R6‑009

2020年度砂防学会研究発表会概要集

待受式擁壁の挙動推定における各要因の影響度比較
国土技術政策総合研究所 金澤 瑛，中谷 洋明
国土防災技術株式会社 ○遊佐 直樹，長谷川 陽一，寺田 秀樹

１ はじめに
急傾斜地崩壊対策施設における待受式擁壁の設計は，静定な力の釣り合いにより滑動，転倒，支持力の安定性により照査を行っているものの，施設の安定性は様々な要因が影響を及ぼしているため，荷重の時間変化や基礎地盤の状況によっては，過大に安全側の設計になっている可能性が考えられる。
内田ら 1)は，地盤の変形を考慮できる数値解析手法の１つである有限要素法（FEM）を，崩壊土砂の衝突により発生した擁壁被災事例へ適用し，実現象を概ね再現できることを確認している。
そこで，FEM 解析を待受式擁壁の安定性評価の照査に適用することも視野に入れ，崩壊土砂の衝撃力作用時に擁壁安定性に影響を与える要因を把握することを目的として，計算条件を変化させてその影響の程度を比較した。

図-１

変位図（標準ケース）

全応力解析+20kN/m2-20kN/m2

有効応力解析

２ 検討手法と計算条件検討手法は内田ら 1)による方法と同様に，計算プログラムは Yoshida2)による手法を用いた。地盤の応力―ひずみ関係は双曲モデルを用い，地盤と擁壁背面の境界面は擁壁が変位することにより過度の引張応力が作用することを防ぐため，擁壁と地盤は剥離した状態で計算を実施した。崩壊
土 砂 に よ る 外 力 は ， 0.5 秒 で ピ ー ク 荷 重
40.08kN/m2 となり１秒で０kN/m2 となる三角形の波形を与えた。また，条件やパラメータは，土質試験値や一般値から設定した。対象地は，粘着力 3.2kN/m2，内部摩擦角 36 度の試験結果が得られている地盤を対象とした。
また，間隙水圧の影響を評価するため有効応力解析により検討を行った。破壊の状態は解析手法に依らず同じになると考え，静的解析により全応力解析と概ね同じ結果が得られるパラメータを逆 算し ，有効 応力 解析時 のせ ん断強 度定 数はc=8.3kN/m2，φ=36 度とした。上記の設定を標準ケースとする。

+20kN/m2-20kN/m2

図-２ 鉛直応力変化量の比較
有効応力解析

+20kN/m2-20kN/m2

図-３

３ 検討結果3.1 解析法の影響
図-１に，標準ケースの動的解析における，最大変位と残留変位の比較結果を示す。計算結果では，

301

間隙水圧変化量

ピーク荷重時（0.5 秒）に変位量が最大となり，除荷された後に残留変位が発生する結果となった。このとき，擁壁天端における水平方向の最大変位は 3.37cm，残留変位は 2.51cm となった。また，図-２に，ピーク荷重時における有効応力解析と全応力解析の鉛直応力変化量を比較した。また，
図-３に間隙水圧変化量を示す。有効応力解析の鉛直応力変化量は全応力解析と比べて小さくなる
ものの，荷重が過剰間隙水圧により受け持たれていることと，地盤全体に広く伝わることが確認された。

3.2 感度分析
安定性評価時に影響を及ぼす項目の影響の程度を把握することを目的として感度分析を行った。擁壁の安定性へ影響を及ぼす項目として，地盤の安定性に関する項目と衝撃力に関する項目が考えられる。表-１に，安定性評価に影響を与える要因と FEM 解析における考慮方法の関係を整理した。ここで示すように，感度分析項目は，粘着力，内部摩擦角，単位体積重量，地下水位（間隙水圧），根入れ部（擁壁前面セル）の影響，荷重のピーク荷重・作用時間とし，標準ケースから10％程度上下方向（前面セルは１方向に２段階）に変化させて感度分析を行った。
表-１

感度分析項目影響を与える要因

設計時の設定方法や現象の不確実性

土質

基礎地盤のせん断強度定数や単位体積重量は一定ではなくバラツキがある。

FEM考慮方法
感度分析項目崩壊時の降雨の影響や地盤の飽和度は情報が少ない。
擁壁の設計で擁壁前面の根入れ部の抵抗
根入れ部に関する効果は安全（擁壁前面）側をみて考慮されての影響ないが効果はあると考えられる。
崩壊がどこから発生するかは，事前には崩壊のわからないため，一発生高般に斜面高さを設定する。
崩壊の発生位置が変わった場合，横断形斜面勾配 状（凸/凹）によっては斜面勾配が変化する。
移動の高さは1mとして設計されることが多崩壊土砂
いが，実際の移動のの移動高高さはバラツキがある。
崩壊土砂量が多いと衝撃力が作用する時間は長くなる。また，
崩壊斜面末端からの水平土砂量
距離や擁壁背面の容量によっては擁壁への作用時間が変化する可能性がある。
飽和度

パラメータ
標準

上方

下方

単位

8.3

9.1

7.5kN/m 23639.6

32.4°

単位体積
重量12.513.75 11.25 kN/m 3

地下水位（間隙水圧）

地表冠水

底面
-0.4m

-前面セルのモデル化

0セル 2セル 1セル
剥離 剥離 剥離

-

ピーク荷重

40.1

44.1

36.1

kN/m 2

作用時間1.01.10.9秒

3.70

4.20

粘着力
内部摩擦角

４ おわりに検討の結果、以下の結論を得た。
各項目の影響は，ピーク荷重の影響が最も大きく，次いで間隙水圧（地下水位）の影響が大きいことが確認された。
荷重の影響は，静的な設計ではピーク荷重のみを考慮しているが，荷重の時間変化が推定できれば，ピーク荷重と作用時間等を踏まえた評価がFEM 解析では可能になる。
また，このような手法を用いることにより根入れ部（擁壁前面セル）の影響など，通常設計では考慮されていない効果を評価することにより，設計と実際の現象でずれが生じた際に待受式擁壁の安定性について検討が可能になると考えられる。
さらに，FEM 解析は地盤の塑性変形を評価することができるため，設計上不安定となる場合について，詳細に検討をする上で有効な手法であるといえる。そのため，擁壁安定性評価における照査方法としても利用ができると考えられ，そのために，今後は転倒の基準など判定基準の設定に関する調査・事例蓄積が必要と考えられる。

変位量（cm）
1.70

ピーク荷重
間隙水圧

2.202.70

3.2036.07244.088

粘着力9.13単位体積重量13.75

擁壁冠水7.4711.25

前面セル1セル

荷重作用時間0.9

内部摩擦角39.6
上方

図-４

4.70

底面-0.4m

計算結果の評価は，擁壁天端における水平方向の変位量に着目して行った。図-４に標準ケースでの変位量（3.37cm）を基準に，各項目を影響の大きい順に示した。変位量への影響は，ピーク荷重の影響が最も大きく，次いで間隙水圧（地下水位），粘着力，単位体積重量，前面セル，荷重作用時間，内部摩擦角の順となった。
荷重についてはピーク荷重と作用時間（三角形の高さと底辺幅）について感度分析を実施したが，ピーク荷重の影響が大きく，作用時間の影響が小さい結果となった。崩壊土砂による衝撃力は，標準ケースでも擁壁重量による鉛直方向の荷重に近い値で比較的大きいことが影響していると考えられる。
せん断強度定数については，粘着力の影響が大きく，内部摩擦角の影響が小さく現れた。これは解析対象が地表付近の地盤を対象としているため，有効拘束圧の小さい領域であることが影響したと考えられる。

【参考文献】
2セル

1) 内田ら：崩壊土砂の衝突に対する待受け式擁壁の変位推定手法の検討，第 54 回平成 17 年度砂防学会研究発表会概要集，2005
2) Yoshida.N：STADAS, Report Soil Dynamics Group,
The University of British Columbia, 1993

1.1
32.4

下方

感度分析結果（影響度順）

302