１
防 災 研 究 最 前 線
大型降雨実験による
斜面崩壊 発生機構の研究について
国立 防 災 科学 技 術 セ ン タ ー 部 付 主 任 研 究 官
寺 島 治 男
は じめ に
「 斜 面 崩 壊 」 とい う 現 象 を考 え る時 ， わが 国 は諸 外国 と く らべ 雨 量 と く に豪 雨 ， 梅雨 ， 融雪 な ど の気 象条 件 と， 平坦 地 が 少 な く傾 斜 の 急 な 山 岳 地帯 が多 い 地 形 条 件 を忘 れ る こ と が で き な い 。
また ， 地 殻 変 動 （地 震 も含 む） に よっ て 地 盤 が 弱 め ら れ， さら に 破 砕 帯 と よ ば れる ゾ ー ン が多 く， シ ラ ス， マ サ ， 関 東 ロ ー ムお よ び 新 第三 紀 層 な ど 水に き わめ て もろ い 地 質条 件
が 崩壊 を起 こ し やす く し てい る。
斜 面 崩壊 を 単 な る 自然 現 象 と い う 側 面 か ら の み 考 え て は な る まい。 と く に 近 年 経 済 成 長 と と もに 土 地 利 用 形 態 が 変 わり ， 必 ず し も安 全 で な い 地 域（ 台 地，丘 陵 ，山 麓 の 斜面 周辺 ） に まで 住 宅 ，工 場，道 路 ，鉄 道 な ど が 進 出 し，
そ の 規 模 も き わめ て 大 きく ， か つ 急 速 で あ る が ゆえ に ， 災 害 の 規模 ， 頻 度が 増 加 し て い る のが 現 状 で あ る。
2｡ 斜 面 崩壊 によ る 災 害 の 事例 につ い て こ こ で 斜 面 災害 の 事 例 に つい て 述 べ る。 昭 和46 年 ９ 月 房 総 半 島 東 岸 沿 い を お そ っ た 台 風 25号 は ， 秋 雨 前 線 を刺 激 し 大 雨 を降 ら せ ， 勝 浦 で 最 大 時 間 雨 量122mnl と い う 豪 雨 を も た
36
ら し た 。 千 葉 県 内 で7,760 個 所 の 斜 面 崩壊 が 発 生 し ，56 名 の 躯い 人 命 が 失 われ た 。 また 昭 和47 年 ７ 月 ５ 日 ， 高 知 県 土 佐 山 田 町 繁 藤 で は 総 雨 量723mm とい う 集 中 豪 雨 に よ る 崩 壊 の た め 活 動 中 の 消 防 団 貝等61 名 が 土 砂 に埋 め ら れ て 行方 不 明 と な り ， 続 い て ６ 日宮 崎 県 え び の 市 の 真 幸( 総 雨 虻520mm) が 上 流 山 地 の 大 崩壊 に よ る土 砂で 全滅 し た 。 同 日 天 草 地 区 ( 総 雨 量526mm) ， さ ら に ８ 日 に は 秋 田 県 能 代 地 区( 総 雨 最370mm) ，12 日 に は 神 奈 川 県 丹 沢 地 区( 総 雨 量649mm) ， 島 根 県 松 江 地 区 (総 雨 量416mm) ， 広 島 県 三 次 地 区( 総 雨 量 500mm) ，13 日 に は 愛 知 県 小 原 村( 総 雨 量 379mm) ， お よ び 藤 岡 村 か ら 岐 阜 県 明 智 町 に か け て 被 災 し た 。
ま さ に昭 和47 年 ７ 月豪 雨 と よ ば れ ， そ の 被 害 総 額 は約4,900 億 円 ， 死 者 行 方 不 明451 名 ， 重 軽 傷者552 名 に お よ ぶ 被害 をこ う む っ た 。 また 昭 和49 年 ７ 月 神 奈 川 県 横 須 賀 市 に お い て 梅 雨 前 線 性 集 中 豪 雨( 総 雨 量250mm) ，に よっ て1.500 個 所 の 崩 壊 が 発 生 し ， 死 者13 名 ， 重 軽傷 者22 名を 出 し た 。 また 香 川 県 小 豆 島で は 昭 和36 年( 全 島)， 昭 和49 年( 東 部) に 集 中 豪 爾 に よっ て 土 砂 災害 を 被 っ て以 来 ， 昭 和51 年 ９ 月台 風17 号 に よ る 低 気 圧 に 伴 う 前 線 の 影
響 に よ っ て ９月 ８日 か ら13 日 の ６ 日 間 で 池 田 町で1,400mm，最大24時問雨量は９月11日
Ｏ時 か ら2･1時 に 内 海 町 で841mnl ， 最 大 時 間 雨 量 は11 日20 時 か ら21 時 の 問 で100mm に 達 す る 集 中 豪 爾 に よ っ て 崩 壊 お よ び 土 石 流が 多 発 し て ， 死 者39 名 ， 重 軽 傷 者65 名， 全 半 壊 443 戸 と い う 被害 を 被 っ た 。 さら に 昭 和57 年 長 崎 豪 雨 災 害 は ７月23 日 夕 刻 ，18時 頃 から 始 まっ た ， こ の 日15時 頃 長 崎 県 平 戸 付 近で 降 り は じ め た 大 爾 は ， 西 彼 杵 半 島 中 央 部 か ら長 崎 市 方 而 へ 雨 域 を 移 し， 長崎 市 周辺 で は19時 か ら22時 頃 に かけ て， 記 録 的豪 雨 と なっ た。 長 崎 市北 隣 の， 長与 町 で は19時 か ら20時 まで の １ 時 問 に187mm を 記 録 し た が ， こ れ は わ が 国の1時間降雨量の記録を更新する降爾と な っ た。 こ の よ う な豪 雨 に よ り， 長崎 市を 中 心 に 長崎 県 下で 崩壊 お よ び土 石 流 が発 生 し ， 死 者 行方 不 明299 名 ， 負傷 軒805 名， 家 歴 全 壊 584戸，同半壊954戸という被害を被り被害額 約3,153億円に達する災害が発生したことは ま だ耳 新 しい 災害 のｰ 一つ で あ る 。
こ れ ら集 中 豪 雨 に よる 斜面 崩 壊 は豪 雨 域 が そ の ま ま 災害 地 域 と一 到 し， 豪 爾が 直 接 の 誘 囚 と な る場 合 が 多 い 。
3｡ 大 型 降 雨 装 置に よ る斜 面 崩 壊 実 験に つ い て
斜 而 災 害 は 水 災 害 と 比 較 し て 考 え て み る と， 災害 を ひ き起 す 誘因 と し て の 降雨 ， 融 雪 水 な ど の気 象 要 素 は 本 質的 に 変 り は ない が ， 降 水 の 供給 を受 け る斜 而 （崩 壊 発生 の 場 ） で の 局 部的 な要 素 に大 き く支 配 さ れて 起 こ る 場 合 が 多 い の で ，「 い つ 」，「 ど こ で 」，「 ど の よ
もの は 急 激 な 運 動 で あ り ， 必 要 な観 測 を 行 う に は 十 分 な時 間 的 余 裕 が な く， ま た非 常 に 危 険 を と も な う の で接 近 が 困 難 と なる 。 そこ で こ の よ う な 条 件 下 で 斜 而 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 の経 過 を 観 察 す る に は 模 型 実 験 に よ っ て 行 う のが 一つ の 有 効 な 研 究 手段 と な る 。 さ ら に 現 象而 か ら み る と 同 一場 所 にお け る 同 一 現 象 の 再現 性 が 非 常 に 少 ない た め に 現場 に お け る 調 査 研 究 を 難 し く し てい る。 そ の た め に 模 型 実 験 に よる と ， そ の 再 現性 が 可 能 と な り ， 崩 壊 現 象 を 理 解 す る ため に は さ ら に 右 効 性 が 高 まる も の と 考 え る。
そこ で 国 立防 災 科学 技 術 セ ン タ ーで は筑 波 研究学側都市に大型降爾実験装置を作り（写 真１，２），この装置を利川して人工的に雨
写 真一１ 大 型 降 雨 実 験 装 置
う な 規模 」 で 発 生 す る か を予 測 す る に は 非 常 写真一2 な努 力 が 必 要 と なる 。 ま た豪 雨 型 崩 壊 とい う
−37 −
大型 降 雨装 置 の 天 井 に 取 付 け ら れ た 散 水 用 ノ ズル 群 （ 全 体 で2,400 個 ）
を 降 ら せ て 実 験 を 行 う わ け で ， こ こ で こ の 装 置 の 概 要 を 説 明 す る と ， 降 雨 散 水 面 積44mx 72m の 広 さ を も ち ， 降 雨 強 度 は15 〜200mm/
時 （ 国 内 で の 最 大 時 間 雨 量 記 録 は ，1982 年 ７ 月 の 長 崎 豪 雨 で 凵 司県 長 与 町187n1ln/ 時 が 観 測 さ れ て い るo ） 雨 滴 落 下 高16m と い う 規 模 ， 能 力 で あ り ， こ の よ う な 装 匠 と し て は 世 界 餃 大 の も の で あ るo 降 雨 散 水 制 御 は 全 自 動 化 さ れ て お り ， わ ず か 数 人 で 操 作 で き る と い う 特 色 を も つ て い る 。 さ ら に 実 験 区 画 （ 敕 地 ） は ５ 区 画 に 区 分 さ れ ， こ め 装 匹 白 体 が 移 動 式 で あ る た め ， 裝 作 に 長 い 日 数 を 要 す る 供 試 体 の 実 験 も 順 次 行 つ て い け る の で ， 実 験 が 能 率 的 に 行 え る よ う に 作 ら れ て い るo
さ て ， 以 上 の 大 聖 降 雨 装 置 を 使 つ て 行 つ た 斜 面 崩 壊 実 験 に つ い て 述 べ る 。
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経過を模型実験によって 解明するため、比較的気に津な土質条件をそな えた砂質土を供試土として、直径5m，天端 5m×5m，斜面傾斜角20°，30°，40°
，50°
の四面体の提体を乾燥密度1.65g/㎝になる ように散水を行いつつ均一に転圧し築造し た。（写真３）
写 真一 ３ 斜面 崩 壊 実 験 用 模型 （40°斜 而， 降 雨 強 度25mm/ 時 ， 降 雨 開始60 分 目 ）
−
こ の斜 而 に 降 雨 を 散 水し ， 斜 而 土 中 に 浸 透 させ ， 間げ き 水圧 の 発 生 と増 大 に よる 斜 面 の せ ん断 強 度 の低 下 に よっ て 破壊 させ る 。 さ ら に こ の浸 透 水圧 が 外 力 と して 斜 面 の土 塊 に 働 き斜 而 を 外 側 に動 か そ う と 作 用 し てい る もの と 考 え ， 提 体 中 に 間げ き 水圧 計 ， 土圧 計 を ， 斜 而 中 央 部 に 互 に 隣接 し た状 態 で 埋 設 し （ 図 一 １ を 参 照 ）， 間 げ き 水 圧 の 増 大 に よ る 土 粒 子 問 の 有 効 応 力 の 減 少 過 程 を 測 定 す る 。
そ し て 有 効 応 力 の 減 少 に よ る せ ん断 強 度 の 低下 を調 べ る た め ， せ ん断 試 験 機 に よっ て そ の土 質特 性 の 解 析 を 行 う 。 また せ ん断 強 度 の 低 下 に よっ て 発 生 す る 斜 面 の ひず み は崩 壊 の 規 模 に関 係 せ ず ， 崩壊 時 期 よ り か な り 前 に 変 化 を 示 す ので ， 崩壊 の 位 置 を 予測 す る に は 土 中 ひ ず みお よ び地 表 面 変 位 を 測 定 す る こ と が 有 効 な 計 測 手 法 であ る と 考 え る 。 そ の た め に 塩 化 ビ ニ ー ル パ･ プ に ひ ず み ゲ ー ジ を 接 粁 し た パ イプ ひ ず み 計 を 土 中 に埋 設 し ， 土 中 ひず みを 測 定 す る。 また 斜 而 に 地 表 面 移 動 計 を 設 置 し， 地 表 面 の 移 動 量 を 測 定 し た。（図 一 １ お よ び 写 真 ４ 参照 ）
さ ら に ， 斜 面 崩 壊 が 発 生 し た 場 合 に， 崩壊 土 塊 の流 動 落 下 エ ネ ル ギ ーが い かに 構 造物 を 破壊 し 人 命 を奪 う か とい っ た現 象 を 解明 する ために，斜面に指標を設定し指標の動きを撮 影 し， 崩 壊 時 の土 塊 の動 き をモ ー シ ョ ン ア ナ ラ イ ザ ーで 解 析す る。（ 写 真 ４ ）
斜 面 崩壊 の 前駆 現 象 を把 握 す る た め の 土 中 ひず み， お よ び地 表 面 変 位 さ ら に土 中 のつ り あい 関係 を判 断 す る た め の 間げ き 水 圧， 土圧 の 測 定 ， お よ び 崩壊 時 の土 塊 の 流動 落 下 現 象 の 測 定 解 析 な ど， 崩壊 発 生 か ら 停 止 まで の 一 連 の 測 定 解 析 を 行 う の であ る が ， こ こ で 問 題 とな る の は 雨 水 が 斜 面 土 中 に 浸 透 し て ， そ の
38 −
斜面が安
図一 １ 計 測器 設 置 位 置
写 真一 ４ 斜 面 に 取付 け ら れ た 計測 器 の状 況
写 真一５ 斜面 崩 壊 実 験 の た め の 計 測 用機 器
水位計 伸 縮計 パイプ歪計 含水量測定用電極
Ｏ 土圧計 一間ゲキ水圧計
た め に 斜 面 が 崩壊 を ひ き 起こ す よ う に な る た め の 要 因 と して 地 下 水 が 支 配 し て い る 要 素 が 非 常 に 大 きい と 考 え ら れ る。 そ こ で 斜 而 上 中 の 浸潤 前 線 の 移動 お よ び そ れ に 従 い 地 下 水而 の 上 昇 と 崩壊 と の関 係 を 調 べ る た め 静 電 容 量 式 水 位 計 を設 微 して 地 下 水 の 崩壊 に お よ ぼ す 影 響 を 調べ た。（図 一 ２ を 参 照 ）
以 上 の実 物 大 の 模 型 を用 い て 雨 水 の 浸 透 か ら， 崩壊 が 発 生 し ， 流動 停止 す る まで の 一 連 の 現 象 を把 握 し ， 斜 面 崩 壊 機構 を 理 解 す る た め の実 験 を行 っ た わけ で あ る が， 大 規 模 な 崩 壊 の 誘因 と な る 斜 面 末 端 部 の 流動 あ るい は 洗 掘 な ど の 局 部 的 な 現 象 が 問 題 と な る。（ 写 真 ６ ）こ の 現 象は 不 透 水層 上 に 発生 す る地 下 水 の 挙 動 に 大 き く左 右 さ れ る も の と 考 え ら れ る 。 今 後 ， 種 々 の 条 件 に お け る 地 下 水 の 変化 と斜 而 の 局 部 的 な 現 象 と の 関 係 を調 べ る 必 要 があ る 。 さ ら に 瞬 時 に 発 生 す る 崩 壊 現 象 も，
斜 而 内 部 お よ び 地 表 面 で は 崩 壊 発 生 の か な り 前 か ら 微 小 変動 を 示 し て お り ， こ れ を十 分 な 精 度 で 測 定 し 得 る な ら ば 布 効 な 予 知 の 因 子 と し て 利 川出 来 る と 考 え る 。 さ ら に 崩 壊 土 塊 の 挙 動 は 初 期 の 状 態 で は 全 体 的 な す べ り を 示 し ， そ の 問 に 崩壊 土塊 は 局 部 的 な 圧 縮 と 引 張
図一２ 斜面 崩 壊 実 験 の た め の 計 測 シ ス テ ム
写 真一６ 斜 面 末 端 部 の 局 部的 な 崩 壊 の 状 況
を起 こ し て い る と 考 え ら れ る 。 全 体的 に は，
崩 壊 土 塊 の 上 部 に お い て は 引 張 力 ， 下 部 にお い て は 圧 縮 力 を受 け て い る 。 そ の 後 崩壊 土塊 は下 部 に お い て 歪 み が 増 大 し ， そ の 結 果， 斜 而下 部 で は隆 起 が 起 こ り， また ， 斜 面 の 上 部 で は沈 下 現 象が 起 こ る と 考え ら れ る。 こ の 現
象はしばしば現場でも見られることであり，
斜 面 を注 意深 く 観察 す る と， 斜 而 の上 部に 引 張 に よ る クラ ック が 発生 し て い た り，さら に ，
写 真一7 40' 斜 面 に 発 生 し た崩 壊 の 状況
斜 面 下 部 が 隆 起 し て い た り ， 押 出 し が 見 ら れ た 場 合 は そ の 斜 面 は 崩壊 の 危 険 性 を 多 分 に 含 んで い る と 判 断 し て 周 辺 住 民 の 避 難 を速 や か に 勧 告 す べ きで あ る 。
今 後 さら に こ の 一 連 の 過 程 を研 究 し て ， 降 雨， 地 形 ， 地 質， 地 被な ど の 要囚 が 複 雑 に組 合 わ さ れて 発生 す る 斜面 崩壊 の予 知 ， 予 測 の 技 術 の向 上 に資 し たい と 考 え てい る。
40 −
