（様式３）新潟大学災害・復興科学研究所
共同研究報告書スタック車両の原因となる圧雪路面の轍掘れ発生条件の解明
藤本河島明宏 1）
克久 2）1）福井大学 2）新潟大学
研究要旨
本研究では，圧雪轍掘れの発生メカニズムの解明およびその深さの定量化を目的に，圧雪貫入試験を実施し，圧雪層の乾き密度および重量含水率ならびにタイヤ接地圧が貫入深さに及ぼす影響を示した．
また，乾き密度が 605 kg/m3 の圧雪に対して，貫入深さを重量含水率とタイヤ接地圧を用いて定量的に評価した．さらに，本試験結果と福井での圧雪轍掘れ事例を基に，比較的に低密度の圧雪が水分を含むと圧雪轍掘れが起こり易いことを示した．

Ａ．研究目的
筆者らは，平成 30 年 2 月の国道 8 号における大雪立ち往生の発生を契機に，スタック車両発生メカニズムの解明に取り組んでいる．これまでに，圧雪路面での実車試験を通じて大雪時の車両発進不能およびタイヤチェーン装着効果のメカニズムについて報告した．スタック車両は，大雪の渦中だけでなく，厚い路面圧雪層の軟化に起因して発生する場合がある．国道 8 号線の大雪立ち往生解消後に発生した福井市内での著しい交通渋滞はその一事例である．大雪や立ち往生の間，福写真-1 圧雪轍掘れが発生した道路状況

井市内の生活道路の多くは除雪が行き届かず，厚さ 10～20 cm 程度の圧雪に覆われた．その後，日中の強い日差しや気温上昇は路面圧雪層を融かたスタック車両の発生メカニズムの解明は、適切して軟化させ，写真-1 のような車両通過に伴う圧な除雪車の出動基準の基礎資料となり、スタック雪の窪み（以下，圧雪轍掘れ）が出現した．深い車両発生を未然に抑止することにつながる．

圧雪轍掘れは，車重の軽い 2 輪駆動車や後輪駆動

圧雪轍掘れの発生に関して，積雪の圧縮変形,やのトラックなど駆動輪に十分な輪荷重がかからせん断破壊については古くから研究が行われてない車両を容易にスタック状態にさせる．一方，おり，道路上で発生する高密度の圧雪を対象とし4 輪駆動車など駆動力に優れた車両は，スタックた研究例も存在する．しかしながら，圧雪轍掘れを回避できても，圧雪の窪みを益々深くし，新たを対象とした研究例は筆者の知る限り殆どなく，な圧雪轍掘れを発生させることがあった．

その発生の条件やメカニズムは依然として不明

圧雪轍掘れの発生メカニズムとそれに起因しな点が多い．

表-1 圧雪貫入試験の条件

図-1 高密度圧雪供試体の作製方法

乾き密度450，530，600 kg/m3

重量含水率0～35 %

貫入重量

2.3，5.2，10.8，22.1 kg

貫入棒の接地面積

4.0×10-4 m2

貫入棒接地圧

56.4，127.4，264.6，541.5 kN/m2

想定車両重量0.39，0.85，1.79，3.67 ton

Ｃ．研究結果(１) 貫入深さと圧雪物性の関係

著者らは，圧雪轍掘れの発生メカニズムの解明

図-2 は Ds と wet および mw の関係であり，同図とその深さの定量化のために，室内試験と実車試はタイヤ接地圧 Pt = 127.4（kN/m2）の結果をそれ験を実施している．本報告では，まずは圧雪の物

ぞれ示す．Ds は wet および mw とともに増大したこ理性状および静的な輪荷重に着目し，湿潤圧雪へとが分かる．また，Ds は同じ mw であっても dry がの鉛直方向貫入試験（以下，圧雪貫入試験）を実小さいほど相対的に大きい．

施したので，結果の一部を記載する．

(２) タイヤ接地圧が貫入深さに及ぼす影響
ここでは， dry = 605 kg/m3 のデータを用いて，Ｂ．研究方法

Ds の定量化を試みる．なお， dry = 605 kg/m3 では

図-1 は低温実験室で実施した圧雪貫入試験の上述の Pt 以外に 56.4 および 541.5 kN/m2 の試験を概要である．試験の手順は次のとおりである．(i)

実施しており，以下では考慮される．図-3 左図は-5℃の低温室に製氷機で作製した 1 辺が 4 cm 程

3dry = 605 kg/m での Ds と wet の関係を Pt 毎に分け度の立方体の氷を一昼夜以上放置し，完全に水分て示す． wet = 605 kg/m3，すなわち水分を全く含を無くす．(ii) アイススライサーを用いて削氷し，まない圧雪では Pt = 541.5 kN/m2 のみ Ds が発生し，人工雪を作製する．(iii) 人工雪をふるい分けし，その値は 10 mm であった．前述のとおり，Ds は直径が 1.4～2.0 mm の人工雪を取り出す．(iv) こwet とともに線形的に増大し，その増大率は Pt との人工雪を 0℃に制御した別の低温室に移し，雪ともに大きくなった．

温が 0℃になるまで放置する．(v) 目安の乾き密度

図-3 右図は左図の結果を mw を用いて表現した

3dry（kg/m ）および重量含水率 mw（%）になるよグラフである．Ds は mw の増大とともに線形的にうに規定量の人工雪と 0℃の水を袋に入れて，素増大している．この Ds と mw の関係を次式の一次早く攪拌し，人工雪を湿潤状態にする．なお，こ関数で近似した．

こで加水しない試験条件もある．(vi) その濡れ雪

D =aθmw +を用いて円柱の圧雪供試体を作製する．(vii) 圧雪供試体の重量を測定し，その体積で除して濡れ密度 wet（kg/m3）を算出する．(viii) 貫入棒を圧雪供試体の上面と接するように固定する．(ix) 試験開始時に貫入棒の固定を外すことで，圧雪供試体上面から貫入させ，貫入深さ D（s mm）を測定する．
(x) 圧雪供試体の上部と下部を採取してそれぞれ(1)

ここで，a および b は一次関数の傾きと切片である．Ds と mw をそれぞれ mm および%で表したと
きの a および b は図-4 に示すように Pt の増大につれて一次関数的および対数関数的にそれぞれ増大した．これらの関係は，以下の式で近似できる．

mw を測定し，それらの平均値を用いて dry を算出する．表-1 に試験条件の一覧を示す．

a=6.2×10-3 Pt +0.1(2)

10

150

乾き密度の平均値
456 kg/m 3534 kg/m 3605 kg/m 3100

貫入深さ Ds (mm)

貫入深さ Ds (mm)150

5000200

400

600

800

乾き密度の平均値
456 kg/m 3534 kg/m 3605 kg/m 3100

不飽和域

50飽和域
タイヤ非通過部

01,000010

濡れ密度 rwet (kg/m3)

タイヤ通過部

203040

図-2 圧雪物性と貫入深さの関係（Pt = 127.4 kN/m2）
タイヤ接地圧
56.4 kN/m 2
127.4 kN/m2
264.6 kN/m2
541.5 kN/m2

100

500

不飽和域
飽和域

150

貫入深さ Ds (mm)

貫入深さ Ds (mm)

150

50

重量含水率 qmw (%)

タイヤ接地圧
56.4 kN/m 2
127.4 kN/m2
タイヤ通過部
264.6kN/m2
541.5 kN/m2

100

タイヤ非通過部

50

0
0200

400

600

800

1,000

01020304050

重量含水率 qmw (%)

濡れ密度 r wet (kg/m3)

図-3 タイヤ接地圧が貫入深さに及ぼす影響（ dry = 605 kg/m3）

10(3)

Ｄ．考察
上記の試験結果では，圧雪層の乾き密度が小さ
く，重量含水率が大きいほど，また，タイヤ接地圧が大きいほど，貫入深さは大きいことを示した．
この試験結果から 1 章に記載した福井での圧雪轍

a = 6.2×10-3Pt + 0.1

傾きaおよび切片bb=6.4lnPt -33.0

50-5b = 6.4lnPt - 33.0-100

掘れ事例は，比較的に低密度の圧雪が水分を多量

100

200

300

4005006002

タイヤ接地圧 Pt(kN/m )に含んだため発生した可能性が高い．ただし，本図-4 式(1)の係数とタイヤ接地圧の関係試験による圧雪への貫入現象と道路上の圧雪轍（ dry = 605 kg/m3）

掘れ現象は以下の相違があり，更なる研究が必要である．外部静的要因（輪荷重による載荷）については実車試験の結果と比較して検証する必要

いては，本試験での圧雪への接地圧を実車のそれがある．と同等にしたが，載荷棒とタイヤでは圧雪との接地面積が異なる．また，本試験では圧雪表面からＥ．結論

載荷棒を落下させて圧雪を載荷したのに対して，本研究では，圧雪轍掘れの発生メカニズムの解実車ではタイヤが転がりながら圧雪を載荷して明およびその深さの定量化を目的に，まずは圧雪おり，載荷形態も異なる．車体の挙動やタイヤの貫入試験を実施し，圧雪層の乾き密度および重量回転などの外部動的要因については本試験では含水率ならびにタイヤ接地圧が貫入深さに及ぼ考慮されていない．こうした相違や未考慮な点をす影響を示した．また，乾き密度が 605 kg/m3 の踏まえると，本試験から得られた貫入深さの知見

圧雪に対して，貫入深さを重量含水率とタイヤ接が圧雪轍掘れ深さにどの程度適応できるかにつ地圧を用いて定量的に評価した．さらに，本試験

結果と福井での事例を基に，比較的に低密度の圧雪が水分を含むと圧雪轍掘れが起こり易いことを示した．
今後は，室内試験や実車試験に圧雪内部の断面観測を追加し，載荷に伴う圧雪内部で起こる物理現象を明らかにする．また，実車試験から外部動的要因が圧雪轍掘れに及ぼす影響について解明を試みる．ただし，圧雪物性や輪荷重など様々な条件下で実車試験を繰り返し行うことは極めて困難であるため，室内試験と併用しながら研究を進める予定である．
Ｆ．研究発表1.論文発表藤本明宏，河島克久：車両通過に伴う湿潤圧雪の轍掘れを想定した室内貫入試験，寒地技術論文・報告集，Vol. 36，pp. 1-6，2020．
2.学会発表（学会名・発表年月・開催地なども記入）
木村逸，川崎海，藤本明宏，河島克久：通過車両による圧雪路面の轍掘れ現象に関する研究，雪氷研究大会（2020・オンライン），2020 年 11 月，オンライン．
Ｇ．知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得なし
2.実用新案登録なし
3.その他なし