谷埋め盛土の地震時滑動崩落
の安定計算手法
太田ジオリサーチ 正会員 ○太田英将
国土防災技術
正会員 榎田充哉
谷埋め盛土の地震時滑動崩落
の安定計算手法が必要となった背景
• 1995年兵庫県南部地震、2004年新潟県中越地
震で宅地盛土が被災した
• 釜井ほか(1996)などで阪神地域における宅地
谷埋め盛土の被災調査が公表された
• 釜井・守随(2002)などで危険度評価法が提案さ
れた
• 2006年3月に宅造法改正が行われ、同年9月に
施行された。
• 対策工法の「設計」が必要となった
国土交通省(2006):総合的な宅地防災対策に関する検討会報告,http://www.mlit.go.jp/kisha/kisha06/04/040125_2/01.pdf
新たな計算手法が必要となった理由
•
従来手法(2次元断面法)では安定計算として最低限必要な要件を満たせな
かった
←実際に発生した現象(変動・非変動)が再現できない≒信頼性がない
2次元断面法では変動・非変動を
安全率の大小で区別することが
できない
(社)日本地すべり学会(2006):平成17年度谷埋め盛土造成地の危険度評価・安定解析
手法に関する検討業務報告書,国土交通省委託業務
1995年兵庫県南部地震の際のデータセット
全ての始まりは、この調査データにある
変動事例89事例,非変動事例130事例,計219事例
(釜井俊孝先生の調査データ;未公開資料)
分布図
(変動していない盛土データも含まれている)
変動事例
89事例
非変動事例 130事例
溜池は除外
計219事例
同じエリアに変動・非変動混在。
すなわち、地質・震動の違いが最大要因ではないということ。
(釜井データを地形図上にプロットしたもの)
NPO法人都市災害に備える技術者の会(2005);大地震時における宅地盛土に関する調査業務報告書,国土交通省委託業務
傾斜角と盛土深さ
・旧地形傾斜角と変動・非変動にはあまり関係がない
・浅い盛土は変動しやすく、深い盛土は変動しにくい傾向
(釜井俊孝先生の調査データ;未公開資料)
数量化解析では
• 横断形状(W/D比)が
変動・非変動を分ける
最大要因である。
• 底面の抵抗力が著しく
弱く、盛土側部の摩擦
が効いている場合にこ
の現象は起こり得る
そういう実例は・・・ある
釜井俊孝・守随治雄(2002):『斜面防災都市-都市域における斜面災害の予測と対策-』,理工図書,200p
実例は地すべり順算解析
普段は「逆算法」で処理するので気がつきにくいが「順算法」で解こうとすれば
Fs≒1.0の地すべりで検証
強度設定
主たるすべり面強度は著しく小さいが、
周縁部は相対的に大きな強度
全体をピーク強度
2
次 全体を完全軟化強度
元 全体を残留強度
Fs
3.33
1.89
0.65
個別に設定
0.84
全体をピーク強度
3.53
3
次 全体を完全軟化強度
元 全体を残留強度
個別に設定
1.81
0.60
1.01
実測値のみを用いた斜面安定解析の可能性』(2006)
日本地すべり学会関西支部シンポジウム『
美馬健二・城井浩介・太田英将(2006);せん断特性による周縁部強度の選定,第45回日本地すべり学会研究発表会講演集,p.281-284
太田英将(2006):土質試験結果の安定解析への適用,日本地すべり学会関西支部シンポジウム"実測値のみを用いた斜面安定解析の可能性",pp.43-56
安定計算手法の基本原則(結論)
• ありのままの形状(3次元)で、地質・応力状態に
応じてその場所で発揮される強度を入れて計算
する。
• 特に底面と周縁部強度が相対的に大きく異なる
場合には、過度に単純化されたモデルでは順算
法での安全率算定は不可能。
谷埋め盛土の地震時滑動崩落の安定計
算においても基本原則は全く同じ。
Σ抵抗力
Fs=ーーーーーーーー
Σ滑動力
• Σ抵抗力:
原則は
「ありのままに計
算」
①底面抵抗力:過剰間隙水圧が作用している
②側面抵抗力:過剰間隙水圧の影響は小さい
• Σ滑動力:
①重力による接線力:Wsinθ
②地震による水平震度:Kh=0.25
釜井俊孝(2006):地震による大規模宅地盛土地すべりの変動メカニズム,平成15年度~17年度科学研究費補
助金(基盤研究(B))研究成果報告書,120p
土質力学的な課題
(現象の詳細がよくわかっていない)
• いつ過剰間隙水圧が作用するのか?
→揺れの最中?少し経ってから?
• どの程度過剰間隙水圧が作用するのか?
→液状化のレベル?それ以下?
• 滑動するときの安全率はFs<1ということ
以外にはわからない
→Fs=0.2でも0.9でもいいということ。
→単一のサンプルでは検証不能
→変動グループFs<1、非変動グループFs>1
のデータ群として検証が必要
現実的(\)な課題
• たくさん調査できるか?
→多くの調査費が掛けられるか?(悲観的)
• サンプリングできるか?
→盛土と地山の境界部付近のサンプリングは容易か?
(膿んだ土のサンプリング)・・・(悲観的)
• 阪神間のデータを精密化できるか?
→「釜井阪神間データセット」は、W・D・L・Θ(・WL)
→検証するにはW・D・L・Θ (・WL)で表現
→事業で得られるデータもこれと大差ないと仮定
細かな話はデータが揃わない限り何も言えない
簡易計算のモデル化(単純化)
• 現実的には「ありのままの計算」は困難
調査費用・技術の問題・検証データの問題
単純化
側面抵抗=土被り荷重×tanφ’side
似た性質の力で代用
(便宜上!)
(社)日本地すべり学会(2006):平成17年度谷埋め盛土造成地の危険度評価・安定解析手法に関する検討業務報告書,国土交通省委託業務
太田英将(2005):宅地地盤の地震時盛土スベリのメカニズムと対策方法,第44回日本地すべり学会研究発表会講演集,pp.513-516
太田英将(2006):盛土の耐震設計-設計・工事-,平成18年度全国建設研修センター講習会資料
簡易計算モデル
Wt =
γt・Vt
重量(kN)
P
2・1/2・K・γt・D2・L
側方土圧(kN)
Ub =
γw・u・At
底面水圧(kN)
As =
2・D・L
側面積(m2)
Ab =
At/cosθ
底面積(m2)
At
=
= Vt/D
換算平面積(m2)
γt : 土塊の単位体積重量(kN/m3)
γw : 水の単位体積重量(kN/m3)
Vt
:移動体の体積(kN)
{(Vt =A・D・(2/3)またはVt =W・L・D ) }
L:盛土全体の水平長さ(m)
W:盛土の幅(m)
A:調査結果による平面図図上の盛土の面積(m2)
c'1,c'2
: 側面および底面の粘着力(kN/m2)
φ'1,φ'2 : 側面および底面の内部摩擦角(度)
u :水位高さ(m)
Us :過剰間隙水圧(kN){ =γw・At・us }
us :過剰間隙水圧の水位高さ(m)
K :側方土圧係数
(社)日本地すべり学会(2006):平成17年度谷埋め盛土造成地の危険度評価・安定解
析手法に関する検討業務報告書,国土交通省委託業務
kh :水平震度(最大0.25とする)
検証用データセットを解析した結果
(常時)
• 常時の計算では、変動した盛土も非変動だった盛土も、安全率
Fsによる違いはない。
(社)日本地すべり学会(2006):平成17年度谷埋め盛土造成地の危険度評価・安定解析手法に関する検討業務報告書,国土交通省委託業務
検証用データセットを解析した結果
(地震時)
非変動グループFs>1
変動グループFs<1
底面水圧のみ考慮
γt=18kN/m3,底面のc'=0 kPa,φ'=25゜,側面のc'=39kPa,φ'=35゜水平震度kh=0.25,
土圧係数K=0.5,過剰間隙水圧の水圧高さus=3.0m
• 変動した盛土がFs<1、非変動の盛土がFs>1のグループにうまく
分かれている(正答率88.6%)
(社)日本地すべり学会(2006):平成17年度谷埋め盛土造成地の危険度評価・安定解析手法に関する検討業務報告書,国土交通省委託業務
検証用データセットを解析した結果
(地震時-2)
非変動グループFs>1
変動グループFs<1
側面水圧も考慮
•
γt=18kN/m3,底面のc'=0 kPa,φ'=25゜,側面のc'=39kPa,φ'=35゜水平震度kh=0.25,
土圧係数K=0.5,過剰間隙水圧の水圧高さus=3.0m
変動した盛土がFs<1、非変動の盛土がFs>1のグループに分かれるが、底面水圧のみ考慮
の場合より幅/深さ比が小さい非変動グループの安全率が相対的に低下する。
(社)日本地すべり学会(2006):平成17年度谷埋め盛土造成地の危険度評価・安定解析手法に関する検討業務報告書,国土交通省委託業務 の
解析を側部水圧を考慮するよう改変して作成
他の地震での検証
従来型2次元解析
側方抵抗モデル
(社)日本地すべり学会(2006):平成17年度谷埋め盛土造成地の危険度評価・安定解析手法に関する検討業務報告書,国土交通省委託業務
Leshcinskyの解析事例(理想理論モデルでのチェック)
<立体図>
<断面図>
Leshcinskyの理想モデル Fs=1.23
側方抵抗モデル法
Fs=1.299 差0.07
※側方抵抗モデルのk=0.5
<平面図>
2D簡易ビショップ法
Fs=1.036 差0.19
2Dフェレニウス法
Fs=0.998 差0.23
申潤植(1989):『地すべり工学-理論と実践-』,山海堂
谷埋め盛土の地震時滑動崩落の安定計算手法のまとめ
• 理想的には「ありのままの形状でかつ
ありのままの土質強度・せん断抵抗
力・過剰間隙水圧を用いれば演繹的に
安全率を求める」手法で良い。
• 現実の制約条件により上記の達成は困
難なので、側方抵抗力を簡易的にモデ
ル化した計算手法を提案し、阪神の事
例等で検証した結果、良好な適合性が
あった。
以上
側部抵抗の簡単な実験
2次元断面形状はみんないっしょ
• ダンプトラック荷台から砂をすべり落とす実験
安息角は35゜くらい(強い側部抵抗が無い場合)
この2次元断面
を標準とする
資料
太田英将・美馬健二・柏熊誠治(2006):地すべり滑動における側部摩擦効果検証実験,第45回日本地すべり学会研究発表会講演
集,p.285-288
側部抵抗の簡単な実験
2次元断面形状はみんないっしょ
• 砂の中にせん断面ができるとなかなか落ちない
(側部抵抗が底面抵抗に比べて強い場合)
44゜
資料
太田英将・美馬健二・柏熊誠治(2006):地すべり滑動における側部摩擦効果検証実験,第45回日本地すべり学会研究発表会講演
集,p.285-288
盛土変動の「形」
2004年新潟県中越地震で現れた盛土の地表クラック形状
(撮影:太田英将)
資料
土木学会斜面工学研究小委員会「新潟県中越地震モニタリングページ」など
http://www.jsce.or.jp/committee/jiban/slope/tyuuetu_monitoring/monitoring_index.html
参考文献
釜井俊孝・鈴木清文・磯部一洋(1996):平成7年兵庫県南部地震による都市域の斜面変動,地質調査所月報,第47巻,第2/3号,pp.175-200
釜井俊孝・守随治雄・太田英将・原口強(2000):都市域における地震時斜面災害のハザードマップ-宅地盛土斜面の変動予測-,平成12年度日本応用地質学会
シンポジウム"斜面ハザードマップの現状と課題"予稿集,pp.25-37
釜井俊孝・守随治雄(2002):『斜面防災都市-都市域における斜面災害の予測と対策-』,理工図書,200p
釜井俊孝(2003):三陸南地震,宮城県北部地震,十勝沖地震における谷埋め盛土調査,未公開資料
釜井俊孝・守随治雄・笠原亮一・小林慶之(2004):大地震時における大規模宅地盛土斜面の不安定化予測,日本地すべり学会誌,Vol.40,No.5,pp.29-39
釜井俊孝(2006):地震による大規模宅地盛土地すべりの変動メカニズム,平成15年度~17年度科学研究費補助金(基盤研究(B))研究成果報告書,120p
小林慶之(1999):都市域における宅地盛土斜面における地震災害予測図の作成,平成11年度日本大学修士論文,74p
国土交通省(2006):総合的な宅地防災対策に関する検討会報告,http://www.mlit.go.jp/kisha/kisha06/04/040125_2/01.pdf
Leshchinsky, D.(1982):Theoretical analysis of the stability of three-dimensional slopes, Thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree
of Philosophy in Materials Engineering, University of Illinois at Chicago Circle, Chicago, Illinois.
眞弓孝之(2006):安定解析における土質試験結果の適用性,日本地すべり学会関西支部シンポジウム"実測値のみを用いた斜面安定解析の可能性",pp.69-91
美馬健二・城井浩介・太田英将(2006);せん断特性による周縁部強度の選定,第45回日本地すべり学会研究発表会講演集,p.281-284
NPO法人都市災害に備える技術者の会(2005);大地震時における宅地盛土に関する調査業務報告書,国土交通省委託業務
(社)日本地すべり学会(2006):平成17年度谷埋め盛土造成地の危険度評価・安定解析手法に関する検討業務報告書,国土交通省委託業務
中川渉・守随治雄・古木宏和・太田英将・林義隆(2005):周縁部強度を未知数とした3次元安定解析手法の研究,日本地すべり学会誌,Vo.41,No.6,pp.56-65
中川渉(2006):神戸層群の三次元斜面安定解析,日本地すべり学会関西支部シンポジウム"実測値のみを用いた斜面安定解析の可能性",pp.57-67
太田英将・林義隆(2001):周縁部摩擦効果を考慮した地すべりの3次元安定解析,地すべり,Vol.38,No.3,pp.320-324
太田英将(2005):宅地地盤の地震時盛土スベリのメカニズムと対策方法,第44回日本地すべり学会研究発表会講演集,pp.513-516
太田英将(2006):土質試験結果の安定解析への適用,日本地すべり学会関西支部シンポジウム"実測値のみを用いた斜面安定解析の可能性",pp.43-56
太田英将(2006):盛土の耐震設計-設計・工事-,平成18年度全国建設研修センター講習会資料
太田英将・美馬健二・柏熊誠治(2006):地すべり滑動における側部摩擦効果検証実験,第45回日本地すべり学会研究発表会講演集,p.285-288
申潤植(1989):『地すべり工学-理論と実践-』,山海堂pp.653-654
渡正亮・酒井淳行(1975):地すべり地の概査と精査の考え方,土木研究所資料1003号pp.35-36
その他:土木学会斜面工学研究小委員会「新潟県中越地震モニタリングページ」など
http://www.jsce.or.jp/committee/jiban/slope/tyuuetu_monitoring/monitoring_index.html
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谷埋め盛土の地震時滑動崩落の安定計算手法