ａ） 正面図 （○：間隙水圧計, □：水位計測用水圧計）(mm) 10
45 25 210 210 50
540 130
65 17.5 3017.5
80 80
堤 体
水平ドレーン
難透水層 透水層
変位計
①④⑦ ②⑤⑧ ③⑥⑨ 190
貯水 Pump up
4035H=150 98 (0.65H)
電磁弁
給水タンク
▽
給水
穴明板
10 仕切板
排水槽
ａ） 正面図 （○：間隙水圧計, □：水位計測用水圧計）(mm) 10
45 25 210 210 50
540 130
65 17.5 3017.5
80 80
堤 体
水平ドレーン
難透水層 透水層
変位計
①④⑦ ②⑤⑧ ③⑥⑨ 190
貯水 Pump up
4035H=150 98 (0.65H)
電磁弁
給水タンク
▽
給水
穴明板
10 仕切板
排水槽
10
45 25 210 210 50
540 130
65 17.5 3017.5
80 80
堤 体
水平ドレーン
難透水層 透水層
変位計
①④⑦ ②⑤⑧ ③⑥⑨ 190
貯水 Pump up
4035H=150 98 (0.65H)
電磁弁
給水タンク
▽
給水
穴明板
10 仕切板
排水槽
ｂ） 平面図
540
235 80 80 50
45 50
A B C
① ② ③
④ ⑤ ⑥
⑦ ⑧ ⑨
変位計A
A B C
水平ドレーン
鉛直ドレーン 136.7102.5102.568.3410
【 貯 水 側
】
【 排 水 側
】 ﾄﾞﾚｰﾝ間隔S S/21/4・S
変位計B
S＝4 m（実験３）
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
30
ｂ） 平面図
540
235 80 80 50
45 50
A B C
① ② ③
④ ⑤ ⑥
⑦ ⑧ ⑨
変位計A
A B C
水平ドレーン
鉛直ドレーン 136.7102.5102.568.3410
【 貯 水 側
】
【 排 水 側
】 ﾄﾞﾚｰﾝ間隔S S/21/4・S
変位計B
S＝4 m（実験３）
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
30
540
235 80 80 50
45 50
A B C
① ② ③
④ ⑤ ⑥
⑦ ⑧ ⑨
変位計A
A B C
水平ドレーン
鉛直ドレーン 136.7102.5102.568.3410
【 貯 水 側
】
【 排 水 側
】 ﾄﾞﾚｰﾝ間隔S S/21/4・S
変位計B
S＝4 m（実験３）
S＝4 m（実験３）
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
30
河川堤防の揚圧力対策に関する３次元遠心模型実験
愛知工業大学工学部 正会員 ○奥村哲夫，木村勝行，成田国朝 （株）アイコ 正会員 中村吉男
１．はじめに
難透水性基礎地盤上の河川堤防では、洪水時の水位上昇によ る揚圧力によって川裏側基礎地盤で盤膨れの発生が懸念される。
基礎地盤の揚圧力対策の一つとして、堤防裏のり尻部近くに堤 軸に沿った鉛直ドレーンの設置が考えられるが、連続してドレ ーンを設置することは経済性に欠ける。
本研究は、揚圧力低減のための鉛直ドレーンの有効な設置間 隔を調べることを目的として、三次元遠心模型実験を行い、そ の結果について検討を加えたものである。
２．実験概要
図―１は、アルミ製土層内に作成した堤防模型（堤高 H 150mm、斜面勾配 1:1.4、奥行 410mm）の概略であり、遠心 力の作用方向が回転軸を中心として半径に沿う形となることか ら、基礎及び堤体底面の形状を遠心半径に等しい円弧とし、斜 面を対数螺旋で近似して重力場と同一勾配となるようにしてい る。基礎地盤は、水締めによって作成した透水層（珪砂 6 号、
ρd=1.27g/cm3、 k=8.97×10-4m/s ）上に難透水層 （粘土、
ρd=1.07g/cm3、k=4.00×10-9m/s）を角棒を用いて締固めて作 成した。堤体は、礫質砂（dmax=5.0mm）を５層に分けて締固 めて作成した（締固めD値=91.0%、k=6.50×10-7m/s）。
ドレーン（珪砂１号、dmax=5.0mm、ρd=1.51g/cm3、k=2.32 図―１ 実験模型の概略
×10-3m/s）は、難透水層を勾配1：0.5で掘削して作成した鉛 直ドレーン及び堤体底面に設置した水平ドレーンとし、突き棒
を用いて締固めた。
実験は、鉛直及び水平ドレーンを１箇所設置した場合（ドレ
ーン間隔 400mm、実物換算ドレーン間隔 S=12m）、２箇所
（200mm、S=6m）、３箇所（133mm、S=4m）の３ケースに ついて行った。貯水は、飽和状態の基礎地盤上の堤体底部に遠 心加速度30Gを与えた後、給水タンクに固定した弁を外部操作 することにより行った。ドレーン及び基礎・堤体からの浸透水 は排水槽を通して給水タンクに送られている。揚圧力測定用の 小型間隙水圧計（φ12×8t、容量 200kPa）は難透水層直下に 埋設し（図―１、①～⑨）、２台の変位計（容量：10mm）を用 いて難透水層表面の変位を計測した。
３．実験結果と考察
図―２は、ドレーン間隔133mm（実物換算S=４m）で行っ た貯水開始から実験終了までの約900秒（実物換算225時間）
における間隙水圧と変位量の経時変化である。目標水位（0.65H） 図―２ 間隙水圧、変位の経時変化
――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
キーワード：河川堤防、遠心模型実験、揚圧力対策、盤膨れ、ドレーン
連 絡 先：〒470-0392 愛知県豊田市八草町1247 Tel 0565-48-8121 Fax 0565-48-0030
間隙水圧計
①
⑧
④
⑨
⑤ ⑥
⑦
③
② 貯
水
Ａ
Ｂ
①
⑧
④
⑨
⑤ ⑥
⑦
③
② 貯
水
Ａ
Ｂ
実験３, S=133mm(4m) 貯水位：97.5mm(2.93m) 遠心加速度：30G 実験３, S=133mm(4m) , 30G 間隙水圧計
①
⑧
④
⑨
⑤ ⑥
⑦
③
② 貯
水
Ａ
Ｂ
①
⑧
④
⑨
⑤ ⑥
⑦
③
② 貯
水
Ａ
Ｂ
実験３, S=133mm(4m) 貯水位：97.5mm(2.93m) 遠心加速度：30G 実験３, S=133mm(4m) , 30G
土木学会第68回年次学術講演会(平成25年9月)
‑385‑
Ⅲ‑193
ドレーン間隔 S (m)
ﾄﾞﾚｰﾝ間中心線上の圧力水頭hp (m)
1.0 1.2 1.6
1.4 1.8
○
○
○
△
△
△
□
□
□
0.8
5 10 15
0
20 40
0 100
80 60
膨張量（実物換算）L （mm）
●
● ● S～L
S～hpの範囲
■
■ 圧力水頭hp 膨張量L
○：A-A 断面 ●：変位計A
△：B-B 断面 ■：変位計B
□：C-C 断面
ドレーン間隔 S (m)
ﾄﾞﾚｰﾝ間中心線上の圧力水頭hp (m)
1.0 1.2 1.6
1.4 1.8
○
○
○
△
△
△
□
□
□
0.8
5 10 15
0 5 10 15
0
20 40
0 100
80 60
膨張量（実物換算）L （mm）
●
● ● S～L
S～hpの範囲
■
■ 圧力水頭hp 膨張量L
○：A-A 断面 ●：変位計A
△：B-B 断面 ■：変位計B
□：C-C 断面
圧力水頭hp 膨張量L
○：A-A 断面 ●：変位計A
△：B-B 断面 ■：変位計B
□：C-C 断面
までの到達時間は11.3秒（2.8時間）で、貯水位 は、図に示していないが実験終了まで同一となる ように制御している。図より、間隙水圧は700～
800秒あたりまで徐々に上昇しているが、その後 大きな変化は見られない。また、水圧の上昇に伴 って変位量も増大し、最終的に 0.2～0.3mm（6
～9mm）の膨張が生じていることが分かる。
図―３は、実物換算ドレーン間隔S=4、6及び 12m について、法尻先端部の A-A 断面と法尻か
ら 4.8m 離 れ た C-C 断 面 の 間 隙 水 圧 か ら 求
めた圧力水頭hpの分布である。ドレーン間のhp 図―３ 圧力水頭分布（A-A断面、C-C断面）
の分布形状に着目すると、法尻部のA-A断面では、何れの ドレーン間隔においてもドレーン間の中央で高く、ドレー ンに近づくと低くなり、上に凸の形状となっており、ドレ ーンの影響が比較的明瞭に現れている。しかし、この傾向 は法尻から離れた C-C断面では A-A 断面と比較してさほ ど明瞭でなく、ドレーンの影響が薄らいでいる。
図―４は、ドレーン間の中央部Ⅱ-Ⅱ断面の圧力水頭 hp
及び２箇所に設置した変位計A、Bから求めた膨張量Lと ドレーン間隔Sの関係を示している。なお、変位計Bの
S=12mは計器の不具合により計測できていない。図より、
hpの値にバラツキが認められるが、ドレーン間隔が広くな るのに伴ってhp、L共に増大することが分かる。
図―５は、膨張量Lと変位計設置位置近傍の間隙水圧
（水圧計④-⑤、①-②）を平均して求めた平均圧力水頭hp’ 図―４ Ⅱ-Ⅱ断面上のhp、LとSの関係 の関係を示している。難透水層の有効土被り圧σv’と透水力uf
が一致する場合の圧力水頭は概略 1.75 であるが、本結果では hp’ ≒1.3 あたりから比較的急激な膨張が見られ、Lと hp’の間 に何らかの関係が存在するものと推察される。
４．まとめ
河川堤防の揚圧力対策として、川裏側法尻部にドレーンを設 置した場合について遠心模型実験を行った結果、以下のことが 明らかとなった。
・法尻部ではドレーン設置間隔に関わらすドレーンの影響が顕 著に現れる。
・また、ドレーン設置間隔が広くなると、圧力水頭（揚圧力）
の増大とこれに伴う難透水性地盤の膨張（盤膨れ）が発生し易
くなり、膨張量と圧力水頭の両者に何らかの関係が存在する。 図―５ Lとhp’ の関係
この種の実験を遠心模型で再現できることを確認した。今後は精度の向上と同時にドレーン形状や寸法等 を変えた実験及びFEM解析結果との比較・検討を通して実際面への適用を行いたい。
謝辞： 本研究は科研費（23560599）の助成を受けたものである。
＜参考文献＞
・奥村・木村・成田：河川堤防に作用する揚圧力に関する遠心模型実験，第 47 回地盤工学研究発表会講演概要集(CD-ROM)，
pp931－932，2012．
・増山・齋藤・森・佐々木：透水トレンチを用いた河川堤防の揚圧力対策に関する模型実験，土木学会第 66 回年次学術講演 会講演概要集(CD-ROM)，pp377－378，2011．
●
●
●
0.5 1.0 1.5 2.0
125
25 50 75 100
0
平均圧力水頭 hp’ (m)
膨張量（実物換算）L(mm)
変位計 平均圧力水頭hp’
●： A ④、⑤の平均値
■： B ①、②の平均値
■
● ■
●
●
0.5 1.0 1.5 2.0
125
25 50 75 100
0
平均圧力水頭 hp’ (m)
膨張量（実物換算）L(mm)
変位計 平均圧力水頭hp’
●： A ④、⑤の平均値
■： B ①、②の平均値 変位計 平均圧力水頭hp’
●： A ④、⑤の平均値
■： B ①、②の平均値
■
■
0.50 1.0 1.5 2.0
ﾄﾞﾚｰﾝ ﾄﾞﾚｰﾝ
C-C 断面
（法尻4.8m）
ﾄﾞﾚｰﾝ間隔S
●：S＝12 m
▲：S＝6 m
■：S＝4 m
● ● ●
▲ ▲
▲
■ ■ ■
S/4 S/2
圧力水頭hp (m)
0.50 1.0 1.5 2.0
ﾄﾞﾚｰﾝ ﾄﾞﾚｰﾝ
A-A断面
（法尻先端）
ﾄﾞﾚｰﾝ間隔S
●：S＝12 m
▲：S＝6 m
■：S＝4 m
● ●
●
▲ ▲
▲
■ ■
■
S/4 S/2
圧力水頭hp (m)
0.50 1.0 1.5 2.0
ﾄﾞﾚｰﾝ ﾄﾞﾚｰﾝ
C-C 断面
（法尻4.8m）
ﾄﾞﾚｰﾝ間隔S
●：S＝12 m
▲：S＝6 m
■：S＝4 m
● ● ●
▲ ▲
▲
■ ■ ■
S/4 S/2
圧力水頭hp (m)
0.50 1.0 1.5 2.0
ﾄﾞﾚｰﾝ ﾄﾞﾚｰﾝ
C-C 断面
（法尻4.8m）
ﾄﾞﾚｰﾝ間隔S
●：S＝12 m
▲：S＝6 m
■：S＝4 m
●：S＝12 m
▲：S＝6 m
■：S＝4 m
● ● ●
▲ ▲
▲
■ ■ ■
S/4 S/2
圧力水頭hp (m)
0.50 1.0 1.5 2.0
ﾄﾞﾚｰﾝ ﾄﾞﾚｰﾝ
A-A断面
（法尻先端）
ﾄﾞﾚｰﾝ間隔S
●：S＝12 m
▲：S＝6 m
■：S＝4 m
● ●
●
▲ ▲
▲
■ ■
■
S/4 S/2
圧力水頭hp (m)
0.50 1.0 1.5 2.0
ﾄﾞﾚｰﾝ ﾄﾞﾚｰﾝ
A-A断面
（法尻先端）
ﾄﾞﾚｰﾝ間隔S
●：S＝12 m
▲：S＝6 m
■：S＝4 m
●：S＝12 m
▲：S＝6 m
■：S＝4 m
● ●
●
▲ ▲
▲
■ ■
■
S/4 S/2
圧力水頭hp (m)
土木学会第68回年次学術講演会(平成25年9月)
‑386‑
Ⅲ‑193
