人工雪崩誘発のための雪中爆破による積雪層の破壊・変形状態について
環境システム工学専攻
大気水圏ダイナミクス研究室 林徹

指導教官 早川 典生
1.背景及び目的
1.背景及び目的
雪崩は昼夜の区別なく条件が整えば発生し、道路や車輌に被害を与え、最悪の場合尊い命までも奪ってしまう。雪崩の原因となる不安定な斜面積雪を事前に除去し冬期道路交通の安全

2.研究内容2.研究内容本研究は以下の 3 点において解析を行った。
①装薬配置・装薬量を変化させたときの雪崩始動面の形成状態②爆破による積雪層への影響についてを図る事を目的として、人工雪崩は実施された。 ③装薬条件による雪崩誘発成否を決める条件
人工雪崩の誘発方法の中で、危険斜面全体の雪を求めるを崩落させるという目的で、危険箇所に爆薬を仕掛けて爆破する方法（以下これを雪中爆破※

3.実験概要3.実験概要と呼ぶ）は有効な方法である。しかし、手法と実験は、2003 年 2 月 8 日、4 月 4 日、2004 年

しては経験な面が多いため、近年爆破による人

2 月 2 日において新潟県南魚沼郡塩沢町栃窪の工雪崩の発生プロセスについての基礎的実験山腹斜面で行った。2003 年実験は、破壊孔及びが行われている。その中で爆破による積雪層の周辺の圧縮現象を解明することを目的として、破壊・変形の状況は、実験観測と解析が困難で破壊孔周辺の密度測定、破壊孔周辺の硬度測定、あり充分な解明を果たすに至っていない状況

破壊孔半径の測定、破壊孔内の残雪の重量及びにある。そこで本研究は現地実験から、爆破にその密度測定を行った。2004 年実験は、雪崩始よる積雪層の破壊・変形状況、及び装薬条件に動面の形成状況と雪崩流下状況を把握するこよる雪崩流下状況について解析し、人工雪崩誘とを目的として、装薬条件を変え実際に小規模発機構の解明を図った。

な雪崩を発生させ、雪崩の流下状況の調査と雪崩後の断面における雪崩始動面の硬度測定を※雪中爆破による雪崩誘発行った。

雪中爆破により雪崩を誘発するには、危険斜面上の積雪層を流下しやすい状態にした箇所4.雪崩始動面の形成状態
4.雪崩始動面の形成状態（以下これを流下箇所と呼ぶ）と、その前方に2004 年 2 月 2 日に雪崩始動面の形成状況を把あり流下箇所を流しやすくする箇所（以下これ握するため、雪崩誘発後の断面観測及び硬度測を雪崩始動面と呼ぶ、図 1a）参照）の 2 点を爆定を行った。その結果、図 1a)に示すように、破により形成することが必要であるとされて黒い爆破跡を境に右側で積雪層が乱れておらいる。流下箇所の流下しやすい状態とは、爆破ず、左側で乱れているのが見られた。よって黒により積雪層全体が破壊されている状態、及びい爆破跡付近が雪崩始動面と推測され、硬度測

積雪層内の抵抗力が駆動力より小さくなった、定を行ったところ図 1 の b)、c)より雪崩始動面

又は駆動力が抵抗力より大きくなった状態でと推測される箇所及び下部付近がこの断面内ある。雪崩始動面とは流下箇所の前方積雪層内において相対的に硬度が大きく、圧縮されていに形成される滑り台状の部分のことである。

ることが確認された。

的実験として、積雪層を崩さないように積雪層内で爆破させ、破壊孔として爆破の影響を残し、それを詳しく調査することで破壊孔周辺の積雪層の圧縮現象を解析することを行った 2003
年実験について述べる。
5‑1 爆破前後の密度の比較による破壊孔周辺の圧縮幅の調査
同一層において爆破前の密度と爆破後の破a)

aNbc

Mde

LK
JI

壊孔周辺の密度を比較し、爆破後に増加ならば雪崩流下後の断面状況

615421110516611151621

破壊孔周辺が圧縮されたとして調査した。その結果、破壊孔縁から 10cm 程度において密度のfghij

増加が顕著であった。また、測定位置に関して

kl13mn4451o13914889p68382275629q92164345685341630812277
110313235F
98818419334
21
1 1
6 1
1033
109
726114510224 6
715E156
96
124
118
39167
13154
20153
55
83
182
146
18D669
151
80
156
2199
100
16130
50
155
43
78
148
61
1C
36775
374
3136
16106
54
2056
114
68
48
116
79
100
1327B
88
65
60
143
75
89
60
2186
77
127
4260
92
58
93
1A
219112
1
9 785
04
89
7 657
33
416683259
33
8
7 8274978
1956957
78
79
86
71
71
62
6874757677
54
3381
53
44
47
102
55
63
57
63
69
80
68
HG158ｂ)ab

23

1329213059

爆破跡付近の硬度（単位：kPa（単位：kPa）
kPa）
cde

fghi

jkl

N
M

13L
K

611638

nopq

9

68

29

53

32
792

43

35

10515

21

13

44

8

7

16 102 98

33

15

13

6

16

1651

14

22

43

62

84 109 962018161756

45

81

83

J

15

10113089

76 156 154 69

50

33

2013I

42

23

2959

68 110 111 125 124 153 151 130 63

562721977

96 144 6133

H15132155

80 155 75 114 88

86

39831

34 110 118 832143746865

77 119 76

27F

21 122 39 182 156 78

1648604222464974

E67 146 99 148 136 79 143 127 117 6278

86D

100 61 106 116 75

60 104 137 85

7175

81 102C

54 100 89

9285

88

197176535557

B60

5889

59696277

44636380

68

A57

335768544779

見られ、更に装薬位置から谷側の増加割合が多かった（図 2、表 1 参照）。よって、破壊孔周辺の圧縮現象と、雪崩始動面が爆破跡付近に形成されていたことを考慮して、雪崩始動面を形成する装薬配置において、圧縮部を形成できる破壊孔下部谷側付近を意識して装薬配置をしたmG

は破壊孔下部付近において顕著に密度増加がほうが良いことを示唆していると考える。

破壊孔7833

地表から 60cm69(a)c) 硬度を相対的に色分けした図は更に濃く塗っている）

雪崩流下後の断面状況及び硬度測定
雪崩流下後の断面状況及び硬度測定（2004 年 2 月 2 日実験）

5.爆破による破壊孔周辺の積雪層への影響
5.爆破による破壊孔周辺の積雪層への影響
雪崩始動面は、爆破跡付近に形成され、その積雪層内において相対的に圧縮されていることが研究①において確認された。そこで、基礎100
密度変化率(%)

い値を濃く塗っている。また 100kPa を超えた値測定箇所（破壊孔下部、地表から 60cm、60cm、しまり･ざらめ層）（単位：kPa（単位：kPa、平均値、平均値=63kPa、平均値より大きkPa、平均値=63kPa=63kPa、平均値より大き図1

装薬位置：0cm

7550250-80 -60 -40 -20 0 20 40 60
装薬位置からの距離（cm）

80(b) 密度変化率（爆破前後の密度変化の割合）
図 2 破壊孔下部の密度変化（2003 年 4 月 4 日実験、装薬量 300g）
300g）

表1

破壊孔下部の密度変化について（2003 年 4 月 4 日実験）
日実験）
装薬量(g)

爆破前密度300
装薬方向
測定値範囲 変化率範囲(g/cm3)(%)(g/cm3)
山側
0.562～0.636 5.0～18.90.554
谷側
0.594～0.718 11.0～34.2

平均(%)
12.1
18.2

5‑2 破壊孔の形成とその周辺の圧縮現象の再現

0.8

5‑ 2 ‑ 10.7

爆破による積雪層の破壊孔半径を推定するための式として以下に示している森末（1997）が考案した実験式 1)が挙げられる。この式の検証は過去にも行われているが幾分足りないと思われる。よって、この観測場所において適用

計算破壊孔半径 (m)

破壊孔算定式の検証

平均(%)
15.4

含水爆薬（爆薬量100ｇ）
含水爆薬（爆薬量200ｇ）含水爆薬（爆薬量300ｇ）
300g（2月8日）
300g（4月4日）
200g（2月8日）
200g（4月4日）

0.6
0.5
0.4

できるかということも含め検証した。

0.3

L = d･f H ( H )･fVF (V , F )･f R ( R)･R

0.2

30.5

fH (H ) = 4 H
f VF ( V , F ) =200
測定値範囲 変化率範囲(%)(g/cm3)0.601～0.644 12.4～20.3

11.5

22.5

3

装薬位置 H(m)図 3 装薬位置 H と計算破壊孔半径 R の関係

VF（線：計算値、点：測定値）

31
f R ( R ) =  1 + − 0 . 41 R

5‑ 2 ‑ 2

破壊孔周辺の圧縮幅の推定

次に爆破による破壊孔周辺の圧縮現象を、ここに、d はてんそく係数（d=1.2）、H は雪「積雪層内で爆破が起きると、始めに破壊・融面からの装薬位置(m)、V は爆速（m/sec）、F は解・蒸発が起き、次に圧縮され、破壊孔と圧縮火薬力(l･atm)、R は破壊孔半径(m)である。

部ができるという流れが瞬時に起きるとする。

上記式群をまとめると式(1)のようになる。
1  L・ F  31
R 1 + − 0.41 = R  d・4 H・V 

ここで、破壊孔周辺の圧縮現象は球状に広がるとし、この過程で破壊孔周辺の積雪層を圧縮幅(1)（⊿R）で圧縮して破壊孔を押し広げるものとする。
」と仮定（図 4 参照）し再現することをよって、式(1)を近似することにより破壊孔試みた。推定手順は、爆破による熱量がどのよ半径 R を求めた。破壊孔半径の測定値は 2003

うに使われているかを推定し、その熱量を用い、

年 2 月 8 日、4 月 4 日の共に装薬量 300g、200g仮定に沿い計算を進める、というようになる。

において測定したものを用いる。図 3 に示すよ爆破による熱量 E を下式のように消費されたうに測定値と計算値を比較した結果、装薬量、積雪条件に関らず測定値と程よく合うとことを確認した。

ものと仮定する。
E = E1 + E2 + E3 + E4

(2)

ここに、E1：積雪層を破壊する熱量(図 4②)、
E2：積雪層を融解・蒸発する熱量(図 4②)、E3：積雪層を圧縮する熱量(図 4③)、E4：使用されなかった熱量

融解･蒸発部であり、破壊孔及び圧縮部が球に広がると仮定

質量 m2

爆薬

した簡素な式である。圧縮部の密度ρ2 は破壊孔周辺の密度測定で得た装薬位置から 60cm（す融解・破壊・蒸発

残雪密度ρ1

体積 V、質量 m①

爆破②

残雪質量ｍ1

破壊・融解・蒸発

破壊孔体積 V1
破壊孔 + 圧縮 部半径R＋⊿Rなわち、破壊孔の縁沿い）の密度の平均値とした。

44
M = M 1 =  π(⊿R＋R) 3 − πR 3  ×ρ2 (3)33
ここに、M：圧縮される箇所の質量（g）、M1：圧縮部の質量(g)、ρ2：破壊孔縁沿いの破壊孔半径 R、R：破壊孔半径(cm)、⊿R：平均密度（g/cm3）
破壊孔縁からの圧縮幅(cm)圧縮される体積 V2

圧縮部質量 M1

圧縮される質量 M

圧縮部密度ρ2③
図 4

圧縮される

④式(3)より⊿R は以下のようになる。
1

 3 M
3
⊿R = ＋R 3  - R
 4πρ2


破壊孔＋圧縮部本研究で考えた積雪層の爆破のメカニズム（実際の爆破は、①〜④が一瞬でおきる）(4)

式(4)を用い、図 4 の仮定した爆破メカニズ
ムに沿い、表 2 の実験データを用いて圧縮幅⊿

積雪層を破壊するエネルギー E1 の推定は、R を推定したところ、表 3 に示すように爆破にMellor の図(2)より爆破前密度ρの時の雪の圧よる密度増加が見られた破壊孔縁からの距離

縮破壊強度 P（ｋPa）を求め、その破壊される体積 V(m3)を乗じることにより推定する。積雪10cm に近い値を示した。数 cm の誤差があるの層を圧縮するエネルギーE3 の推定は圧縮強度ことにより、数 cm 単位で測定できないことにｐ(kPa)を爆風圧より推定し、圧縮される体積V2 (m3)を乗じることにより推定する。積雪層をあると考える。

は密度測定器が 10cm の幅を持ったものである

表3

推定された破壊孔縁からの圧縮幅⊿R推定された破壊孔縁からの圧縮幅⊿R

融解・蒸発するエネルギー E2 の推定は、破壊と圧縮に使用したエネルギーは発生するエネ
ルギーE の数%と推定されたため、殆どのエネル
ギーが融解・蒸発に使用されるとし、発生したエネルギーE から E1、E2、E4 を引いた値とする（使用されないエネルギーE4 を 0 とする）。

そして、表 2 から爆破前密度ρと諸条件の実破壊孔縁からの圧縮幅⊿R は、式（3）の用に験式を求め、爆薬量と爆破前密度ρ、そして破考える。この式は、圧縮部の質量 M1 が圧縮され壊孔半径算定式から圧縮幅⊿R を推定する方法

る箇所の質量 M と等しいとした式を示した。

表2

破壊孔縁からの圧縮幅⊿R
破壊孔縁からの圧縮幅⊿R の計算のための実験データ

6.装薬条件による雪崩誘発成否を決める条件
6.装薬条件による雪崩誘発成否を決める条件

図 5.6 に示すように爆破により雪崩を誘発す斜面上の安定した積雪層は、駆動力であるする際に、雪崩始動面及びすべり面を形成するとべり面上積雪の重力の斜面方向成分と抵抗力考える。そして、図 5.7 のように流下個所を考であるすべり層のせん断抵抗力のバランスがえる（幅 b を有する）。いま A=lb なる底面（す保たれた状態になっている。よって、雪崩はこべり面）を考え、この面の応力状態は荷重 W、の状態が崩ずれた場合に発生する。すなわち、

駆動力τ、抵抗力 Q からなる。ここで、抵抗力

雪中爆破を行うことにより雪崩を誘発するこは底面抵抗力のみと考える。とは、このバランス状態を崩すことであるとい

駆動力τは、える。よって、ここでは人工雪崩のメカニズムとしW
sinθ=τ
Aて雪崩始動面が十分であるとしたときの、流下箇所の応力状態において、爆破の影響が抵抗力の減少に寄与するとし、雪崩発生成否を決める条件値 F を示であり、τ=Q で釣り合っているとすると、唆する。

6‑1

(5)

W
sinθ= QA

人工雪崩誘発成否を決める条件について(6)となる。この式を流下箇所

F=
雪崩始動箇所

すべり面

QA
0 ≤ F ≤1
W sinθ 、(7)と置き、F が 0〜1 の範囲内のどこかにおいて雪崩発生可否の境界値があるとした。
次に爆破による影響を式(5.3)に考慮する。
斜度

雪崩始動面

爆破がこの面に影響、すなわち、抵抗力項の Aの減少に寄与すると考える。

図 5.6

A = αAlb

爆破による雪崩誘発の際の積雪断面状態

ここに、αA は A の残留面積の割合である。

lnhW

αA =

τ
すべり面

Q(8)

θ

A − ∑πRi2i =1An∑πR= 1 − i =12i

また R は破壊孔半径であり、森末による実験式（5.6）を用いる。
13

図 5.7

流下箇所の応力状態

(9)

A


  L・F1
R 1 + − 0.41  = 4R  d・ H・V (10)τ：駆動力、Q：抵抗力、Ｗ：積雪の荷重、θ：

ここに、L：装薬量(kg)、F：火薬力(l･atm)、斜面角度、ｌ：流下箇所長、ｈ：弱層から雪

d：てんそく係数(=1.2)、H：装薬深（m）、V：面までの高さ

爆速（m/sec）

6‑2

雪崩実験による F の推定の把握であり、それは雪崩誘発状況の全体的雪崩始動面の装薬配置が雪崩誘発に十分とな把握と爆破の積雪層への影響の把握であ思われる 2004 年の①、④、⑤の 3 ケース、まると考える。よって、雪崩始動面が爆破跡付た 2001 年 1 ケース、2002 年 2 ケースを用い、近に形成され、その積雪層内において相対的人工雪崩誘発可否の流下箇所の応力バランス Fに圧縮されていることを把握し、爆破の積雪の境界値を推定することを行った。

層に対する影響範囲が破壊孔縁より 10cm 程

表 5.3 に応力バランス F の計算に用いるケー度であること、そして破壊孔下部谷側においス毎の諸条件、
表 5.4 にケース毎の計算結果（計て圧縮が顕著であることを把握したことは算破壊孔半径、F、測定流下量）を示す。

１つの成果である。そして、爆破による積雪表 5.4 より、F 値が 0.65 より大きいと流下箇層の破壊現象の再現を試みたこと、及び装薬所の雪崩誘発がなく（2004 年①実験）、0.62 よ条件による雪崩誘発成否の条件を求めるこり小さいと誘発されている（2002 年①実験）ことは経験的手法の脱却への第一歩であるととがわかる。よってこの間に雪崩誘発可否の境いえる。

界値があると推定される。
今後、この F の範囲内で雪崩誘発実験を行う
ことで、更に雪崩誘発可否の境界値が推定され[参考文献]
参考文献](1) 森末晴男、竹内則雄、早川典生（1997）：ると考える。

雪中爆破による積雪層への影響、日本雪氷学会誌「雪氷」59 巻 4 号、p235〜p246
(2)

7.まとめ
7.まとめ
雪中爆破雪崩誘発の経験的手法からの却として始めに考える必要があるのはその象
表 5.3

表 5.4

前野紀一・福田正巳（1986）：基礎雪氷工学講座第Ⅰ巻「雪氷の構造と物性」、古今書院、p163

計算に用いるケース毎の条件計算に用いるケース毎の条件

ケース毎の計算破壊孔半径、Fケース毎の計算破壊孔半径、F、及び測定流下量