第 48 回岩盤力学に関するシンポジウム講演集
公益社団法人土木学会 2022 年 1 月 講演番号 77

GPSを用いた大型ロックフィルダム堤体の長期変位挙動竹田 匠吾1*・中島 伸一郎1・清水 則一1・小堀 俊秀2・山口 嘉一3
1山口大学大学院創成科学研究科（〒755-8611 山口県宇部市常盤台2丁目 16-1）
2国土交通省国土技術政策総合研究所（〒305-0804 茨城県つくば市旭1）3一般財団法人ダム技術センター（〒110-0008 東京都台東区池之端2丁目 9-7 池之端日殖ビル2F）*E-mail: b006vev@yamaguchi-u.ac.jp

Key Words : rock filldam, external displacement, GPS, reservoir water level1.

はじめに左岸GPS変位計測システムの導入により，ダム，特にフィルダムの堤体変位を自動的かつ連続的に観測できるようK-1
G-34になってきている ．フィルダムにおいて従来の光波・G-26

水準測量による手法2)では，最も密に計測を行う試験湛G-9 G-101)

G-49

G-50

G-45

G-46

A

下流
K-2
G-47

G-48

G-41

G-42

G-43

G-44

G-35

G-36

G-37

G-38

G-39

G-27

G-28

G-29

G-30

G-31

G-11

G-13

G-12
G-2

G-1

水期間でも1週間に1回であるのに対して，GPSシステム

G-15

G-14
G-3

G-19

G-17
G-18
G-5

G-16
G-4v

G-40

G-32
G-21 G-22vG-20 G-7

G-6

G-33
G-24 G-25
G-23
G-8

右岸

では1時間に1回の高い頻度で変位が自動計測される．ダムの運用期間を通じて連続的で高精度な堤体変位が自動上流記録されることは，地震時や洪水時などの緊急時の迅速●計測点 ●基準点A’

対応という観点からも，また，常時の堤体変形挙動の詳
細分析という観点からも堤体の安全管理において有意義(a)平面図(EL m)400である．GPS変位計測におけるデータの時間的連続性や空間的多点性を有効に活用すれば，堤体の安全性・健全
350

G-12

EL 364

G-2

EL 354EL 364.45
ダム天端K-1300EL 364.0

EL 344G-27

常時満水時 EL 345.600

性をより合理的に評価できると期待される．
本研究では，試験湛水期間を含め約9年間にわたりGPS変位計測システムを用いて堤体変位を連続計測してK-2

EL 364.000

外部ロック

コア

内部ロック

フィルタ

内部ロック

外部ロック

フィルタ

EL 324G-35

EL 304G-41

EL 284G-45
G-49

EL 264いる大型ロックフィルダムの事例を紹介する．堤体変位
250

計測点

基準点の経年的変化とその空間的な分布を示すとともに，貯水(b)断面図（A-A’ 断面）
図-1 対象ダムのGPSセンサ配置

位－堤体水平変位関係図が描く曲線の勾配から，堤体の変形特性の経年推移を評価する．

2.

対象ロックフィルダムおよびGPS変位計測の現場概要(a)基準点K-1(b)計測点G-29(c)計測点G-16
図-2 対象ダムのGPSアンテナ

対象ダムは堤高132.0 m，堤頂長723.0 mの中央土質遮水壁型ロックフィルダムである．図-1にダムの平面図と断面図を示す．このダムは，2010年5月に堤体の盛り立て水が行われ，2013年11年16日に竣工した．

が完了し，2012年12月3日から2013年10月11日まで試験湛

報－62

図-1に示すように，堤体変位を計測するGPSセンサは，

貯水位[EL. m]

基準点は堤体外の左岸・右岸に1点ずつ（K-1およびK2），計測点は上流側斜面に8点（G-1～G-8），天端に17点（G-9～G-25），下流側斜面に25点（G-26～G-50）設①360
350340330320310300②2013

置されている．GPSアンテナは，基準点および上流・下③2014

④2015

2016

⑥2017

⑦⑧2018

2019
G-4
G-16

2020
G-29
G-37

2021
G-43
G-47

2018

2019

2020

2021

2019

2020

2021

2019

2020

2021

いられている．
GPS計測は，試験湛水が始まる直前の2012年11月25日

上下流方向変位[mm]端の計測点では図-2(c)のようなマンホール埋設型 が用
3)100

左右岸方向変位[mm](a)貯水位流側斜面の計測点では図-2(a)，(b)のようなポール型，天50⑨75
50
250-252013

2014

2015

2016

2017

(b) 上下流方向（＋：下流向き）に開始し一部は現在も継続中である．計測方法はL1波（1575.42 MHz）を用いたスタティック測位法4)であり，1時間ごとに計測される各計測点の3次元座標から変位を250-25-502013

求める．また，計測結果にトレンドモデル による平滑

2014

2015

2016

5)20172018

高さ方向変位[mm](c) 左右岸方向（＋：左岸向き）化処理を行って真の変位を推定している．

500-50-100-150
2013

3.

⑤

GPSによる堤体変位の長期連続計測結果

201420152016

2017

2018

(d) 高さ方向（－：沈下）

図-3 A-A’ 断面のGPS変位計測結果（基準点K-2）

図-3は，ダム軸中央の断面であるA-A’ 断面における計測点6点の，GPS変位計測値である．3次元変位のうち，

G-49

G-50A

上下流方向変位は下流向きを正，左右岸方向変位は左岸

G-45

G-46

G-47

向きを正，高さ方向変位は隆起方向を正としている．計

K-1
G-34

測期間は基準点K-2が設置された2012年11月から2021年9G-26月末まで約9年間連続計測して得られたものである．図-G-9 G-10

G-41

G-42

G-43

G-44

G-35

G-36

G-37

G-38G-39G-27

G-28

G-30

G-31

G-11G-12G-2G-13(a)の貯水位グラフにおいて①の期間が試験湛水期間にK-2G-48

G-29

G-13G-15

G-14G-3G-19

G-17G-18
G-5G-16G-4v

G-40

G-33

G-32
G-21 G-22v

G-20
G-6

G-7

G-24 G-25
G-23G-8相当する．
図-3(b)より，上下流方向変位の変化は，図-3(a)の貯水50mm位の変化と同期的であり，貯水位が上昇すれば下流に変A’位し，貯水位が下降すれば上流側に戻る変位を示す．また，全期間を通じて徐々に下流側に変位しており，上流側斜面G-4は2021年4月22日時点で約93 mmの下流側変位(a)平面ベクトル図(EL m)
400となっている．下流側斜面では，全期間において天端近G-16K-2K-1G-4

くのG-29の変位が大きく，斜面下方のG-47では変位の変G-29350

動が小さい．図-3(c)より，左右岸方向変位は，A-A’ 断

G-37
G-43

面においては全期間通して目立った変化が見られない．

300

図-3(d)より，高さ方向変位は天端G-16および上流側斜面
G-4において，試験湛水期間の沈下が100 mm程度であるが，試験湛水期間以降の沈下は収束傾向にある．試験湛水期間の天端G-16および上流側斜面G-4地点の大きな沈外部ロック

コア

内部ロック

フィルタ

250

内部ロック

外部ロック

G-47フィルタ

50 mm(b)A-A’ 断面の断面ベクトル図
図-4 平面ベクトル図および断面ベクトル図（基準点K-2）

下は，上流ロック材の浸水沈下とコアの圧縮の影響を反映したものと考えられる．

へ行くにつれて沈下が小さくなっている．天端および上

図-4はGPSによる3次元変位を平面・断面ベクトル図

流側斜面において沈下が大きいのは，コアの圧縮と上流として表示したものである．図-3(a)に示すように，試験側ロック材の浸水沈下による影響で他計測点に比べて沈湛水期間から1年ごとの変位である．図-4(a)の平面ベク下していると考えられる．

トル図より，堤体の平面的な動きはダム軸中央のA-A’

以上のように，GPS変位計測システムで堤体変位を自断面に向かう方向に変位していることが分かる．図-4(b)動連続計測することにより，貯水位の変化に伴う堤体のの断面ベクトル図より，堤体の断面的な動きは，全体的水平変位挙動や沈下挙動を詳細に捉えられているほか，に下流方向かつ沈下方向へ変位している．中でも，天端

図-4のような多点計測結果のベクトル表示により，堤体と上流側斜面上の計測点において沈下が大きく，下流側の空間的な動きの傾向を知ることが可能となっている．

報－63

80
上流

天端

下流

G-4360G-16G-2970350

50

貯水位[EL. m]

貯水位 [EL.m]

60403020340330

2012/12 - 2013/5- 2015/4- 2016/4- 2017/5- 2018/5- 2019/4- 2020/3- 2020/7- 2021/9

320
310

10300
0-1001020-1001020
上下流方向変位[mm]-100100 10 20 30 40 50 60 70 80

20(a)貯水位－上下流方向変位の相関図
123450403020

34567340
330
320
310
290

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

上流天端

下流

水位1m上昇当たりのGPS
下流方向変位の増分 a [mm/m]

水位1m上昇当たりのGPS
下流方向変位の増分 a [mm/m]

2350

300

100.5
0.4
0.3
0.2
0.1
00.0
123412341234(b)貯水位1 m上昇あたりの上下流方向変位の増分[mm/m]（平均勾配α）の経年変化
図-6 大保脇ダムの貯水位－上下流方向変位関係6)

4.

1360

600.6

0 10 20 30 40 50 60 70 80(a)G-4，G-16，G-29の貯水位－上下流方向変位の相関図
貯水位 [EL. m]

貯水位 [EL. m]

70-40-30-20-10 0 10 20 30 40
上下流方向変位[mm]2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021

1.6
1.4
1.2
1.0
10.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0G-4

G-16G-29

1 2 3 4 5 6 7

1 2 3 4 5 6 7

1 2 3 4 5 6 7(b)貯水位1 m上昇あたりの上下流方向変位の増分[mm/m]（平均勾配α）の経年変化
図-7 対象ダムの貯水位－上下流方向変位関係

貯水位－上下流方向変位関係に基づく堤体変形特性の経年変化の評価

図-6(c)である．ただし，平均勾配αは貯水位1 m上昇あたりの下流方向変位の増分[mm/m]として求めているので，図-6(a)の曲線から求める勾配の逆数にあたる．棒グラフ

図-3で示したとおり，堤体の上下流方向変位が計測全が長いほど堤体の変位が大きいことになる．図より，上期間を通じて，貯水位の変化に連動して変位している様

流側斜面および天端の計測点では，第1期間（初期湛水子がGPSによる自動連続計測によって捉えられている．

時）の平均勾配が最も大きく，すべての計測点において，同様に計測結果は，筆者らが大保脇ダム（中央土質遮水壁型ロックフィルダム，堤高66.0 m）で行ったGPS堤体期間が進むにつれてαは低下していることから，堤体の変位計測 でも得られている．図-6は，大保脇ダムの中央断面上に位置する3計測点（上流側斜面，天端，下流

本研究の対象ダムにおいても貯水位EL. 332 m～EL. 344mの範囲で単調に上昇する7期間を選び，大保脇ダムの側斜面）の貯水位とGPSによる上下流方向変位との関係

事例と同様に貯水位－上下流方向変位関係の平均勾配αであり，試験湛水から数えて9年間の結果である．図よを求めたものを図-7(b)に示す．図より，大保脇ダムと同り，貯水位が上昇すれば下流に変位し，貯水位が下降すれば変位が減少する関係が見られる．これは，堤体に作様に，上流側斜面の計測点G-4，および天端の計測点G16では，第1期間（試験湛水時）の平均勾配αが大きく，用する水圧荷重の増減によって堤体が水平に押し・戻し経年的にαが低下している傾向，すなわち貯水位の上昇されているさまを示しており，曲線の勾配は堤体の変形に対する堤体の変形量が小さくなっていることがわかる．

特性をあらわしているといえる．そこで，試験湛水から2017年までの9年間の観測記録から，貯水位がEL. 55 mか

今後もGPSによる堤体変位計測を継続し，図-6や図-7のように貯水位－上下流方向変位の平均勾配αの推移をらEL. 65 mまでほぼ単調に上昇する4期間を取り出し，各追跡していけば，堤体の健全性の評価に役立つものと考期間の貯水位-上下流方向変位の平均勾配αを求めたのがえられる．なお，図-7の平均勾配αが大保脇ダムよりも6)剛性が高まっていることがわかる．

報－64

大きいのは，堤体のサイズのほか，築堤材料等の影響を少しておりダム堤体の変形性は経年的に小さくなっ受けているものと考えられる．今後はそれらの影響を規ていると考えられる．また，平均勾配 α の経年的推準化した評価指標を検討していく必要がある．

移や空間分布の評価は，堤体の健全性や安全性の判断のための有効な手段であることが示された．

5. まとめ参考文献
1) 岩崎智治，小堀俊秀，増成友宏，山口嘉一，清水則一：フィルダム外部変形計測への GPS 自動変位計測シ
わたり連続計測されたGPS変位計測結果を用いて堤体変ステムの適用に関する研究，ダム工学，22(1)，pp.4-15，
位挙動を評価した．そのうえで貯水位－上下流方向変位
2012．
関係を用いて大保脇ダムと比較した．
2) ダム管理研究会編著：ダム管理の実務，ダム水源地環境整備センター，pp.215-243，1999．
1) 水平方向の GPS変位は，上下流方向の変位が卓越し，
3) 小堀俊秀，山口嘉一，岩崎智治，中島伸一郎，清水則
貯水位が上昇すれば下流に変位し，貯水位が下降す
一：フィルダム天端堤体内部に設置する GPS アンテナ
れば上流側に戻る変位を示している．の変位計測性能実験とダム外部変形計測への適用性，
2) 左右岸方向変位のGPS変位は，上下流方向に比べて
土木学会論文集 F3，vol.70，pp.18-28，2014．
4) 中島伸一郎，川崎秀明，久保田昇助，中野太郎，清水
小さいが，平面ベクトル図によれば，ダム軸中央の則一：GPS および振動弦型間隙水圧計によるフィルダ断面に集まる方向に変位している．
ム挙動の観察事例，土木研究所資料第 4185 号，pp.1513) 高さ方向の GPS 変位は，図-4 より，天端と上流側
160，2010．
斜面で沈下が大きく，下流側斜面では小さい．天端
5) 北川源四郎：FORTRAN77，岩波書店，390p，1993．
6) 中島伸一郎，清水則一，小堀俊秀，山口嘉一：ロックの沈下はコアの圧密によるもの，上流側斜面の沈下
フィルダムの安全管理を目的とした GPS 変位計測の利はロック材の浸水沈下によるものと推測される．
用と堤体変形特性の評価，ダム工学，31(1)，2021．

大型ロックフィルダムの試験湛水開始から約 9 年間に4)

貯水位－上下流方向変位の平均勾配 α は経年的に減報－65