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2023年10月16日

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はじめに

大成学術財団 第5回研究成果発表会

近年の地震や豪雨により、多くのため池が被災している。
中でも、土と附帯構造物の境界部や土質層境界部での被災が多くみられる1）。

ため池堤体における土質境界部の内部侵食の進展メカニズムの解明

土と附帯構造物の境界部での被災事例

異なる土質層境界部での被災事例

山口県船引ため池

高知県内原野ため池2）
新堤体（シルト質砂）
旧堤体
（粘性土）

底樋
パイピングホール

東京理科大学 （元山口大学）

石丸 太一

山口大学

鈴木素之
21）藤本哲生他：2019年台風第19号等による豪雨で決壊したため池堤体の特徴と決壊要因の推定，土木学会論文集（水工学），Vol.76，No.1，pp.370-384，2020．
2）堀俊和：農業用ため池の豪雨災害に関する研究，農業工学研究所報告，Vol.44，pp.139-247，2005．
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研究の目的

検討1 層境界角度の影響

ー実験装置と実験方法ー

 ため池の多くは時代の変遷とともに増改築。
 堤体内部は均質ではない。
 例えば、古い堤体と新しい堤体の境界部のような箇所でContact Erosion（接触侵食）が発生する恐れがある。

狭山池（大阪府狭山市）の堤体断面3)

土質境界面を有した鉛直2層の模型地盤に対して、上向き一次元通水実験を実施し、侵食の様子を観察。
 層境界部の角度の違い
 層境界部のなじみ方の違い
 通水方法（一定、繰り返し）の違い
3

図4 傾斜機能付き円筒型通⽔装置（左︓模式図，右︓写真）
Contact erosion発生の概念図

3) 吉井克信，西川寿勝，浜地長生：狭山池の改修とその技術変遷，建設機械施工，Vol.69，No.8，pp.54-59，2017．

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図6
通⽔過程の排⽔の採⽔状況
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検討1 層境界角度の影響

ー土試料ー

検討1 層境界角度の影響
Q層カオリン

流出可能成分（20％）

QK10層カオリン（10％）
硅砂硅砂（75～425μm） （75～425μm）

硅砂（425μm～）
QK10

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有効侵食率（％）
侵食した土の乾燥質量（ｇ）＝
供試体内の流出可能成分の乾燥質量（ｇ）

流出可能成分
（29％）

100

硅砂
（425μm～）

珪砂Q

図7 本実験で使⽤した⼟試料の粒径加積曲線

初期平均流量：
排水量400mLまでに土粒子の大半が排出することを考慮して，そこまでの平均流量を使用

図8 各層の⼟の組成

QK10はKenney4）の内部安定指標より，細粒分が流出しやすいと判定される。
5

ー実験結果と考察ー

4) Kenney, T. C., Lau, D: Internal stability of granular filters, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 22, pp. 215–225, 1985.

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図10

初期平均流量と有効侵⾷率の関係

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検討1 層境界角度の影響

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ー実験結果と考察ー

検討1 層境界角度の影響

ーまとめー

カオリン懸濁液の濃度―濁度関係

1. 土質境界面の傾斜角度を変化させても、有効侵食率は変化しなかった。

濁度の性質• 懸濁物質が同じであれば，濃度と濁度は直線関係になる。

2. 土質境界面に傾斜をつけると、傾斜がない場合と比べて、流出土粒子径が小さくなることが分かった。ただし、実験装置の流出部分の構造の影響を受けている可能性もある。

• 同一濃度でも懸濁物質の粒径が小さいほど濁度が高くなる5)。

図11 排水の濃度と濁度の関係
75) 横山勝英：濁度計の粒径依存特性と現地使用方法に関する考察，土木学会論文集，No.698，pp.93-98，2002．

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検討2 層境界なじみの影響

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ー実験装置と実験方法ー

検討2 層境界なじみの影響

ー供試体の作成方法ー
未処理
No Treated(NT)

粒径加積曲線

重ね合わせ
Blended
（B）

GG20層
浸透方向

貯水槽水位の制御装置（マイコンボードとタイマーリレー）

珪砂4号層
10mm

With Soil
Pipe (WSP) 上向き通水 動水勾配を自動で変化させることができる。

2本の柱状ソイルパイプ（5mm×5mm×200mm）

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埋め込んだ砂糖塊を飽和過程時に溶解。

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検討2 層境界なじみの影響

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ー通水方法ー

検討2 層境界なじみの影響

ー分析方法ー

計測項目
パターンF

パターンC

パターンR

破壊に至るまで破壊に至らない動水勾配で破壊に至らない動水勾配で動水勾配を段階上昇

24時間通水

24時間繰り返し通水

実験中の貯水槽の濁り• 動水勾配（ビューレットの読み）• 流量• 濁度（貯水槽内、貯水槽から流出した排水）• 実験後供試体の細粒分含有率分布

実験後の供試体上面の様子

サンプル採取位置

浸透破壊

珪砂4号層
GG20層
１００サイクル
動水勾配の上昇幅；０．１

設定動水勾配；０．９①：土質境界面を有する区画②：境界面を有していない区画③：剛壁との境界面を有する区画

動水勾配の変動；０．４⇔０．９
変動回数：100回

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供試体上面図3区画×7層＝計21か所
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検討2 層境界なじみの影響

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ー実験結果と考察ー

検討2 層境界なじみの影響

ー実験結果と考察ー

𝐹 の変化率（％）＝ 実験終了後の𝐹 －供試体作製時の𝐹

 貯水槽内外の濁度は一致していない。
単層地盤
𝑖 =0.7

動水勾配一定 2層地盤の方が、細粒分流出が開始する動水勾配が小さい。

２層地盤

動水勾配変動

供試体作製時の 𝐹（パターンC）（パターンR）

𝑖 =0.5

 動水勾配の変動を与えた場合、動水勾配一定の場合よりも、細粒分が流出する。
 動水勾配の変動を与えた場合、供試体全体の細粒分含有率が低下する。

限界動水勾配限界動水勾配（理論値：１．０４９） （目視判断）

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検討2 層境界なじみの影響

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ー実験結果と考察ー

検討2 層境界なじみの影響

ー実験結果と考察ー
サンプル採取位置

𝐹 の変化率（％）＝ 実験終了後の𝐹 －供試体作製時の𝐹
動水勾配一定動水勾配変動

供試体作製時の 𝐹（パターンC）（パターンR）
WSPの 動水勾配の変動を与えた場合、動水勾配一定の場合よりも、細粒分が流出する。

境界部付近

 動水勾配の変動を与えた場合、供試体全体の細粒分含有率が低下する。

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 ソイルパイプが存在する場合、その近傍（①）で著しく細粒分が減少する一方で、②、③の細粒分流出は抑制された。
 層境界部の重ね合わせは未処理の場合よりも細粒分流出を抑制した。

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検討2 層境界なじみの影響ーまとめー

1. 通水方法（一定、繰り返し）の違い• 動水勾配の変動を与えた場合、動水勾配一定の場合よりも、細粒分が流出する。
• 動水勾配の変動を与えた場合、供試体全体の細粒分含有率が低下する。

2.層境界部のなじみ方の違い• ソイルパイプが存在する場合、その近傍で著しく細粒分が減少する一方で、それ以外箇所での細粒分流出は抑制された。
• 層境界部の重ね合わせは未処理の場合よりも細粒分流出を抑制した。

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