地震時大規模崩壊地における排水効果の一考察
One consideration about the drainage effect in the collapse large slope
failure at earthquake中村 淳（株式会社フォーラムエイト）※、蔡飛（群馬大）、鵜飼恵三（群馬大）
Atsushi NAKAMURA（FORUM8 Co.,Ltd）, Fei CAI（Gunma Univ）、Keizo UGAI（Gunma Univ）
キーワード：過剰間隙水圧，新潟中越地震，極限平衡法
Keywords:Excess pore water pressure, Mid Niigata Prefecture earthquake, Limmit equilibrium method

１．はじめに振動三軸試験を行った結果、急激に過剰間隙水圧2004 年 10 月 23 日に発生した中越地震により崩が発生し、除荷後も大きな間隙水圧が残留するこ壊した旧山古志村尼谷地地区の大規模地すべりとがわかった。振動三軸試験終了後の試料内の残は、当時の地震では、発生事例が少ないとされて留水圧は表‑1１）の通りであった。これより、初期いる泥岩分布域での災害であった。崩壊地周辺の圧密圧、すなわち、有効土被圧に対して、その大地質は、荒谷層の暗灰色塊状泥岩が広く分布してきさに関係なく、約 60％程度の過剰間隙水圧が発おり、この岩質は風化すると、細かく方形状に割生するものと仮定した。

れ、極めて崩れ易くなる特徴を持ち、地すべりの表‑1

振動三軸試験後の残留水圧率原因になっている。地すべり規模は、斜面の中央

初期圧密圧 200 kN/m2

初期圧密圧 375 kN/m2

部で長さ 250m、幅 150m、最大深さ 25m 程度で基軸差応力

残留水圧

軸差応力

残留水圧

盤岩と風化層の境界で発生した大規模なもので155109299

215

140155277

166127118254

241115151231

264

残留水圧/初期圧密圧0.67

残留水圧/初期圧密圧0.59あった。地すべりの一因として、現地調査、並びに、土質試験結果などから、地震動に起因する過剰間隙水圧の上昇が指摘されている１）。
本報告は、本地区の大規模地すべり発生前の地形をモデルケースとして、排水前と排水後について、過剰間隙水圧を考慮した斜面の安定計算を極

２‑２. 排水効果と過剰間隙水圧の関係

限平衡法で行い、安全率から排水効果について検本地区における地すべりの大きな原因として、討した。地下水面は三次元 FEM 浸透流解析により非排水繰返し振動三軸試験結果からわかる通り、設定し、斜面の安定計算は、地すべり面が最も深地震動の繰返しにより斜面内に大きな間隙水圧いと考えられる B 断面２）を対象にした。地震時にが発生して、土のせん断強さが低下し、到達距離ついては、慣性力は無視し、過剰間隙水圧のみのの長い大規模崩壊に至ったのではないかとの見影響を考慮したΔＵ法

３）を用いた。

方もある。
そこで、本報告では、この地震時過剰間隙水圧

２．過剰間隙水圧の影響(ΔU)の影響をΔＵ法で検討した。ΔＵ法につい２‑１. 非排水繰返し振動三軸試験の結果て簡単なモデルで説明する。

地すべり地帯は、中越地震時に震度 6 強に及ぶ大きな振動を受けている。崩壊地下端付近の地山から不撹乱状態で土試料を採取し、非排水繰返し

今、図‑1(a)を排水前、(b)を排水後の土のスライス片と仮定する。

３．解析方法
３‑１．地下水面の推定Δh

本報告では、排水前と排水後の地下水面を三次
元 FEM 浸透流解析４）から算出することにした。図‑2 に解析メッシュ図を示す。地すべり面が一番深いと考えられる B 断面の排水前の解析結果を図σv'

ΔU'(a)排水前図‑1σv''

ΔU''(b)排水後‑3(a)(b)、排水後の解析結果を図‑4(a)(b)に示す。
これより、排水後では、地下水面が約 3.0m 程度下がったことが判明した。

スライス片における有効圧と過剰間隙水圧(1)排水前の有効土被圧Σσv'
有効土被圧σv'とし、残留水圧比をαとすると、排水前の地震時過剰間隙水圧は、ΔU'=α・σv'となる。よって、対策前の有効土被圧Σσv'は(式1)となる。
Σσv'=σv'‑ΔU'=(1‑α)σv' (式 1)(2)排水後の有効土被圧Σσv''
水位低下(Δh)による増加応力をΔv は、
Δv=Δh(γt‑γ')=Δh・γw (式 2)
一方、地震時過剰間隙水圧の増加分は、
Δu''=α・Δv=α・Δh・γw (式 3)
よって、有効応力の増分は式(4)となる。

図‑2

三次元浸透流解析メッシュ図

Δv‑Δu''=Δh・γw‑α・Δh・γw=(1‑α)Δh・γw=(1‑α)Δv (式 4)以上から、排水後の有効土被圧Σσv''は、(式5)となる。
Σσv''=Σσv'+(1‑α)Δv=(1‑α)(σv'+Δv) (式 5)(3)地震時過剰間隙水圧を考慮した実質的な有効土被圧の増分は、残留水圧比を差し引いた(1‑α)Δv であることがわかる。よって、排水による効果が、有効土被圧に対して最大で(1‑α)倍に低減される場合があることが考えられ、本地区においても、この影響により安全率が 1.0 を下回ったのではないかと推察される。なお、排水工がある場合は、水圧が上昇した場合には排水されるので、本来ならば、消散の影響でαが小さくなると考えられるが、ここでは、排水工の間隔が比較的大きいと判断し消散の影響は無視することにした。

図‑3(a)

排水前の浸透流解析結果

B 断面は、1 層目が粘土質シルトの崩積土、2 層目が強風化泥岩で、この 1,2 層が移動層となる。
強風化泥岩のせん断抵抗角は 39°、地すべり最大深さが約 25ｍ、平均的には 20m 程度と判断し、粘着力 c=20kN/m2 を考慮することにした。土の湿潤単位体積重量は 18kN/m3 とした。
二次元極限平衡法による解析モデルを図‑4 に示す。すべり面は 2 層目下面と仮定した。
図‑3(b)

排水前の浸透流解析結果(B 断面)

図‑4

地すべり斜面安定計算モデル図(2)スライス分割法の計算式
安全率は下式で求めることができる。

Fs =∑ (N − U ) × tan φ + c × ∑ L∑S

ここに、
Fs：安全率ΣN：分割片の重量(浮力考慮)による法線力(kN/m)
ΣU：分割片に働く地震時過剰間隙水圧(kN/m)
図‑4(a)

排水後の浸透流解析結果

ΣS：分割片の重量(浮力無視)による滑動力(kN/m)
ΣL：分割片のすべり面の延長(m)ｃ：すべり面の粘着力(kN/m2)
φ：すべり面の内部摩擦角(°)
４．斜面安定計算結果(1) 排水前
排水前における常時、地震時の抵抗力、並びに安全率を表 2(a)(b)に示す。

図‑4(b)

排水後の浸透流解析結果(B 断面)

３‑２．極限平衡法による斜面安定計算(1) 土質物性値５）

表‑2(a)

排水前の抵抗力

状態

ΣN'

ΣU'

常時

36103.9

0.0

5966.942070.8

地震時36103.921662.3

5966.920408.5ｃΣLΣτ∑τ = ∑ (N × tan φ − α × N × tan φ ) + c × ∑ L

安全率として確認することができた。同時に、地∑τ = ∑ N '−∑ U ' + c × ∑ L

時よりも 3％程度低下していることがわかった。

表‑2(b)

震時における排水効果が、過剰間隙水圧により常本計算は、地すべり面が一番深いと考えられる二次元断面(B 断面)に対する試算であり、地すべ排水前の安全率

状態ΣτΣSFs=Στ/ΣS

りが三次元現象であることを勘案すると、やや小常時

42070.8

25892.1

1.62さめの安全率になっていると考えられる。よって、地震時

20408.5

25892.10.79

この安全率から排水工の適正を評価するもので(2) 排水後はない。

排水後における常時、地震時の抵抗力、安全率を表 3(a)(b)に示す。

斜面安定解析を行い、地すべり全体について過剰表‑3(a)

排水後の抵抗力状態

ΣN'

ΣU'ｃΣL

常時

40693.60.0

地震時40693.6

24416.2

表‑3(b)

将来的には、三次元モデルで極限平衡法による間隙水圧を考慮した安全率の検討を行いたいとΣτ

考えられる。その上で、排水効果と過剰間隙水圧

5966.946660.5の関係について、再検討したいと思われる。

5966.922244.3

謝辞

排水後の安全率状態

ΣτΣS

Fs=Στ/ΣS本報告を作成するにあたり、お世話になった

常時

46660.525355.5

1.84（独）農業・食品産業技術総合研究機構農村工学

地震時

22244.3

25355.5

0.88

研究所の黒田清一郎氏、群馬大学工学研究科若井(3) 安全率の比較准教授に感謝致します。

常時と地震時(過剰間隙水圧考慮)で、安全率が排水前と後でどのように変化(向上)したのかを【

表 4 に整理した。

1)鵜飼恵三・若井明彦ら：強風化泥岩地すべり斜表‑4

参考文献

】

面の地震時大規模崩壊のメカニズム、日本地すべ安全率の改善率

り学会第 47 回研究発表会、三重、2007.

状態

対策前

対策後

Fs

常時

1.62

1.84

↑ 1.135(Δ0.22)

2)新潟県長岡地域振興局，災害関連緊急地すべり

地震時

0.79

0.88

↑ 1.114(Δ0.09)

対策事業尼谷地区第一次地質調査中間報

常時では、排水により 1.135 倍、約 14%の改善告,2006.12が見られるが、地震時では、1.114 倍、約 11％の3)SEED,H,B.(1979).Geotechnique.29,No.3,215‑

改善にとどまっていることがわかる。すなわち、263.Consideration the earthquake‑resistant

過剰間隙水圧の発生に伴い、排水効果が、小さくdesignなっていることが理解できる。

dams.H.BOLTON.SEED.

ofearthandrockfill4)UC‑1 地 盤 解 析 シ リ ー ズ 三 次 元 浸 透 流 解 析
５．まとめ
現行の設計法である極限平衡法で、地震時の過剰間隙水圧を考慮して安全率を計算してみた。その結果、排水後において、安全率が 0.88 となり、1.0 よりかなり小さいことがわかった。このように、地震動の繰返しにより斜面内に大きな間隙水圧が発生したと仮定した場合の斜面の安定性を(VGFlow)(株)フォーラムエイト
5)UC‑1

斜面の安定計算 (株) フォーラムエイト（http://www.forum8.co.jp/）