関東森林研究 67-1(2016)

論 文2011 年東北地方太平洋沖地震による常陸大宮市門井地区の斜面崩壊― 簡易貫入試験結果に基づく土層構成の比較 ―Slope failure due to the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake
at Kadoi district in Hitachiohmiya City
－ Comparison of soil layer composition based on simple penetration test －本田尚正＊1
Naomasa HONDA＊1＊1 東京農業大学地域環境科学部
Faculty of Regional Environment Science, Tokyo University of Agriculture, Setagaya 156-8502
要旨：茨城県常陸大宮市門井地区では，2011 年東北地方太平洋沖地震に起因して斜面崩壊が発生した。本研究では崩壊発生斜面上とそれに隣接する非発生斜面上で簡易貫入試験を実施し，それらの斜面の土層構成を比較した。その結果，崩壊発生斜面では，すべり面の存在が想定される Nc=５以下の土層が非発生斜面に比べてより深い位置にあることがわかった。この土層条件で斜面安定解析を行うと，崩壊発生斜面では地震時の地下水位の上昇による間隙水圧の増加の影響が非発生斜面よりも大きかったと推察された。
キーワード：斜面崩壊，簡易貫入試験，土層構成，斜面安定解析，地下水位上昇
Abstract: A slope failure took place due to the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake at Kadoi district in Hitachiohmiya City,Ibaraki prefecture. In this study, simple penetration tests are carried out on the collapsed slope and the uncollapsed slope, and soil
layer compositions of those slopes are compared. As a result, the soil layer of Nc≦5 in the collapsed slope, which is considered
to be a sliding surface, exists in a position deeper than the uncollapsed slope’s one. Stability analysis is conducted on condition ofthis soil layer. Based on the analytical results, we guess that the collapsed slope has more strongly influence of the pore waterpressure increase due to groundwater level rise at the time of the earthquake than the uncollapsed slope.
Key words: Slope failure, simple penetration test, soil layer composition, slope stability analysis, groundwater level riseⅠ はじめに

2011 年３月 11 日 14 時 46 分，宮城県牡鹿半島の東南斜面崩壊発生の原因には地形，地質，植生等，斜面が部 130km 付近（北緯 38.1 度，東経 142.9 度），深さ約 24km

潜在的に有する素因と，降雨や地震等，崩壊発生の引きの海・陸プレート境界面上を震源（破壊開始点）とする金となる誘因の２つがある。したがって，隣り合う斜面逆断層型の破壊が発生した。地震の規模は我が国にとっでも素因が異なる場合，誘因はほぼ同じであっても一方て未曾有の Mw9.0 を観測し，東北地方の太平洋岸を中心は崩壊し，他方は崩壊しない場合がある（１）。に人命・財産ともに甚大な被害が発生した。後に「2011茨城県常陸大宮市門井地区では，2011 年東北地方太平年東北地方太平洋沖地震」と命名されるこの巨大地震によ洋沖地震により，県道沿いの一斜面が崩壊した。この崩る災害は，「東日本大震災」として我々の記憶に深く刻み

壊は局所的であり，隣接する斜面は崩壊しなかった。

込まれるだけでなく，今もなお，各界において復興に向ここでは本事例を対象に，崩壊の発生・非発生に及ぼけた懸命の努力が継続中である。

す素因の影響を検討する，具体的には崩壊発生斜面上と常陸大宮市門井地区は茨城県北部に位置し（図－１），それに隣接する非発生斜面上で簡易貫入試験を行い，そ一級河川那珂川支流の緒川流域に属する。上記地震によの結果から斜面内の土層構成を比較する。さらに斜面安り，地区内の県道 161 号線に面する一斜面が崩壊した。

定解析を行い，崩壊の発生・非発生の要因を考察する。

崩壊の規模は，概ね次のとおりである（図－２および
写真－１，崩壊斜面はその後整形され，植生工と，上部Ⅱ 検討対象地区および災害の概要の急勾配部にアンカー工が施工されている）。

－ 41 －(2016 年 3 月 15 日受理)

約 35mNNNonABCDE

常陸大宮市門井地区（アンカー工）

FF

約 25m

約 20m

（ 水戸市 ）

凡例

県 道 161号 線【茨城県全県図】

図－１．検討対象地区の位置
Fig.1 Location of study district

崩壊地10m

図－２．崩壊斜面の概要
Fig.2 Outline of collapsed slope

写真－１．崩壊斜面の概要
Photo 1 Outline of collapsed slope
表－１．簡易貫入試験の概要
Table 1 Simple penetration tests
No.
標高
簡易貫入試験の本数
A～E 60～85m ｱﾝｶｰ工より下部：5本×5ｱﾝｶｰ工より上部：1本×5
Non 55～80m8本
計
38本

地表面
θL =1・県道方向の延長 約 35ｍ，崩壊斜面の上端から下端γ1までの高低差 約 20ｍ
・最大斜面長 約 30ｍ（水平距離：約 25ｍ）
，地下水位面W1

平均斜面勾配 約 37°（アンカー工部分：約 45°）h1

・最大崩壊深 約２ｍ，崩壊土砂量 約 1,000ｍ3

γ2h2

すべり面
θW2h

周辺の表層地質は浅川層下部の桜本層であり，約 2200

Wu

万年～1500 万年前に堆積したシルト質砂岩が中心である（２）。斜面表層のガリー侵食を受けた箇所では円礫を図－３．半無限長斜面の安定解析
Fig.3 Stability analysis of semi-infinity slope

多く含む風化砂質土が確認でき，地質的に脆弱といえる。
この地震で崩壊地に隣接する斜面は崩壊していない。
図－２中の「Non 断面」の斜面と崩壊地内の斜面を比べると，Non 断面の勾配は約 39°であり，崩壊地内の平均勾配よりやや急である。同図中の等高線分布をもとにFs Non 断面の位置と崩壊地内（たとえば「Ｃ断面」の位置）を比べると，崩壊地内の方がやや凹地形であったことが確認できる。一方，周辺植生はいわゆる雑木林であり，崩壊地内外の斜面の間で特段の差異は見当たらない。
Ⅲ 検討手法および条件

C 'W cos   k hW sin   u  tan  'W sin   k hW cos (1)W   1h1  2 h2  cos (2)u   wh2 L(3)

ここに，Fs は安全率，C ’は土の粘着力，W は土塊重量，kh

１．簡易貫入試験に基づく土層構成の比較 崩壊発生斜は水平震度，θは傾斜角，u は間隙水圧，φ’は土の内部摩擦面と非発生斜面を対象に簡易貫入試験を行い，得られた角，γ1 は不飽和土の単位体積重量，γ2 は飽和土の単位体積結果（Nc 値）をもとに両者の土層構成を比較する。

重量，h は崩壊深，h1 は地下水位より上部の土層厚，h2 は地

簡易貫入試験は図－２中の Non およびＡ～Ｅの６測線上で，表－１のとおり実施する。得られた Nc 値の分布

下水位からすべり面までの土層厚，γw は水の単位体積重量（γw =9.8kN/m3），L は単位斜面長である。

を斜面に沿った方向からみた場合と，県道に沿った方向

土の C ’，φ’，γ1 およびγ2 の詳細は不明である。ここで（図－２中の「Ｆ-Ｆ断面」）からみた場合とに整理し，

33
は，γ1，γ2 には土の標準値であるγ1=15.68kN/m（1.6tf/m），それらをもとに斜面の内部構造の違いを推察する。

γ2=17.64kN/m3（1.8tf/m3）を用いることとし，崩壊発生斜２．斜面安定解析による土層条件の推定 図－３のよう面・非発生斜面のFs ，C’およびφ’の関係を調べる。なお，

な半無限帳斜面および直線すべり面を仮定し，Fellenius 法に水平震度は崩壊発生斜面・非発生斜面ともに，震度法の一般より地震時における斜面安定解析を行う。

値であるkh=0.20 を用いることとする（３）。

－ 42 －

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Ⅳ 結果および考察

図－６は，図－２中の Non およびＡ～Ｅの６測線すべ

１．簡易貫入試験に基づく土層構成の比較 図－４に簡てについて，図－５と同様のデータ整理を行い，その結易貫入試験の結果（Nc 値の深度分布図）の一例を示す。同図

果を図－２中の「Ｆ－Ｆ断面」で示したものである。

は，図－２中の「Non 断面」の斜面上での試験結果の一以上の図をもとに崩壊地内外の斜面の土層構成を比較部であり，試験実施地点は後出の図－５(a)に対応してすると，概ね次のことがわかる。

いる。
本研究では図－４のような Nc 値の分布データが，(1) 図－５(c)と図－６より，崩壊発生前，Non 断面の位表－１に示した 38 地点のすべてで得られている。

置と崩壊地内では，地表面上で最大２ｍ程度の高低差

図－５(a)および(b)は，Non 断面および崩壊地の中央があり，崩壊地内の方が凹地形であった。に位置するＣ断面の斜面について，土層内で Nc＝５，10，(2) 図－６より，Nc＝５，10，50 の土層の境界面の形状50 の各値が出現する平均深度を結んで土層構成を示しは凹形であり，地表面の形状と酷似している。

たものである。ただし，Ｃ断面では崩壊前の地表面から(3) 実際の最大崩壊深は約２ｍであるので，すべり面は崩壊面までの土層の Nc 値は不明のため，アンカー工よ

Nc＝５以下の弱層内にあったと推察される（４）。

り上部で行った試験結果から推定した。同図(c)は，(a)(4) 図－６より，Nc＝５の土層厚は，Ａ断面とＢ断面でと(b)の一部を重ね合わせて示したものである。

は約 2.5ｍとやや大きいが，それ以外では Non 断面も含めて約２ｍであり，６断面の間に大きな差はない。

Nc 値
50 40 30 20 100 ※地盤高0 ▽ 74m

Nc 値

下の弱層は，崩壊発生斜面と非発生斜面で土層厚に大き100な差はないが，境界面が凹形状のため，崩壊発生斜面の50150方がより深い位置にあった。この内部構造の違いは崩壊

100200150250200

深度 (cm)

500 ※地盤高0▽ 68m

深度 (cm)

50 40 30 20 10以上のとおり，すべり面の存在が推定される Nc＝５以発生の素因を考える上できわめて重要な特徴といえる。
76300

Non740 ※地盤高0▽ 61m
50100(c) Non-3

300
350

深度 (cm)

50 40 30 20 10400

Non-3

Nc=5066

0.0 58.0
1080

高 (m)

70
Nc=565

地表面（ Non 断 面 ）70

Nc=5（ Ｃ 断 面 ）65
F

Nc=1060
Nc=5（ Non 断 面 ）Nc=50202545F55
154075

Nc=501032.035

地表面（Ｃ断面，崩壊前）

地表面（崩壊前）605526.030

図－６．簡易貫入試験結果の一例（F-F 断面）
Fig.6 An example of simple penetration test results (Secion F-F)

Nc=1060

515 14.0 20 20.025

Non 断面からの水平距離（m）

標

高 （m）

Nc=5標

高 （m）

Non-2700

Nc=5
Nc=107575

Non-1

崩壊前
地表面

68808065

E2.0m

0

図－４．簡易貫入試験結果の一例
Fig.4 An example of simple penetration test results

標70の等高線に準じる。

地表面

D72

※ 地盤高の表示は，図－２．中(a) Non-1

C62(b) Non-2

200

B64450150A350250

標 高 （m）

Nc 値

5505101520250510152025

水 平 距 離 （m）

水 平 距 離 （m）

水 平 距 離 (m)(a) Non 断面(a) Section No. Non(b) C 断面(b) Section No. C(c) Non 断面および C 断面(c) Section No. Non and No. C

図－５．斜面土層構成の一例
Fig.5 An example of slope soil layer compositions－ 43 －

図－３および面の内部構造に密接に関係する条件である。
まず，崩壊発生斜面の代表断面として，・半無限長斜面，直線すべり面

20

粘着力Ｃ’（kN/m2 ）下水位面の位置を規定する土層厚 h2 である。いずれも斜h2=0.0m（ す べ り 面 ）h2=2.0m（ 地 表 面 ）よびγ2 といった土の物性値がほぼ同じと考えられる場合，斜面安定解析上，式(1)で注目すべき条件は崩壊深 h と地2.525

式(1)において，２つの斜面が隣り合い，C ’，φ’，γ1 お

h2=0.5m

2.0h2=1.5m
h2=1.0m

15h2=0.5m

10h2=1.0m
h2=1.5m

安全率 Fs２．斜面安定解析の観点からの考察

1.51.0h2=0.0m（すべり面）

h2=2.0m（地表面）50.5h2： 地 下 水 位 面 の 位 置（図－３参照）

h2： 地 下 水 位 面 の 位 置（図－３参照）

・崩壊深 h＝2.0ｍ（ h＝h1＋h2＝2.0ｍ ）を仮定すると，斜面安定の平衡状態である Fs＝１となる

00.0010203040

C ’とφ’の関係は，h2 をパラメータとして図－７(a)のと内部摩擦角φ'（°）

おりである。同図より h2 の増加，すなわち地下水位が上(a) 崩壊発生斜面（Fs＝1.0）(a) Collapsed slope（Fs＝1.0）

昇すると間隙水圧が増加するため，Fs＝１を保持するために必要な C ’とφ’はともに増加すること，地下水位がさ010203040

内部摩擦角φ’（°）(b) 崩壊非発生斜面（ (a)で h2＝2.0m の場合 ）(b) Uncollapsed slope（ In case of h2＝2.0m by (a) ）らに上昇して土層のほとんどが地下水位以下に位置する
図－７． 斜面安定解析の結果
Fig.7 Results of slope stability analysisと，斜面の安定の保持は C ’にほぼ依存することがわかる。
次に，斜面安定上最も危険な地下水位の設定は，地下水位が地表面に達したときであり，
図－７(a)では h2＝2.0

一方，崩壊の局所性の観点から，隣接斜面間で土の物性ｍの場合である。このときの C ’とφ’の関係を，崩壊深値に極端な差異がある可能性は完全には否定できない。さを 2.0ｍとして崩壊非発生斜面に適用すると，h2 をパラメらに，本研究では kh を一定値として検討したが，地震起因ータとした Fs とφ’の関係は図－７(b)のとおりである。の崩壊では斜面への地震波の伝達特性と崩壊発生との関係

同図において h2＝０ｍの地下水位高は，図－６より，崩についても詳しく調べる必要がある。それらに関する詳細

壊地内において地下水位が地表面に達したときと同じ高な現地データの入手は容易ではないが，本研究の推察の検さである。このとき，φ’＝０°でも Fs ＝1.12＞1.0 で証のためにも，今後取り組むべき重要な課題としたい。

あり，安定計算上は安全である。実際の土ではφ’＞０°が見込めるため，Fs はさらに大きくなる。

Ⅴ おわりに一方，地震発生時には動水圧が作用するため，崩壊発

簡易貫入試験の結果から明らかになるのは，土層構成と生斜面と非発生斜面で地表面に高低差があったとしても，土壌硬度の分布のみであるが，それらに隣接斜面での崩壊非発生斜面内においても h2＞０ｍの地下水位の上昇が想の発生・非発生の別や地形の凹凸といった周辺情報を重ね定される。この点について図－７(b)によれば，h2＝2.0

合わせることにより，崩壊発生に対する危険度判定があるｍ（地表面）まで地下水位が上昇しても，φ’＝０°の程度可能であることが，本研究により示された。

場合で Fs ≒1.0 であり，安定計算上は安全である。

本研究の遂行にあたり，茨城県北ジオパークインタープ

以上，斜面安定解析の観点から，崩壊発生斜面では地震リター 久和野泰之 氏には現地案内や情報提供等，多大な時の地下水位上昇による間隙水圧の増加の影響が非発生ご協力をいただいた。ここに記して心から感謝いたします。

斜面よりも大きかったと推察され，さらにその要因には斜面の内部構造の違いが考えられる。
崩壊発生斜面では非発

引用文献

生斜面に比べて Nc＝５未満の弱層がより深い位置にあり，（１）本田尚正・加藤 尚・笠井麻依子（2014）降雨起因の地下水位上昇に対する反応が早かったこと，逆に非発生斜

表層崩壊と地質との関係－宮崎県下の2007 年台風４号，５

面では，発生斜面と同じ深さの土層では Nc 値すなわち土号による土砂災害を事例として－，
砂防学会誌，66(6)：25-30

壌硬度が大きく，地下水位上昇に対抗できたと思われる。

（２）茨城県（2002）土地分類基本調査（常陸大宮・烏山）

３．まとめ ここでは簡易貫入試験と斜面安定解析の（３）川島一彦（1993）震度法と修正震度法，土と基礎，結果から，隣接斜面同士の崩壊発生・非発生の素因として，41(9)：51-52

土層構成の違いにみられる内部構造の差異が地下水位の（４）小山内信智・内田太郎・曽我部匡敏・寺田秀樹・近上昇による間隙水圧の増加の程度に影響し，そのことが隣藤浩一（2005）簡易貫入試験を用いた崩壊の恐れのある接斜面同士の崩壊発生・非発生の明暗を分けたと推察した。

層厚推定に関する研究，国土技術政策総合研究所資料，261－ 44 －