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大規模土砂移動発生時の地盤振動の特徴と土砂移動形態の関係
国立研究開発法人土木研究所 土砂管理研究グループ 火山・土石流チーム
木下篤彦
国土交通省北陸地方整備局河川計画課
山路広明・廣瀬昌宏（株）エイト日本技術開発○海原荘一・只熊典子（株）かなめ技術開発
浅原裕
1.はじめに振動の大きさを表す指標として，高感度地震観測網

大規模な深層崩壊が発生した場合には，国立研究の 100Hz サンプリング値の振動速度値から，式(1)

開発法人防災科学技術研究所の高感度地震観測網に示す二乗平均平方根(RMS：Root Mean Square)

Hi-net 等で地盤振動を検知可能であることが知られで表現するものとした．ており，大規模な土砂災害の発生位置や発生時刻を知るための有効な手段として活用が期待されている．
深層崩壊で最も注意しなければならないのは，天RMS 

1 N y (n) 2N n 1(1)ここに，y(n)：n サンプル目の波形データ，N：デ然ダムを形成するケースであり，下流に甚大な洪水ータ個数である．

被害を及ぼす可能性がある．また，豪雨災害時には，ここでは，深層崩壊時の地盤振動の振幅の増大を表

現地の状況が確認しにくい状況となっている可能性

現する短期振幅の平均値として，2 秒間の RMS 平均も高く，地震観測網のデータから災害の発生しやす値（STA：Short Time Average)を，各観測局のノイさを把握することはリスク管理上有益である．そこ

ズレベルを表現する長期振幅の平均値として 60 秒で，本研究では過去の深層崩壊時の地盤振動の特性間の RMS の平均値（LTA：Long Time Average)をと，天然ダム形成の有無や土砂移動形態による地盤求め，トリガ条件として STA が LTA の 2.0 倍以上振動特性の違いの関係を整理し，河道閉塞発生予測を 2 秒間以上超過した場合に，深層崩壊による振幅技術を開発するための基礎的な研究を行った．の増大があったものとして取り扱った．
(3)深層崩壊による地盤振動波形の立ち上がり勾配

2.検討対象の深層崩壊事例と振動解析の内容

算定方法(1)検討対象とした深層崩壊事例等

深層崩壊による地盤振動の振幅の波形の違いを表

過去の深層崩壊発生事例における地盤振動解析の現する指標として，立ち上がりの緩急を定量評価す

対象は，降雨による深層崩壊(再崩壊を含む)を対象とるため、トリガ超過時点の振幅とピーク振幅，それし，2010 年以前ものは国立研究開発法人土木研究所らの時刻差から 1 kine/sec 以上を境界として急であで公開されている過去の深層崩壊発生事例のリストるとし，それ未満を緩いと区分した．なお，この波で，2010 年以降のものについては，災害調査資料か

形の立ち上がり勾配については，最もシグナルが大ら抽出し，高感度地震観測網の整備された 2004 年以

きいと考えられる深層崩壊発生箇所から最も近い観降の 46 イベントを検討対象とした．地盤振動データ

測局のデータを用いた．

については，深層崩壊発生箇所周辺の Hi-net 等のデ(4)深層崩壊による地盤振動の継続時間の算定方法

ータを収集した．天然ダムの形成・非形成について

地盤振動の継続時間は，起点はトリガレベル 2.0

は災害報告等から区分を行った．また，崩土の流下倍を 2 秒連続して超える時点とし，終点はトリガ超距離が崩壊幅の 5 倍以上を流下タイプ，それ以下で過前の振幅に近いレベルまで下がった時点として，対岸に崩土が衝突しているものを衝突タイプとしてトリガレベル 1.2 倍を 3 秒連続して下回る時点とし，区分した．

起終点間の時間を振動継続時間として算定した．

(2)深層崩壊に伴う地盤振動の検知の条件(5)深層崩壊の地盤振動の卓越周波数の算定方法

深層崩壊が発生しても，規模が小さい等の理由に本研究における周波数解析は，まず，土砂移動により，周辺の高感度地震観測網の観測局で地盤振動伴う地盤振動(シグナル)の範囲と土砂移動発生前(バを捉えることができない場合もある．本研究で地盤ックグラウンドノイズ)のそれぞれのデータで，高速振動による深層崩壊の検知については，以下に示すフーリエ変換(FFT)で周波数スペクトルを計算し，長短 2 つの振幅の指標とトリガ条件を設定し，地盤0.5〜1Hz、1〜2Hz、2〜3Hz という具体に 1Hz ごと- 686 -

に 20Hz まで,シグナルとバックグラウンドノイズの時間，卓越周波数等に着目することで，地盤振動か平均値と比率を求め，最も比率の大きいところを卓ら土砂移動形態をある程度把握できる可能性がある越周波数とした．なお，シグナルの周波数解析の計ことが明らかとなった.このことを利用して，災害発算対象データ長は，波形の立ち上がりの時間に応じ生時によるリスクの大小や影響等を把握する等，天て 2 の n 乗のデータ数となる 10.24 秒、20.48 秒、然ダム等による危機管理に役立てることが可能と考40.96 秒を使い分けした．

えられる．
25

いては，流下距離の長い流下タイプには立ち上がり勾配が急なものはなかった(図-1)．

20

イベント数

3.天然ダムの形成・非形成及び土砂移動形態と振動特性の関係
土砂移動形態と波形の立ち上がり勾配の関係につ急緩15105

高原らの研究では 1)，2014 年の赤谷地区の再崩壊
0時の地盤振動と土砂移動プロセスの関係は，河床に衝突

崩壊土砂が到達した時点から振幅が増大し始め，対図-1

岸に崩壊土砂が衝突しているタイミングで，振幅は25の再崩壊の事例では立ち上がり勾配が急となってい20

イベント数ることを踏まえると，対岸に崩土が衝突するようなになるのではないかと考えられる．反対に，対岸斜面への衝突が生じない流下型の地盤振動は，崩土の120〜sec
30〜60sec
0〜10sec

15100

撃力が小さいため，立ち上がり勾配が緩くなってい天然ダム形成

図-2るものと推察される．
下型にのみ 120 秒を超える深層崩壊事例があるのに25対し，天然ダムを形成したケースの振動継続時間は20係については，図-3 に示すように，天然ダムを形成している深層崩壊事例では，0.5〜1Hz，1〜2Hz のように低い周波数が卓越周波数となっている深層崩イベント数60 秒未満の深層崩壊事例がほとんどを占めているこ

卓越周波数と天然ダム形成・土砂移動形態との関天然ダム非形成全体

天然ダムの形成・非形成と振動継続時間の関係

振動継続時間については，天然ダム非形成及び流振動継続時間を左右しているものと考えられる．

60〜120sec
10〜30sec5

流動自体によるものと考えられ，衝突型に対して衝とがわかる(図-2)．これは，単純に崩土の流下距離が全体立ち上がり勾配の関係最初のピークを迎えており，また，2014 年赤谷地区

大きな衝撃力が生じる場合に，立ち上がり勾配が急流下

深層崩壊土砂の移動形態と波形の

4〜Hz

3〜4Hz

1〜2Hz

0〜1Hz

2〜3Hz

151050天然ダム形成図-3

壊事例が多いのに対し，4Hz を超える卓越周波数の天然ダム非形成

全体

天然ダムの形成・非形成と卓越周波数の関係

深層崩壊事例は，天然ダム非形成にしかないという参考文献結果となった．天然ダム非形成にしか 4Hz を超える

1)高原晃宙・木下篤彦・水野秀明・,長谷川真英・梅イベントがない理由については，詳細に各事例の地

田ハルミ・海原荘一・浅原裕：振動センサデータ

形等を確認する必要があり，今後の課題としたい．

による大規模土砂移動現象発生タイミング及び移動プロセスの解明について,河川技術論文集,Vol.22,4.まとめ
pp.43-48，2016．
本研究では，深層崩壊における天然ダムの形成・謝辞
非形成や土砂移動形態と地盤振動の関係を検討した．
本研究では国研防災科学技術研究所の Hi-ne 等の深層崩壊発生時の波形の立ち上がり勾配，振動継続データを使用した．ここに感謝の意を表します．

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