こ う えい フ ォ ー ラ ム第 22 号 / 2014.3

消波ブロック被覆上部斜面堤の滑動特性に関する実験的研究
XPERIMENTAL STUDY ON SLIDING DISTANCE OVER SLOPING TOP FOR CAISSON BREAKWATERWITH WAVE DISSIPATING BLOCKS内田吉文 * ・ 小椋 進 * ・ 鬼頭孝明 * ・ 西尾賢二 * ・ 森川高徳 ** ・ 近藤泰徳 **Yoshifumi UCHIDA, Susumu OGURA, Takaaki KITOU, Kenji NISHIO,Takanori MORIKAWA and Yasunori KONDOUThe sliding distance over sloping top for caisson breakwater with wave dissipating blocks wasmeasured by hydraulic experiment. The sliding distance of the breakwater with a sliding safety
factor by an irregular wave varied with the deformation in mound around the caisson toe as wellas the wave period. This study presents the diagram to estimate the sliding distance of the caisson
accumulated during a storm event, the rate of the subsided wave dissipating blocks, and the rate ofincrease in composite wave force for sliding over the caisson, which are applicable to the operation andmanagement of the breakwater.

Keywords : sloping top caisson breakwater with wave dissipating blocks,wave
power, sliding safety factor, sliding distance, hydraulic model experiments

実験に用いた波の諸元は表－ 1 のとおりで、 対象防波堤の1. はじめに設 計 波 相 当 で あ る H1/3=4.7m、 T1/3=17.2s （ 以 降、 代 表

平成 19 年 4 月、 港湾の施設の技術上の基準が改定され、波と呼ぶ） を中心として、 H1/3=3.7~5.7m の範囲で変化さ許容滑動量の考え方が導入された。 これを踏まえ、 本研究は、せた 5 種類の不規則波および代表波の T1/3 の 1/1.5 および近年、外洋に面した海域で採用事例が増えている 「消波ブロッ1/2 に相当する 2 種類の不規則波、 さらに、 代表波の Hmax

ク被覆上部斜面堤」 を対象に、 滑動安全率を各種変化させたに相当する規則波 1 波、 計 8 種類の波を対象とした。 不規則場合の、 ケーソンの滑動への影響を水理模型実験により把握

波の周波数スペクトルは、 ブレットシュナイダー ・ 光易型を目し、 設計に資する基礎資料を得ることを目的とした。

標とした。
作用波数は、 不規則波が 660 波、 規則波は造波板からの再反射波の影響が及ばない 8 波程度とした。 なお、 不規則波

2. 実験内容

は、 いずれも波群を 3 種類変化させた。
実験対象とした防波堤は、斜面部がスリット構造（開口率 50%）（1） 実験装置
実験は、 国土交通省中部地方整備局名古屋港湾空港技術

で後壁を有する消波ブロック被覆上部斜面堤であり、 天端高調査事務所が所有する長さ 30m、 幅 1m、 深さ 1.2m からな+6.0m、 前 面 水 深 h= －19.7m、 マ ウ ン ド 水 深 h' = －8.0 m

るピストン型単一方向不規則波造波装置 （吸収制御タイプ）である （図－ 2 参照）。 なお、 海底勾配は、 実験水路が持つが設置された長水路において実施した （図－ 1 参照）。

約 1/70 である。

（2） 実験条件

表－ 1 実験条件

実験縮尺は 1/50、 潮位は H.H.W.L.+2.5 m で実施した。

図－ 1 実験水路

波浪諸元
滑動波数 波群
安全率波高㻔㼙㻕 周期(s)㻟㻚㻣㻠㻚㻞㻜㻚㻠㻘㻌㻜㻚㻠㻢㻘㻝㻣㻚㻞㻠㻚㻣㻜㻚㻡㻘㻌㻜㻚㻡㻡㻘
㻢㻢㻜 ３
㻡㻚㻞
Ｈ.Ｈ.Ｗ.Ｌ. 不規則波㻜㻚㻢㻘㻌㻜㻚㻣㻘㻝㻛㻡㻜㻗㻞㻚㻡
㻡㻚㻣
㻌㻌㻝㻚㻜
㻠㻚㻣
㻝㻝㻚㻡
㻠㻚㻣㻤㻚㻢
規則波㻤㻚㻢㻝㻣㻚㻞㻤㻙㻜㻚㻠
縮尺

潮位
㻔㼙㻕波の種類＊不規則波の波高はH㻝㻛㻟、規則波の波高はH㼙㼍㼤である．

* 国土交通省 中部地方整備局 名古屋港湾空港技術調査事務所** 玉野総合コンサルタント株式会社 流域技術部

19

消波ブロック被覆上部斜面堤の滑動特性に関する実験的研究


単位：m   消波ブロック W 型++:/+:/ /:/ ±

変位計





  

上部コンクリート：実験時の背面マウンド






基礎石 ～NJ

被覆石 W 層積（W P）

 被覆石 W個 （二層積以上）
基礎石 ～NJ

図－ 2 実験対象断面 （背面マウンドおよび変位計設置の状況） （3） 実験方法
実験では、 幅 40cm のケーソン模型を、 造波板から 20.5m







3)6

3%



37

地点の水路 （幅 1.0m） 中央部に設置し、 両端にダミー模型





3)6

 373)



3)

3)





3)





3)





（幅 30cm 弱） を設置した。 なお、 ケーソン模型間は、 0.5cm程度の隙間を設けた。

㻌



模型は、 本体が合板製、 上部工がアクリル製であり、 底面部にモルタルを敷設して、 マウンドとの摩擦係数がおよそ 0.6となる条件を再現した。
ケーソンの滑動安全率 （以降、安全率と呼ぶ） を変化させた
場合の滑動特性を把握するため、合田 （1973） の式ほか

1）、2）、3）

3%8
38




38

38

図－ 3 波圧計の設置位置0.5、 0.55、 0.6、 0.7、 1.0 となるケーソン質量を求め、 各々、ここに、 質量は、 模型内の錘 （おもり） の量を変化させるこ/:/ ±を用いて、 代表波の最高波高に対する安全率が 0.4、 0.46、模型スケール上で質量を変化させた。

++:/+:/

独造波」 には、 各安全率ごとに実験をスタートした最初のケースも含まれる。とで調節し、 重心が現地と近似するよう、 模型内には棚を設け不規則波実験の解析では、 660 波中の 1 波ごとの波力と変た。 変位量は、 ケーソン模型の背後中央下部 （現地－7.5m位量の関係、 波力と変位量の時系列特性、 周期の違いによる付近） に設置した変位計で測定した （図－ 2 参照）。

影響を検討した。 さらに、660 波の不規則波全体（一つの擾乱）

また、 滑動を引き起こす波力特性を同時に把握するため、を通じた累計変位量を対象として、 任意の波高、 ケーソン質

図－ 3 に示すとおり、 ケーソン前面、 上面および底面に波圧量に対し概算変位量を推定できる図を作成した。 また、 累計計を設置して波圧強度を測定した。 さらに、 変位に伴って消変位量と消波工沈下率の関係も把握した。

が沈下することから、 各ケース終了後にスタッフで消波工の高さを測定した。

規則波実験の解析では、 変位量と波力増大率との関係を明らかにした。

実験では、はじめに波高の小さい波を 100 波程度作用させ、ケーソンとマウンドをなじませた。
不規則波実験は、 波高の小さいケースから大きいケースへ向けて順次行い、 原則、 一番大きな波高のケースが終了する

3. 実験結果および考察（1） 不規則波 1 波ごとの変位特性まで、 ケーソンの変位は戻さず、 連続して行った。 ただし、 変

図－ 4 は、 各 ケ ー ス の 660 波 中 に お い て、 変 位 が 0.1m位によるケーソン後端部のマウンド変形 （盛り上がり） や隣接以上の場合および滑動合成波力が限界値を超えた場合を、ケーソンとの接触によって変位が抑制され、 結果、 当該ケー各々、 最大 5 データ程度ピックアップし、 その時刻の安全率とスの前のケース （波高の小さいケース） よりも累計変位量が少変位の関係を造波条件別に示したものである。 これをみると、ない場合には、 ケーソンを据え直して再スタートした。 ここに、連続造波の場合、 単独造波に比べ変位量がかなり小さくなっ前者を 「連続造波」、後者を 「単独造波」 と呼んで、以降のデーている。 また、 同じ安全率でも変位量にバラツキが確認され、タ整理に際し、 「設置条件」 の違いとして区別した。 なお、 「単安全率と変位量の関係は明瞭となっていない。 この主要因は、

20

こ う えい フ ォ ー ラ ム第 22 号 / 2014.3

また、 1 波ごとの周期の違い （= 波力の作用時間） でも変位量
㻟㻚㻜変位量が異なることを確認しているほか、 波の作用により時々刻々変化㻴㻚㻴㻚㼃㻚㻸㻗㻞㻚㻡㼙するわずかなマウンド状態の変化も変位量に影響していると考え㻞㻚㻜られる。 よって、 1 擾乱におけるケーソンの滑動特性を評価する

㻝㻚㻡

ためには、 不規則波全体の累計変位量を把握する必要がある。

㻝㻚㻜2） 詳細特性

㻔㻞㻚㻡

㼙
㻕

ここでは、 波力と変位の時系列特性をもう少し詳細に検討す㻜㻚㻡る。 図－ 6 は、 先のケースにおいて有意な変位が発生した時

㻜㻚㻜㻜㻚㻜㻜㻚㻞㻜㻚㻠㻜㻚㻢㻜㻚㻤㻝㻚㻜
１波安全率㻝㻚㻞㻝㻚㻠

㻝㻚㻢

刻 （図－ 5 中の①のタイミング） における各種波力、 変位の時系列をピックアップしたものである。

＜連続造波＞
㻟㻚㻜変位量これをみると、 滑動合成波力と水平波力のピークがわずかに異なっている。 これは、 水平波力がピークとなった時刻に、 鉛㻴㻚㻴㻚㼃㻚㻸㻗㻞㻚㻡㼙

直上向き波力が急減して滑動合成波力が下降に転じてしまう㻞㻚㻜ためである。 その結果、 ピーク値は滑動合成波力＜水平波力

㻝㻚㻡の関係になっている。 ここに、 水平波力ピーク時に、 鉛直上

㻝㻚㻜

向き波力が急減した要因は、 上部工天端から下向き波力が有㻔㻞㻚㻡㼙㻕

意に働いたためである。

㻜㻚㻡この波力は、 押し波時に波の先端がスリットを通じて上部工㻜㻚㻜㻜㻚㻜

㻜㻚㻞㻜㻚㻠㻜㻚㻢㻜㻚㻤㻝㻚㻜
１波安全率㻝㻚㻞㻝㻚㻠㻝㻚㻢

天端に入り込み、 波の峰がケーソン前壁に到達 （＝水平波力ピーク時） したときには、 上部工上に水塊が溢れかえることで＜単独造波＞

発生するもので （図－ 6 赤囲み）、 今回のように、 スリットと後壁がある構造で有意に発生する波力といえる （スリットがなけ

図－ 4 不規則波 1 波ごとの安全率と変位量の関係れば、水平波力がピークになる前に水塊が入り込めない。 また、連続造波ではケーソンの据え直しを行わないため、 ケーソン後後壁がなければ水塊は溜まらない）。 なお、 本波力は比較的端のマウンドが徐々に変形し、 かつ、 その変形度合いがケー長時間作用しているが、 これは、 溜まった水塊がスリットを通じスによって異なるためである。 ただし、 同じ安全率におけるバて流出するのに時間を要するためである。

ラツキは、 連続造波に比べ単独造波の方が明瞭に確認される。

上記の鉛直下向き波力が作用した結果、 滑動合成波力は水平波力を 15% 程度下回っており、 後壁を有する本構造は、（2） 滑動合成波力と変位の時系列特性滑動に対し非常に有利なものと判断される。

1） 全体特性3） 周期の影響

図－5 は、 単独造波のケースにおける滑動合成波力と変位

図－7 は、 先の図－ 6 と同様、 有意な変位が発生した時刻量の時系列変化を示したものである。 これをみると、 主な変位の各種波力、 変位時系列を代表波の 1/1.5 周期 （11.5s） には、 滑動合成波力が限界値 （赤線 : 水中ケーソン質量×摩ついてピックアップしたものである。

擦係数） を大きく超えたタイミングで発生していることがわかる

これをみると、 1/1.5 周期の場合、 代表波と異なって水平波（図－ 5 ①～③）。 その変位量をみると、 時間の経過とともに小力と滑動合成波力のピーク時刻は一致し、 かつ、 滑動合成波さくなっている。 この主な要因は、 変位するたびに、 マウンドの力＞水平波力の関係となっている。

変形が進むためと考えられる。 これが、 先述した単独造波でのこれは、 1/1.5 周期の場合、 波長が短く、 かつ、 波形が前「同じ安全率における変位量のバラツキ」 の一つの要因である。

傾となることで、 上部工への水塊の進入時刻が遅くなり、 結果、＜滑動合成波力＞
滑動合成波力(t)㻟㻜㻜㻜㻞㻡㻜㻜㻞㻜㻜㻜㻝㻡㻜㻜㻝㻜㻜㻜㻡㻜㻜㻜㻙㻡㻜㻜 㻜㻡㻜㻜

限界波力（水中 :×摩擦係数） 㻝㻜㻜㻜㻝㻡㻜㻜㻞㻜㻜㻜㻞㻡㻜㻜＜変位量＞
㻢㻚㻜㻜㻟㻜㻜㻜㻟㻡㻜㻜㻠㻜㻜㻜㻠㻡㻜㻜㻡㻜㻜㻜㻔㼟㻕㻡㻡㻜㻜㻢㻜㻜㻜㻢㻡㻜㻜㻣㻜㻜㻜㻣㻡㻜㻜

㻤㻜㻜㻜

②

①㻤㻡㻜㻜

㻥㻜㻜㻜㻥㻡㻜㻜㻝㻜㻜㻜㻜㻝㻜㻡㻜㻜㻥㻜㻜㻜㻥㻡㻜㻜㻝㻜㻜㻜㻜

㻝㻜㻡㻜㻜

③
①

変位量(m)

㻠㻚㻜㻜
㻞㻚㻜㻜
㻜㻚㻜㻜
㻙㻞㻚㻜㻜 㻜㻡㻜㻜㻝㻜㻜㻜㻝㻡㻜㻜

㻞㻜㻜㻜

㻞㻡㻜㻜

㻟㻜㻜㻜

㻟㻡㻜㻜

㻠㻜㻜㻜

㻠㻡㻜㻜㻡㻜㻜㻜㻡㻡㻜㻜㻢㻜㻜㻜㻢㻡㻜㻜㻣㻜㻜㻜㻣㻡㻜㻜㻤㻜㻜㻜㻤㻡㻜㻜㻔㼟㻕図－ 5 滑動合成波力と変位の時系列 （安全率 0.4）21

消波ブロック被覆上部斜面堤の滑動特性に関する実験的研究

図－ 6 各種波力と変位の時系列 （T1/3=17.2 s）

図－ 7 各種波力と変位の時系列 （T1/3=11.5 s）

鉛直下向き波力のピーク時刻が水平波力のそれから大幅に遅累計変位量の関係である。 ここに、 Hmaxc は、 任意のケーソれるためである （図－ 7 赤囲み）。

ン質量に対し、 安全率 1.0 となる最高波高である。 本図より、

なお、 周期が短い場合、 1 波ごとの変位量が代表波に比べ設置条件別 （連続造波 : 既に変位のある防波堤に適用、 単小さい代わりに、 ケーソン後端のマウンド変形も少なく、 1/2 周

独造波 : 新設または変位の無い防波堤に適用） に、 一擾乱

期では、 660 波の累計変位量が代表波のそれを上回る場合における任意の最高波高、 任意のケーソン質量に対する概算があることが確認されている。

累計変位量を推定することが可能となる。

以上を総括すると、 本防波堤のように、 上部工にスリットと後壁を有する構造の場合、 周期が長い条件では、 波力低減効果が有意に働くとともに、 1 波による変位量が大きい分、 ケーソン後端のマウンド変形も進むため、 一擾乱としての累計変位量は抑制されやすいといえる。
（3） 概算累計変位量推定図
図－ 8 は、 実験結果をもとに作成した Hmax/Hmaxc 比と22

ここに、 本図の適用範囲は表－ 2 のとおりである。
表－ 2 変位量推定図の適用範囲
波形勾配 H' o/L o=0.010 程度
水深帯 : 重複波領域
防波堤タイプ : 消波ブロック被覆上部斜面堤

こ う えい フ ォ ー ラ ム第 22 号 / 2014.3

㻤＜連続造波＞
㻣

累計変位量（ｍ）

㻢㻡㻠㻟㻞㻝

図－ 9 消波工形状の測定位置および㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 消波工沈下面積の考え方㻜㻜㻚㻜㻜㻚㻡㻝㻚㻜㻝㻚㻡㻞㻚㻜㻞㻚㻡㻟㻚㻜

Hmax／Hmaxc

㻤＜単独造波＞㻜㻚㻣㻣㻜㻚㻢㼥㻌㻩㻌㻜㻚㻜㻡㻞㻝㼤㻌㻗㻌㻜㻚㻝㻤㻞㻢

消波工沈下率

累計変位量（ｍ）

㻜㻚㻡㻡㻠㻟㻜㻚㻠㻜㻚㻟

5 㻜㻚㻞㻞㻜㻚㻝㻝㻜㻜㻝㻜㻜㻚㻜㻜㻚㻡㻝㻚㻜㻝㻚㻡㻞㻚㻜㻞㻚㻡㻞㻟㻠㻡
累計変位量（ｍ）

㻢㻣㻤㻟㻚㻜

Hmax／Hmaxc

図－ 10 累計変位量と消波工沈下率の関係

図－8 任意の最高波高、ケーソン質量における累計変位量推定図2） 変位に伴う波力の増大特性
図－ 11 は、 安全率 0.4 での規則波による滑動合成波力と（4） 維持管理に資する消波工の沈下特性および波力の増大特性変位量の時系列を示したものである。 これをみると、 波力は時

1） 変位に伴う消波工の沈下特性間の経過とともに漸増している。 これは、 主にケーソンの変位

本防波堤は、 消波ブロック被覆構造のため、 ケーソンの変位によって前面の消波ブロックが徐々に沈下したためである。 なに伴って徐々に消波工の天端が沈下する。 実験では、 1 ケー

お、 変位量はマウンド変形によって 1 波ごとに小さくなっていス （660 波） 終了ごとに消波工形状をスタッフにて測定し、 概ることが確認できる。

略の沈下面積を把握した。 ここに、消波工形状の測定は、原則、次いで、 本時系列のうち、 波高が目標値に達し、 かつ、 優

図－ 9 に示す① ~ ③の位置で行い、 沈下面積は初期形状から位な変位がある 2 波目から 5 波目をピックアップし、 累計変位の差分として図－ 9 のオレンジ部分とした。

量と波力増大率の関係を整理した。 具体的には、 「ケーソン図－ 10 は、「単独造波」 で実施したすべてのケースを対象に、の変位⇒消波ブロック沈下⇒波力増大」 という考えのもと、 波累計変位量と消波工沈下率の関係を示したものである。 ここに、力と変位量の関係は図－11 下段のとおり、 ①－①、 ②－②、消波工沈下率とは、 初期面積と沈下面積の比を表したものであ③－③のペアとした。 波力増大率は、「（各波力－ 2 波目波力）る。 これをみると、 累計変位量と消波工沈下面積は概ね比例関／ 2 波目波力」 として求めた。

係にあり、 相関係数も約 0.9 と高い値を示している。 なお、 累図－ 12 は、 同様の考え方で作成した累計変位量と滑動合計変位量が概ね 1m 未満では、 消波工沈下率のバラツキが大成波力増大率の関係図である。 これをみると、 累計変位量ときくなっている。 また、 変位量がほとんどないケースでも沈下が波力増大率は比例関係にあり、 相関係数は 0.8 と高い値を示発生している。 この要因は、 波の作用により法肩付近の消波ブしている。 本図を用いることで、 防波堤の変位に伴う滑動合成ロックが移動する場合があるためである （図－ 10 赤丸）。

波力の増大率が推定でき、 今後の滑動の可能性を判定できる

本図を用いることで、 防波堤の変位に伴う消波工の沈下量ばかりでなく、 前項に示した連続設置版の累計変位量推定図が推定でき、 滑動変位にかかる復旧の数量や工費の試算が可と組み合わせることで、 次の擾乱による累計変位量の試算も可能となる。

能となる。
23

消波ブロック被覆上部斜面堤の滑動特性に関する実験的研究

4. 主要な結論
本研究で対象とした後壁とスリットを有する消波ブロック被覆上部斜面堤の滑動特性に関する主要な結論は、 以下のとおりである。
①不規則波 1 波ごとの変位量は、 そのときの波力 （＝安全率）が同じでも異なり、 その要因は二つある。 一つめは、 変位が生じるごとにケーソン後端のマウンド変形が進展し徐々に動きにくくなること、 二つめは 1 波ごとに周期が異なることである。
②周期 （＝波長） が長い条件では、 水平波力のピーク時刻に上部工スリット部を通じて天端上に進入した水塊によって鉛直下向き波力が有意に作用するため、 滑動合成波力は減少に転じることが確認され、 本防波堤は滑動に対し有利な構造となる。
③短周期の場合は水塊の進入が遅れるため、 ピーク滑動合成波力は低減しない。 また、 1 波ごとの変位が小さい分、 マウンド変形も少ないため、 累計変位量は長周期時に比べ大きくなる可能性がある。
④実験結果をもとに、 1 擾乱における任意の波高、 ケーソン質量に対する概算累計変位量推定図および維持管理に資する累図－ 11 規則波における滑動合成波力と変位の時系列 （安全率 0.4）

計変位量と消波工沈下率、 波力増大率の関係図を作成した。

参考文献
㻜㻚㻡㻜1）

5 㼥㻌㻩㻌㻜㻚㻜㻢㻟㻣㼤

滑動合成波力増大率

合田良実 : 防波堤の設計波圧に関す研究、 港湾技研報告、 第 12
巻 第 3 号、 pp.31~69、 1973.

㻜㻚㻠㻜2）

㻜㻚㻟㻜

佐藤孝夫ら : 消波ブロック被覆上部斜面堤の水理特性 - 那覇港大水深域における新構造防波堤の開発 -、海岸工学論文集、第 39 巻、pp.556~560、 1992.

㻜㻚㻞㻜3）

㻜㻚㻝㻜

高橋重雄 ・ 谷本勝利 ・ 下迫健一郎 : 消波ブロック被覆堤直立部の滑動安定性に対する波力とブロック荷重、 港湾技研報告、 第 29㻜㻚㻜㻜㻜

㻝

㻞㻟㻠

㻡

㻢

㻣

累計変位量（ｍ）

図－ 12 累計変位量と滑動合成波力増大率の関係㻌

24

巻 第 1 号、 pp.53~75、 1990.