関東森林研究 73 (2022)

速 報

スギの経年変化を考慮した斜面の安定解析
岡田康彦 1 ・黒川潮 2
１ 国立研究開発法人森林研究・整備機構森林総合研究所
２ 国立研究開発法人森林研究・整備機構森林総合研究所九州支所
要旨：樹木の根系は斜面内部に張り巡ることにより表層の崩壊を防止していると考えられている。樹木は植え付けからの生長に伴って地上部の重量や根系量が大きく変化するほか，伐採がなされると根は腐朽してその強度を低下させる。国内で最も多く生育しているスギを対象に，皆伐から 50 年後まで５年～10 年毎の地上部重量および根の補強強度の経年変化を考慮し，豪雨時を想定した斜面の安定解析（1 m メッシュ）を実施した。その結果，斜面が危険と判定されるメッシュ数は 10 年後に最大値をとること，伐採から５年までに急激に危険メッシュ数が増大することがわかった。
キーワード：流木，水路実験，転倒抵抗モーメント

Changes in slope stability under forest growth and roots deteriorationYasuhiko OKADA 1, Ushio KUROKAWA 2
1 Forestry and Forest Products Research Institute2 Forestry and Forest Products Research Institute Kyushu Branch

Ⅱ 解析方法Ⅰ はじめに
近年その影響が甚大化しているとも推定される気候変

森林の防災機能の経年変化を評価するにあたり，（５）動に関して，山地土砂災害に対する国民の安全・安心確の手法に基づいて，茨城県のある森林流域（図-１）を対保に資するためには，国土の約 2/3 を占める森林が果た

象に１m メッシュ単位で無限長斜面の安全率を算出した。

す山地災害防止・軽減機能を明らかにすると共に，防災今回は土壌全層が飽和している状態を仮定して Richards

機能の高度発揮に向けた適切な対応の検討が不可欠であ式による地下水位の変動解析は行わず，森林の生長に伴る。集中豪雨などにより多発する表層付近の斜面崩壊をう変化と伐採後の根系の腐朽の効果を検討材料とした。

対象にした場合，森林の生長に伴う重量の変化や，施業無限長斜面の安定計算式は以下の通り。

における伐採による根系の腐朽など，立木が経験する経𝐹𝑠

年変化を見積もることが重要となる。森林の経年変化に𝐴
𝐵

伴う危険箇所予測については，（５）によって検討されて

𝑐𝐴𝑐𝑜𝑠 𝜃 tan  / 𝐵 sin 𝜃 cos 𝜃𝑞𝛾𝛾 𝐷𝛾 𝐷𝑞𝛾𝛾 𝐷𝑍𝑐𝐷𝑍いるが，そこでは，森林の生長に伴う機能評価に留まっ

ここで，Fs：斜面安全率，Cs：土の粘着力，Cr：立木根ていた。

系が発揮する補強強度，θ：斜面の傾斜角，’：土の有効ここでは，（１）が示したスギの根系分布モデルを紐解

内部摩擦角，q0：単位面積当たりの立木の地上部重量(最き，異なる深度の潜在的な崩壊面に位置するスギ根の太大となる 50 年生時で 0.31 kN/m2)，sat：土の飽和単位体さと本数を求める。また，生木ならびに伐採からの経過積重量，w：水の単位体積重量，t：土の湿潤単位体積重年数が異なる根株の周囲にトレンチを切り，表出した根量，D：土壌層深，Z：地下水位(=D)である。表層崩壊がを対象にした引抜抵抗力試験の結果を用いて，崩壊面で多発する風化花崗岩土壌での計測値（６）を基に，Cs =発揮される根の補強強度の算出を試みる。
皆伐から 50 年

0 kN/m2，’ = 36.0 度，sat = 16.2 kN/m2，w = 9.81 kN/m2，後までを対象に，５年～10 年毎の樹木の生長に伴う地上t = 10.27 kN/m2 とした。

部重量の変化，根系の発達に伴う補強強度の変化，また，表層の潜在的な崩壊面に位置する根の太さと本数につ伐採後の根系の腐朽に伴う補強強度の低下を考慮して実いては，（１）を基に算出した。また，生木，伐採から１施した無限調斜面の安定解析結果を報告する。

年後，２年後，４年後，７年後，８年後の根株の周囲を－165－（受理日 2021 年 12 月 19 日）

掘り出し，表出した根の引抜抵抗力を測定して根の直径

53(6)：11-37の冪乗関数として求め，（３）に従い単位面積当たりの引(4) 北村嘉一・難波宣士（1981）伐根試験を通して推定し抜抵抗力値の合計を根系が発揮する補強強度とした。皆た林木根系の崩壊防止機能．林業試験場研究報告 313：

伐から 50 年後までの森林に関しては，茨城地方すぎ林

175-208

林分収穫表の地位２等の結果を用いて，立木の本数密度(5) 黒川潮・阿部和時・大丸裕武・松浦純生（2007）物理や地上重量の変化を算出して解析に用いた。

則モデルによる表層崩壊危険度評価．日本地すべり学会
誌 43(6):351-355(6) 岡田康彦・黒川潮（2012）ヒノキ根系のせん断抵抗力

Ⅲ 結果と考察

補強に関する実験的検討．関東森林研究 63(2):141-144

潜在的な崩壊面の深さは，簡易貫入試験で計測されるNc 値が 10 に相当する土壌層底部と仮定（２）して，その深さに位置する根の本数と太さから，生木の根が発揮する補強強度を算出しロジスティック曲線として関数化した（図-２）。また，伐採後の根の腐朽に伴う強度低下については，１年後，２年後，４年後，７年後，８年後の冪乗関数から算出された５点を対象に指数関数回帰式を求めて伐採から５年毎の強度を算出した（図-３）。
豪雨時を想定し土壌層が完全飽和している条件での斜面安定解析の結果，伐採直後（０年後）から 50 年後まで

図-１. 解析対象とした森林流域の DEMの５年毎の危険メッシュ数（斜面安全率が１を下回るメッシュ数）の変化は図-４の通りとなった。伐採から 10年後に危険メッシュ数が最大となること，伐採直後から５年後までの危険メッシュ数の増加速度が最大であること，伐採から約 30 年後に危険メッシュ数が初期値とほぼ同程度に低減することがわかった。
森林の生長に伴う地上部重量の変化，崩壊面に位置する根の本数と太さの変化，また伐採後の根の腐朽に基づく強度低下の変化を考慮して，豪雨時における危険斜面

図-２. 根の生長に伴う補強強度の変化の評価を行った。伐採後の根株の伐根試験の結果から，５年～15 年程度の低強度が結論されている（４）。今回の検討結果も概ね調和的ではあるものの，15 年後には生長に伴う強度を表すロジスティック曲線の変曲点付近に位置しており、従ってその時点で補強強度の増大速度が最大値近傍になっていること（図-２）、伐採根株の根の強度は 10 年程度でほぼ消失していること（図-３）から、伐採後から 15 年よりも早い時期において急激に危険性が増大すると考えられる。

図-３. 伐採から５年後及び10 年後の根の補強強度（潜在的崩壊面の深さが 0.75 m の例）

引用文献(1) 阿部和時（1997）樹木根系が持つ斜面崩壊防止機能の評価方法に関する研究．森林総合研究所研究報告 373：
105-181(2) 阿部和時・黒川潮・渡辺悦夫・久保田誉・趙炳薫（2004）
高標高山地斜面の表層土厚さの分布に関する研究(II) ．
日本林学会関東支部論文集 55:267-270
図-４. ５～10 年毎の危険メッシュ数の推移(3) 北原曜（2010）森林根系の崩壊防止機能．水利科学－

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