がけくずれの運動特性に関する研究

(1)

防災科学技術総合研究報告第17号 1969年3月

551，311，235：624．131

がけくずれの運動特性に関する研究

斎藤連孝・上沢弘

鉄道技術研究所土質析究室

Research on the8ehavior Characteristics of S1opes8ebre Failure

By

1Vl． Saito and■一1． Uezawa 伽〃〃oψτεcんπゴcα1伽8θατcん1舳舳ωε，To此リo

Abstract

As a means to make clear the behavior characteristics of s1opes before fai1ure，a natura1text s1ope equipped with se1f−recording instmments was sub−

mitted to continua1observation in the Tara area，Saga Prefecture．

Through the records of two−year observati㎝，severa1㎜㎞own facts，such as f1uctuation of piezometric1evel，strain and inc1inati㎝of s1ope surface and water content having relation to rainfa11，were revea1ed considerab1y． Espe−

cia11y，the fact of the regu1arity of f1uctuation of pore water pressure was c1eaτ1y recognized，and it was made possib1e to ca1cu1ate dangerous precipita−

tion through stabi1ity ana1ysis of s1ope．

This procedure is undoubted1y an orthodox method to examine the degree of stabi1ity of s1opes，but is hab1e to c㎝tain some uncertainty in re1ation to strength constants of soi1．工t is，therefore，recommended that care shou1d be paid to the p1aceswhere a1arge f1uctuati㎝of pore water pressure is measured during rainy seasons，and that the important or dangerous s1opes shou1d be watched by the aid of strain meters；these steps taken w1111ead to obtain effec−

tive methods of forecasting the fai1ure of s1opes．

次 1．まえがき

2．降雨時のがけの挙動・・・・…

2．1 観測個所の還定・・・・・…

2．2 土貫羽査……・・・…

2．3 計器設ロ…

2．4 硯測記急……

3．がけくずれの発生についての考察・

34 3．1 水位昇降の推定 34 3．2 安定度の検討・・

34 4．崩壊発生の予知と讐戒・・

35 4．1 予知の方法・…一…

37 4．2 讐戒と処竈・・………

40 5、むすぴ 59

59 64 67

・・67 68 68

(2)

噴出岩地帯におけるがけくずれの機構拾よぴ予知に関する研究

（第2報）防災科学技術総合研究報告第17号 1969

1．まえがき

がけくずれの運動特性を明らかにするにはいろいろむずかしい問題がある．その第1ぱどのがけ

も必ず崩壊するわけではなく，特定の場所で特定の条件のもとで生じるのであるから場所の選定が困難であり，また特定の条件の生じるまで何年かかるか何十年かかるか，あるいは重た全然生じないかもわからないことにある．第2の理由は，特に注意を払っているのでなけれぱ，がけくずれはほとんど瞬間的に生じると思われるくらい急激な運動であるから，たとえその徴侯を事前に察知できたとしても，必要な観測を行なうには十分な時間的余裕がない．・また非常な危険を伴なうので接近すら困難なことが多いからである．それゆえが一けくずれの最初から最後まで，斜面が安定な状態から不安定な状態を経て崩壊にいたるまでの全経過を何らかの観測値で求．めたものはほとんどない

といってもよいくらいである．

もちろんがけくずれの研究方法は挙動観測のほかに数多くあり，むしろその方が一般的であるといえよう．全般の状況を記録に残す災害調査から，

さらに進んで土質，地贋，地形，異常気象等の調査，ならびにそれら相互間の関連性が統計的に検討されることが多いが，いつどこがどのような状態になって崩れるかという将来の問題に対する答はでてこない．とくに広い区域ではなくて「どこが」という特定の地点にしぼることはこれらの方法ではまず不可能である．それでは処置対策を行なうにもあてずっぼうになってしまうおそれが多分にあるのである．

それで今回はrどこが」というのをrここは」

と置さかえて特定の地点から始め，その数をふやしていけばいろいろの類型を見出すことができ〜

従来推定の域を出なかった斜面の挙動を今までよりも明確にとらえることができると考えた．そこでこの一連の総合研究では崩壊危険度の高そうな斜面を選定して常時観測を行ない，斜面の挙動，

とくに降雨の浸透状況をとらえて，これから危険状態の発生条件を推定する方法をとることとした．

2．降雨時のがけの挙動 2．1 観測個所の選定

がけくずれが降雨の際に頻発する〜＝とは周知の事実であるが，斜面内に浸透した雨水がどのような経過をたどって斜面を崩壊にいたらせるかを知るには観測によるほかはない．どのような斜面で

も雨水の浸透により土の含水量が増加し，飽和個所では問ゲキ水圧の発生増大が見られるが，崩壊にいたる挙動をみるには崩壊の可能性の多い個所，

いいかえれぱ安定に不利な条件をそなえた所を選ぶのが効果的な方法である．その意味ではいままでの崩壊多発個所付近は少なくとも±層構成上ならびに水文学上不利な条件が具わっていると考えられるので，このような個所から観測地点を選ぶこととした．地点選定当時から数年前までさかのぼって，国鉄沿線で被害件数1，O O O件以上の災害をひろってみると表11のと拾りである三）このうち，切取の崩壌が多く，かつ中問流の影響が明らかに作用したところで観測に適した個所と考えられるのは，東北本線三沢一野辺地間，長崎本線多良一小長井問，室蘭本線栗山一栗丘問などである．このうち，東北本線三沢一野辺地間の千曳駅構内の斜面では昭和38年11月に国鉄側で計器を設置して観測を開始していたのて，これとならんで観測に適した多良地区を選ぶこととなった．

この地域は昭和37年7月の連続降雨の後の集中豪雨で，長崎本線が寸断されたところであって，

このときの降雨量は肥前大浦の線路分区の記録に表一1 昭和33〜37年間国鉄沿線主要災害発生種別被害

件数 ^被害地方 ^{主な被害個所}

1958，9，26 台風 1，304 関東，東常盤線富岡一夜ノ森

〜27 22号 ^北地方 ^間

（狩野原町一新地問

ll）東北本線小牛田一一

関問三沢一野辺地問 1959，8，13 台風 1，178 中部，関

〜14 7 号 ^西地方

1蜴9，9，27 台風3，608 中部，関関西線八田一四日市

〜28 15号 ^西地方 ^{間線路浸水}

（伊勢紀勢繍節田川流失

湾）越美南線第5長良」ll

流失

1961，6，26 集中 _1，900 中部，関飯田線水窪一飯島間

〜29 ^豪雨 ^西地方 ^{切取築堤崩壊}

1961，10，15 台風3，518 中部，関越美北線第1九頭竜

〜16 18号 ^西地方 ^川流失

（第2 ^{山陰線玄武洞一城崎}

室戸）問築堤流失

1962，7，2 集中 ^1，152 北九州地長崎本線多良一小長

〜 9^豪雨 ^方 ^{井問切取築堤崩壊}

松浦線潜竜構内埋没 1962，8，2 台風9^1，036 北海道地室蘭本線栗山一栗丘

〜11 10号 ^方 ^{聞切取崩壊}

根室本線滝里一島ノ下問築堤崩壊国鉄土木課編業務便覧昭和38年11月皿67より

(3)

がけくずれの迎動特性に関する研究一斉藤・上沢

よると，7月1日から8日までの8日間の累計

1，500㎜，7月7日20時から7月8日8時ま

での半目降雨量766㎜，なかでも8日5時から

6時までの1時間降雨量は168㎜に達した．そのために多良肥前大浦間では切取崩壊が

72KO00，72K100，73KOOO と続き，ほ

かに亀の浦の大崩壊で線路切取区間が埋没し，開通重でに54日を要したのであった．また崩壊個所付近の斜面では地下水が常時流出していて付近の飲料水と凌っていたり，海中に真水の湧出が見られるなど，多量の地下水の存在が認められ，豪雨時にはその水量も急激に増大するものと考えら

れた．

この地域で観測計器を設置する個所として 72K000，里ずい道出口の斜面を選んだのは，

風化表土層が比較的厚く，まだ崩壊の危険が残っていること，言た計器の埋設が容易な1二と，崩壊

しても藩石止擁壁が線路際に設けてあって鉄道に直接被害がないので，斜面に今後手を加える予定のないこと，線路沿いで讐戒などに国鉄現場機関

の協力を得やすいことなどの理由によるものである．この個所は下方は鉄道建設の際の切取斜面であって，それに続く上方は自然の緩斜面で，現在ミカン畑となって，多良岳の1つの尾根まで続い

ている．

2．2 土質調査

昭和40年3月，土質調査のために観測地点の最急勾配の方向にとった中心線に沿って，12〜

15mの標準貫入を併用したボーリングを2本，

ほかに表層調査と計器埋設をかねて2〜10mのボーリングを13本・延ぺ91．70mのボーリングを行なった．ボーリングの位置，番号，深度な

らぴに土質区分は図一2に示すと拾りであって，

標準貫入を実施した2本の柱状図は図13｛a）および（b）に示すと拾りである．土層構成ぱ図のように複雑であるが，大きく分けると地表から数mは軟らかい凝灰質ロームで，その下に火山岩の転石層があり，10m付近からやや軟らかい凝灰質ロームと硬い凝灰質ロームが続き，15m以下は玄武岩となっている．透水層とみられるのは地下数m

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図一1 観測個所図

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図一3 土質柱状

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(5)

がけくずれの迎螂特性に関する研究一斉藤1上沢

の深さと10m以下の深さに存在する含水量のとの検討はこの考え方にもとづいて行なうこととすくに多い土層である・このような眉区分を図で示る．この各土層のうち主なものの土質試験の結果すと図一4のようになり，以後の安定解析その他は表一2のと拾りである．

表一2 土質試験結果一覧表

土層番号

深度（m） ^色 ^含水比比重

粒度分析

^{コンシステンシー試験}

砂シルト粘土判定 L．L P．L P．I ムC分類

I P．1．40〜390^黄緑褐色 65．4 2．789 16．5 57．5 26．O ^{シルト質粘土回一ム} 63，9 54．6 ^9．3

㎜

皿 P50−95〜1．10 明茶褐色 63．7 2．772 10．0 45．0 45．0粘土 ^73，5 362 37．3 ^〃

皿〃 2．30〜↓05 暗褐色 ^52．7 2．866 22．0 57．021．0 シルト質粘土ローム 54．0 43，7 10，3 ^〃

v 〃 4．05〜4．65 暗紫褐色 66．42．785 ^8．0 65．0270 ^〃 ^56．7 ^{44．2 12．5} ^〃 V ^{8．70〜9．60} 暗褐色 52．3 2857 14．0 53．0 33．O粘土 57．344．3 13．0 ^〃

v 〃 9．65〜10．60 暗紫褐色

i

^2．781 ^35．0 ³⁸⁻⁵ ^26．5 粘±質ローム ^96．9 ^49．5 ⁴⁷⁴ ^〃

w

〃10．70〜11．40 明茶褐色 58．42．883 19．O 50．O 31．O 粘土 ^96．8 49．5 47．3 ^〃

土層番号

深度（m） ^色 ^{透水係数㎝／s㏄} 三軸圧縮試験（圧密非排水）

乱されない土乱された土湿潤密度（t■㎡）問ゲキ比飽和度粘着力（㎏／㈱摩擦角（度）

I P．1．40〜3，90 黄褐色

皿 P50．95〜1，10 明茶褐色

皿〃 2．30〜4．05 暗褐色

v 〃 4，05〜4．65 暗紫褐色 1．45 2．49 91．5 0．24 ^24．OO

V 〃 8．70〜9．60 暗褐色 ^1．34×104 1．73 1．38 92．4 O．26 14045

v 〃 9，65〜10．60 暗紫褐色

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〃10．70〜11．40 明茶褐色 4．80×107 2．3 計器設置

土質調査に引続いて間ゲキ水圧計，ヒズミ計，

含水量計その他の計器の設置を同じく昭和40年

3月に行なつた．

問ゲキ水圧計は地中水の通路と考えられる上下 2層を対象として，上層にP。〜P。の3点，下層にP。〜P。の3点を設置した．間ゲキ水圧計の機構は水圧をベローズの動きに換え，それを福動抵抗の変化に換えて測定するもので，パイプの先端にフィルターでカバーされて直結してあり，予定深度の手前までボーリンクで先掘をして，そのあとでパイブを圧入し，さらに上部のパイプと土のすき間から雨水が入らないように土で十分すき間をつめた．測定範囲は0．2および0．5㎏／cm2の

2種類のものを使用した．1年間の観測後，水位変動幅が非常に大きくて測定範囲を越えるものがあったので，間ゲキ水圧計を引上げたり，増設したりして，測定範囲を拡大ま衣は変更して観測を行なった．この細部は後述の観測記録に記入して

ある．

ヒズミ計は2点問に張られたインバー線の長さの変化を福動抵抗の変化に換えて測定する構造のもので，斜面の中心線に沿って上方の緩斜面に

S。〜S。の4台を地中に埋めたパイプ中に設置して畑地歩行の障害にならないようにし，下方の急斜面にはS・，S・の2台を斜面上にとりつけた．

含水量計は表層付近を対象にして中心線方向と深さ方向とを考えて8個を埋設したが，さらに深い個所の変化を知るためにその後10個を増設した．これはナイロン布を吸湿材としてその中に1 枚の電極を入れ，これを表面両側にあてた2枚の電極板でしめつけ，含水量の変化を吸湿材のナイ

ロン布の電気抵抗の変化に換えて測定する構造のもので・これをパイプの先端にとりつけて，間ゲキ水圧計と同様に圧入した．キャリブレーションは埋込位置付近で採取した土を使用して室内で行なった．その結果は図一5に示されている．

ほかに雨量計1，水平振子型長周期傾斜計1，

下げ振り摺動低抗型傾斜計2ならぴに観測小屋1 棟を設置した．長周期傾斜計はとくに敏感なので，

ごく地表の乾湿による局部的な動きを測定することがないように，1．5mの深さ言で4本の鉄パイプの基礎杭をうち，その上にコンクリート台をうって取付けた．

以上の計器は長周期傾斜計以外は24打点式記録器2台を用いて集中記録をさせ，故障の点検な

(6)

噴出岩地帯に拾けるがけくずれの機構拾よぴ予知に関する研究

（第2報）防災科学技術総合研究報告第17号 1969

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がけくずれの運動特性に関する研究一斉藤上沢

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図一7

計器設置平面図

(8)

口幽岩地帯に拾けるがけくずれの独む珍よぴ予知に蘭する研究

（第2報）防災科学技術総合研究報告第17号 1969 らぴに用紙の交換以外には人手を要しないように

した．

僚かに土質調査を行なったB−2ボーリング孔を内径150mmに拡大掘削してケーシングを挿入し地下水位観測井戸とした．これは共同研究の気象研究所が担当することに凌っていて，同所の計器を設置し，記録は同所へ送付した．

凄た当初は電源として蓄電池を使用していたので，毎月充電を保線区に依頼していたが，瑠和

40年1ヱ月に交流電源を設傭したので，観測に非常に便利になつた．

以上の計器の配置は図一6紅よぴ図一7に示されている．そして2年閥の観測記録をえて，曜和

41年12月計器を撤収し，観測を終了した．

2．4 蟹測記録 2．4．1 降爾概況

計器の設置後その調整ならびに故障修理のため 1ヵ月を費やしたので，連続記録がとれるようになったのは昭和40年5月以降であった．この頃から降雨は次第にひんぱんとなり，5月末には目雨量127㎜を記録した．6月中旬から7月上旬にかけて豪雨が続き，最大日雨量293mmに達し，

観測計器も大きい変動を言a録し，とくに聞ゲキ水圧が予想以上に上昇したために計器の測定範囲を越えたことが2〜3回あったが，8月以降はあま

少大慧い爾は凌かつた．

この経験から昭稲4⑰隼11月と41隼6月とに計器の調節あるいは増設を行なって次隼度に傭えたが，昭和41年にはいってからは前年のよう凌大爾は凌く，6月と9月に連目降爾があってその都度ある穣度の記録の変動が見られたが，前年ほど薯しいものではなかった．11月にはいってこの隼の最大日爾量136．5棚独が記録されたが，

このと慈はすでに多雨期をすぎていたので，影讐はわずかにとどまった．

2隼にわたる観測期間中の目雨量は他の各観測記録のいずれの図にも下端に棒クラフで記入して

ある．

2．4．2 水位

聞ゲキ水圧計による水位の記録は図一8㈲券よび㈹に示されていて，lalは浅い方の水の通路に入れたP1〜P3およぴPoの記録であり，（吋は深い方の水の通路に入れたP4〜P6の記縁である．深い方には常時水が春在していて地下水と呼んでよいが，浅い方は大雨の際にのみ水圧が出現し，

かつ急上昇するので，典型的な中間流と見られるものである．

2．4．5 ヒズミ

斜面のヒズミの記録は図一9に示されている．

観測期聞中のヒズミの変動は全般的にみてわずかであって，この斜面は慈わめて安定であり走ということができよう．ただ昭和4三年の9月に急斜面の上方にとりつけたS。がやや大きい動慈を示

しているが，これは夏期降雨が少なかったための乾燥による収縮ではないかと考えられるが，斜面全体の危険を示すものでないことは明らかである．

2．4．4 含水i

含水量の変化は図一ユo｛aトゆに示されている．

図には記録器の読みをそのまま記入してあるが，

これは図一5のキャリプレーションカーブから含水量に換算しうるものであって，読みの100が飽稲に近い方を，読みの小さい方が乾燥している方をあらわすものである．WトW。のように比較的浅く埋められた方は変化が大きいのに対して，

W6〜Wεのように深目に埋設された方は僚とんど飽和に近い状態のままで変動がないなど，著しい対照を示している．これは上層と下層との透水性の違いもあろうし，上層にき裂が多く，乾燥が容易であるのかも知れない．後から埋設したユO個の含水量計の動きは前の分と違っていて，平時は飽和に近いのが，昭和41年2月と8月とに急激に含水量が滅じたことを示している．これは降雨の少ない時期に乾燥が進んでき裂が開くと急激に含水量が減じることになるのではないかと思われる．重た斜面の下方に近いほどき裂が多く凄た常時開いていて。上方に進むに従って常時はき裂が閉じているためであるかも知れない．

2．4．5 傾斜

傾斜計の記録は図一11に示されている．水平振子型長周期傾斜計は感度はよいが，計器自身に故障が多く，図に示した程度のものが得られたたけで満足凌記録は得られていない．

下げ振ク摺動低抗型傾斜計の記録によると傾斜の変化は若干あるが，ほとんど間題にならないく

らいのわずかの量である．ζの場合も記録の得られなかりた期間はあるが，ζれは集中記録器の故障のためであって，傾斜計そのものの故障ではない．これから考えても長期観測には故障の少ない安定した計器を選ぷぺきであると思われる．

(9)

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(13)

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(17)

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(18)

がけくずれの迎螂特性に関する研究一斉藤上沢

3．

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図一12 降雨iと水位との関係観測記録のうち降雨時に最も変動の激しく，かつ崩壊と直接関係があるあは地下水位である．他のものについては，ヒズミや傾斜のように常時若干の変動はあっても，崩壊に近づかなけれぱ意味のある大きい変動を示さないものもあるし，また含永量のように大きい変動はあっても崩壊との関係は間接的なものであるものもあり，地下水位のように土塊の平衡に直接影響をもつものはほかにはないようである．それでここでは主として降雨と地下水位の変動との関係について検討を行なうこととする．

言ず降雨量と水位または水位上昇との関係を調

が相当大きいような例が沢山あれぱよいが，このようを使いやすい例は極めて少ない．それで連日降雨の場合は累計雨量として用いるほかに，連日降雨中の最大降雨日を単独でとりだして用いることとした．

水位としては間ゲキ水圧計より低い場合には記録がなく，また豪雨の場合は水位上昇が大で測定範囲をこえたために最大値のとれていないものもある．また水位上昇量をとる場合は，降雨の前後の水位が明確なことが必要であるが，これに利用できるデータも数が限られている．

以上のような考え方で各間ゲキ水圧計について降雨量と水位との関係を示したのが図一12である．これをみると上層の水位のうち，斜面下方の切取面近くの P。は降雨量が増大しても水位はほとんど増大しない．また第2年度に設置した P。は豪雨時の記録が少なすぎるので傾向がはっきりしない．この2つを除いてあとはほぼ降雨量に比例して水位が増大することがわか〜．

。。。重た降雨量と水位上昇との関係は図一 13のようにあらわされる．この場合上層のP。〜P。の水位上昇は間ゲキ水圧計の設置位置が高すぎるか，あるいは常時中間流がないためかはっきりしないが，

上昇前の水位がとれていないのが多いので記録はほとんど利用できないが，下層のP。〜P。については広い幅にわたって分布しているので解釈しにくい点もあるが，一番変動の大きいP。のデータから水位上昇も降雨量に比例して直線的に増大すると考えてよいのではないかと思われる．

以上のように水位も永位上昇も降雨量に比例するような結果が得られたが，水位そのものよりも水位上昇の方が降雨量に比例すると考える方が合理的であると思われる．そのように考えると水位上昇特性はその点の特有のものと考えて計算を容易にすることができる．実際に観測記録をみても

がけくずれの運動特性に関する研究