基礎地盤に用いた室内模型実験からも漏水の発生
6
L26.06km狭窄部，戸狩，
腐植土型
のみで噴砂が発生しないことが確認されている．犀川合5
流付近も犀川扇状地が千曲川に押し寄せた地形で漏水が4t * = 1.40t * = 0.30
発生していない (図-2 の丸の部分) ．
3b) 狭窄部 (人工埋土型漏水，腐植土堆積型漏水)2
図-3 の戸狩狭窄部，立ヶ花狭窄部では人工埋土型，
1
腐植物堆積型の漏水発生が多い．人工埋土型漏水は，一広域地下水型，
噴砂の範囲
常襲型漏水の範囲 漏水の範囲
0
例として，立ヶ花狭窄部の大俣地区に分布する旧河道
1.0E-04
1.0E-03
1.0E-02
1.0E-01
1.0E+00
1.0E+01
1.0E+02(図-2 )では，明治初期の川掘工事によって，旧河道を堤防基盤脆弱性指標 tb*
無被害①
漏水①
無被害②
漏水②
無被害③
漏水③
人工的に埋め立てた部分で，重機によって締固め管理さ
図-5 千曲川における基盤表層土質の層厚 D’ と堤防基盤脆弱れた埋土ではないため，埋土が粘性土であっても埋土塊性指標 tb*の関係の隙間を浸透して漏水が発生する．腐植土堆積型漏水は，

I_123

b

b

100

10

L63.75km，3.2m

梯川古府R8.6km(噴砂，亀裂)，1.3m

L67.98km真島東沖(漏水のみ)

R69.65km小島田(不明)L56.38km赤沼(漏水のみ)

60%粒径 (mm)の影響を受けて発生するため，漏水，噴砂の発生範囲より小さい範囲の tb* で発生する．図-2 の千曲川扇状地
で発生する広域地下水型漏水は，支川扇状地を形成する
支川の合流付近で発生している．漏水発生の tb* は，支川扇状地の大きさ (支川の流域) に応じ，大きいものほど低い値をとる．30 ～ 50 km 付近で発生している広域地
下水型漏水は，樽川，鳥居川，松川の合流点付近で発生している．これらの漏水発生は，tb* 値が小さいと常時の湧水が見られ (常盤下地区) ，tb* 値が大きいと季節的な湧水が見られ (木島地区) 4) ，洪水時は支川合流部の漏水 (鳥居川合流) となる．このように広域地下水型漏水の tb* の値は，背後の支川の流域の大きさや湧水発生状
況に影響される．広域地下水型漏水の対策は，河川水の浸透対策だけでは十分でなく，対策後も同じ箇所で漏水が発生することが多い (常襲型漏水) 5) ．

R76.05km小森(噴砂)R79.02km，3.4m
梯川白江L6.4km(噴砂)1
L29.5km常盤下(噴砂)，常襲
R31.43km木島(噴砂)，常襲
漏水の範囲

L35.35km蓮(噴砂)，常襲

0.1

噴砂の範囲

tb* = 0.30 tb* = 1.40

R60.7km福島下(噴砂)，常襲
R59.04km村山下(噴砂)，常襲

0.01
1.0.E-04

1.0.E-03

1.0.E-02

漏水①

図-6

1.0.E-01

無被害②

梯川古府R8.4km(噴砂，すべり)，0.5m

L33.15km城山(噴砂)1.0.E+00

1.0.E+01

1.0.E+02

R61.43km福島上(漏水のみ)

堤防基盤脆弱性指標 tb*
無被害①

L30.5km中島(噴砂)

漏水②

無被害③

漏水③

tb*と 60 % 粒径の関係

30.0

I_124

25.0

20.0
均等係数 Uc*

L67.98km真島東沖(漏水のみ)

梯川古府R8.4km(噴砂，すべり)
梯川古府R8.6km(噴砂，亀裂)

15.0

梯川白江L6.4km(噴砂)R59.04km村山(噴砂)，常襲

tb* = 1.40

tb* = 0.30

10.0
R31.43km木島(噴砂)，常襲

5.0

噴砂の範囲
漏水の
範囲

L37.35km蓮(噴砂)，常襲

L29.5km常盤下(噴砂)，常襲

0.0
1.0.E-04

1.0.E-03

1.0.E-02

1.0.E-01

1.0.E+00

1.0.E+01

1.0.E+02

L33.15km城山(噴砂)R76.05km小森(噴砂)L30.5km中島(噴砂)R60.7km福島下(噴砂)，常襲

堤防基盤脆弱性指標 tb*
無被害①

図-7

漏水①

無被害②

漏水②

無被害③

漏水③

tb* と均等係数 Uc* ( D60/ D20) の関係

60.0
R69.65km小島田(不明)R59.04km村山下(噴砂)，常襲
50.0
R60.7km福島下(噴砂)，常襲

細粒分含有率FC (%)(3) tb*と堤防裏法先周辺の基盤表層土質構成の関係
漏水は，堤防基盤脆弱性指標が tb* = 0.30 ～ 1.40 の範囲で，図-5 から，堤防基盤の表層土質層厚 3 m 以下で発生している．図-4 の裏法尻付近の土質構成でみると，①，②，③のいずれの土質構成でも発生し，表層土質構
成に関係せずどこでも発生する可能性が高い．噴砂発生は，細粒分含有率が少なく，粒径均一な砂で発生しやす
いことが確認されている 6)．このような研究結果を受けて図-6 には堤防基盤脆弱性指標 tb* と60 % 粒径の関係，
図-7 には tb* と均等係数 (D60 / D20 とする) の関係，図-8には tb*と細粒分含有率 FC の関係をプロットしている．
これらの図に，梯川の堤防で噴砂発生の白江地区，すべり発生の古府地区の 8.4 km，多量の噴砂の発生による堤防天端亀裂の古府地区 8.6 km の tb* ,土質特性値もプロットしている． 噴砂発生は tb* = 1.40 以上の範囲でかつ，基礎地盤の表層土質構成が上位から粘土，砂，砂礫の構成①が多い．梯川堤防の白江地区は土質構成③である．
漏水発生範囲 tb* = 0.30 ～ 1.40 においては，60 % 粒径，
均等係数，細粒分含有率は，tb* = 0.30 以下 ，tb* = 1.40 以上の範囲に比べバラツキが大きい．噴砂発生範囲の tb*= 1.40 以上のデータは，60 % 粒径が 0.33 ～ 0.59 mm，均等係数は 5 以下，細粒分含有率 20 % 以下で他の tb* の範囲と比べ分布範囲は小さい．これに対して，常襲型漏水範囲 tb* = 0.07 ～ 0.30 での 60 % 粒径と均等係数のデー
タは，噴砂発生のデータ分布範囲よりも大きい．漏水発
生の表層土質の粒度は，幅広く，漏水によって細粒分が流出し，細粒分が少ない均一な粒子で噴砂が発生すると考えられる．さらに細粒分の流出によるパイピング等が進行していき，常襲化すると，tb* = 0.30 以下で粒径が大
きい砂や細粒分含有率の多い砂も噴出すると考えられる．
すべり破壊が発生した梯川堤防の古府地区 8.4 km と天端亀裂で留まった古府地区 8.6 km での tb* は，tb* = 8 以

梯川古府R8.4km(噴砂，すべり)

40.0

tb* = 1.40

tb* = 0.30

漏水の
噴砂の範囲
範囲

30.0
R31.43km木島(噴砂)，常襲

梯川古府R8.6km(噴砂，亀裂)
梯川白江L6.4km(噴砂)20.0

L37.35km蓮(噴砂)，常襲
L30.5km中島(噴砂)10.0

L20.9km常盤下(噴砂)，常襲

0.0
1.0.E-04

1.0.E-03

1.0.E-02

1.0.E-01

1.0.E+00

R76.05km小森(噴砂)1.0.E+01

1.0.E+02

L33.15km城山(噴砂)

堤防基盤脆弱性指標 tb*
無被害①

漏水①

図-8

無被害②

漏水②

無被害③

tb*と細粒分含有率 FC の関係

漏水③

め，噴砂によって抵抗力が低下し，すべり破壊に至ったと考えられる．図-6 での千曲川左岸 L63.75 km，右岸
R79.02 km は tb* = 10 以上あるが，表層土質の層厚が 3.2 m，3.4 m と裏法尻付近の表層土質の層厚が厚く噴砂が発生していない．このように破壊の発生は裏法尻付近の土質の層厚，土質構成に影響すると考えられ，今後，詳細に検討が必要である．

４．堤防脆弱性指標 t*, tb *の関係と漏水形態の検討

図-9 梯川古府地区 8.4 km の地質断面図 (噴砂，すべり)Fs = 1.311
堤体(砂質土)▽砂質土層

堤体(砂質土)堤体(砂質土)
粘性土層

砂質土層
砂礫層

砂質土層
粘性土層

砂礫層

図-10 梯川古府地区 8.6 km の地質断面図 (噴砂，天端亀裂)上となっている．8.6 km は噴砂の発生量が大きかったがすべりは発生していない．この理由は，図-9 ，図-10の地質断面図の比較から明らかである．8.6 km の砂層(As1-1)は薄層のため，砂礫層からの水圧の影響を大きく受け，多量の噴砂が発生したが，すべりの抵抗となる粘性土の層厚が 1.3 m と厚いため，噴砂があってもすべり破壊に至らなかったと考えられる．円弧すべり安定計
算の最小すべり安全率 Fs = 1.311 は，堤体を通過しているが，砂層 (As1-1) の噴砂で流出し，せん断抵抗角 φ =0 とした場合の安定計算では基礎地盤を通る円弧の最小安全率が Fs = 1.149 と 1 以上ですべりが発生しないことを確認している 6) ．8.4 km は，抵抗する粘性土の層厚が0.5 m と薄く，噴砂発生の砂層を通過する円弧が長いた

R63.27km(旧)不明

1.0E+00
t*=0.1～1.0
堤防決壊
1.0E-01t*=0.01～0.1
すべり，崩壊鬼怒川L20.30km(自)噴砂長良川R33.8km(自)破堤

子吉川R10.8km(自)噴砂，すべり矢部川R11.8km(自)裏のり崩壊
L75.07km(旧)堤体・基盤漏水

鬼怒川L13.60km(自)噴砂L25.35km(氾)堤体・基盤漏水
R71.83km(旧)漏水L76.05km(旧)噴砂上今井R49.0km(旧)漏水
福島上R61.43km(旧)漏水

1.0E-03
鬼怒川L21.57km(自)噴砂

堤防脆弱性指標t*
1.0E-04

常盤上L30.5km(氾)噴砂R69.65km(旧)堤体・基盤漏水

1.0E-02t*=0.001～0.01
漏水～噴砂

堤防法先では，堤体浸透による水の集中と基盤浸透による水の集中によって弱点箇所になりやすい．このため，
堤体浸透および基礎地盤浸透の両者を考慮した堤防法先
周辺の基盤の安全性を評価する必要がある．ここでは，
堤防脆弱性指標 t* と堤防基盤脆弱性指標 tb* の両面から
実データによって漏水，噴砂の破壊形態を検討する．図-11 には，図-3 で整理した千曲川の氾濫原における漏水，噴砂発生箇所 ( tb* = 0.30 以上) ，梯川古府地区 8.4
km, 8.6 km の漏水，噴砂，すべりについて，堤防脆弱性
指標 t* と堤防基盤漏水指標 tb* の関係を示した．同図には，既往研究 1)で扱った堤防の漏水による損壊の生じた
子吉川，矢部川，長良川および鬼怒川堤防 7), 8)について
も堤防脆弱性指標 t* に対して，堤防基盤漏水指標 tb* を求め両者の関係をプロットしている．また，同図に治水
地形分類図等から読み取った微地形 (旧河道，氾濫原，
自然堤防) を表記した．
同図の上側，右側に位置するほど，噴砂，すべり，破堤と被災形態が大きくなっていることがわかる．長良川
R33.8 km，矢部川 R11.8 km，鬼怒川 L13.60 km，L20.30
km，子吉川 R10.8 km は，堤防脆弱性指標 t* が大きく，
堤防基盤漏水指標 tb* は小さい．これらは，自然堤防上での噴砂，すべりであり，自然堤防は主に砂質土が分布し，その上に砂質土の堤体が構築されている場合が多い．

梯川古府R8.6km(氾)噴砂，天端亀裂

L67.98km(旧)漏水
赤沼L56.38km(旧)漏水

矢部川R7.3km(旧)パイピング決壊(旧)…旧河道(氾)…氾濫原
(自)…自然堤防

大俣(人工埋土，旧)R47.93km漏水
城山L33.15km(旧)噴砂

牛出(腐植土，旧)R50.56km漏水
戸狩(腐植土，氾)L26.06km漏水

1.0E-05
1.0E-02

梯川古府R8.4km(氾)噴砂，すべり1.0E-01

1.0E+00

堤防基盤脆弱性指標

tb*=10以上
すべり

tb*=1.40～10
噴砂

tb*=0.30～1.40
漏水

1.0E+01tb*

図-11 千曲川堤防，他の河川堤防の堤防基盤脆弱性指標 tb*と堤防脆弱性指標 t* の関係

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1.0E+02この土質構造では堤防脆弱性指標 t* の影響を強く受けた被災形態になると考えられる．梯川古府地区は，堤防
脆弱性指標 t* は漏水～噴砂の範囲であるが，堤防基盤
脆弱性指標 tb* が大きく，基盤浸透の影響を受けた噴砂，
すべりが発生している．
図の楕円で囲まれた漏水は，大きく下側に分布することから，堤体浸透の影響が極めて小さい基盤漏水で，狭窄部の人工埋土型漏水，腐植土堆積型漏水で旧河道での漏水が多い．矢部川 R7.3 km も旧河道でこの範囲にあると考えられる．
赤色四角点線で囲まれた漏水は，プロット範囲の中央付近に位置しており，堤体漏水および基盤漏水の両方が発生している．
以上から，堤防脆弱性指標 t* と堤防基盤脆弱性指標
tb* の関係図を整理することで堤体漏水か基盤漏水，または両方の合いまった漏水であるかを判断できる．堤体浸透の影響が大きい場合，築堤履歴と透水係数等の詳細調査が必要であり，基盤浸透の影響が大きい場合，
裏のり尻付近の表層土質構成の詳細調査が必要である．
また，旧河道では，t* ，tb* の値とともに，文献等や地質データを調べ，人工埋土型，腐植土堆積型の漏水であるかを確認する必要がある．

ことを示し，堤防脆弱性指標 t* と堤防基盤脆弱性指標
tb* の間の関係図を作成することで漏水，噴砂形態等を把握することができることを示した．これに加えて，法先周辺の地盤特性を知ることは危険性の理解を高め，発生要因に応じた適切な対策の施工や効率的な堤防維持管理にも寄与できるものと考える．
参考文献
1)

福岡捷二，田端幸輔 : 浸透流を支配する力学指標と堤防浸透破壊の力学的相似条件-浸透流ナンバーSFnと堤防脆弱性指標 t*，土木学会論文集 B1(水工学)，
Vol.74，No.5，Ⅰ_1435-Ⅰ_1440，2018．

2)

3)

上野俊幸，笹岡信吾，森啓年，中村賢人，福島雅紀，
諏訪義雄 : 模型実験に基づいた河川堤防のパイピング発達に係る土質条件の分布，河川技術論文集 第23 巻，pp.405-410，2017.
関東地方整備局 : 利根川百年史，1004p，1989．

4)

佐藤豊，大渕貴，上野優，福岡捷二 : 河川堤防の基盤漏水発生箇所と旧河道の関係，第 5 回河川堤防技
術シンポジウム論文集，pp.17-20，2017．

5)

佐藤豊，福岡捷二 : 千曲川旧河道の形成過程と土砂の堆積構造，土木学会論文集 B1(水工学)，Vol.76，
No.2，Ⅰ_295-Ⅰ_300，2020.

6)

佐藤豊，大渕貴，福岡捷二 : 梯川における基盤漏水が発生する地形・地質及びパイピングによる堤防破５．まとめ

壊，土木学会論文集 B1(水工学)，Vol.74，No.4，Ⅰ_1237-Ⅰ_12420，2018．

本研究では，最初に堤防基盤からの漏水，噴砂の発生に密接に関係する堤防基盤脆弱性指標 tb* を導き，これと地形，堤防基盤土質特性の関係について論じている．
千曲川，梯川堤防の漏水，噴砂事例から，基盤の漏水，噴砂，すべりは tb* の異なる大きさで生じること，また，
堤防裏法尻付近の土質構成，層厚がどのように影響するかを示した．堤防弱点箇所の抽出にあたっては，堤体自身および堤体の基礎地盤の両面からの検討が必要である

7)

国土交通省関東地方整備局 : 第 4 回鬼怒川堤防調査委員会資料，pp.4-8，2016.

8)

田端幸輔，福岡捷二，内堀寿美男，上村勇太:脆弱性指標に基づいた堤防破壊危険性評価に関する研究-鬼怒川中下流部平成 27 年 9 月大洪水を例として-，河川技術論文集，第 23 巻，pp.387-392，2017.
(Received June 30, 2021)(Accepted September 3, 2021)

PREDICTION METHOD OF LEAKAGE AND SAND BOILING BASED ON THE
LEVEE FOUNDATION VULNERABILITY INDEX tb* , AND SOIL
CHRACTERISTICS AT THE TOE OF LANDSIDE LEVEE
Yutaka SATOH and Shoji FUKUOKA
This paper classified the levee foundation leakages in the Chikuma River and the Kakehashi River using
the levee foundation vulnerability index tb* and soil characteristics of the toe of landside levee. We found:
1) underground leakages occur when 0.3 ≤ tb* ≤ 1.4; 2) sand boilings occur when tb* ≥ 1.4; 3) boilings
and sliding failures following a sand boiling occur depending on the thickness and grain size of the levee
foundation soil layer at the toe of landside levee; and 4) a leakage causing from the regional undergroundwater in the alluvial fan and tributaries and a leakage seen frequently during floods occur when tb* < 0.3.

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