R4-008
大規模地震が火山地域の斜面安定性に及ぼす影響
信州大学大学院〇稲垣
信州大学学術研究院

翔平松晋也

1．はじめに近年，2016 年に発生した熊本地震や 2018 年に発生した北海道胆振東部地震など，震度 7 を観測する大規模地震が相次いで発生し甚大な土砂災害を引き起こしている。地震発生後の斜面の安定性の変化を議論した研究としては，花崗岩地域を対象とした研究事例は存在するものの，火山地域を取り扱った研究事例はほとんどみられないというのが現状である。このような背景を受けて，本研究は，火山地域で発生する大規模地震時の加速度が土質強度や斜面の安定性に及ぼす影響を明らかにすることを目的として実施したものである。
2．研究対象地域と土質試験用供試体の採取

10.71秒

1,400
1,200

度 7 を記録する大規模地震が発生し，94 件(厚真町 89 件)の土砂災害が1,000発生した。最も大きな加速度を観測した追分観測点(K-NET:全国強震観測網)の地震動の三成分合成波形を示す図-1 より，300gal を超える加速度が 10.71 秒間にわたり 71 回斜面に作用したことがわかる。すべり面は，現地での断面調査と簡易貫入試験による Nc 値の深度分布より，
図-2 に示す En-a 層の上部に 10 ㎝程度存在する粘土質の Ta-d 風化層内加速度(gal)2018 年 9 月 6 日に北海道胆振東部地方を震源として M6.7，最大震

800600400300gal

2000020406080経過時間(s)に位置するものと判断した。一面せん断試験用不かく乱供試体は，胆図-1 三成分合成波形(北海道胆振東部地震：追分)

振東部地震により表層崩壊が多発した厚真川流域内の表層崩壊のすべり面として位置付けられる深度 200 ㎝地点で採取した。
3．加速度試験と一面せん断試験
地震時に作用した加速度が土質強度に及ぼす影響を把握するため，加速度試験と一面せん断試験を実施した。胆振東部地震時には 300gal 以上の加速度が 10.71 秒間継続し，1796.4gal の最大加速度を記録した事実を勘案し,図-3 に示す試薬撹拌用振とう機を使用して 2.0G の加速度を供試体のせん断面に対して水平方向に 9 秒間与えた。地震発生前後の土質強度(粘着力：C，内部摩擦角：φ)の変化を把握するため，加速度を与える前(地震発生前)と加速度を与えた直後(地震発生直後)の供試体に対して「一面せん断試験」実施した。
4．地震時に作用した加速度が土質強度に及ぼす影響

図-2

すべり面を構成する土層厚が 10 ㎝程度と薄く，その上位に位置する

振とう方向

Ta-d1 層がせん断面に混入し，せん断応力にバラツキが生じたため，同固定器具一の鉛直応力を与えた場合の一面せん断試験を 2 ケース実施し，せん断固定器具面に占める粘土の面積(A, A′ )と Ta-d1 の面積(B, B ′ ) 並びにせん断応力(C,せん断面C ′ ) を変数とした連立方程式を解くことにより，すべり面を構成する粘土層断面の状況

供試体

重りズレ防止留め具

供試体

緩衝材

せん断面

加速度計

振とう台

加速度表示機へ緩衝材

発泡塩ビ板土層のせん断応力を求めた。以上の操作を行うことにより得られた加震加速

前後の鉛直応力とせん断応力との関係を図-4 に示す。
2.2G の加速度を供試体に与えた場合には，内部摩擦角にはほとんど変化がみられなかったのに対し，粘着力は 5.11kN/㎡(0G) から 0.97kN/㎡- 201 -

接続コード

加速度計

振とう機
振とう速度調節用ダイヤル
振とう速度調節ダイヤル

図-3

試薬攪拌用振とう機---------------

25

5．地震発生後の斜面安定性の変化

20

せん断応力：τ(kN/m²)(2.2G)へと 81%も低下するといった注目に値する結果が得られた。

無限長斜面に対する(1)式に示す斜面安定解析式を用いて，地震発生後の斜面安定性の変化について考察した。
FS=C+(σ0 -H・γ w)・cos2 β・tanφ / (σ0 ・sinβ・cosβ)・・・(1)
ここに，C：土の粘着力(kN/m 2)，σ 0 ：鉛直応力(kN/m 2 )，H：地下水深(m)，γ w：水の単位体積重量(kN/m3)，β：斜面勾配(°) ，φ：土の内【2.2G】
τ 2.2= 0.57 σ +0.97

15100G

52.2G0部摩擦角(°)である。

0た場合と与えない場合の 2 パターンを組み合わせた計 8 ケースである。解析結果の一例として，斜面勾配 β=25°の場合の地下水深と加震前後の安全率の経時変化を図-5 に示す。解析開始から 162 時間後には，加速度を与えない場合

さらに，大規模地震後の崩壊発生限界雨量の低下状況を把握するため，図-5 に示す実績降雨波形を中央集中型へと変形し，降雨強度を 1.5 倍(累加雨量 379mm)に引き延ばすことによって得られた降雨波形を入力降雨波形とした。解25°における加震前後の安全率の経時変化を図-6 に示す。斜面勾配が3035

鉛直応力とせん断応力との関係
0100
200

20
2.0

300

0G2.2G

1.5
1.00.51.0
0.50.0020

図-5
降雨量(mm/h)

4060

80
100
経過時間(hour)

120

140

160

180

安全率の経時変化(β=25°)

00
降雨量
累加雨量

10

100
200

20300

30
2.5

400
20°-0G
25°-0G20°-2.2G
25°-2.2G

1.5
0.5
1.5
1.0
0.5
0.0

020

40
60
経過時間(hour)

80100

図-6 安全率の経時変化(β=20°,25°：中央集中型・降雨強度 1.5 倍)

β=20°,25°いずれの場合においても加速度(2.2G)を与えた場合のみ安全率が 1.0 を下回り，崩壊発生限界雨量
は 20°斜面では 341mm(42 時間経過後)，25°斜面では 220mm(34 時間経過後)であった。
6．おわりに火山地域で大規模地震(2.2G)が発生すると，斜面を構成する土壌の土質強度が内部摩擦角では顕著な変化が見られないのに対し，粘着力は 81%も低下する事実が明らかになった。実績降雨波形(累加雨量 252.5mm)を与えた場合，勾配 20°~35°の斜面では加震前(0G)の安全率が 1.0 以上を示したのに対し，2.2G の加速度が作用すると，土質強度の低下に伴い安全率が大きく低下し，斜面勾配が 25°以上の斜面では崩壊が発生する結果となった。また，実績降雨波形を 1.5 倍に引き延ばすとともに中央集中型に並べ替えた降雨波形(累加雨量 379mm)を与えると，加震前(0G)には斜面勾配が 25°以下の場合崩壊が発生しなかったのに対し，2.2G の加速度が作用すると斜面勾配が 20°以上になると崩壊が発生する結果となった。
今後は，これらの結果を活用し，地震発生後の土砂災害警戒避難基準雨量の引き下げに対する設定手法の確立へと研究を展開していく予定である。

- 202 -累加雨量(mm)

図-415Fs：安全率

安全率の低下率は 39.4%となった。

2510H：水深(m)なり，解析ケース内で最急勾配である β=35°のときの最小205度(2.2G )を与えた場合には安全率が 34.1%も低下し Fs=1.0
場合の安全率の低下は斜面勾配の増加とともにより顕著と

150(0G)には Fs=1.51 を示し崩壊が発生しないのに対し，加速を下回り，崩壊が発生する結果となった。加速度を与えた10累加雨量(mm)β=20，25，30，35°の 4 パターンと，2.2G の加速度を与えFs：安全率(累加雨量 252.5 ㎜)を使用した。解析ケースは，斜面勾配

H：水深(m)16 日 11 時~24 日 0 時に厚真町で観測された実績降雨波形

降雨量(mm/h)て求めた。入力条件となる降雨波形としては，2016 年 8 月5鉛直応力：σ(kN/m²)(1)式中の地下水深は，「簡易雨水浸透モデル(尾藤，1999)」を用い

析結果の一例として，斜面勾配 β=20°,【0G】
τ₀ = 0.58 σ +5.11