第4 3 回地震工学研究発表会

地震時に連続的なすべりが発生する
斜面崩壊挙動の評価方法に関する検討服部 匡洋 1・幸左 賢二 2・本橋 英樹 3・原田 隆典 4
1 正会員

一般財団法人阪神高速先進技術研究所 調査研究部（〒541-0054 大阪府大阪市南本町 4-5-7）
E-mail: masahiro-hattori@hit.or.jp
2 正会員

九州工業大学 名誉教授（〒804-8550 福岡県北九州市戸畑区仙水町 1-1）
E-mail: kosakenji@yahoo.co.jp (Corresponding Author)

3 正会員

株式会社 IABC 地震・津波研究室（〒880-0902 宮崎県宮崎市大淀 3-5-13）
E-mail: motohashi.hk@iabc.co.jp (Corresponding Author)

4 正会員

宮崎大学 名誉教授（〒889-2192 宮崎県宮崎市学園木花台西 1-1）
E-mail: harada@eerc.co.jp (Corresponding Author)

2016 年 4 月熊本地震では，阿蘇大橋周辺で斜面崩壊が発生し，それが落橋の一因になったと考えられている．高速道路をはじめ，広域ネットワークを形成する構造物群は，線形条件等の制約上橋梁が斜面に隣接して建設される場合も多く，斜面災害が橋梁に影響を及ぼす可能性が考えられるが，橋梁分野において斜面崩壊が橋梁に与える影響についてはこれまでそれほど研究されておらず，解析手法も十分に確立されていない．著者らはこれまで阿蘇大橋周辺の斜面を対象に，有限面積法を用いた再現解析を実施してきたが，二次崩壊の挙動の再現に課題を残していた．そこで，本検討ではこの斜面崩壊の特徴である連続的なすべりに着目し，一次崩壊が二次崩壊を引き起こす現象を評価する方法について検討した．

Key Words: earthquake, landslide, numerical analysis, continuous sliding, bridge

1. はじめに簡易的な計算で評価することはあるものの，数値解析を用い橋梁への影響を検討した事例はまだまだ数が少ない

2016 年 4 月熊本地震では，図-1 に示すように阿蘇大橋
1)（鋼アーチ橋）の崩壊が発生し ，土木学会をはじめ，さまざまな研究機関で原因分析が行われてきた

2) ～6)のが実情である．
一方で，道路橋示方書・同解説 V 耐震設計編 7)では，．こ

斜面崩壊等及び断層変位に対して，これらの影響を受けれらの分析では，阿蘇大橋が崩壊した原因として地震動ないよう架橋位置又は橋の形式の選定を行い，それが困による落橋，地盤変動による落橋，斜面崩壊による落橋

難な場合には少なくとも致命的な被害が生じにくくなるなどが考えられている．

ような構造とする等の必要な対策を講じるよう規定され2)

例えば，千田ら は航空レーザ測量により推定されたており，斜面崩壊が影響を及ぼす範囲や橋梁に及ぼす影

地盤変動をアーチアバットに強制変位として与える
FEM 解析を実施することで，地盤変動による崩壊の可響の度合いについて評価するための数値解析ツールの開3)発が望まれている．
著者ら 8), 9)はこれまで阿蘇大橋周辺の斜面を対象に，能性について検討している．また，桐山 や Morikawa ら
4)は阿蘇大橋周辺の斜面を対象に SPH 法を用いた再現解

有限面積法を用いた再現解析を実施し，動摩擦角の設定

析を行い，斜面崩壊による落橋及び土砂の積載による落によっては阿蘇大橋まで崩壊土砂が到達し，部材が大き橋の可能性について検討している．

く降伏するほどの衝突力が発生する可能性があることを変位等の作用を与え，応答を評価することは広く実施さ橋梁分野では，前者のように構造物モデルに対し地盤示した．一方で，現地状況から崩壊土砂が黒川の対岸
30～60m まで遡上したことが明らかであるが，再現解析れてきているが，斜面崩壊についてはすべり面を仮定しでは 20m までしか到達していなかった．これは，これま117

第4 3 回地震工学研究発表会(H28-H24)の差分

図-2 三次元地形モデル（航空測量データから作成）

図-1 阿蘇大橋周辺斜面の被害状況（2016 年熊本地震）1)での再現解析では一次崩壊と二次崩壊が同時に発生するとの仮定のもと計算しているため，二次崩壊領域での崩壊土砂の流速の評価に課題があると考えられる．
そこで，本検討では，阿蘇大橋周辺の斜面崩壊の特徴である連続的なすべり，特に二次崩壊領域の崩壊挙動に着目し，一次崩壊が二次崩壊を引き起こす現象を評価す
図-3 三次元解析モデル

る方法について検討し，その評価方法が再現性に及ぼす影響について確認を行った．

表-1 解析条件
項 目
解析コード
物理モデル
解析方法
時間の離散化
空間の離散化計算時間と時間間隔

2. 斜面崩壊を対象とした再現解析の概要(1) 対象範囲及び三次元地形モデル

本検討では，有限面積法の再現性を確認するため，図内 容

OpenFOAM
Savege-Hutter
有限面積法
後退差分 (2次精度)
1次精度風上差分
80sまで、Δt＝0.01s-1 に示す 2016 年 4 月熊本地震で斜面崩壊が発生した阿蘇大橋周辺の斜面を対象に再現解析を実施した．対象は，1800 万，要素数は約 2200 万となった．なお，本解析は阿蘇大橋周辺の 1 km 四方の範囲とし，文献 5)を参考に

地表面をすべり面とし，その上に仮想厚さの土砂が堆積

三次元地形モデルを構築した．

しているとしてその土砂のすべりを計算するため，地震図-2 に三次元地形モデル地震前後の鉛直方向成分の差

後の三次元地形モデルを使用している．また，本検討で分を示す．正側（赤色）は土砂が堆積した範囲，負側は対象橋梁を解析上モデル化し斜面崩壊と一体的に解析（青色）は土砂が流出した範囲を示す．斜面の頂部付近

することも検討したが，計算が大規模となることなどをでは 20 m～25 m 程度の土砂の流出が確認される．これが鑑み，斜面崩壊のみ考慮した．

一次崩壊領域を示していると考えられる．また，一次崩壊の下方では 10 m 程度の土砂の流出が確認される．こ(3) 解析方法・解析条件

れが二次崩壊領域を示していると考えられる．これらの表-1 に解析方法及び解析条件を示す．本検討では，今崩壊で流失した崩土は河川に流入し，特に下流側ではこれらの崩土が堆積していることが確認できる．

後実務においても斜面崩壊の影響評価を実施することを想定し，計算負荷が小さく，粒子流動に適する S-H の連(2) 三次元解析モデル

続体モデル 10)を使用し，対象範囲の斜面崩壊の影響評価を試みた．解析プログラムは 3 次元汎用流体解析ツール

図-3 に解析モデル図を示す．構築した三次元地形 モデル（1 km 四方）を用いて数値解析を行う．解析モデル

である OpenFOAM を用いた．

は東西方向に 1000 分割，南北方向に 1000 分割，鉛直方
向には 400 分割するよう設定し，自動メッシュ機能を用

点の地質情報を参考に表-2 のとおり土の物性値を設定しいて要素分割を行った．要素分割した結果，節点数は約

図-4 に設定したすべり範囲及びすべり深さを示す．本

表-2 に設定した土の物性値を示す．本検討では対象地た．

118

第4 3 回地震工学研究発表会

摩擦角をパラメータとした．ここで，Case1 は対象地点

表-2 土の物性値
土質の物性の岩質の特性を想定し動摩擦角φ=30°としたケース，
Case2 は火山灰質土の特性を想定し動摩擦角φ=16°とし

参考値
1800
0.01
10～30(平均20)9.81

密度 ρ [kg/m3]
粒径 d [m]動摩擦角φ [°]
重力加速度 g [m/s2]たケースである．このとき，Case1 と Case2 は一次崩壊と二次崩壊が同時に発生するものと仮定している．
また，前述のとおり一次崩壊の崩壊土砂が二次崩壊領
域に積載することで連続的なすべりが発生した可能性も①すべり域平均深さ10m (2.7万m3)考えられる．佐々ら 11)は崩壊土砂が緩斜面に到達した場②すべり域平均深さ25m (17.8万m3 )合にその重さによって土層内部の間隙水圧が上昇し，下③すべり域平均深さ7m (4.0万m3 )層ですべり面が形成され，より長距離のすべりが発生す④すべり域平均深さ5m(6.3万m3 )ることを示唆している．阿蘇大橋において同様に間隙水圧の上昇によって二次崩壊領域が形成されたかは議論の余地があるが，一次崩壊土砂の積載により何らかの要因によってすべりやすい面が形成され，これが二次崩壊領域となった可能性は考えられる．そこで，Case3 ではこ

Slice1の現象を簡易的に評価する方法として，動摩擦角を時間に応じて変化させる方法を検討した．具体的には，一次⑤すべり域平均深さ12.9m(19.2万m3)

崩壊で流下した崩壊土砂が二次崩壊領域に到達するまで
は動摩擦角を 16°とし，二次崩壊領域に達した 25 秒時
点からより動摩擦角が低減されると仮定して動摩擦角を

図-4 仮定した平均すべり深さと着目断面

便宜上 10°に設定した．

表-3 仮定した平均すべり深さと着目断面
ケース

Case1
Case2
Case3

動摩擦角（ °）
0～25秒 25～80秒
30
一次崩壊と同時に発生すると仮定
16

3. 解析結果

一次崩壊の到達が二次崩壊を引き起こしたと仮定a) 土砂の流速及び堆積深さの比較

二次崩壊の考慮方法

1610(1) 動摩擦角の影響（Case1 vs Case2）

図-5 に斜面崩壊が発生した直後の初期状態と斜面崩壊

解析では，上述のとおり地震後の三次元地形モデルの地が発生してから 30 秒後の土砂の堆積深さ及び流速分布を示す．図-5(b)より，動摩擦角φ=30°とした Case1 では，

表面をすべり面とするため，斜面崩壊が発生する前に上一次崩壊で生じた土砂が斜面中腹で留まっており，また載していた土砂を仮定する必要がある．そのすべり深さ

二次崩壊領域は一次崩壊領域に比べ緩斜面であることかについては図-2 に示した地震前後の鉛直方向成分の差分

ら，ほとんど土砂が流下していないことがわかる．一方，
図-5(c)より，動摩擦角φ=16°とした Case2 では，一次崩から求めた．
また，詳細は後述するが，これまでの対象橋梁の崩壊

壊で生じた土砂が流下しはじめてから 30 秒の時点で既原因の分析では一次崩壊と二次崩壊が同時に発生した，に二次崩壊領域まで到達している．このように動摩擦角

または一次崩壊した土砂が二次崩壊領域に達したのちその設定が解析結果に大きく影響しており，動摩擦角φの重さによって二次崩壊が発生したと考えられているが， =16°とした Case2 の方が Case1 に比べて再現性が高いとその崩壊メカニズムは詳細には特定されていない．本検いえる．

討では，一次崩壊と二次崩壊が同時に発生する場合と，一次崩壊によって二次崩壊が引き起こされる場合のそれb) Case2 中央断面における堆積深さ及び流速の変化
図-6 に Case2 中央断面における堆積深さ及び流速の変ぞれの場合を想定し検討を行った．

化を示す．なお，図-6 では流下する土砂の形状をわかりやすく示すため，崩壊後の地形の地盤高は実寸のまま，(4) 解析ケース

解析より得られた土砂の堆積深さは 3 倍の縮尺で表示し本稿の検討は，実際に発生した斜面崩壊を対象に再現ている．また，図-6 に示している流速は中央断面に直交解析を行うことで解析の再現性を確認することを目的とするが，本稿では，土の物性値，特に動摩擦角が解析結する幅方向の土砂の流速の平均値を表す．斜面崩壊が発生して 5 秒後の時点では，一次崩壊領域では崩壊土砂の果に与える影響が大きいと考えられたことから，まず動始端で 13.5m/s，中央で 7.5m/s，終端で 3.4m/s となってい119

第4 3 回地震工学研究発表会

750

Case2-Slice1断面の地形変化(崩壊5秒後)
3.4m/s

崩壊後地形解析結果(5秒)

7.5m/s

650

地盤高(T.P.m )13.5m/s

550
0.1m/s4500.6m/s350
１ 次崩壊発生域

流下・ 堆積域

２ 次崩壊発生域

250
0

100

200

300

400
500
600
水平距離(m )

700

800

900

1000

(a) t=5 秒(a) 初期状態
750

Case2-Slice1断面の地形変化(崩壊15秒後)
崩壊後地形解析結果(15秒)

650

地盤高(T.P.m )

26m/s

550

27.6m/s
28.2m/s
0.1m/s450

2.9m/s350
１ 次崩壊発生域

流下・ 堆積域

２ 次崩壊発生域

250
0

100

200

300

400
500
600
水平距離(m )

700

800

900

1000

(b) t=15 秒(b) Case1（t=30 秒）

750

Case2-Slice1断面の地形変化(崩壊25秒後)
崩壊後地形解析結果(25秒)

地盤高(T.P.m )650
550
23.7m/s

19.3m/s

22m/s
7.1m/s450

1.3m/s350
１ 次崩壊発生域

流下・ 堆積域

２ 次崩壊発生域

2500(c) Case2（t=30 秒）

100

200

300

400
500
600
水平距離(m )

700

800

900

1000

(c) t=25 秒
図-6 Case2 中央断面における土砂の堆積深さと流速の変化

このとき二次崩壊領域では始端で 0.6m/s，終端で 0.1m/sとなっており，この時点で二次崩壊領域ではまだほとん
ど土砂が流下していない状況であることがわかる．
続いて，斜面崩壊が発生してから 15 秒時点では，一次崩壊により生じた土砂がほぼすべて一次崩壊領域を通過して一体的に流れている状態にあり，始端で 28.2m/s，
中央で 27.6m/s，終端で 26.0m/s と，始端と終端で流速の差が小さくなっている．また，二次崩壊領域の土砂の流速は始端で 2.9m/s，終端で 0.1m/s となっており，少しず(d) Case3（t=30 秒）
図-5 土砂の堆積深さ及び流速分布

つ土砂が流下しはじめ，黒川内にも土砂が堆積・遡上し始めていることが確認できる．
さらに，斜面崩壊が発生してから 25 秒時点では，一る．一次崩壊において土砂の流下が始まった段階であり， 次崩壊領域から流下した土砂が二次崩壊領域に到達して近ではそれほど土砂が流下していない状態であると推察

おり，このときの土砂の流速は始端で 22.0m/s，中央で19.3m/s，終端で 23.7m/s となっている．15 秒時点と比べされ，始端と終端で流速が大きく異なっている．また，て土砂の流速が下がっているのは，二次崩壊領域に近づ

始端付近では土砂が流下し始めているのに対し，終端付

120

第4 3 回地震工学研究発表会

750

Case2-Slice1断面の地形変化(崩壊30秒後)
崩壊後地形解析結果(30秒)

地盤高(T.P.m )650
550
14.4m/s

450

19.3m/s
10.9m/s

16.7m/s

1.1m/s350
１ 次崩壊発生域

流下・ 堆積域

２ 次崩壊発生域

250
0

100

200

300

400
500
600
水平距離(m )

700

800

900

1000

(a) Case2（t=30 秒）
750

Case3-Slice1断面の地形変化(崩壊30秒後)

地盤高(T.P.m )(a) 現地状況

崩壊後地形解析結果(30秒)

650
550
18.8m/s

45022.3m/s
26.2m/s

21.4m/s

16.2m/s

350
１ 次崩壊発生域

流下・ 堆積域

２ 次崩壊発生域

250
0

100

200

300

400
500
600
水平距離(m )

700

800

900

1000

(b) Case3（t=30 秒）
図-7 Case2・Case3 中央断面における堆積深さ及び流速(b) Case2（t=40 秒）

くに従い緩斜面になっているためと考えられる．また，二次崩壊領域では，終端の流速が 7.1m/s と大きくなって
おり，一次崩壊領域の土砂の到達が二次崩壊領域の土砂の流下を助長していると考えられる．
(2) 二次崩壊の評価方法の違いによる影響（Case2 vs Case3）a) 土砂の流速及び堆積深さの比較

図-5(c)(d)に斜面崩壊が開始してから 30 秒時点の Case2
及び Case3 の土砂の堆積深さ及び流速の分布図を示す．
これらの図より，図中赤色で示す土砂の堆積深さの高い領域が，Case2 に比べて Case3 の方がわずかに狭くなっていることがわかる．
また，図-7 に Case2 と Case3 の斜面崩壊開始から 30 秒(c) Case3（t=40 秒）
図-8 黒川における土砂の遡上高さの再現性

土埃を被った痕跡が見られたことから，植生流失部の上端（植生残存部の下端）の高さまで土砂が到達したと考時点での中央断面における堆積深さ及び流速分布を示す． えられることから，土砂は黒川河床から対岸の 30～60m
崩壊土砂の形状は Case2 と Case3 で大きく変わらないものの，二次崩壊領域の始端の流速に着目すると，Case2程度の高さまで遡上したと推察される．これに対し，
Case2 では黒川河床から最大でも 20m 程度しか遡上してでは 1.1m/s であるのに対し，Case3 では 16.2m/s であり，二次崩壊領域の流速に大きな違いが現れている．Case3

おらず，対岸への遡上高さについては実際の被害状況を良好に再現するには至らなかった．一方，Case3 では黒では 25 秒から動摩擦角をφ=10°と小さくしているため， 川の河床から最大 30m 以上の高さまで遡上しており，
Case3 の方が Case2 に比べて再現性が高いといえる．これ二次崩壊領域から土砂が流下しやすい状態となり，二次崩壊領域の土砂の流速が早くなるとともに，堆積深さがは，簡易的に一次崩壊の土砂が二次崩壊領域に及ぼす影低くなったものと考えられる．

響を考慮したことにより，二次崩壊領域の土砂の流速がb) 再現性の評価速くなったことが要因と考えられる．

図-8 に土砂の対岸への遡上高さを示す．現地調査では

このように，本検討では一次崩壊と二次崩壊が同時に

対岸斜面下部の樹木が流出・倒伏し，上端付近の樹木が発生する場合と一次崩壊によって流下した土砂が二次崩121

第4 3 回地震工学研究発表会

壊が引き起こされる場合の二通りの解析を実施し，二次

土木学会論文集 A1（構造・地震工学）,Vol.74, No.4

崩壊領域の評価の違いが対岸への遡上高さ等の再現性に（地震工学論文集第 37 巻）, I_381-I_394, 2018.

影響を及ぼすことが確認した．

3)

桐山貴俊：粒子法による地盤大変形問題への適用 地震による斜面崩壊への適用-，土木学会誌 Vol.102,

4. おわりに

No.5, pp.36-37, 2017.
4)

Morikawa, D.S. and Asai, M.: A phase-change approach to

本検討ではこの斜面崩壊の特徴である連続的なすべり

landslide simulations: Coupling finite strain elastoplasticに着目し，一次崩壊が二次崩壊を引き起こす現象を評価

TLSPH with non-Newtonian IISPH, Computers and Ge-

する方法について検討した．本検討により得られた知見

otechnics, Vol.148, pp.1-18. 2022.

は以下のとおり．

5)

・有限面積法による対象斜面被害の再現解析を実施した
結果，動摩擦角の設定が解析結果に大きく寄与するこ砂防学会：平成 28 年熊本地震による土砂災害に関する緊急調査報告書，JSECE Publication No.80. 2016.

6)とを明らかにした．

木村駿，夏目貴之：特集
はまだ終わらない

・一次崩壊による土砂が二次崩壊領を引き起こす現象を防災技術 2018

熊本地震

阿蘇大橋はなぜ落ちた？落橋のメカニズム，日経 XTECH，

動摩擦角の時間変化により簡易的に評価した結果，そhttps://xtech.nikkei.com/kn/atcl/cnt-の評価方法の違いにより二次崩壊領域における土砂の

ncrd/15/180528/112100020/，2018.（2022 年 4 月 12 日

流速が変化し，再現性に影響を及ぼすことを明らかに閲覧）した．このように，二次崩壊領域の適切な評価が実現

7)

象の再現性の向上，斜面崩壊メカニズムの解明に繋がると考えられる．

2017.
8)

今後は，今回のように動摩擦角を時間的に変化させる

く予定である．

服部匡洋，幸左賢二，本橋英樹，原田隆典：地震時の大規模な斜面崩壊を対象とした再現シミュレーシ

簡易的な考慮方法に加え，一次崩壊が二次崩壊に及ぼす影響をより直接的に考慮する方法についても検討してい日本道路協会：道路橋示方書・同解説 V 耐震設計編，

ョン，第 63 回地盤工学シンポジウム，2022.
9)

幸左賢二，服部匡洋，本橋英樹，原田隆典，佐々木達生，渡邊学歩：斜面崩壊の阿蘇大橋への影響分析，
土木学会論文集 Vol.79, No.13（特集号：地震工学）,

REFERENCES
1)

国土技術政策総合研究所，土木研究所：平成 28 年

10) Savage, S.B. and Hutter, K.: The motion of a finite mass of（2016 年）熊本地震土木施設被害調査報告 , 国土技

granular material down a rough incline, J. Fluid Mech.,

術総合研究所資料第 967 号，土木研究所資料第 4359

Vol.199, pp.177-215. 1989.

号, 2017.
2)

地震工学論文集 Vol.42，2022.（投稿中）11) 佐々恭二，李宗学：高速リングせん断試験機による

千田知弘，崔準ホ，平川泰之，川崎巧，渡辺浩：航地すべり運動時の見かけの摩擦角の測定，地すべり

空レーザ測量に基づく地盤変動と斜面崩壊による崩第 30 巻，第 1 号，1993.

土を考慮した阿蘇大橋崩落の可能性に関する検討，

STUDY ON EVALUATION METHODS FOR CONTINUOUS SLIDING FAILURE
DURING EARTHQUAKE
Masahiro HATTORI, Kenji KOSA, Hideki MOTOHASHI and Takanori HARADAIn the April 2016 Kumamoto earthquake, a slope failure occurred around the Aso Ohashi Bridge, which
is believed to have been a contributing factor to the bridge collapse. In many cases, bridges in wide-area
networks such as expressways are constructed adjacent to slopes due to constraints such as alignment conditions, etc., and it is possible that slope failures may affect bridges. However, not much research has been
conducted on the effects of slope failure on bridges, and analytical methods have not yet been fully established. The authors have conducted a replicated analysis of the slope around the Aso Bridge using the finite
area method, but there are still problems in reproducing the behavior of secondary collapse. In this study,
we focused on the continuous slip that is a characteristic feature of slope failure, and examined a method
to evaluate the phenomenon in which a primary collapse causes a secondary collapse.

122