第8回河川堤防技術シンポジウム論文集
2020年12月14日

堤防基盤漏水指標tb*と堤防基盤特性に基づく漏水，噴砂の発生位置の推定
堤防基盤漏水指標，堤防基盤特性，漏水，噴砂

キタック
中央大学

１． はじめに

正会員
フェロー

佐藤 豊
福岡捷二

ここに，k0:代表透水係数，H0:代表水位，T0:浸透流の代表時間，Sr0:代表飽和度，λ0:代表空隙率，L0:代表長さ基盤漏水，噴砂に対する研究は，主に地盤工学の分野を表す．

で模型実験を中心に行われ，堤防変形，破壊機構と関係

浸透に対する堤防脆弱性指標t*は式(2)で表現される．

して行われているものが多い．洪水が基礎地盤に浸透し，t*=

堤防裏のり尻のどの部分に浸透水が集中し，泥濘化を起こしやすいか浸透流の力学と地盤特性の両面からの研究

8 Hkt'
3 λb2(2)はほとんどない．福岡，田端1)は，河川水が堤体に浸透しここに，H:堤防表法面における高水敷高からの洪水最水面勾配を形成し，堤防裏のり尻での水の集中によって大水位，k:堤体の平均透水係数，t’:高水敷高から最大水位泥濘化が促進されると考え，堤防の浸透破壊箇所の推定までの洪水継続時間，λ:空隙率，b:最大水位になったときのために，堤防脆弱性指標t*を提示している．この指標は， の堤防の敷幅である．
現地堤防，模型堤防との浸透について力学的相似条件を
堤防基盤漏水指標tb*

与え，堤防実験，現地堤防の浸透破壊位置の推定に有効であることを示している．基盤の浸透破壊機構は，堤体tb *=に比してより複雑なため，危険箇所の判定に資する力学指標が必要とされている．

8 HkT
3 λL2(3)

本研究では，堤防脆弱性指標t*に準じて導いた堤防基盤

ここに，図-1に示すとおり，H:堤防裏法尻からの洪水からの漏水，噴砂に対する力学指標tb*を，千曲川，梯川

最大水位，k:基礎地盤の平均透水係数，T:高水継続時間，堤防での基盤漏水，噴砂発生事象に適用する．そして，λ:空隙率，L:表法先から裏法先までの水平距離で与えられtb*を主要な力学指標とし，これに地盤特性と関係づけてる．

漏水，噴砂発生箇所の推定を行う．

２． 堤防基盤漏水指標tb*の考え方
堤体浸透による堤防裏法先への水の集中の程度を評価する手法として用いられる堤防脆弱性指標t*は，一般的な浸透流の支配方程式であるRichardsの式を無次元化して導かれた唯一の無次元浸透流ナンバーSFnを，堤防浸透流に

図-1

堤防基盤漏水指標tb*の考え方適用し，堤防の浸透破壊危険性を表現する指標である1)．
堤防脆弱性指標t*を模型実験や現地堤防に適用することに

３． 堤防基盤漏水指標tb*と現地堤防の漏水状況

よって，堤防損傷の程度を与えるt*の値の範囲が決められ，図-2は，千曲川の堤防基盤から漏水，噴砂発生が見ら堤防危険箇所の推定に使われている．ここでは浸透流に対する式(1)の浸透流ナンバーSFnの一般性，普遍性から， れた河川区間を示す．千曲川の代表断面で求めた堤防基
堤防下の基礎地盤浸透流の浸透のしやすさの指標につい盤漏水指標tb*の検討結果を図-3に示す．漏水，噴砂の発て式(2)を準用し，式(3)の堤防基盤漏水指標tb*を得る．

生についてみると，漏水発生の範囲はtb*=0.20～1.20の範式中に用いる各物理量は図-1に示す．基礎地盤構造の平囲にあり，噴砂発生はtb*=1.20以上の範囲にある．噴砂発

均透水係数は，基礎地盤が水平堆積しているものと考え， 生箇所の基礎地盤の表層土質構成をみると，上位から粘層厚比の重み付き平均で設定2)するが，長野盆地では砂礫土，砂，砂礫の土質構成(図-4の土質構成①)であり，粒が厚く分布しているため，砂礫層の値をそのまま用いる． 径等の地盤工学上の特性も考慮する必要がある．
浸透流ナンバーSFn

SFn=丘陵からの広域地下水の影響を受けた漏水，常襲型漏1 k0 H0 T0
Sr0 λ0 L02

水は，tb*= 0.03～0.20の範囲で発生している．常襲型漏水(1)は，過去の洪水で発生した漏水と同様の箇所(地形分類)

Occurrence prediction of leakage and sand boiling based on
the vulnerability index and soil characteristics of levee
foundation ground.

─ 43 ─Y.Satoh(KITAC CO.,LTD)and S.Fukuoka(Chuo University)

凡

例

25kp

旧河道
旧蛇行洲・河岸洲
自然堤防
旧掘
湖沼跡・後背湿地
氾濫原Ⅱ面(千曲川)
氾濫原Ⅰ面(千曲川)
扇状地(千曲川)
扇状地(支流)崖錐・土石流
完新世段丘
更新世段丘
山地・丘陵
谷底平野
現在河川・湖

推定断層

伏在断層

土質構成①

⼾

地形分類

確認断層

L29.5kp常盤下飯
R31.43kp
木島

飯⼭市

⼭盆

40kp

狩粘土

狭砂

L56.38kp
赤沼部

犀川L69.65kp小島田

R61.43kp福島上砂

表層土質の層厚
砂礫

砂礫

砂礫k ; 透水係数

表層土質無しk ; 透水係数

砂礫 k ; 透水係数

図-4

裏のり尻付近の土質構成

地⽴も小さいtb*値を示している．当該箇所は周辺からの広域ヶ地下水の影響を受けた漏水であり，現地調査から，常時において水路から湧水が確認され，融雪期には特に多量の湧水が確認される箇所である．同じく広域地下水の影

狭60kp

⻑野市

表層土質の層厚粘土
k ; 透水係数

土質構成④(扇状地)

砂粘土

砂礫

響を受ける右岸31.43kp(木島地区)でもtb*は小さく，常時窄裾花川

表層土質の層厚

土質構成③

窄

花53kp

土質構成②

においては湧水の発生はないが融雪期に湧水を確認して部いる．このように広域地下水の影響や，常襲型の漏水箇

64.25kp

所のtb*の範囲は，小さい値ほど地下水の影響，特に繰返犀川合流点
65.5kpしの影響を受けていると考えられる．

70.31kp

64.25kp～70.31kp間(図-3の赤枠の区間)では，tb*=0.20

80kp

以上で漏水，噴砂の発生範囲にあるが，現地堤防では発千曲市

0km10km

生は見られない．当該区間では昭和60年以前に漏水が発生したが，その後，堤防整備が行われ，近年の洪水ではこの区間では漏水が発生していない．また，平成18年7月
出水では犀川合流から下流側ではH.W.L.に近い洪水であったのに対し，当該区間は，川幅が千曲川で最大の100kp
上⽥市

1.1km と な る こ と か ら ， 河 川 水 位 は H.W.L.-1.5m 程 度 であった．右岸65.27kpの堤防基盤漏水指標はtb*=1.7と噴砂発生の範囲であるが，H.W.L.-1.5mで求めるとtb*=0.98とな

図-2 堤防基盤漏水指標tb*の検討区間

り漏水の範囲内となり，現地状況と一致する．64.25kp～で発生する漏水で2回以上発生したものを示す．これらは， 70.31kp間は，犀川扇状地が東側の山地に押し出しており，漏水の繰り返しによる進行性や，広域地下水のため低砂礫の粒径が千曲川扇状地と同程度か大きい値を示してい河川水位で漏水が発生する．このことは，通常の漏水， いる．上野，笹岡ら3)が行った堤防模型実験では，基礎地噴砂の発生tb*よりも低い範囲に発生していることがわか

盤に透水係数が大きい砕石層を設けたケースでは，漏水る．さらに，広域地下水の影響を受けた漏水，常襲型漏はあっても噴砂が発生しないことが示されており，他の水箇所の発生範囲をみると，左岸29.5kp(常盤下地区)で最河川でもさらに検討が必要である．

図-3 千曲川20kp～100kp区間での堤防基盤漏水指標tb*と漏水の有無(凡例の丸数字は，図-4の土質構成を示す)

─ 44 ─

４． 堤防基盤特性にもとづく漏水，噴砂との関係

8R47.93kp狭窄部，漏水
7

堤防基盤漏水指標tb*は，物理的には堤防裏のり尻付近の水の集中の程度を表現するものであり，図-3から，tb*考えられる．噴砂が発生する表層土質構成は，上位から粘土，砂，砂礫の土質構成であり，裏のり尻付近の浸透水の集中によって，地盤中の水圧と表層土質の重量のバランスが崩れ(盤ぶくれ)，漏水，噴砂が発生する可能性

表層土質の層厚 D(m)の大きさによって，漏水，噴砂現象を概略区分できると

6

R50.56kp狭窄部，漏水5

L26.06kp狭窄部，漏水

4

R68.10kp
3

R64.25kp
R67.25kp

2が高くなる．この時，基礎地盤の透水係数の異なる砂層

平均D=1.7m
平均D=1.8mと砂礫層の間の浸透力により，土粒子の移動が起こり，漏水とともに噴砂が発生する場合も起こり得る．さらに，

01.0E‐02

盤ぶくれが発生し，裏のり尻付近への浸透水が集中する

R72.60kp

L71.50kp
L70.31kp

1.0E‐01

1.0E+00

tb*=0.20 (漏水)ことにより，砂層はせん断強さを失い，漏水とともに噴R65.27kp
1.0E+01tb*=1.20 (噴砂)堤防基盤漏水指標 tb*

砂が発生する．砂のせん断強さは，粒度組成に影響する．
無被害①

細粒分が多くなると粒子間の粘着力が大きくなり，粒子が大きくなると粒子のかみ合わせによる抵抗が大きくな

平均D=1.7m

1

図-6

漏水①

無被害②

漏水②

無被害③

漏水③

千曲川における基盤表層の層厚と浸透による堤防基盤漏水指標tb*の関係る．
このように堤防破壊は，浸透による裏のり尻付近の水の集中に加えて，抵抗する堤防基盤の地盤特性が影響す

図-6には，表層土質の層厚と堤防基盤漏水指標tb*の関る．ここでは，堤防基盤漏水指標tb*と漏水，噴砂に影響係を示している．漏水が発生している箇所の層厚はバラする地盤特性との関係について以下で検討を行なう．

ツキがみられるが，平均値でみると常襲型漏水，漏水，(1)漏水と堤防基盤特性の関係

噴砂とも層厚は平均1.7m程度であることがわかる．これ

堤防基盤漏水指標tb*は，物理的には堤防裏のり尻付近

らより，tb*は漏水，噴砂に対する層厚の影響を直接考慮での漏水による地盤の泥濘化の程度を表現するものであしていないが，氾濫によって生じた表層土質の堆積層厚るが，式(3)には，基礎透水層の層厚や粒径等が明示的にと堆積砂礫の影響は，実質的にtb*の無次元形でかなりの含まれていない．図-5に示すように基盤透水層の層厚と程度で表現できていると考えられる．この点については，透水係数の間には，表層土質の層厚が3m以下で基盤層のさらに他の河川においても検討が必要である．

-4m/s以上で漏水の発生がみられる．千曲川

透水係数が10(2)噴砂と堤防基盤特性の関係-5m/sオーダーで表層の層厚が2m以下で梯川の検討4)から噴砂が発生している砂質土はほぼ均一漏水が発生している．狭窄部区間は，人工埋土や腐植土な粒子であり，噴砂のしやすい範囲は，液状化のしやす

では，透水係数10による特異な漏水タイプであることから4m以上の層厚でい範囲と同範囲にあることがわかっている．tb*を基本量も漏水が発生している．と し ， 堤 防 基 盤 特 性 量 と し て 60% 粒 径 ， 均 等 係 数 Uc*(D60/D20とする)，細粒分含有率FCを用い噴砂について検討する．

基盤層の透水係数k(m/s)
1.0.E-070

1.0.E-06

1.0.E-05

1.0.E-04

1.0.E-03

1.0.E-02

図-7にはtb*に対する60%粒径D60，図-8にはtb*に対する均等係数Uc*の関係を示す．同図には，噴砂が発生した梯川白江地区(左岸6.4kp付近)，基盤の泥濘化によりすべり

1
表層土質の層厚(m)破壊が発生した古府地区(右岸8.4kp付近)のデータもプ2ロットしている．図-7,図-8において，白江地区はtb*=2.7

3災が発生したデータでは最大値tb*=6.9を示しており，千でtb*=1.20以上の噴砂発生範囲にあり，古府地区は漏水被
曲川のデータ範囲と一致する．tb*=1.20以上の噴砂発生箇

4所は，すべてD60=0.1～1mm，Uc*=10以下でありデータのバラツキが小さい．これに対して，常襲型漏水の範囲5(tb*=0.03～0.20)では，比較してデータのバラツキが大き狭窄部いことがわかる．D60 ，Uc*の値のバラツキが小さいのは，

6無被害①

図-5

漏水①

無被害②

漏水②

無被害③

表層土質構成でみると，粘土，砂，砂礫(土質構成①)が漏水③多い．これに対して砂，砂礫(土質構成③)ではバラツキ

千曲川における基盤表層の層厚と透水層の透水がみられる．土質構成①は，模型実験では決壊しやすい係数の関係複層構造に位置づけられる3)．また，筆者らの水圧分布の─ 45 ─

試算結果や旧河道付近の地下水観測結果から5)，表層に粘100性土層が分布する土質構成では，表層に砂層が分布する

L67.98kp真島東沖(漏水のみ)

土質構成に比べ高い水圧分布をもち，噴砂が発生しやす

梯川古府
R8.4kp(すべり)い構造である.表層に砂層が分布する土質構成③では排水10

R69.65kp小島田(不明)

効果により，噴砂が発生しにくい構造と考えられる．

60%粒径(mm)R76.05kp小森(噴砂)図-9に示した細粒分含有率FCとtb*の関係をみると，常L56.38kp赤沼(漏水のみ)
L30.5kp中島(噴砂)，常襲

梯川白江L6.4kp(噴砂)1

L29.5kp常盤下(噴砂)，常襲

細粒分含有率FC=35%以内で噴砂が発生している．細粒分

R60.7kp福島下(噴砂)，常襲噴砂の範囲

L35.35kp蓮(噴砂)，常襲含有率FC=35%以上で噴砂が発生している箇所は，土質構

0.1

tb*=0.03

tb*=1.20

tb*=0.20

R59.04kp村山下(噴砂)，常襲成③であり，表層土の不均一性等により基礎地盤の噴砂L33.15kp城山(噴砂)は局所的に発生していると考えられる．

R60.7kp福島下(噴砂)，常襲0.01
1.0.E-04

1.0.E-03

1.0.E-02

1.0.E-01

1.0.E+00

堤防基盤漏水指標 tb*
無被害①

襲型漏水の範囲，漏水の範囲であるtb*=0.03～1.20では細粒分含有FCのバラツキが大きく，tb*=1.20以上範囲では，漏水②

1.0.E+01

噴砂の発生しやすさは，tb*が同じでも表層土質の粒径

R61.43kp福島上(漏水のみ)が影響すると考えられる．図-7～図-9のtb*と60%粒径D60，無被害③

均等係数Uc*，細粒分含有率FCの関係図から，均等係数

漏水①

無被害②

図-7tb*と 60%粒径の関係

漏水③の値のバラツ キが小さいこ とがわかった (漏水の範囲
tb*=0.20～1.20の比較においても均等係数の値のバラツキ30.0が小さい)．
25.0

５． まとめ
梯川古府R8.4kp(すべり)均等係数 Uc*

20.0

L67.98kp真島東沖(漏水のみ)

堤防基礎漏水指標tb*は，基礎地盤浸透による裏のり尻

R59.04kp村山(噴砂)，常襲

梯川白江L6.4kp(噴砂)付近の水の集中度を示しており，tb*の大きさと堤防下の15.0

基礎地盤特性で概ね漏水，噴砂が区分できることが示さ
tb*=0.20 tb*=1.20

tb*=0.03

10.05.0

れた．すなわち，これらの事象発生には，tb*を主たる外噴砂の範囲

R31.43kp木島(噴砂)，常襲力指標に選び，tb*と層厚，60%粒径，均等係数，細粒分含有率との関係図から漏水，噴砂の発生位置の推定が可L37.35kp蓮(噴砂)，常襲能となった．今後，さらに多くの現地データを用い検討

L29.5kp常盤下(噴砂)，常襲0.0
1.0.E-04

1.0.E-03

1.0.E-02

R60.7kp福島下(噴砂)，常襲

1.0.E-01

1.0.E+00

堤防基盤漏水指標 tb*
無被害①

漏水①

1.0.E+01

無被害②

することにより，本手法の信頼度を高めていく必要がある．

R76.05kp小森(噴砂)L33.15kp城山(噴砂)L30.5kp中島(噴砂)，常襲漏水②

無被害③

参考文献

漏水③

tb*と均等係数Uc*(D60/D20)の関係

図-81) 福岡捷二，田端幸輔 : 浸透流を支配する力学指標と堤

60.0
R59.04kp村山下(噴砂)，常襲

防浸透破壊の力学的相似条件-浸透流ナンバーSFnと堤R69.65kp小島田(不明)

防脆弱性指標t*，土木学会論文集B1(水工学)，Vol.74，

50.0

No.5，Ⅰ_1435-Ⅰ_1440，2018．

細粒分含有率FC(%)

R60.7kp福島下(噴砂)，常襲
40.0

tb*=0.032) 国土技術研究センター : 浸透に係る重要水防箇所設定

tb*=0.20 tb*=1.20

手順(案)，pp.13-17，2019.

噴砂の範囲

3) 上野俊幸，笹岡信吾，森啓年，中村賢人，福島雅紀，

30.0
梯川古府R8.4kp(すべり)R31.43kp木島(噴砂)，常襲
梯川白江L6.4kp(噴砂)
20.0

10.0

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

L37.35kp蓮(噴砂)，常襲

第23巻，pp.405-410，2017.

L20.9kp常盤下(噴砂)，常襲4) 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壊，

0.0
1.0.E-04

1.0.E-03

1.0.E-02

1.0.E-01

1.0.E+00

無被害①

漏水①

堤防基盤漏水指標 tb*
無被害② 漏水② 無被害③

土木学会論文集 B1(水工学)Vol.74，No.4，2018．

1.0.E+015) 佐藤豊，大渕貴，福岡捷二 : 旧河道の地下水分布と堤R76.05kp小森(噴砂) L33.15kp城山(噴砂)L30.5kp中島(噴砂)，常襲

防周辺の基盤漏水発生箇所の関係，第6回河川堤防技術

漏水③

シンポジウム論文集，pp.33-36，2018．
(2020.11.13受付）

図-9tb*と細粒分含有率FCの関係

─ 46 ─