新潟大学災害・復興科学研究所
共同研究報告書

地すべりダムの形成・破壊機構と決壊危険度評価法に関する研究

研究分担者

王研究代表者 古谷 元 1）
功輝 2）
， 若井明彦 3），渡部直喜 4）
，王純祥 4），丸井英明 4）1）富山県立大学工学部, 2）京都大学防災研究所, 3）群馬大学理工学研究院,
4）新潟大学災害・復興科学研究所
研究要旨
本研究では，防災・減災面で社会問題化している地すべりダムの形成・破壊機構と決壊危険度評価法について，東竹沢地すべりを事例として物理探査，数値解析，および海外事例との対比より実施した。その結果，地すべりダム堤体の調査に表面波探査と微動アレイ探査の併用が有用であること，土の軟化ひずみ特性を考慮した FEM 解析よりダムの形成過程が再現できたこと，そして Ermini andCasagli (2003)の決壊危険度評価より東竹沢地すべりのダム堤体は安定ではないことを示した。
Ａ．研究目的盤（軟岩）等の一部が劣化することに伴い強度が河川沿いで発生する地すべり，斜面崩壊は時と徐々に低下する様（土のひずみ軟化特性）を表現

して地すべりダムを形成・決壊し，発生箇所のみできる２次元モデルを新たに構築した（同ＵＷ軟ならず下流域へ甚大な被害が生じることがある。

化モデルによる解析と称する）。このモデルを用

本研究では，地震時に発生した地すべりダムを対いて本地すべりに対して動的弾塑性 FEM 解析を実象として理学・工学分野を学際的に融合した観点施した。

より，このダムの形成機構の解明とその後起こり

現 地 で の 調 査 結 果 を 踏 ま え て ， Ermini and

うる２次災害に対する危険度評価法の検討を目

Casagli (2003)が提案した地すべりダムの決壊危的とした。

険度を予測する応急手法を本地すべりに適用し，地すべりダムの決壊危険度（同危険度評価と称すＢ．研究方法る）の評価を実施した。

本研究の試験地は，中越地震時に発生した東竹沢
地すべり地（図 1）とし，研究は以下の３つの方法で実施した。
地すべりダム発生時に必要となる堤体構造の把握を詳細かつ迅速に実施する手法の確立とその構造解明のために，併用物理探査を実施した。
具体的には，地すべり土塊の堆積域〜ダム堤体において測点間隔が 2m の横断測線および縦断測線（計 5 測線）を設定し，高精度表面波探査（センサ：4.5Hz）と，これら測線上の 4 地点で微動アレイ探査（センサ：2Hz，三重正三角形配置）を展開し，土塊内部の S 波速度構造を推定した（以図１ 東竹沢地すべりの平面図，物理探査測線，および微動アレイ観測点後，併用物理探査と称する）。
鵜飼，若井（2004）の繰返し載荷モデル（ＵＷ軟化モデル）による動的弾塑性 FEM を拡張し，岩Ｃ．研究結果【①併用物理探査】本地すべりは，その地質が砂質シルト岩と細粒砂岩の互層で構成され，砂岩の固°°結度が低い。基岩の走向傾斜は N15 E20 W とされ°関数として漸減させる（若井他，2005）ように修正したものである。実際の計算は，弾完全塑性モている。すべり面の角度は 15 程度である。すべデルと同様にピーク強度に至るまでは土は弾性

りは概ね傾斜方向に規制されており（層すべり），的性質を有するものとし，ピーク以降に関してはすべり土塊の末端部が芋川対岸に乗り上げたこ

各強度定数（ c,  ）の値を徐々に小さくしている。とが分かっている。

解析時の地盤構造は３層とし，8 節点アイソパ

図 2 は，図 1 に示した測線のうち，地すべり縦ラメック要素を組んだ。そして再滑動部はすでに断方向の測線①における高精度表面波探査結果残留状態であるとしてひずみ軟化はなし，末端部である。この図よりダム堤体の S 波速度（Vs）分付近はピーク強度が発揮した後にひずみ軟化が布は全体的に低いものの，深層へ向かうにつれて，生じたものとした。再滑動部の強度定数は

第 1 層（150m/s 以下），第 2 層（150-250m/s），第c=0kN/m2, φ=23.7 ° とし，他の物性値は若井他3 層（250m/s 以上）の三層構造が明瞭に認められ（2008）等の文献の値を用いた。地震波形は，中る。特に第 2 層と第 3 層の境界が芋川側へ向かっ

越地震時に本地すべりに入射したと思われる波°て下向きに約 8 傾斜している。このような傾向は，形（水平動）を入力した。この取り扱いの詳細に他の地すべり縦断方向測線でも確認された。

ついては，若井他（2008）を参照されたい。水位条件は，通常時はすべり土塊の半分程度の深さとし，豪雨直後は地表面に一致するものとした。
図 4 および 5 は，地震時における土塊挙動についてシミュレートした結果の一部である。なお両図では，土塊挙動の代表として重心の移動を示し

図 2 測線①における高精度表面波探査結果ており，
図 4 の水位条件が通常時として実測水位，

図 3 は，測線①付近に設定された微動アレイ探

図 5 が豪雨直後として地表面まで水位が到達して査測点 A，および B における結果である。図中のいるものとした。両図より，通常の水位条件にお解析精度が落ちる箇所と記した部分は，一部のセいては地震の終了とともに地すべり土塊は停止

ンサで微動を捉えられず上位に比べて精度がやするが，降雨直後のそれにおいては地震が終了しや悪くなった箇所である。この図よりステップ状た後も移動が継続していることがわかる。の S 波速度の増加（200〜250m/s→300m/s 程度）が測点 A では深度 17m，測点 B では深度 12m 付近であり，比高差は 5m である。両測点の距離は約30m 離れているので，この比高差を考慮するとス
テップ状に S 波速度が増加する箇所を繋いだ傾斜は約 9°である。この値は図 2 で示した傾向によく似ている。

図 4 通常の水位条件における土塊の移動

図 5 豪雨直後の水位条件における土塊の移動【③危険度評価】従前の地すべりダムの決壊に関する危険度評価のほとんどは，単一粒径の非粘着性土から構成されるダム堤体を仮定し，その中での侵食機構を主眼としている。一方，上述の物理探査結果より東竹沢地すべりのダム堤体は単層ではない。ここでは，Ermini and Casagli (2003)
図 3 微動アレイ探査結果（測点 A，B）【②ＵＷ軟化モデルによる解析】ＵＷ軟化モデルとは，ＵＷモデル中において骨格曲線の最大値を規定する非排水強度パラメータを塑性ひずみのが地すべりダムの決壊危険度を予測する応急手法として提案した「流域集水面積と地すべりダム堤体の高さと土量に基づいた指標（DBI）」に基づいて危険度評価を検討した。

デルに基づいた数値解析より，その影響の可能性

DBI = log (Ab Hd / Vd )(1)
2
ここに，Ab：流域集水面積(km ); Hd：地すべりダ
ム高さ(m)；Vd：地すべりダム閉塞土量(×106m3)

を支持する結果が得られた。
【③危険度評価】Ermini and Casagli (2003)によると(1) DBI 2.75 の場合には地すべりダムが安定域，(2) 2.75 DBI 3.08 の場合には地すべ

本地すべりダム堤体は，長さ 350m, 幅 300ｍ，高63さ 28ｍ，堤体体積 1.30×10 m ，およびダム上流2りダムの安定性が不確定域，そして(3) 3.08 DBIの場合には地すべりダムが不安定域であるとさ域の集水面積が約 38.4 km である。これらを用いれている。
図 6 より東竹沢地すべりのダム堤体は，て式(1)で DBI を算出すると，2.92 になる（図 6）。

不確定域に属すると評価される。実際の地すべりダム形成後では，ダム堤体上の応急排水路からの流水により堤体脚部の侵食が生じていた。東竹沢地区の斜面は耐侵食性が小さい材料で形成されているためにダム堤体は，未対策のまま放置すると決壊する危険性があったと考えられる。
Ｅ．結論
東竹沢地すべりを事例として本研究を展開した
結果，以下の知見が得られた。

図 6 地すべりダムの安定性評価 (Ermini and Casagli(2003)に加筆)

・地すべりダムの堤体構造を調査する上で，表面波探査と微動アレイ探査の併用が有効であることが明らかになった。

Ｄ．考察

・ＵＷ軟化モデルを導入した２次元 FEM 解析法を【①併用物理探査】表面波探査結果（図 2）から東開発してシミュレーションを実施した結果，天竹沢地すべりの土塊（ダム堤体）が，地震時にす然ダムを形成する土塊の長距離移動を再現すべり土塊が比較的攪乱せずに層すべりで移動しることができた。

たこと，このすべり土塊の末端部における速度構・Ermini and Casagli (2003)が提案した地すべ造の傾斜が移動域より緩く，すべり土塊が芋川対りダムの決壊危険度手法を適用した結果，本地岸に乗り上げた影響が表面波探査で捉えられてすべりのダム堤体は安定ではなかった。

いることが確認できた。また図 2 と図 3 との比較
でも速度構造分布の傾斜が類似していることより，S 波構造から不動域と移動域の判別が可能であることも確認できた。表面波探査の適用深度はＦ．研究発表1.論文発表なし

一般的に 15〜20m 程度とされ，微動アレイ探査のそれは探査深度がセンサ配置間隔に依存するこ

2.学会発表とが知られている。詳細な地すべりダムの堤体構

深津，若井他:凝灰質粘土の軟化特性を考慮し造の調査において，両探査法を併用することが有た地震時地すべりの力学的検討，第 52 回日本効であることが明らかになった。

地すべり学会研究発表会講演集，pp.74-76，日【②ＵＷ軟化モデルによる解析】図 4 と 5 から，本地すべり学会，平成 25 年 8 月，松江市．

水位条件の違いにより地震動の停止後に地すべり土塊の挙動が異なることが示された。中越地震

Ｇ．知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）の直前に台風 23 号による多量の降水が記録され1.特許取得ている（長岡：102mm/日，栃尾：92mm/日）。東竹

2.実用新案登録

沢地すべりが長距離移動した原因に多量の先行

3.その他

降雨が影響した可能性が指摘されているが，本モいずれもなし