JSCE 令和4年度土木学会全国大会第77回年次学術講演会

第III部門斜面 (3)
2022年9月15日(木) 13:00 〜 14:20 III-6 (吉田南総合館東棟共東４１)[III-190] 落石防護土堤への実規模衝突実験による落体挙動及び落石捕捉性能の検討
Evaluation of rockfall behavior and trapping performance byfull-scale impact test to rockfall protective soilembankment*磯合 凌弥1、前田 健一1、杉山 直優1、木村 絢1、鈴木 健太郎2、中村 拓郎3 （1. 名古屋工業大学、2. 構研エンジ
ニアリング、3. 土木研究所寒地土木研究所）*Ryoya Isoai1, Kenichi Maeda1, Naomasa Sugiyama1, Aya Kimura1, Kentaro Suzuki2, Takuro Nakamura3 （1.
Nagoya Institute of Technology, 2. Koken Engieering Co.,Ltd., 3. Civil Engineering Research Institute forCold Region）
キーワード：落石、落石防護土堤、実規模実験、落石捕捉性能、捕捉安全率
rockfall, rockfall protective soil embankment, real scale test, rockfall trapping performance,
capture safety rate
我が国では大規模な落石災害の発生リスクが高まっており，落石対策の合理化が求められている．落石対策工の1つである落石防護土堤は土のみで構成され，施工性，経済性などに優れた落石対策工法であるが，設計指針が確立されていない．本研究では落石防護土堤への実規模衝突実験を実施し，土堤の落石捕捉性能及び土堤衝突時の落体反発挙動に関する検討を行った．結果，落体が土堤衝突後に土堤法面をかけ上がること及び，法面上で跳躍し土堤法面に再度衝突することで捕捉されることが示された．また，土堤衝突角が大きくなるほど，捕捉安全率（捕捉可能距離を落体の最大水平到達距離で除した値）が大きくなる傾向が示された．

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令和4年度土木学会全国大会第77回年次学術講演会

落石防護土堤への実規模衝突実験による落体挙動及び落石捕捉性能の検討
名古屋工業大学 学生会員 ○磯合 凌弥

正 会 員

学生会員

杉山 直優

（株）構研エンジニアリング 正 会 員

鈴木健太郎（国研）土木研究所寒地土木研究所 正 会 員

中村 拓郎

前田 健一

学生会員 木村 絢

１．はじめに我が国では，集中豪雨や大地震及びインフラの更新時期も重なり，大規模な落石災害の発生リスクが高まっている．落石対策便覧 1)において落石防護土堤（以下，土堤と示す）は土のみで構成され，経済性，施工性などに優れた落石対策工であるとされている．
図-1

しかし，エネルギー吸収メカニズムが未解明であり，実験概要図

設計指針が確立されていない．本稿では土堤への実規衝突実験を実施し，土堤衝突時の落体反発挙動及び落石捕捉性能に関する検討を行った．
２．実験概要及び計測項目

D=1.12m

図-1 に実験概要図，図-2 に実験場写真を示す．本
実験では最大高さ 30m，勾配 50°の斜面を用いて，質量 2.5t の EOTA 型落体（図-3）を，クレーンを用い図-2て落下レーン上から落下させ，土堤に衝突させた．土実験場写真

図-3 EOTA 型落体

堤寸法は図-1 の実験概要図の通りであり，土堤の落石捕捉性能を向上させるため，ポケット部に厚さ

表-1 実験ケース及び実験結果一覧

0.6m の敷砂による緩衝層を設置した．また，表-1 に落体 落下 位置エネ 土堤 土堤衝突 最大水平捕捉
No. ケース名 質量 高さ ルギーE 0 衝突角
速度
到達距離
安全率*（t） （m）（m）（°） （m/s）(kJ)

実験ケース及び実験結果一覧を示す．ケース名は H

1H15-115367.554.29.923.141.69

捕捉2H15-215367.5

2.1

4.17

3.31

1.60

捕捉に続く文字は落下高さであり，末尾の数字は同ケー

結果20490.0

4.2

5.33

4.24

1.25

捕捉25

612.5

18.8

8.19

4.77

1.11

捕捉H29-129710.5

39.4

9.99

3.94

1.35

捕捉H30-130735.0

67.2

17.19

3.31

1.60

捕捉

3H20-1

4H25-1スの実験順である．なお，実験結果の詳細は後述す

56る．計測項目は落体のポケット部及び土堤への衝突*捕捉安全率=最大水平到達距離/捕捉可能距離

2.5の様子について 500fps の高速度カメラで撮影し，PTV（Particle Tracking Velocimetry）解析により落体のったため，算出可能な地点までの軌跡を示す．軌跡図

反発挙動を算出した．

より，本実験では全てのケースで土堤が落体を捕捉

３．実験結果及び考察する結果となった．H15-2，H20-1，H25-1 は落体がポ3.1 落体重心の軌跡図に関する考察

ケット部に衝突した後，ポケット部から跳躍して緩図-4 に落体重心の軌跡図を示す．軌跡図は斜面法衝層を脱出する段階で土堤に衝突した．その後，土堤尻を原点としており，実線にて斜面・ポケット・土堤をかけ上がる挙動となり捕捉された．H15-1，H29-1の形状を，破線にて重錘半径分のオフセットラインはポケット部への貫入中に落体が土堤に衝突しておを示している．各ケースにおける水平方向の最大到り，土堤に貫入した後，土堤法面上を再び跳躍するこ達地点の座標をプロットにて示す．また H30-1 は土とで土堤から離れ，再度土堤に衝突することで捕捉

堤衝突後，砂の飛散により落体が完全に隠れてしまされた．再衝突する際，落体は法面に対してほぼ垂直キーワード 落石，落石防護土堤，実規模実験，落石捕捉性能，捕捉安全率
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3に衝突しているため，再衝突後に土堤をかけ上がる挙動は見られなかった．
H30-1 は斜面上で落体が大きく跳躍し，ポケット部に衝突せず，直接土堤に衝突した．土堤衝突後は他のケースと比較して大きく土堤鉛直方向（m）

鉛直方向（m）

3
2
10-1

捕捉可能距離（=5.3m）

2

最⼤⽔平到達距離10 0-1 1に貫入し，法面上で跳躍した後，停止した．

H15-1
H15-2
H20-1

H15-1
H15-2
H20-10 2 1324
水平方向（m）

5364
水平方向（m）

56（a）落下高さ 15m，20m

3.2 落体の最大到達地点と衝突角に関する考察
土堤衝突条件による，落体挙動の違いを考察する

3

ため，図-5 に捕捉安全率と落体の土堤衝突角の関係を示す．捕捉安全率とは捕捉可能距離（斜面法尻から土堤道路側天端までの水平距離）を落体の最大水平鉛直方向（m）鉛直方向（m）

32
10-12
1

H25-1
H29-1
H30-1

0 0 1-1

到達距離で除した値であり，捕捉安全率が 1 を上回

23
40
12
水平方向（m）

5634
水平方向（m）

5ると捕捉を，1 以下であれば通過を意味している．ま（b）落下高さ 25m，29m，30m

た，捕捉安全率が大きいほど余裕をもって土堤が落

図-4 落体重心の軌跡図

H25-1
H29-1
H30-1
6体を捕捉していることを表す．図-5 より，土堤衝突2角が大きくなるほど，捕捉安全率が大きくなる傾向

捕捉1

さ 15m のケース（H15-1，H15-2）と同等の捕捉安全率となることが示された．ここで，図-6 に捕捉安全0.8

捕捉指数であっても，土堤衝突角が大きくなることで落下高0.60.4率に差が生じた H25-1（捕捉安全率=1.11）と H30-10.2（捕捉安全率=1.60）の落体衝突後の土堤変状の様子

00

捕捉安全率が読み取れる．また，落下高さ最大のケース（H30-1）

1.5
1

H15-1
H15-2
H20-1
H25-1
H29-1
H30-1

H15-1
H15-2
H20-1
H25-1
H29-1
H30-1

通過0.50を示す．H25-1 では土堤衝突速度が 8.19m/s，衝突角20 0 40 20 60
40 8060
土堤衝突角（°）
土堤衝突角（°）

が 18.8°と小さく，最大到達距離が 4.77m と天端付

図-5 土堤衝突角と捕捉安全率の関係

80近まで落体が到達しているが，土堤に大きな変状は見 ら れ な い ． 一 方 ， H30-1 で は 土 堤 衝 突 速 度 が

衝突速度 ：8.19m/s
⼟堤衝突⾓：18.8°
最⼤貫⼊量：0.10m

衝突速度 ：17.19m/s
⼟堤衝突⾓：67.2°
最⼤貫⼊量：0.55m

17.19m/s，衝突角が 67.2°と大きく，下向きの衝突となった．最大到達距離は 3.31m と土堤中腹付近までしか落体が到達せず，落体が土堤に大きく貫入していることが分かる．このことから，土堤への衝突角が（a）H25-1大きいほど落体の土堤への貫入挙動が卓越すること（b）H30-1

図-6 落体衝突後の土堤変状で，法面をかけ上がりにくくなり，捕捉安全率が大きくなる，つまり最大水平到達距離が小さくなることが示唆された．

が大きくなるほど，落体の土堤への貫入挙動が４．まとめ

卓越し，土堤法面をかけ上がりにくくなるためであると示唆された．

本稿では土堤への実規衝突実験を実施し，土堤衝突時の落体反発挙動及び落石捕捉性能に関する検討

謝辞：本研究に用いた装置の一部は日本学術振興会を行った．得られた知見を以下にまとめる．
1)

本実験では，落体が土堤衝突後に土堤法面をか科学研究費補助金基盤研究(B)20H02241 の助成を受け上がること及び，法面上で跳躍し土堤法面にけたものである．ここに記して感謝の意を表する．

再度衝突することで捕捉されることが示された．
2)

土堤衝突角が大きくなるほど捕捉安全率が大き

参考文献

くなる傾向が示された．これは土堤への衝突角1)

公益社団法人日本道路協会：落石対策便覧，2017．

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