II のり面・斜面の崩壊・流動災害軽減技術の高度化に関する研究
研究期間：平成14年度～17年度
プロジェクトリーダー：土砂管理研究グループ長 仲野公章
研究担当グループ：材料地盤研究グループ（土質、地質）、土砂管理研究グループ（火山・土石流、地すべり）、新潟試験所
1. 研究の必要性
近年頻発する豪雨・地震・火山噴火等に伴うのり面・斜面災害から国民の生命・財産を守るためには、防災施設の着実な整備に加えて、発生した災害を最小限にくい止め、二次災害の発生を防止する減災技術の積極的な推進が求められている。
2. 研究の範囲と達成目標
本重点プロジェクト研究では、のり面・斜面災害の軽減技術のうち、集落及び道路を保全対象として、災害危険度予測技術の開発、のり面・斜面保全工の最適配置・設計手法の開発、新技術を導入したのり面・斜面の調査・モニタリング技術の開発、道路斜面リスクマネジメント技術の開発を行うことを研究の範囲とし、以下の達成目標を設定した。
(1) 危険箇所、危険範囲の予測と総合的なハザードマップの作成技術の開発
(2) 数値解析によるのり面・斜面保全工の最適配置・設計手法の開発
(3) GIS、ITを用いたのり面・斜面の調査・モニタリング技術の開発、道路斜面リスクマネジメント技術の開発
3. 個別課題の構成
本重点プロジェクト研究では、上記の目標を達成するため、以下に示す研究課題を設定した。
(1) GISを用いた道路斜面リスクマネジメントシステムの開発
(2) 先端的な道路斜面崩壊監視・安定度評価技術の開発
(3) 不確実性を考慮した岩盤斜面ハザード評価技術に関する調査
(4) 岩盤斜面モニタリング手法の高度化に関する試験調査
(5) 火山活動の推移に伴う泥流発生危険度評価と規模の予測手法に関する研究
(6) 火山地域における泥流氾濫シミュレーション及びハザードマップの精度向上に関する研究
(7) 地すべり危険箇所の抽出手法に関する調査
(8) 地すべり抑止杭工の機能及び合理的設計に関する調査
(9) 光ファイバーセンサによる地すべり挙動調査
このうち、平成14年度は(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)(9)の8課題を実施している。
4. 研究の成果
(1) 危険箇所、危険範囲の予測と総合的なハザードマップの作成技術の開発
関連する個別課題として、「火山活動の推移に伴う泥流発生危険度評価と規模の予測手法に関する研究」「火山地域における泥流氾濫シミュレーション及びハザードマップの精度向上に関する研究」を実施した。
「火山活動の推移に伴う泥流発生危険度評価と規模の予測手法に関する研究」は、火山噴火に伴う降灰による影響を受けた流域において火山活動の推移に伴う降灰範囲や厚さなど流域特性の経時変化を考慮した泥流発生危険度評価と規模の予測手法を開発することを目的としている。平成14年度は、2000年7月に噴火してその後泥流による被害の著しかった三宅島を対象として、現地観測、現地調査、および空中写真判読等を行い、それらの結果をもとに泥流ハイドログラフの予測手法、表面流出特性、土壌水分特性及び浸透モデル、ガリー侵食特性の検討を行った。これらの結果から、三宅島における、降灰の影響による斜面およびガリーの降雨流出，土砂流出特性が部分的に明らかになった。斜面の火山灰堆積厚、ガリー内のスコリアの有無等がこれらに影響を及ぼしていると考えられた。また、三宅島のガリーの経時的発達特性を明らかにするとともに、その形成特性に地形・地質が大きく影響していることを示した。今後は、浸透モデルと表面流流下モデルを組み合わせた火山灰堆積斜面からの降雨流出モデル、空中レーザー測量データを利用したガリー侵食量の評価及び表面侵食について検討を行う予定である。
「火山地域における泥流氾濫シミュレーション及びハザードマップの精度向上に関する研究」は、道路や建造物などの人工構造物の影響を受けた場合の火山泥流の氾濫、堆積特性を明らかにし、都市部における火山泥流の氾濫範囲推定精度の向上を図ることを目的としている。平成14年度は、宅地部への泥流氾濫を想定した水理模型実験を行った結果、土砂の堆積が家屋周辺の局所流の影響を受けていることが見いだされた。今後は、今後は、家屋密度と配置の違いによる局所流の発生条件や土砂堆積量の関係などについて、さらに水理模型実験を実施して確認するとともに、家屋群及び道路による影響や家屋群内の局所流を再現できる泥流氾濫シミュレーション手法の構築を行っていく予定である。
(2) 数値解析によるのり面・斜面保全工の最適配置・設計手法の開発
関連する個別課題として、「地すべり抑止杭工の機能及び合理的設計に関する調査」を実施した。本研究は、地すべり抑止杭工において、地盤の物性値と杭材の物性値を考慮した杭形式の合理的な選定手法、3次元応力解析法による杭工の設計手法を提案することを目的としている。平成14年度は、現地での杭変位の計測事例を収集し既往設計法の適合性を検証するとともに、有限要素法を用いて地盤と杭材の物性値、杭工の打設位置を変化させた感度分析を行い、杭の変形に影響を与える因子を分析した。その結果、くさび杭の挙動を示していた事例においては、現行設計式で得られる曲げモーメント分布と整合した値が得られ、設計式の適合性が高いことが確認された。また、モデル斜面を用いて地盤と杭の物性値、杭の打設位置を変化させながら感度分析を行った結果、地すべり移動層の変形係数が杭の変形に大きな影響を与えることがわかった。さらに、杭の打設位置を変化させて解析を行った結果、杭に作用するせん断力及び曲げモーメントが最大となる地点が判定でき、杭の打設位置決定の目安として活用できる可能性があることがわかった。
今後は、有限要素法を今回収集した杭変位の計測事例に適用し、杭形式の選定手法、杭の打設位置の検討等を行っていく予定である。
(3) GIS、ITを用いたのり面・斜面の調査・モニタリング技術の開発、道路斜面リスクマネジメント技術の開発
関連する個別課題として、「GISを用いた道路斜面リスクマネジメントシステムの開発」「先端的な道路斜面崩壊監視・安定度評価技術の開発」「不確実性を考慮した岩盤斜面ハザード評価技術に関する調査」「岩盤斜面モニタリング手法の高度化に関する試験調査」「光ファイバーセンサによる地すべり挙動調査」を実施した。
「GISを用いた道路斜面リスクマネジメントシステムの開発」は、GISを活用した面的なハザード評価やリスクマネジメント手法の開発、ならびにweb-GISなどによる道路斜面防災情報のリアルタイムな発信の手法の開発を行うことを目的としている。平成14年度は、「道路斜面ハザードマップ作成要領（案）」、「道路斜面防災GISデータ整備標準仕様書（案）」、「道路斜面防災GIS標準仕様書（案）」などのマニュアルや標準仕様書の素案の作成、道路管理者用の「プロトタイプ道路斜面防災GIS」の試作を行った。また、「道路斜面災害のリスク分析・マネジメント支援マニュアル（案）」にもとづくリスク評価手法に対し、ケーススタディー等を通じて、利用側ニーズに直結させるための着眼点の抽出を行った。今後は、プロトタイプ道路斜面防災GISを現場で試験的に活用して実務における問題点を修正し、標準仕様書（案）等に反映させるほか、GISを用いたハザードマップ作成支援システムの高度化、降雨量の予測データなどを活用したリアルタイムハザードマップの構築、GIS等に搭載するリスク評価結果提示プロトタイプの作成を行う予定である。
「先端的な道路斜面崩壊監視・安定度評価技術の開発」は、光ファイバセンサを活用した線的あるいは面的な斜面崩壊モニタリングシステムの開発と、表面変状および降雨浸透モニタリングによる内部応力の変化を考慮したリアルタイムでの斜面の安定度評価による総合的な斜面崩壊予測手法の開発を目的としている。平成14年度は、地形条件を考慮してB-OTDR方式の光ファイバセンサを路線方向に低密度に設置し、変状ブロックの規模と移動方向の推定方法に関する検討を行った結果、降雨イベントに対する累積変位を用いることで、斜面内の崩壊ブロックの規模および移動方向の推定が可能であることがわかった。また、これまでの成果をとりまとめて「光ファイバセンサを活用した斜面崩壊モニタリングシステムの導入・運用マニュアル（案）」を作成した。今後、さらにデータを蓄積し、降雨浸透および累積変位による斜面の安定度評価・崩壊予測手法について検討するとともに、路線管理を目的とした低密度型モニタリングシステムの検討・開発を行い、対策位置あるいは監視強化位置のスクリーニング技術の検討を行う予定である。また、システム開発等に合わせてマニュアル（案）を適宜改訂していく予定である。
「不確実性を考慮した岩盤斜面ハザード評価技術に関する調査」は、岩盤斜面の安定性に大きく関わる弱層や亀裂などの調査の不確実性の減少及び不確実性を考慮した合理的な安定性評価手法の開発を目的としている。平成14年度は、エアートレーサー試験や物理検層手法を用いた地質調査の不確実性を減少させる手法について検討を行った。その結果、エアートレーサー試験についてはマニュアルを作成するとともに、孔内型地中風速測定と複合して用いることによる調査の効率化を実現した。また、物理検層を用いた調査では、水が注入されたチューブをボーリング孔内に挿入し計測することで、従来の約10倍の密度で連続的に岩盤斜面中の亀裂や劣化部分を検出することを可能にした。今後、機材の改良とともに、これらの調査手法の結果を岩盤斜面の安定性評価へと発展させるため、計測し記載した亀裂を定量的に把握し、亀裂自体の力学物性を評価する方法の検討を行う予定である。
「岩盤斜面モニタリング手法の高度化に関する試験調査」は、常時微動計測及び人工振源を用いた振動計測による岩盤斜面の不安定ブロックの抽出手法を提案することを目的としている。平成14年度は実際の岩盤斜面における計測結果をもとに不安定ブロックの抽出可能性について検討を行った。岩盤ブロックを人工的に不安定化させながら計測を行った結果、岩盤ブロックが不安定化すると振幅が大きくなることが示されたほか、住宅地近傍の岩盤斜面において計測を行った結果では、安定ブロックと不安定ブロックを区別できるとともに、その中でも特に不安定なブロックを抽出することができ、これらの結果によって岩盤斜面の振動計測が不安定ブロックの抽出に有効であることを示すことができた。今後、各種の振源を用いた計測データの解析を進めるとともに、さらなるデータの蓄積により、適切な振動源の検討、より適切な不安定範囲の評価方法の検討を行う予定である。
「光ファイバーセンサによる地すべり挙動調査」は、光ファイバセンサを活用した地すべりの面的挙動調査法の提案を目的としている。平成14年度は、既存の観測データをもとに、光ファイバセンサを地すべり挙動調査に用いた場合の解決すべき課題（大きな歪量への対応、保護管、埋め戻し材など）について検討した。また、その結果をもとに、地すべり挙動調査用光ファイバセンサを考案した。今後は、今回検討した結果に関する現地試験を実施するとともに、考案したセンサの基礎実験及び現地試験を実施する予定である。
2.1 GISを用いた道路斜面リスクマネジメントシステムの開発（1）
研究予算：運営費交付金（道路整備勘定）
研究期間：平14～平17
担当チーム：材料地盤研究グループ（地質）
研究担当者：脇坂安彦、佐々木靖人、阿南修司、柴田光博
【要旨】
限られた予算の中で膨大な数に及ぶ道路のり面・斜面の見逃しない安全対策を行うために、GISを活用した面的なハザード評価やリスクマネジメント手法の開発、ならびにweb-GISなどによる道路斜面防災情報のリアルタイムな発信の手法の開発を行う必要がある。14年度は、「道路斜面ハザードマップ作成要領（案）」、「道路斜面防災GISデータ整備標準仕様書（案）」、「道路斜面防災GIS標準仕様書（案）」などのマニュアルや標準仕様書の素案の作成を行うとともに、道路管理者用の「プロトタイプ道路斜面防災GIS」の試作を行った。
キーワード：道路、のり面、斜面、防災、ハザードマップ、GIS
2.2 GISを用いた道路斜面リスクマネジメントシステムの開発（2）
研究予算：運営交付金（治水勘定）
研究期間：平12～平17
担当チーム：耐震研究グループ（振動）
研究担当者：田村敬一、岡村未対、谷本俊輔
【要旨】
本研究は、堤防の地震時沈下量予測法の開発と許容沈下量に基づいた、より合理的な耐震対策工の設計法の提案を目的に実施するものである。
H14年度は、H13年度までに開発した地震時の天端沈下量予測法を、改良体の支持層が粘土の場合にも適用できるよう発展させた。また、固結工法および締固め工法による対策工の内部安定性について現場試験、3次元有効応力解析等により検討し、より合理的な改良地盤の強度評価法を提案した。
これらの成果をとりまとめて、「河川堤防の液状化対策工法設計施工マニュアル（案）」の改定原案を作成した。
キーワード：液状化、耐震対策、地盤改良、沈下量評価
研究予算：運営費交付金（道路整備勘定）
研究期間：平14～平17
担当チーム：材料地盤研究グループ（土質）
研究担当者：恒岡伸幸、小橋秀俊、加藤俊二
【要旨】
本研究は、光ファイバセンサを活用した線的あるいは面的な斜面崩壊モニタリングシステムの開発を行うとともに、表面変状および降雨浸透モニタリングによる内部応力の変化を考慮したリアルタイムでの斜面の安定度評価による総合的な斜面崩壊予測手法の開発を目標として実施するものである。
平成12年度より、全国6カ所の実斜面に光ファイバセンサを設置し、崩壊予測を目的とした個別斜面の高密度型モニタリングシステムの適用性確認を行ってきた。平成14年度は、地形条件を考慮してB-OTDRを路線方向に低密度に設置し、変状ブロックの規模と移動方向の推定方法に関する検討を行った。その結果、降雨イベントに対する累積変位を用いることで、斜面内の崩壊ブロックの規模および移動方向の推定が可能であることがわかった。また、これまでの成果をとりまとめて「光ファイバセンサを活用した斜面崩壊モニタリングシステムの導入・運用マニュアル（案）」の作成を行った。
キーワード：光ファイバセンサ、斜面崩壊、モニタリング、マニュアル
2.4 不確実性を考慮した岩盤斜面ハザード評価技術に関する調査
研究予算：運営費交付金（道路整備勘定）
研究期間：平14～平17
担当チーム：材料地盤研究グループ（地質）
研究担当者：脇坂安彦、佐々木靖人、倉橋稔幸
【要旨】
本研究は、岩盤斜面の安定性評価に伴う不確実性を減少させることを目的に、エアートレーサー試験や物理検層手法を用いた地質調査法における調査の不確実性を減少させる手法について検討を行った。
その結果、エアートレーサー試験ではマニュアルを作成するとともに、孔内型地中風速測定と複合して用いることによる調査の効率化を実現した。また、物理検層を用いた調査では、ボーリング孔内に水を強制注入することで、亀裂を従来の約10倍の密度で連続的に岩盤斜面中の劣化部分を検出することを可能にした。
キーワード：岩盤斜面、エアートレーサー試験、物理検層
研究予算：運営費交付金（道路整備勘定）
研究期間：平14～平17
担当チーム：土砂管理研究グループ（地すべり）
研究担当者：小山内信智、浅井健一、森下 淳
【要旨】
岩盤斜面における不安定ブロックの抽出手法として、常時微動計測及び人工振源を用いた振動計測による不安定ブロックの抽出手法の検討を行った。岩盤ブロックを人工的に不安定化させながら計測を行った結果、岩盤ブロックが不安定化すると振幅が大きくなることが示された。また、住宅地近傍の岩盤斜面において計測を行った結果では、安定ブロックと不安定ブロックを区別でき、その中でも特に不安定なブロックを抽出することができた。これらの結果は岩盤斜面の振動計測が不安定ブロックの抽出に有効であることを示したものといえる。
キーワード：岩盤斜面、常時微動、振動
2.6 火山活動の推移に伴う泥流発生危険度評価と規模の予測手法に関する研究
研究予算：運営費交付金（治水勘定）
研究期間：平13～平17
担当チーム：土砂管理研究グループ（火山・土石流）
研究担当者：渡 正昭、桜井 亘、山越隆雄、石田哲也
【要旨】
火山噴火に伴う降灰による影響を受けた流域における泥流発生危険度評価と規模の予測手法を開発するため、2000年7月に噴火してその後泥流による被害の著しかった三宅島を対象として、現地観測、現地調査、および空中写真判読等を行った。これらの結果から、三宅島における、降灰の影響による斜面およびガリーの降雨流出，土砂流出特性が部分的に明らかになった。斜面の火山灰堆積厚、ガリー内のスコリアの有無等がこれらに影響を及ぼしていると考えられた。また、三宅島のガリーの経時的発達特性を明らかにするとともに、その形成特性に地形・地質が大きく影響していることを示した。
キーワード：火山噴火、泥流、三宅島、降雨流出特性、土砂流出特性、ガリー侵食
2.7 火山地域における泥流氾濫シミュレーション及びハザードマップの精度向上に関する研究
研究予算：運営費交付金（治水勘定）
研究期間：平14～平17
担当チーム：土砂管理研究グループ（火山・土石流）
研究担当者：渡 正昭、桜井 亘、石田哲也
【要旨】
火山泥流による災害を防止するため、泥流氾濫域を予測し警戒避難体制を整備する必要がある。しかし、近年火山山麓が都市化しつつあり、このような箇所では、火山泥流の流下・堆積が建造物や道路等の人工構造物の影響を受け、複雑になり、氾濫域を正確に予測することが困難である。そこで本年度の研究では、道路や建造物などの人工構造物の影響を受けた場合の火山泥流の氾濫、堆積特性を、水理模型実験により明らかにした。
キーワード：火山泥流、市街地氾濫、人工構造物、土砂堆積、水理実験
研究予算：運営費交付金（治水勘定）
研究期間：平14～平17
担当チーム：土砂管理研究グループ（地すべり）
研究担当者：小山内 信智、石井 靖雄
【要旨】
本調査は、地盤の物性値と杭材の物性値を考慮して杭形式を選定する手法を検討することを目的として、現地での杭変位の計測事例を収集し既往設計法の適合性を検証するとともに、モデル斜面を用いた有限要素法解析により地盤と杭材の物性値、杭の打設位置を変化させた感度分析を行い、杭の変形に大きな影響を与える因子の検討を行った。その結果、くさび杭の挙動を示していた事例においては、現行設計式で得られる曲げモーメント分布と整合した値が得られ、設計式の適合性が高いことが確認できた。また、地盤と杭材の物性値、杭の打設位置を変化させた感度分析の結果、地すべり移動層の変形係数が杭の変形に最も大きな影響を与えることがわかった。
キーワード：地すべり、抑止杭、有限要素法、杭形式
研究予算：運営費交付金（治水勘定）
研究期間：平14～平17
担当チーム：新潟試験所
研究担当者：武士俊也、丸山清輝、吉田克美、小嶋伸一
【要旨】
本調査は、光ファイバセンサを活用した地すべりの面的挙動調査法の提案を目的として、平成14～17年度の4カ年計画で実施するものである。初年度である平成14年度は、既存の観測データをもとに、光ファイバセンサを地すべり挙動調査に用いた場合の解決すべき課題について検討した。また、その結果をもとに、地すべり挙動調査用光ファイバセンサを考案した。
キーワード：光ファイバセンサ、地すべり挙動調査
