技術資料 Vol.17
河川堤防の安全性の照査
２次元浸透流解析及び斜面安定解析

Civil Engineering & Consultants

株式会社クレアテック
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P.1

河川堤防の安全性の照査 ２次元浸透流解析及び斜面安定解析
解析種別

２次元浸透流解析、斜面安定解析

キーワード

河川堤防、浸透流解析、斜面安定解析、局所動水勾配

解析の目的

降雨時・河川高水位時における河川堤防の安全性についての確認
・河川堤防をモデル化して浸透流解析を行い、設計外力（降雨・河川水位）における河川堤防内の水位変動状況を確認する。

解析の概要

・水位変動を考慮した斜面安定解析を実施して堤防の安全性を確認する。
・浸透流解析の結果からパイピング破壊についての検討を行う。

検討の流れ

浸透に対する安全性の照査の手順
関連資料

・中小河川における堤防点検・対策の手引き（案）平成 16 年 11 月
財団法人 国土技術研究センター
・メッシュ分割は外力条件や地盤の透水係数等を考慮して設定する必要がある。
また、対策工はメッシュ幅に応じた透水係数を設定して表現するため、事前のメッシュ作成時に配慮しておくことが望ましい。

担当者の所見

・浸透流解析において初期水位の設定は、解析条件によって計算時間がかかったり収束性が悪かったりすることがある。そのため、解析条件に応じた初期水位の設定を適宜行う必要がある。
・浸透流解析では、水位が変動する時間や降雨量が変化する時間で収束しないことが多い。
そのため、解析ステップは外力条件の変化がある前後を細かく設定する必要がある。

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P.2

河川堤防の安全性の照査 ２次元浸透流解析及び斜面安定解析
検討断面・検討断面を以下の図に示す。
解析領域・初期水位については「中小河川における堤防点検・対策の手引き（案）」（以下「中小河川の手引き」）により設定した。

検討断面
側方境界は堤防高さの 10 倍程度とする。
地盤の初期水位は堤内地盤面の-0.5m の高さとする。
川裏のり面

川表のり面

メッシュ図
解析物性値
・浸透流解析に用いた物性値を以下に示す。
地盤物性値（浸透流解析）

土層
盛土
BAg
AsAc

粘性土
粘性土
砂礫
砂質土
粘性土

透水係数
（cm/sec） （m/hour）
0.00036
1.0×10 -5-40.0036
1.0×10-20.36
1.0×10-30.036
1.0×10-60.000036
1.0×10

比貯留係数
（1/m）
0.001
0.001
0.00010.00010.001

比貯留係数は「中小河川の手引き」より設定した。

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河川堤防の安全性の照査 ２次元浸透流解析及び斜面安定解析
不飽和浸透特性は土質区分に合わせて以下の値を設定する。
（「中小河川の手引き」より）(株)クレアテック／構造物・地盤解析、土木設計、各種調査／詳細は下記までお問い合わせ下さい。
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P.3

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P.4

河川堤防の安全性の照査 ２次元浸透流解析及び斜面安定解析
外力条件
浸透流解析で用いる外力条件について以下に示す。

外力条件「中小河川の手引き」より、平水位が設定した初期地下水位より低い場合には、以下の図に示すように、設定した水位波形の初期地下水位に相当する高さ以上の部分を用いれば計算が効率的であるとされている。
本検討では初期地下水位以上の水位波形を外力として用いた。

初期地下水位が平水位より高い場合に用いる水位波形(株)クレアテック／構造物・地盤解析、土木設計、各種調査／詳細は下記までお問い合わせ下さい。
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P.5

河川堤防の安全性の照査 ２次元浸透流解析及び斜面安定解析
降雨面と水位変動面
降雨面は地表面の全節点に設定、水位変動面は地表面の河川側節点に設定する。
降雨面
水位変動面

降雨面と水位変動面
浸透流解析結果
圧力水頭コンター図を以下に示す。
出力した時間は水位上昇前（172.6hr）、計画高水位時（189hr，193hr）、水位低下時（195.9hr）とした。
圧力水頭値が０となっている箇所まで水位が上昇していると考えられる。
圧力水頭 0（水位）

水位上昇前（172.6hr）

計画高水位時（189hr）(株)クレアテック／構造物・地盤解析、土木設計、各種調査／詳細は下記までお問い合わせ下さい。
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P.6

河川堤防の安全性の照査 ２次元浸透流解析及び斜面安定解析

計画高水位時（193hr）

水位低下時（195.9hr）
水位が最も上昇していると考えられる計画高水位時（193hr）の流速ベクトル図を以下に示す。
Ag 層からの流入が顕著であることがわかる。

Ag 層流速ベクトル図（193h.r）(株)クレアテック／構造物・地盤解析、土木設計、各種調査／詳細は下記までお問い合わせ下さい。
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P.7

河川堤防の安全性の照査 ２次元浸透流解析及び斜面安定解析パイピング破壊
・局所動水勾配
局所動水勾配は、浸透流解析の結果から得られた全水頭φあるいは圧力水頭φをもとに、裏のり尻近傍の基礎地盤について算出し、鉛直方向ならびに水平方向の最大値を求める。
許容値は 0.5（ｉ＜0.5）とする。

局所動水勾配の算出方法

局所動水勾配計算結果
鉛直方向最大値：0.485（193hr）、水平方向最大値：0.276（193hr）となり許容値を満たしている。
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P.8

河川堤防の安全性の照査 ２次元浸透流解析及び斜面安定解析
・被覆土層の破壊判定
裏のり尻近傍の堤内地地盤の表層が粘性土で被覆されている場合には次式により安全性を照査する。

G/W 計算結果
G/W の最小値：1.031（193hr）＞1.0 となり許容値を満たしている。
斜面安定解析
浸透流解析の結果から高水位時の水位で斜面安定解析を実施して、堤防の安全性について照査する。
斜面安定解析の物性値

解析ケース

解析ケース
CASE1
CASE2
CASE3
CASE4

対象
裏のり面
表のり面
裏のり面
表のり面

水位
初期水位
初期水位
計画高水位
計画高水位

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河川堤防の安全性の照査 ２次元浸透流解析及び斜面安定解析
・CASE1 裏のり面（初期水位）

・CASE2 表のり面（初期水位）

・CASE3 裏のり面（計画高水位）(株)クレアテック／構造物・地盤解析、土木設計、各種調査／詳細は下記までお問い合わせ下さい。
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P.9

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P.10

河川堤防の安全性の照査 ２次元浸透流解析及び斜面安定解析
・CASE4 表のり面（計画高水位）

表のり、裏のり共に水位の上昇によって安全率が低下するが 1.0 を上回っている。
照査結果まとめ

以上の結果より、河川水位の上昇による堤防の安全性が確認できた。

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