降雨による斜面崩壊に及ぼす降雨履歴の影響

1. はじめに地盤工学研究室

HENG VUTHA指導教員

豊田 浩史となっている．地下水や地盤の変動を観測するた

日本では，毎年，梅雨時や台風シーズンになめ，側面は硬質ガラス製である．斜面先端には仕ると地すべりや山崩れが起こり，家や道路，農地，切り板を設置し，変位を固定している．なお，仕林地が被害を受け人命が失うこともある．近年で切り板と土槽底板は非排水となっている．

も，局地的な集中豪雨による地盤災害や土木構造

地盤作製方法は次の手順で行う．まず，地下水物への被害が相次ぎ発生している．このような災位を測定するため，間隙水圧計を 6 ヶ所(P1, P2, P3,害を予防するため，斜面崩壊に対する対策が重要

P4, P5, P6)設置する．次に，地盤内の変位を観測である．

をするため，ガラス側面に 50cm の間隔で 2 つプ

降雨時の斜面崩壊は，斜面内の水分量と関係ラスチックパイプを取り付けて色砂を入れる．そが深いと考えられる．水分量が変化することによの後，プラスチックパイプは取り除く．地盤を垂り，自重増加によるせん断応力の増大とサクショ

直に 20cm ごと作製し，土壌水分計を地表面からン消失によるせん断強度の減少が起こる．このよ10cm に(Vw1 Vw4 Vw7)，25cm に(Vw2 Vw5 Vw8)，

うに，斜面の安定性を定量的に評価するためには，40cm に(Vw3 w6 Vw9)を設置する．模型地盤の作

斜面内の水分分布を把握する必要がある．また，製が終了後，地表面変位計として，斜面方向の変過去の降雨が斜面崩壊にどのような影響を及ぼ位計(D1H, D2H, D3H)と斜面直角方向の変位計すかを検討するために，降雨履歴を受けていない(D2V)を取り付ける。続いて，サクションを測定

斜面崩壊との違いを比較する必要がある．

するため，テンシオメータ(T1, T2, T3)を横に並べ

本研究では，降雨履歴の影響を調べるため，降それぞれ 10cm, 25cm, 40cm の深さに埋めた．地中

雨による斜面崩壊模型試験を行った．崩壊に至る

内部変位計を深さ 40cm, 25cm, 10cm の位置で地盤までの各パラメータの変動と崩壊メカニズムを中央に設置する．最後に，実験を開始する直前に検討するために降雨浸透による，1)地盤の含水率，ターゲットと全体のビデオ撮影を開始する．

2)地下水位，3)地表面変位を計測し，斜面崩壊ま2.2 試験方法

での降雨浸透挙動と変形過程の関係を検討した．

本研究では過去の降雨履歴の影響を調べるた

また，実際に斜面崩壊模型試験で用いた土を使っ

め 2 つの比較実験を行った．降雨履歴に関する斜て，含水状態を考慮した一面せん断試験を行い，面崩壊試験と，降雨履歴無しの斜面崩壊試験であ模型地盤の強度定数を把握した．

る．それぞれの実験による降雨分布を Fig.2.2 に示
す．実験方法として，地盤作製が完成してから 1

2. 地盤作製と試験方法

日後，実験を開始した．

2.1 地盤作製(1) 降雨履歴に関する斜面崩壊試験：

模型実験と地盤作製の概要図はFig.2.1に示す．

降雨履歴に関する斜面崩壊試験については，初(a)と(b)はそれぞれ表面図と断面図である．模型実

めに降雨履歴として 15mm/h の雨を降らす．降雨

験は，斜面長6m，幅1.5m，地盤深0.5m，傾斜30°，打ち切り時間は斜面が崩壊しないように，地盤内すべり面の下は滑らかな層を考慮するため鋼製の変動を監視して，終了時間を判断した．地盤の-1-

変動や地下水位が安定するまで待ち，翌日，斜面よびせん断試験を行う．せん断試験として，土試が崩壊するまで，50mm/h の雨を降らす．

料のせん断試験と鉄板と土試料の摩擦試験を行(2)降雨履歴無しの斜面崩壊試験：った．

降雨履歴無しの斜面崩壊試験については，履歴

3.1 筑波山まさ土の物性値

降雨を与えず，斜面が崩壊するまではじめより

Fig.3.1 に筑波山まさ土と豊浦砂の粒径加積曲50mm/h の雨を降らす．

線を示す．筑波山まさ土は豊浦砂と比較して，粒径の分布範囲が広い．最大粒径は 10mm であり，(a) 表面図

細粒分は 10％未満である．このように，筑波山ま15020@250

さ土は砂や細かい砂利を多く含んだ砂質試料で50あることがわかる．また，Table.3.1 には筑波山ま600525

単位：cm

さ土の物性値を示す．Fig.3.2 に筑波山まさ土の水450・斜面長さ：600分特性曲線を示す．土の保水性試験より供試体の・幅：150300・高さ：50

D3H・傾斜勾配：30°

1500

Vw7
Vw8Vw9D2H D2V
D1H
Vw1
Vw2
Vw3(b) 断面図

Vw4
Vw5
Vw6

T1
T2T3

脱水過程から得られた結果である．筑波山まさ土
P6の空気侵入値 AEV は，サクション 3kPa 程度となP5っている．サクション 50kPa の値で豊浦砂と比較

P4してみると，豊浦砂は Sr=12%に対して筑波山まさ50

P330°
P1

排水層

土は Sr=26%程度となっており，細粒分が含まれてP2150いるため，筑波山まさ土は豊浦砂より保水性が高くなっている．

地盤（筑波山まさ土）
仕切り板（非排水状態）

100

間隙水圧計（地下水位測定器）

Percentage Finer by Weight (%)

地表面変位計
土壌水分計（地表面から 10cm, 25cm, 40cm）
白色砂
地中内部変位計（地表面から 10cm, 20cm, 30cm, 40cm, 50cm）
テンシオメーター（サクション測定器）（地表面から 10cm, 25cm, 40cm）
ターゲットとビデオ計測範囲

Fig.2.1 模型実験と地盤作製の概要図(a) 平面図(b) 断面図603ρs=2.650g/cm

403

ρs=2.675g/cm

2000.001

60

Rainfall Intensity (mm/h)

80

豊浦砂
筑波山まさ土0.01

Distribution of Rainfall

0.1

Grain Size (mm)11050
降雨履歴の影響

降雨履歴無しFig.3.1 筑波山まさ土の粒径加積曲線

4030

Table.3.1 筑波山まさ土の物性値

2010

現場測定

00510Time (h)

1520

湿潤密度

ρt (g/cm3)

1.720

乾燥密度

ρd (g/cm3)

1.595

含水比w (%)

土粒子密度 ρs (g/cm3)

25

室内測定

Fig.2.2 降雨分布3. 土質試験
本研究では筑波山まさ土を使用し，物理試験お-2-

7.3
2.675

最大密度

ρd(max) (g/cm3)

最小密度

ρd(min) (g/cm3)

1.274

透水係数

k (cm/s)

9.5x10-3

均等係数

Uc

22.23

曲率係数

U’c

2.68

1.727

120

筑波山まさ土e=0.767

筑波山まさ土豊浦砂 (loose)
豊浦砂 (dense)

80

Shear Stress, τ (kPa)

Degree of Saturation, Sr (%)

10060

40

200c=3.0kPa
φ=26.7°90c=6.5kPa
φ=26.1°60c=8.6kPa
φ=25.9°30

Tsukuba-San Masa-do
Direct Shear Test
Constant Pressure
w: water content

01

10100
Matric Suction, S (kPa)

01000

Fig.3.2 筑波山まさ土の水分特性曲線

50

100

Vertical Stress, σv (kPa)

w=5%
w=8%
w=15%
150200Fig3.4 鉄板と土試料の摩擦試験によるせん断強度

4. 降雨による斜面崩壊模型試験の結果

3.2 せん断試験

4.1 斜面の崩壊状況

本研究では，定圧一面せん断試験を行い，地盤の強度定数を求めることにした．降雨による影響

本降雨 50mm/h を降らした時の崩壊状況についを考慮するため，筑波山まさ土の含水比を変化さて Picture4.1 に示す．Picture4.1(A)は崩壊前であせた実験を行った．さらに土槽底板の摩擦を把握り，斜面下が浸食によって一部崩れた．

するため一面せん断試験装置で鉄板と土試料のPicture4.1(B)のように崩壊前約数分頃に斜面上(A)摩擦試験を行い，強度定数を求めた．
Fig3.3 は土試料のせん断試験によるせん断強度，Fig.3.4 は鉄板と土試料のせん断試験によるせん断強度である．土試料のせん断試験 Fig3.3 を見てみると含水比が大きいほど粘着力が小さくなるが，鉄板と土試料のせん断試験 Fig.3.4 では含水比の変化による粘着力の違いは小さいことが分か(B)った．また，鉄板と土試料の摩擦試験による粘着力と内部摩擦角は土試料のせん断試験による粘着力と内部摩擦角より小さくなっている．
200

筑波山まさ土e=0.767
c=7.5kPa
φ=39.0°

Shear Stress, τ (kPa)

160

120

c=22.0kPa
φ=38.6°80c=14.6kPa
φ=38.9°c=9.5kPa
φ=39.3°(C)

c=0kPaφ=36.9°40

Tsukuba-San Masa-do
Direct Shear Test
Constant Pressure
w: water content

0050

100

Vertical Stress, σv (kPa)

150

w=5%
w=8%
w=10%
w=15%
w=28%
200

Fig.3.3 土試料のせん断試験によるせん断強度
Picture.4.1 斜面崩壊の進行-3-端部でクラックが発生した．Picture4.1(C)は崩壊に上昇した．また，崩壊直前の斜面部の地下水位時で，斜面の土砂が下方へ移動して平坦部に堆積は 10cm 程度である．

した．また，崩壊時の白砂色 Picture.4.2 を見てみ4.2.2 時間と地表面変位関係

ると，中央部の斜面が約 3m 下方へ移動したのが履歴降雨有りの時間と地表面変位関係を分かった．その変動量は地表面の付近で最も大きFig.4.2 に示す．降雨を開始してから約 3 時間後，かった.
03.950.6

約3m

Grounwater level (m)0.5

砂色の最初の位置

510

履歴降雨Time (h)1520

履歴降雨停止22.75

2524.3

本降雨

P1
P2
P3P4P5
P6

0.4
0.3
0.2
0.1
0-0.1

Fig.4.1 降雨履歴有りの時間と地下水位関係地表面変位が見られた．そこで，D1H, D2H, D3H

Picture.4.2 白砂色の変動状況を見てみると，変位が上昇しており，斜面が徐々4.2 降雨履歴による斜面崩壊試験に下方へ移動したことがわかる．一方，D2V の場

履歴降雨 15mm/h を 3.5h 降らし，約 19 時間後，合，変位が低下しており，これは地表面が降雨に地盤の変動と地下水位が安定したのを確認し，本より沈下したことを示している．降雨停止後約 1

降雨 50mm/h を降らし，92 分後，斜面が崩壊した．

時間（降雨の開始から約 5 時間後）で地表面変位

4.2.1 時間と地下水位関係がピークになるが，その後，ほぼ一定値に落ち着降雨履歴有りの時間と地下水位関係を Fig.4.1

いている．に示す．降雨を開始してから約 2 時間 30 分後，本降雨を開始してから，約 15 分後，D2H で変斜面下付近の P2 と P3 の地下水位が徐々に上昇し位が出ており，その後，D3H も徐々に下方へ変位た．降雨履歴停止後，P1, P4, P5, P6 も上昇した．

を起こした．D2V の鉛直変位測定では，多少沈下全体の地下水位について，最も大きく上昇したのした．斜面が崩壊した直前，D1H, D2H, D3H は激は平坦部にある P1 と P2 である．地下水は上端部しく上昇しており，下方へ崩れて行ったことがわから下方へ流れており，斜面の地下水位は低く，かる．

平坦部では高くなっている．履歴降雨を停止してTime (h)02.5

すべて下に流れてゼロに戻った．一方，平坦部の2Displacement (cm)から数時間後，P3, P4, P5 と P6 の斜面地下水位は
P1 と P2 の地下水位は多少減ったが，その後ほぼ一定になった．仕切り板からの水の漏水などが考えられる．

1.5
13.95

510

履歴降雨

15

履歴降雨停止2022.75

2524.3

本降雨

D1H
D2H
D3H
D2V

0.5
0

本降雨を開始後，平坦部の P1 と P2 は斜面部よ-0.5

り早い時間に上昇する傾向が見られる．P3, P4, P5,-1P6 を見てみると，本降雨 50mm/h 開始直後，変化Fig.4.2 降雨履歴有りの時間と地表面変位関係はなかったが，本降雨を降らしてから約 68 分後

4.2.3 時間と含水率関係-4-

履歴降雨有りの時間と含水率関係を Fig.4.3 にP3, P5, P6 も上昇した．最も大きく上昇したのが平示す．履歴降雨を開始してから含水率が上昇し，坦部にある P1 と P2 である．地下水は上端部から降雨履歴を停止後，地表面から 40cm の Vw6 は含下方へ流れており，雨水が平坦部に溜まっていた水率の上昇が続いていたが，その他は減少傾向がことがわかる．P1 の水位はほぼ 0.5m であり，地見られる．含水率が上昇しはじめる時間は，地表下水位は地表面と一致している．また，崩壊直前面から 10cm に設置した Vw4 が最も早い．の斜面の地下水位は 12cm 程度である．
4.3.2 時間と地表面変位関係

Time (h)0Moisture Content by Volume Vw (%)

605051015203.952522.75

履歴降雨履歴降雨停止

24.3

時間と地表面変位関係を Fig4.5 に示す．降雨を開始してから約 1 時間後，中央部にある D2H の本降雨

40変位が始まった．さらに約 5 分後，D1H と D3H30の変化も見られる．全体の水平方向変位を見てみ20ると，斜面が徐々に下方へ崩れて行く．一方，鉛Vw4
Vw5
Vw6100直方向の D2V は低下していたため，地表面は徐々に沈下したことがわかる．崩壊直前の地表面変位

Fig.4.3 降雨履歴有りの時間と含水率関係を見てみると，崩壊の直前に，上端部に設置した本降雨を開始して約 40 分後，含水率が激しくD3H の変位量が最も大きく，下端部にある D1H上昇した．また，履歴降雨停止時の含水率と崩壊の変位量が最も小さい．

直前の含水率を比較してみると崩壊直前の含水

00.5Time (h)14Displacement (cm)率のほうが大きい．また崩壊直前には，地中の深い箇所の含水率が大きくなっていることがわかる．

31.5

1.43

2

本降雨

214.3 降雨履歴無しの斜面崩壊試験

04.3.1 時間と地下水位関係

-1D1H
D2H
D3H
D2V

Fig.4.5 降雨履歴無しの時間と地表面変位関係

降雨履歴無しの時間と地下水位関係を Fig.4.4に示す．降雨を開始してからしばらく一定であるが，約 57 分後，平坦部に設置した P1 と P2 の地

4.4 経過時間による含水率変化の比較下水位が徐々に上昇した．そして，降雨を開始し経過時間による含水率変化の比較を Fig4.6 に示てから約 68 分後，斜面に設置した P4，その後，す．このグラフは斜面中央部に設置した土壌水分0Time (h)0.51Groundwater Level (m)0.60.5

計 Vw4, Vw5, Vw6 から算定した結果である．本降
1.521.43

雨開始直前の含水比の比較を見てみると，降雨履

本降雨歴有りの方が降雨履歴無しより含水比が若干大0.4

きい．これは，降雨履歴により，本降雨を降らす

0.3
0.2
0.1
0-0.1

前に斜面は水分を蓄えた状態であったと考えら

P1P2P3P4P5P6れる．含水率の変化を見てみると，本降雨を開始してから含水率はしばらく変化しないが，その後，地表面に近い水分計から上昇を始める．これは雨水が浸透してきたためである．含水率が 30%程度

Fig.4.4 降雨履歴無しの時間と地下水位関係-5-になるとその上昇は止まり，斜面が崩壊する直前んど同じであった．には，最も深い位置（地表面より 40cm）に設置されている Vw6 の含水率が上昇している．これ5. おわりには地下水位がそこまで到達したことを示してい本研究では，降雨による斜面崩壊模型試験を行る．斜面が崩壊する直前には，地表面から深いほった．また崩壊した斜面の試料（筑波山まさ土）

ど含水率が大きくなっているようである．

を用いて含水状態を考慮したせん断試験を行い，0Time (h)0.51

不飽和斜面の強度特性を調べた．
1.52

本研究で得られた知見を以下に示す．

Moisture Content by Volume (%)

60501) 降雨により地盤の含水比が増加することによ40

り引き起こされる強度低下のみでは斜面崩壊は起こらず，斜面内の地下水位が 10cm 程度上昇し

30
Vw4 (履歴降雨無し)
Vw5 (履歴降雨無し)
Vw6 (履歴降雨無し)
Vw4 (履歴降雨有り)
Vw5 (履歴降雨有り)
Vw6 (降雨履歴有り)

20
100て崩壊が起こった．
2) 降雨により，斜面内の地下水位が上昇し，斜面の変位が加速され，崩壊に至った．また，降雨

Fig.4.6 降雨履歴無しの時間と含水率関係強度が大きいほど地下水位の上昇が早くなるため，早い時間で崩壊した．
3) 履歴降雨により地盤の含水比が若干大きくな

4.5 経過時間による地下水位変化の比較
次に，経過時間による地下水位変動の比較をり，平坦部には地下水位が残った．

Fig.4.7 に示す．このグラフは P5 の間隙水圧計か

4) 今回作成した斜面においては，崩壊時間に及ぼら算定した結果である．降雨履歴有りの履歴降雨す降雨履歴の影響はみられなかったが，降雨履時の地下水位変化，降雨履歴有りで本降雨時の地歴有りの方が斜面内の地下水位の上昇が早いた

下水位変化，降雨履歴無しの地下水位変化を示し

め，早い時間で崩壊危険性が高くなっている．てある．履歴降雨では，開始してから停止するまその理由の１つとして，平坦部の地下水位が関で地下水はほとんど変化しなかった．降雨履歴有係していると考えられる．

りの本降雨と降雨履歴無しでは，降雨を開始して

5) 一面せん断試験より，使用した筑波山まさ土は，からしばらく変化がなかったが，その後急激に増含水比が大きいほど粘着力が小さくなるが，内加した．降雨履歴有りと降雨履歴無しを比較して部摩擦角はほぼ一定であった．また，鉄板と土みると，降雨履歴有りのほうが地下水位上昇の時試料の摩擦試験による粘着力と内部摩擦角は，間が若干早い．また，崩壊直前の地下水位はほと土試料のそれらより小さい．

0Groundwater Level (m)0 .1 50 .1 2

1Time (h)2以上の結果より，地下水位が斜面崩壊に大き34な影響を与えることが明らかとなった．降雨に降 雨 履 歴 1 5 m m /h

より斜面内の地下水位が上昇したとき，斜面崩

降 雨 履 歴 あ り 5 0m m /h
降 雨 履 歴 無 し 50 m m/ h

壊の危険性が高くなる．今後，斜面崩壊を防止

0 .0 9するため，斜面下の排水条件の影響について実0 .0 6

験を行い，斜面安定化工法の提案を行う予定で0 .0 3ある．

0Fig.4.7 経過時間による地下水位変動の比較-6-