安−１７

岩盤斜面の計測手法に関する不安定化実験による各種検討

寒地土木研究所

寒地構造チーム○岡田慎哉

寒地土木研究所

寒地構造チーム

石川博之

日本工営

岩佐卓実

１．はじめに
本報告は、北海道における大規模岩盤崩落に関する調査技術の研究および開発を目的として、北海道石狩市浜益地区雄冬の岩盤斜面において、人工的に崩壊誘因を付加する岩盤不安定化実験を実施し、その前後の岩盤挙動の計測を実施し、併せて実験を対象とした数値解析を実施し、検討を行ったものである。
写真－１

２．雄冬地区対象岩体の概要

雄冬地区対象斜面

写真－１には、本検討で対象とした雄冬地区の状況を示す。対象斜面は、北西
向 き の 海 岸 に 面 し た 標 高 約 10 0 m、傾 斜 約Cr.3

70 ﾟ の 急 崖 斜 面 の 一 部 で 、 対 象 岩 体 は
1 98 1 年 12 月 1 9 日 に 大 規 模 な 崩 壊（ 約 20Cr.

キーブロックる。なお、写真はこの時の崩落直後のも

1万 m３ ） が 発 生 し た 斜 面 の 脚 部 に 位 置 す
対象岩体

Cr.

で亀裂は少ないが空隙に富み、ハンマー打撃で容易に割る事が出来るスコリア層

2Cr.

類層の分布域に相当し、主として赤灰色4のである。地質は新第三紀の浜益玄武岩からなる。圧縮強度は極めて低く、脆性度も低い点に特徴がある。その地質構造
は 、 走 向 が 斜 面 方 向 （ N 60 ° E ） で 傾 斜 は
図－１

山 側 に 10～ 2 0 ﾟの 受 け 盤 を な し て い る 。

対象岩体状況図

図－１には、対象岩塊の状況を示す。

全 体 で H =15 m、W = 4 m、D＝ 5 m、V＝ 15 0 m 3

対象とした不安定岩塊は、岩塊脚部に空と 推 定 さ れ る 。 岩 体 脚 部 に は 5m、 高 さ洞 が 形 成 さ れ 、60 °前 後 の 流 れ 盤 傾 斜 の 亀

1 .5ｍ 、 奥 行 き 4 m の 空 洞 が 形 成 さ れ て お

裂 Cr. 1 と 、直 立 し た 亀 裂 Cr. 2 に よ っ て 楔り、岩体はこの空洞部へ落ち込む様な変状 に 側 面 を 区 切 ら れ 、亀 裂 Cr.3 に よ り 上位が予想される。また、岩塊左側の下に区切られた範囲である。その規模はC r. 2 , C r.4 に よ り 楔 状 に 区 切 ら れ た 部 分 は 、S h i n - y a O k a d a , H i r o y u k i I sh i k aw a , Ta k u mi I w a s a

対象岩塊を支えていると考えられた為、ここをキーブロックと呼ぶこととした。
こ の 中 で 、現 状 よ り 亀 裂 Cr. 3 よ り 下 方の半分の対象眼帯が最も不安定となっていると推定され、本実験ではこの部位を不安定化対象と考え計画・実施した。
な お 、 平 成 10 年 よ り 不 安 定 化 実 験 開始まで約 5 年間にわたり常時計測を行ったものの、有意と思われる変化は現れていない状況であった。

３．岩体不安定化実験
以上の岩盤状況から、対象岩体を人工的に不安定化させる方法として以下の３とおりを実施した。なお、本岩体は岩盤

図－２

計測機器配置図

モニタリングの対象岩体となっており、図－２に示すように計測機器が配置されている。

( 1) 沢 水 注 入 に よ る 岩 体 風 化
まず、不安定化実験の最初として、近隣を流れる沢水を本岩体まで誘導し、亀裂に注入する自然風化を想定した実験を実施した。
写真－２には、沢水誘導時の状況をしめす。実験は、地下水の凍結融解による

写真－２

沢水誘導時の状況

岩体の劣化を想定し、冬季から実験を開始した。写真は注入された沢水が表層まで染みだし、氷柱が形成された状況である。その後、翌年の夏まで自然注水を続けたが、計測器にはこの影響と考えられる変化は特に見られなかった。
さらに、地下水の影響を想定し、岩体の調査孔内に通常より加圧した状態で水圧 を 作 用 さ せ た が 、こ の 実 験 に 関 し て も 、特に計測器には変化が見られなかった。

写真－３

油圧ジャッキ載荷状況に変化が見られなかったため、岩体に直( 2) 油 圧 ジ ャ ッ キ に よ る 強 制 載 荷
自然注水および加圧注水によって特接力を作用させ、人為的に不安定化を試みる実験を実施した。写真－３には、加力実験の状況を示す。実験は岩体の内空を利用し、空洞内から油圧ジャッキ（ 50 t×2） を 用 い て 亀 裂 Cr.2 を 押 し 広 げることで、対象岩体とキーブロックとの間に作用していると考えられる摩擦力を低減させ、対照岩体の不安定化を図ったものである。なお、事前に数値解析を行い、載荷による崩壊過程を推定し、載荷実験の荷重の目安とした。
写真－４

実験の結果、対象岩体とキーブロックを押し広げる事により、対象岩体の斜面岩体の下部が崩落

（回/分）
250

下方への動きを生じさせ、これらの変化

CH.3 AEイベント,累積200を設置してある各種計測器により捉える150事が出来た。しかしながら、ジャッキに50207

764

200
0μstrain

250した。これは、事前の予測解析により想孔内歪計 RS1-2200100800400170150（回）
1000

600

13:07 以降反応有り

100

よる加力作用点が圧壊することで終局を迎え、岩体崩落には至らずに実験を終了

静破砕実験状況図

206.8

13：12 以降反応有り

500( 3) 静 破 砕 剤 に よ る キ ー ブ ロ ッ ク 破 砕
加力試験に引き続き、静破砕剤を用い変位(mm）定された崩壊仮定と異なる。
0.2
亀裂変位計 CZ-2
0.15
0.1

0.152

13：21 以降反応有り

0.05
012:55 13:00 13:05 13:10 13:15 13:20 13:25 13:30 13:35 13:40 13:45 13:50 13:55

た強制不安的化実験を行った。写真－４

図－２

静破砕実験結果に実験状況を示す。実験は、キーブロッが崩落した。また、これらの変化を設置

クを静破砕剤により除去することで、亀してある各種計測器により捉える事が出裂面に作用する摩擦力や作用する面積を来た。

減じ、対象岩体を不安定化させるものである。

図－２には、計測機器の測定結果を示す 。 岩 体 の 変 化 は 、 初 め に AE セ ン サ ー

本実験で用いた静破砕剤は反応時間が岩体内部の破壊音と思われる音を記録

1 0 分 の も の で 、 キ ー ブ ロ ッ ク に 深 さ 1～

し 始 め 、そ の 後 孔 内 歪 計 に 有 意 な 変 化（ 最2 m の 孔 を 約 3 0 c m 間 隔 に 48 孔 削 孔 し 、大 2 06 .8μ s）が 発 生 し 、続 い て 亀 裂 変 位 計

この孔内に静破砕剤を設置した。これにに 斜 面 下 方 へ の 変 化 （ 最 大 0 .15 2mm） が対し順次注水により反応させ、徐々にキ現れ始めた。時間の経過とともにその変ーブロックの破砕を進行させることで実化量は大きくなっていき、岩体全体で不験を実施した。なお、本実験においても安定化する傾向を示していた。しかしな

事前に数値解析を実施し、崩壊形態を予がら、最終的に岩体は岩体の下側一部の想している。

み（ 約 29 m 3 ）が 崩 落 し 、実 験 を 終 了 し た 。

実験の結果、キーブロックが除去されるのに伴い、対象岩体に斜面下方への動きが発生し、最終的に対象岩体の下半分

これは、事前の数値解析により想定された崩壊形態とは異なる。
また、崩壊に至るまでの計測結果を得ることができたが、その計測結果から、岩体が崩壊に至るまでの変化はかなり小さいもので、モニタリングから崩壊を予想することの難しさが示された。

４．岩体の数値解析
本検討では、実験前には実験計画の参考にするため、実験後には解析手法の制度向上を目的として数値解析による崩壊形態の推定を行った。事前解析および事後 解 析 に は 、 D E M（ 個 別 要 素 法 ） に 基 づ
く 汎 用 コ ー ド 3DEC を 用 い た 。 本 コ ー ドは、個別要素法による要素間の応答のほかに、各戸別要素内部においても差分法による変形要素として解を得るものであり、要素内部の応力状態や歪についても検討可能な解析コードである。

図－３

解析モデル例

図－３には、本解析で用いた解析モデされた。また、その崩壊形態は亀裂を境ルの１例を示す。対象岩盤斜面の３次元に落下するのではなく、対象岩塊自体の地形形状データから解析メッシュを作成

引張破壊による崩壊と予想された。

し、亀裂の走向傾斜および連続性についしかしながら、実験では最終的な崩壊ては現地調査結果およびボアホールＴＶ

は 発 生 せ ず 、結 果 よ り 得 ら れ た 荷 重 -変 位観察に基づいて設定した。解析メッシュ

曲線は岩盤の塑性化の進展を示しているは亀裂によって形成された岩塊ブロック

ものの、引張破壊により崩落が発生するの内部を差分要素で分割している。には至らなかった。

本解析では、岩体の破壊の定義は
Mo hr - Co u lomb 則 に 従 う も の と し 、想 定 さ( 2) 荷 力 実 験 後 の 再 現 解 析 結 果

れる引張強度まで引張応力が達した場合油圧ジャッキによる荷力実験においに引張破壊が生じるものと仮定し、引張て 、事 前 解 析 に よ る 予 測 で は 450k N 時 に破壊が生じるとそれ以降引張応力を一切キーブロックが破壊し、対象岩塊が崩落伝達しないものと定義した。

する結果となった。これに対し、実験では変位の増大は計測されたものの予測さ( 1) ジ ャ ッ キ に よ る 加 力 実 験 の 事 前 予 測解析結果

れた載荷重を過ぎてもキーブロックは破壊 せ ず 、 800 kN 付 近 で 載 荷 点 の 周 囲 の み

実験前の予測解析では、載荷力の増加が圧壊した。これは、その崩壊形態の差に伴い空洞上部から引張破壊が発生し、異 よ り 亀 裂 C r. 2 の 開 口 範 囲 が 当 初 想 定 よ載 荷 力 が 45 0kN に 達 し た 時 点 で 岩 体 内 部り狭かったためと推定された。の引張領域がキーブロックの地表面にまそのため、調査結果を再検討し、図－で達し、対象岩塊が不安定化すると予想３に示すように亀裂の開口範囲の想定を修正した。その結果、事後解析では対象岩塊は崩落に至らず、さらに変形係数を調整することで荷重－変位曲線に関しても実験と概ね一致する結果が得られた。
図－４には実験結果と解析結果の比較を示す。
これより、当初想定の微小な差異が解析結果に与える影響は大きいと考えられ図－３る。

想定亀裂の修正

450

解析結果
実験前の予測解析では、キーブロックと の 摩 擦 が 低 減 さ れ 、亀 裂 Cr.3 が 剥 離 し400

ジャッキ１基あたりの荷重（kN）( 3) 静 破 砕 剤 に よ る 破 砕 実 験 の 事 前 予 測350300250200は健全なまま、岩体中央部あたりから岩引張強度修正ケース

100

変形係数修正ケース

50て対象岩体全体が崩落すると推定された。
し か し な が ら 、 実 験 結 果 で は 亀 裂 C r. 3

事前予測解析

150

計測結果（6ch）

00.0-5.0

-10.0

-15.0

-20.0-25.0-30.0

変位量（mm）

図－４

載荷実験と解析結果の比較

体が上下に２分割されるように引張破壊が発生し、下側半分が崩落した。写真－５には、崩落状況を示す。

( 4) 破 砕 実 験 の 再 現 解 析 結 果
静破砕剤によるキーブロック破壊実験において、段階的にキーブロックを破壊してゆく過程で、対象岩塊は変位が累積し、最終的にその一部が崩落した。事前の 数 値 解 析 で は 、 Cr.3 亀 裂 よ り 下 部 で 崩壊すると予想されていたのに対し、実際には岩塊の下半分が崩落するにとどまった。
予測解析結果と実験結果の差異は、引写真－５
表－１

崩壊状況

岩石試験結果度を補正して再現解析を行うこととした。

一軸圧縮 圧列引張試験日
試料名
弾性係数ポアソン比 密度強度
強度[kN/m2] [kN/m2] [ＭPa]g/cm3
H12 キーブロック下部
1481
1302330.301.80
H16
キーブロック
1320
1953330.301.80
H16
対象岩塊
7113330.30
1.80

引張強度の補正を行ううえで、崩落し験と圧裂引張試験を実施したところ、一たキーブロックおよび対象岩体から新た軸圧縮強度は軟岩としても極めて低い値に試験片を採取し追加で材料試験を行なを示した。一方、圧裂引張試験から求めった。

た 引 張 強 度 は 比 較 的 高 く 、脆 性 度 (＝ 圧 縮張強度の設定にあるものと考え、引張強表―１には、材料試験の結果を示す。
キーブロックの試料を用いて一軸圧縮試

強 度 /引 張 強 度 ) ２ ） は 5 程 度 で あ っ た 。
図－５には、材料の応力ひずみ関係を1500示す。一軸圧縮試験から得られる応力－

1400
1300

ひずみ曲線を見ると、ピーク強度を越え

1200

σ ｃ （kN/m2)

1100ても脆性破壊せずに顕著な軟化挙動を示圧縮応力している。また、それとは異なり対象岩体は当初想定と比較して弱い岩体である

1000
900800700
600500400
300200とことが明らかとなった。

10000

これらの材料試験結果に基づいて、解12

縦ヒズミ

図－５

析モデルの引張強度を修正した。その結345

ε ａ （％）

圧縮試験結果果、数値解析においても対象岩塊下部で引張破壊が生じ、実験同様の崩落形態と0.2(mm)Cr.3

EL=49.20CZ-2（下部Cr3）なった。

-0.2200(μs)

解析モデルの修正により、実験での現RS1-2（-5.5m）

EL=46.30RS3-1 EL45.3

象 を ほ ぼ 再 現 で き た 事 か ら 、破 壊 の 進 行 、
変位量、歪について、計測結果と解析結果の比較検討を行なった。
図－６には解析結果の破壊域の進行を示す。計測結果より、計測位置の低い部分から順に変位が大きくなる傾向が見-2003(mm):破 壊した要素
亀 裂の進展図:破壊した要素
亀裂の進展図1.5

LL2-1(-6.6m対象岩体）
EL43.00

図－６５．まとめ

破壊域の進行

検討結果をまとめると、以下のようである。

られる。数値解析では亀裂がオーバーハ
ング基部より上方へ向かって進行してお1) 崩 壊 に 至 る ま で の 岩 体 挙 動 を 計 測 機

り、計測結果の傾向とよく一致する。そ器により計測することができた。の 最 大 変 位 量 は 、 実 験 結 果 で は LL 2 -1 計2 ) 実 験 結 果 よ り 、岩 盤 斜 面 で の モ ニ タ リ

測 点 に お い て 崩 落 直 前 で 約 2 mm の 伸 びングによる崩壊予測の難しさが示さ

が 計 測 さ れ て い る 。数 値 解 析 に お い て は 、れた。

同一の点においてほぼ同程度の変位が発生している。崩落断面の形状は、実験結果と解析結果で類似の形状となっていることがわかる。
歪についても崩落直前に計測された
歪 が 縦 断 方 向 へ 引 張 歪 （ 11～ 2 03μ） が 、3 ) 計 測 結 果 を 用 い 、数 値 解 析 手 法 の 精 度検証を行った。
4) 解 析 結 果 の 精 度 検 証 を 実 施 し た 結 果 、調査結果の微小な差異が解析結果に与える影響が大きいことが明らかとなった。

斜 面 平 行 方 向 に 圧 縮 歪 （ -91 μ ） が 計 測 さ5) 事 前 解 析 に よ り 岩 盤 斜 面 の 崩 壊 形 態

れたのに対し、解析結果でも縦断方向にを予測するのは精度の高い斜面調査

1 00 μ 程 度 の 引 張 歪 が 、斜 面 平 行 方 向 に 数が 必 要 不 可 欠 で あ り 、事 実 上 難 し い と

1 0μ 程 度 の 圧 縮 歪 が 発 生 し て お り 、 数 値言える。

解析結果は実験と類似の傾向を示した。
これらのことより、岩盤強度等の想定

今後は、従前の手法に囚われない新たの精度により、解析結果の受ける影響はな調査手法や計測手法を検討し、より有大きいことが分かる。

用な岩盤計測技術を検討する必要があると考えられる。