関東森林研究論 文71-1(2020)

森林が持つ表層崩壊防止機能に関する一考察
掛谷亮太 1・小坂 泉 1・瀧澤英紀 1・阿部和時 1・岡田康彦 2
１ 日本大学生物資源科学部
２ 森林総合研究所
要旨：森林斜面の表層崩壊は表層土全体に歪・亀裂が発達して表層土全体が破壊して崩れ落ちる現象で，根系の表層崩壊防止機能はこの歪・亀裂の発達を抑止することによって発揮されていると推察している。この点を解明するために，縦・横 1×1m，せん断域の厚さ 50cm と 0cm に設定した原位置せん断試験を，スギ根系が生育している試験土塊と土だけの試験土塊を対象に実施した。せん断域厚さ 50cm の試験は表層土全体が歪んで崩壊に至る場合を，せん断域厚さ 0cm の試験はこれまで考えられていたようにすべり面が生じて崩壊する場合を想定した試験である。その結果，せん断域が厚い場合の方が土塊は容易に破壊され，根系の崩壊防止機能が弱いことが示された。これに対し，
薄いすべり面の場合は根系の機能が非常に強くなることが示された。
キーワード：森林，表層崩壊，根系，原位置せん断試験，すべり面

A Consideration for the Forest Function of Preventing Shallow Landslide
Ryota KAKETANI1, Izumi KOSAKA1, Hideki TAKIZAWA1, Kazutoki ABE1, Yasuhiko OKADA2
1 College of Bioresource Sciences, Nihon University, 1866 Kameino, Fujisawa, Kanagawa 252-0880
2 Forestry and Forest Research Institute, Tsukuba, Ibaraki, 305-8687
Abstract: We assume that shallow landslide on forest slopes is a phenomenon in which strains and cracks developin the entire surface soil layer and then the slope collapses. The root function to prevent shallow landslide isexerted by inhibiting the development of these strains and cracks. In-situ shear tests with a length and width of1 x 1 m and a thickness of 50 cm and 0 cm in the shear zone were performed for the test soil block with growing
tree roots and soil only. The test with a shear zone thickness of 50 cm is supposed a case that the entire surface
soil is collapsed, while the test with a shear zone thickness of 0 cm is a case that a slip surface is generated andthe surface soil is collapsed as previously thought. As a result, it was shown that the soil block with thicker shear
zone was more easily destroyed, and the root function to prevent landslide was weaker. On the other hand, theroot function was very strong in the case of the thin slip surface.
Key-word: forest, shallow landslide, root system, in-situ shear test, slide surface

Ⅰ はじめに根に生じる引張応力の水平成分は粘着力の増分として，一般的に，表層崩壊は山地斜面の表層部に発達する

垂直成分は摩擦力の増分として作用すると説明した。こ土壌を含む未固結の土砂礫からなる表層土が崩れ落ちるの効果は根の杭効果と呼ばれる。崩壊跡地の側面を観察現象を指すと考えられる。表層土の下に強く破砕された

すると多数の水平根が残存していることが分かり，これ基岩層や強風化した基岩層が存在し，その一部まで巻きらの水平根は斜面全体をネットのように覆い表層崩壊の込んだ崩れも表層崩壊と言われることもある。森林の持発生を抑止していると考えられてきた。この効果はネッつ表層崩壊防止機能は表層土中に多く生育する樹木の根ト効果と呼ばれている。

が，崩壊地の底面と側面に形成されるすべり面（せん断掛谷ら(3)は林齢の異なる４箇所のスギ林分で 11 本の面）を貫いて生育する場合に発揮されると考えられてきスギについて根系分布状態を計測し，表層崩壊を抑止すた。Waldron（4）はせん断面を貫いて生育する根が，崩る根系の働きを考察した。
その結果をまとめ「一般的に，壊発生時に斜面下方に引っ張られて変形し，そのときに根系の最大生育深さ付近に崩壊すべり面となる崩壊地底－

129 －（受理日 2020 年 2 月 17 日）

面が形成されることが多いため，根系の最大生育深さよ

試験後

試験前

り上側 50 cm の厚さの土層中に生育する根系材積と樹齢50cmの関係を調べると，①林齢の増加にともない根系の生育変形量深さや，最深部の根系材積が増える傾向はみられないこと，②また，立木中間点における根系断面積と林齢の関係を調べ，林齢が増すにしたがい根系断面積は減少する傾向があることが分かった。これらの結果を考えると，試験前

せん断域厚さ 0cm
試験後これまで言われてきたように幼齢林より壮齢林の方が崩

せん断域

変形量壊防止機能は高いという考えとは一致しないので，すべり面に生育する根がこの機能を発揮するとのこれまでの80cm

考えは適切でない。
」と述べている。

50cm

これらの点を考慮すると，表層崩壊の発生機構は以下のように推察できる。林地斜面の表層土は多孔質で，豪せん
断域

せん断域厚さ 50cm

雨時の多量の雨水でも浸透して表層土の自重が増すため，
図－１. 原位置せん断試験模式図

表層土が斜面下方に崩れようとする力も大きくなる。しFig.1. Schematic illustration of the in-situ shear test

かし，表層土と基岩層の境界付近にはすべり面となる可能性のある粘土層が存在することはまれであり，表層土の自重による斜面下方への力は表層土全体を斜面下方にさ 10cm 程度のせん断域は，表層崩壊が発生する際に形変形させるような歪を生じさせる。豪雨でさらに土壌水成されるすべり面に相当するとみなすこととした。

分が増すと歪もより大きくなり，亀裂が発生するように高さ 80cm の試験土塊では高さ 30cm の鉄板を土塊前なる。こうした歪や亀裂は表層土全体で発達を続け，や面の上部に当て，試験土塊の底部から高さ 50cm までのがて表層土が斜面上で破壊して崩壊が発生すると推察し厚さ 50cmの土塊をせん断破壊する試験を行った（以下，ている。このような表層土の動きに対して，根系は表層せん断厚さ 50cm と呼ぶ）
。この試験は前述のように表層土中全体に生育して表層土の歪や亀裂の発生を抑止し，土全体が歪み，表層土全体がせん断破壊されて崩壊する崩壊防止効果を発揮していると考えられる。

場合を想定している。試験では平均胸高直径 12cm のス

本研究では表層土全体が破壊する状態を再現するためギが植栽されている実験用苗畑で，スギを試験土塊の中原位置せん断試験を実施し，表層土中に生育している根央に位置するように試験土塊を掘り出し試験を実施した

系の働きを明らかにすることを目的とした。

（以下，根を含む試験と呼ぶ）。また，スギ植栽地点に隣接する無立木地でも，根を含まないせん断厚さ 0cm と50cm の原位置せん断試験を実施した（以下，土のみ試験

Ⅱ 原位置せん断試験方法
図－1 に原位置せん断試験の模式図を示した。試験はと呼ぶ）。せん断荷重は 20 分間隔で 1kN/m2 ずつ増やし森林総合研究所内の実験用苗畑で実施した。試験土塊のたが，初めの 6kN/m2 まではほとんど試験土塊のせん断

大きさは縦横 100cm，高さ 50cm と 80cm の 2 通りとし変形が生じないので 20 分間隔で 2kN/m2 ずつ増やした。

た。この試験土塊の前面に厚さ 1cm の鉄板を当てて，鉄また，試験土塊前面にあてた鉄板の下部でせん断域上端板に油圧ジャッキでせん断荷重を載荷して試験土塊をせ部が押された長さを試験土塊の変形として測定した。

ん断破壊した。図－1 の上段に示すように，高さ 50cm の試験土塊では高さ 50cm の鉄板を土塊前面全体にあて，Ⅲ 試験結果土塊底面の薄い層をせん断破壊する試験を行った（以下，１．せん断域厚さ 0cm 試験の結果せん断厚さ 0cm と呼ぶ）
。この条件の試験は，これまで

図－2，3 にはせん断域厚さを 0cm にして実施した土考えられてきたすべり面が生じて表層崩壊が発生する場のみ試験と根を含む試験で測定した，せん断変形とせん合を想定した試験である。しかし，内部摩擦角を有する断荷重の関係をそれぞれ示した。図－2 に示した土のみ

土のせん断試験で平滑なすべり面を再現することは困難の試験ではせん断荷重が 9kN/m2 を越えてから変形が急で，実際にせん断域厚さ 0cm の実験をすると試験土塊の増し，15kN/m2，18mm で試験土塊は破壊した。根を含む底部では厚さ 10cm 程度の範囲の土塊が細かく破砕され試験では，図－3 のように 7kN/m2 から変形が表れはじめたせん断域が形成さてしまう。このため，本研究では厚るが，せん断荷重を 1kN/m2 増やしたときの変形量の増－130 －関東森林研究71-1(2020)

図－2. せん断域厚さ 0cm，根を含まない試験土塊

図－4. せん断域厚さ 50cm，根を含まない試験土を使用した原位置せん断試験結果

塊を使用した原位置せん断試験結果

Fig.1. Relation between shear displacement and shear

Fig.4. Relation between shear displacement and shear

force, using a test soil block without root and with a shear

force, using a rooted test soil block and with a shear zone

zone thickness of 0 cm

thickness of 50 cm

図－3. せん断域厚さ 0cm，根を含む試験土塊を使

図－5. せん断域厚さ 50cm，根を含む試験土塊を用した原位置せん断試験結果

使用した原位置せん断試験結果

Fig.3. Relation between shear displacement and shear

Fig.5. Relation between shear displacement and shear

force, using a rooted test soil block with a shear zone

force, using a rooted test soil block with a shear zone

thickness of 0 cm

thickness of 50 cm

加分は，土のみの試験の増加分と比べると小さく，根のあった。せん断域厚さ 0cm の場合と比較すると非常に破影響が及んでいると考えられた。土のみの破壊荷重壊されやすいことが示された。根を含む試験では，図－15kN/m2 を越えると，せん断荷重を 1kN/m2 増やしたとき5 のようにせん断荷重 2kN/m2 の段階から変形が表れはの変形量の増加分は徐々に大きくなり，せん断変形量とじめ，せん断荷重を 1kN/m2 増やしたときの変形量の増

せん断荷重で描かれる曲線は徐々に緩やかな勾配になっ加分は，土のみの試験の増加分より大きいが，変形を生た。根を含む試験での破壊荷重は 28kN/m2，破壊変形はじても根が土塊を支え，破壊を抑止するように作用して85mm で土に根が生育することで破壊荷重は 13kN/m2，いる。破壊荷重，破壊変形はそれぞれ 10kN/m2，45mm で破壊変形は 67mm 増え，根の効果が顕著に表れた。

あった。根が含まれることにより破壊荷重は 2kN/m2，破２．せん断域厚さ 50cm 試験の結果壊変形は 35mm 増えた。破壊荷重と破壊変形をせん断域

図－4，5 にはせん断域厚さを 50cm にして実施した土

厚さ 0cm の場合と比較すると，それぞれ 18kN/m2，40mm

のみ試験と根を含む試験で測定した，せん断変形とせん小さくなったが，せん断域が厚くても根によって破壊荷断荷重の関係をそれぞれ示した。土のみの試験では図－重と破壊変形は補強されることが示された。

4 に示す通りせん断荷重が 6kN/m2 を越えると変形が表

３．試験土塊中の根系の観察結果れはじめ，8kN/m2 で土塊は破壊し，破壊変形は 10mm で根系を含む試験で，せん断域厚さ 0cm の場合，試験土－131 －塊が変形しているときに根の切れる音が聞こえた。根の数密度が小さい場合には樹幹間隔が広くなり立木間にも切れる音の数は測定していなかったが，かなり多く（10亀裂が発生しやすい状況ができると考えている。したが数回以上）聞こえた。試験終了後，根系重量を計測するって，根系分布量の少ない表層土の下部にまで多くの鉛ため試験土塊を崩して根を取り出したが，根の切れた部直根や斜出根が発達するような状況になれば，表層崩壊分を特定することはできなかった。しかし，直径 5mm 以防止機能はより強く発揮されると思われる。

上の根が切れていることはなく，切れた根はそれ以下の３．根系による崩壊防止機能の評価方法

細い根であると思われた。せん断域厚さ 50cm の試験で表層崩壊が厚いせん断域をもって発生する場合には，は，根が切れる音はほとんど聞こえなかった。試験後にこの原位置せん断試験結果が示すように根が破断したり，試験土塊を観察すると土塊全体に亀裂が多数発生して，引き抜けたりする前に土塊の方が先に破壊してしまうこ土塊は細かく破壊された状態になっていた。根系は大きとが確認できた。これまでの研究例では根の引き抜き抵く曲がったり，引き抜けたり，切れたりしておらず，根抗力(1)，根の引っ張り破断強度(2)等を用いた評価をするよりも土塊の方が先に破壊したと考えられた。

事例がみられたが，根が引き抜かれたり，破断したりする前に土塊は破壊されてしまうので，引き抜き抵抗力やⅣ 考察

引張破断強度を用いることは根による崩壊防止力を過大

１．せん断断域の厚さの考察評価する可能性があると思われる。

崩壊地底面にすべり面が発生する場合を想定したせん
断域厚さ 0cmの原位置せん断試験では根を含まない土のⅤ おわりにみの試験での破壊荷重が 15kN/m2 になり，表層土全体が本研究は，表層崩壊が表層土全体に歪・亀裂が発達し破壊される場合を想定したせん断域厚さ 50cm の試験でて崩れ落ちる現象で，根系は表層土の歪や亀裂の発達を得られた破壊荷重 8kN/m2 と比較すると，7kN/m2 強い値抑止することで崩壊防止機能を発揮しているとの推察のを示した。なお，本研究で実施した試験は，同一区画内もと，実施している。研究は開始したばかりで，この推の平坦な苗畑内の近隣接地点で実施しており，土質状態察の証明には程遠いが，今後も，表層崩壊における根系はほぼ同一とみなしている。の働きを明らかにする現地調査や原位置せん断試験等の試験土塊に根を含む場合も同様にせん断域厚さ 0cmの実験的手法で根系の表層崩壊防止機能を解明する必要が破壊荷重の方が 18kN/m2 強い値を示した。スギ根系を含ると考えている。

む試験では同じ樹齢のスギを試験木としているので，試験土塊中の根系量に僅かな違いがあると考えられるが，謝辞：本研究の実施に当たり日本大学生物資源科学部森

破壊荷重 18kN/m2 の違いは根系量の違いによるもので

林環境保全学研究室の多くの学生諸子に現場での試験,はなく明らかにせん断域厚さの違いが要因となっている調査をはじめ，様々な場面で協力をいただきました。こと推察している。このことから，森林斜面に豪雨がありこに記して深謝の意を表します。

表層土中の土中水分が徐々に増えて斜面下方へ表層土を崩す力が徐々に大きくなると，せん断域が厚い場合の方

引用文献が，崩壊すべり面で破壊する場合より弱い力で破壊され(1) 阿部和時（1991）：根系の引き抜き抵抗力によるせんるので，より早く表層土が崩れる崩壊現象が発生するこ断補強強度の推定,日本緑化工学会誌,Vol.16,p.37-45とになると考えている。

(2) Burroughs, E. R. and Thomas, B. R.：Declining root

２．表層土の歪に根系分布が与える影響

strength in Douglas-fir after felling as afactor in

スギ根系の深さ方向への根系材積分布をみると地表面

slope stability, USDA Forest Service Research Paper

から深さ 50cm までの表層部に全根系材積の 93.7～

INT-190, 28pp. (1977)

98.1％が生育し，また，根系分布量を平面的にみると根(3) 掛谷亮太・瀧澤英紀・小坂泉・園原和夏・石垣逸朗・

株の中心から半径方向に 1.5m の範囲内に多く集中して阿部和時（2016）：スギ林分の間伐が根系生長と表層崩壊いると掛谷ら（3）は報告している。このように表層部，防止機能に与える影響,日本緑化工学会誌, Vol.42, p.299-

特に根株の周辺部には非常に多くの根が生育しているこ

307とを考えると，この部分には歪・亀裂は発達しにくく，(4) Waldron L.J（1977）：The shear resistance of root

その下部の基岩層までの間の表層土には根も比較的少な

permeated homogeneous and stratified soil, Soil

く歪・亀裂が発達しやすいと推察できる。また，立木本

Science Society of American Journal,Vol.41,p.843-849－132 －