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 西本晴男
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) 道路防災マップを用いた道路斜面の評価技術の開発
(2) 先端的な道路斜面崩壊監視・安定度評価技術の開発
(3) 岩盤斜面の調査・計測・ハザード評価技術の調査
(4) 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
(5) 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
(6) 地すべり危険箇所の抽出手法に関する調査
(7) 地すべり抑止杭工の機能及び合理的設計に関する調査
(8) 光ファイバーセンサーによる地すべり挙動調査
このうち、平成16年度は(1)～(8)の8課題を実施している。
4. 研究の成果
本重点プロジェクト研究の個別研究の成果は、以下の個別論文に示すとおりである。なお、「2．研究の範囲と達成目標」に示した達成目標に関して、これまでに実施してきた研究と今後の課題について要約すると以下のとおりである。
(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
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」「地すべり危険箇所の抽出手法に関する調査」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16年度は、与えられた降雨に対して、流域下流端において流出する土砂量を推定する水・土砂流出モデルを検討した。本モデルは前年度に作成した表面流発生モデルを含み、これまでに三宅島において得られた実際のデータによって検証を行った。今後は、斜面における浸透流や土砂流出、そして、河道部における土砂流出を考慮した解析を実施し、その結果抽出された問題点や課題を整理し，モデルの改良を行う予定である。
「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、火山地域の氾濫域における複雑な地形条件下の泥流の氾濫、堆積特性を明らかにし、火山泥流の氾濫範囲の推定精度向上を図ることによって、最適かつ経済的な施設配置計画の策定手法及び精度の高いハザードマップの作成手法の提案を目的としている。平成16年度は、平成15年度の水理模型実験により明らかになった泥流氾濫を再現するシミュレーション手法とその改善点について検討を行った。過去に行った模型実験の結果を対象に数値計算を行ったが、非構造格子モデルによるシミュレーションのほうが流路沿いの氾濫を表現するなど、構造格子モデルで行う場合より精度よく表現できた。これにより，氾濫域の地形が複雑な場合には非構造格子モデルが有用であることが示された。ただし、非構造格子モデルは、地形データ等の作成に時間を要するため、今後は効率的な非構造格子の設定手法を検討する予定である。
「地すべり危険箇所の抽出手法に関する調査」は、数値標高データなどの国土数値情報を用いて定量的な判定に基づき地すべり地形を抽出する手法及び地すべりの危険度を定量的に評価する手法を提案することを目的としている。平成16年度は、地すべり危険箇所調査における危険度判定結果の精度を向上させることで、地すべり危険度の定量的評価を試みた。２つのモデル地域で、過去の災害発生箇所とその危険度判定結果の整合性を踏まえて多変量解析を行い、実際の災害発生箇所の危険度が高くなるよう、地すべり危険箇所調査要領に記載されている危険度評価項目の得点の重み付けを見直した。今後は考案手法の他地域での適応性を検証した上で、地すべり危険度の定量的評価手法の改良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
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、地すべり抑止杭工の設計において、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16年度は、モデル斜面を用いてFEMと抑え杭の設計式により得られる最大曲げモーメントの関係を調べた結果、くさび杭の設計式を用いた場合に危険側の値を与える場合のあるβ・lが3.0以下の範囲においては、β・lが概ね1.5以上であれば、抑え杭の設計式を用いることで安全側の設計となることが示された。また、FEMにより杭の配置を決定するための検討として、遠心載荷実験を行った結果、杭間隔が広くなると杭山側の土塊が主働破壊し、また、地盤材料によって破壊状況違いが生じることが明らかとなった。今後は、平成16年度に実施した遠心載荷実験結果のFEM解析等を実施し、3次元FEMを用いた杭工の設計手法を検討する予定である。
(3) GIS、ITを用いたのり面・斜面のモニタリング技術、管理技術およびリスクマネジメント技術の開発
個別課題として、「道路防災マップを用いた道路斜面の評価技術の開発」「先端的な道路斜面崩壊監視・安定度評価技術の開発」「岩盤斜面の調査・計測・ハザード評価技術の調査」「光ファイバーセンサーによる地すべり挙動調査」を実施した。
「道路防災マップを用いた道路斜面の評価技術の開発」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16年度は，事前通行規制区間の事例，災害履歴や対策実績のデータを収集し，防災マップの基本的な仕様を整理し，これをもとに防災マップの試作を行った。また，崩壊発生危険度予測手法として，被災履歴に基づく手法および物性値に基づく手法の開発を行った。さらに、道路災害データベースの作成および道路災害分析、事前通行規制区間の規制基準雨量値分析、道路管理瑕疵調査、海外事例調査等を実施し、今後の道路防災分野に関する研究の方向性を検討するための基礎的情報を収集・整理することができた。今後は，防災マップにおける斜面の評価において，崩壊発生危険度予測やこれまでに開発した崩壊到達予測等の客観的手法との組み合わせについて検討する。また、道路管理瑕疵に関する調査や道路防災総点検により対策が必要とされた箇所のデータベース化・分析等の調査を実施するとともに、リスク評価を含んだ道路防災マップをとりまとめる技術の研究等を進めていく予定である。
「先端的な道路斜面崩壊監視・安定度評価技術の開発」は、光ファイバーセンサー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16年度は、斜面構成土の保水特性を把握し、地盤内の水分状況(体積含水率および間隙水圧)の分布をモニタリングすることによって、崩壊危険度を評価する手法を検討した。また、昨年度に引き続き光ファイバセンサ（B-OTDR方式）による変位モニタリングを実施し、計測現場で発生した崩壊を検知するとともに、運用の考え方について検討した。今後は、さらにデータを蓄積すると共に、地盤の保水特性や地域の降雨の免疫性なども考慮した、降雨浸透および斜面変位のモニタリングによる斜面管理に関する検討を進め、斜面管理におけるモニタリングデータの運用方法を取りまとめる予定である。
「岩盤斜面の調査・計測・ハザード評価技術の調査」は、より精度の高い斜面の調査・計測手法（弱層や亀裂分布の調査手法、振動状況による不安定岩盤ブロックの調査手法）や、詳細な危険度マップ作成手法、調査・計測の不確実性を考慮した合理的な危険斜面の評価・抽出手法の提案を目的としている。平成16年度は、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、弾性波トモグラフィー、GISによる岩盤斜面形状の計測及び岩盤斜面での振動計測を実施した。その結果、レーザーミラースキャナーによる斜面形状の計測とGISを用いた表示により、岩盤斜面形状を精細に記載することができた。また、弾性波トモグラフィー探査により斜面背後にある亀裂で劣化した岩盤の存在を明らかにすることができた。そのほか、不安定岩盤ブロックの抽出に振動計測が有効であることを示した。今後は、弾性波トモグラフィー探査のデータと岩盤の表面形状を融合させ空間的に解析することで、岩盤内部におけるP波速度の低速度部を三次元的に求め、安定解析へと発展させるとともに、振動計測による岩盤斜面不安定ブロック抽出手法のマニュアルとしてとりまとめる予定である。
「光ファイバーセンサーによる地すべり挙動調査」は、光ファイバーセンサー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16年度は、平成15年度に引き続いて考案した光ファイバーセンサーを実用化するための改良及び室内における基礎試験と実際にセンサを現地に設置した試験を実施した。改良及び基礎試験では、光ファイバに平成15年度に用いた光ファイバより弾性係数の小さいものを用い、光ファイバーセンサーの変位測定性能の向上化を図った。その結果、非測定区間の光ファイバひずみ量の変動幅が大きく、センサの温度補正精度を低下させていることが懸念された。今後は、この問題を改善するために、光ファイバの配線処理を工夫するなどして本センサによる観測手法を開発し、マニュアルとしてとりまとめる予定である。
個別課題の成果
2.1 道路防災マップを用いた道路斜面の評価技術の開発（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：佐々木靖人，阿南修司，矢島良紀
【要旨】
道路防災においては斜面の危険度評価に基づく合理的な対策の立案が求められているため，災害の要因，履歴，対策等の情報，対策の進捗を明示した道路防災マップを作成し，これらの情報に基づく斜面の危険度評価と防災計画の立案の枠組みを構築することを目的として，面的な危険度評価手法の開発ならびに道路防災マップの作成手法の開発を行っている。
16年度は，道路防災マップの基本的仕様のとりまとめとケーススタディーを行うとともに，崩壊発生危険度予測手法の開発を行った。
キーワード：道路のり面，道路防災マップ，フラジリティー，崩壊危険度分布
2.2 道路防災マップを用いた道路斜面の評価技術の開発（2）
研究予算：運営交付金（道路整備勘定）
研究期間：平14～平19
担当チーム：材料地盤研究グループ（土質）
研究担当者：小橋秀俊、小林嘉章、加藤俊二
【要旨】
本研究は、防災管理に必要な情報を系統的に収集・評価し「道路防災マップ」としてとりまとめる技術および防災マップ等をもとに防災対策の効果を評価する技術を開発する一方で、道路防災分野の研究の今後の方向性を探るための基礎的調査（方向性調査）も実施するものであり、地質チームと合同で実施している。土質チームでは、平成16年度において、方向性調査として、道路災害データベースの作成および道路災害分析、事前通行規制区間の規制基準雨量値分析、道路管理瑕疵調査、海外事例調査等を実施した。
キーワード：道路防災マップ、道路斜面災害、事前通行規制区間、道路管理瑕疵、リスクマネジメント
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：小橋秀俊、金嘉章、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16年度は、斜面構成土の保水特性を把握し、地盤内の水分状況(体積含水率および間隙水圧)の分布をモニタリングすることによって、崩壊危険度を評価する手法を検討した。また、昨年度に引き続き光ファイバセンサ（B-OTDR方式）による変位モニタリングを実施し、計測現場で発生した崩壊を検知するとともに、運用の考え方について検討した。
キーワード：光ファイバセンサ、表層崩壊、降雨浸透、モニタリング
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：佐々木靖人、倉橋稔幸、矢島良紀
【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、弾性波トモグラフィーと、GISによる岩盤斜面形状の計測を実施した。その結果、レーザーミラースキャナーによる斜面形状の計測とGISを用いた表示により、岩盤斜面形状を精細に記載することができた。また、トモグラフィ－探査により斜面背後にある亀裂で劣化した岩盤の存在を明らかにすることができた。
キーワード：岩盤斜面、弾性波トモグラフィ－探査、レーザーミラースキャナー, GIS
2.5 岩盤斜面の調査・計測・ハザード評価技術の調査（2）
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：藤澤和範、浅井健一
【要旨】
本研究では、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岩盤ブロックの抽出手法の検討を行っている。平成16年度は、道路沿いの要対策岩盤斜面における計測結果の解析を行った。その結果、本手法において必要な比較のための適切な安定岩盤計測点を複数の計測点の計測結果から選び出せることが示された。また、振動計測の結果に基づいて岩盤ブロックの亀裂を再観察した結果、岩盤ブロックがさらに小ブロックに分かれて振動していることがわかり、岩盤斜面振動計測の有効性が示された。
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：笹原克夫、山越隆雄
【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，平成16年度は，与えられた降雨に対して，流域下流端において流出する土砂量を推定する水・土砂流出モデルを検討した。本モデルは前年度に作成した表面流発生モデルを含み，これまでに三宅島において得られた実際のデータによって検証を行った。
キーワード：火山噴火，泥流，三宅島，火山灰，水・土砂流出モデル，浸透モデル
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：笹原克夫、田中秀基、山越隆雄、三雲是宏
【要旨】
火山地域における泥流対策を検討する際、正確なハザードマップの作成と被災予測を迅速に行う必要がある。しかし、実際には都市化の進行などの影響もあり氾濫域の地形が複雑になっている場合も少なくない。複雑な地形下においては正確な氾濫範囲を推測するのが困難であり、ハザードマップの精度にも影響が生じることが考えられる。このように複雑な地形下では、泥流氾濫特性の解明によって氾濫シミュレーションとハザードマップの精度を向上させ、さらに、ハザードマップ作成に要する時間を短縮するなど、泥流対策のさらなる高度化が必要となっている。これまでに、湾曲した流路や道路を含む複雑な地形下での土砂堆積傾向を把握するため、実際の市街地配置を再現した水理模型実験を行った。本年度の研究では、昨年度の水理模型実験により明らかになった泥流氾濫を再現するシミュレーション手法とその改善点について検討を行った。
キーワード：泥流、水理模型実験、流路、複雑な地形、氾濫シミュレーション、構造格子、非構造格子
研究予算：運営費交付金（治水勘定）
研究期間：平15～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：藤澤和範、野村康裕、石井靖雄
【要旨】
長野県姫川地区と高知県本山地区の地すべり危険箇所調査結果と災害発生データを元に、多変量解析手法を用い、調査項目ごとの災害発生への影響度合を算定した。その結果に基づき、調査要領に定めた各調査項目の重み付け（配点）を見直した。その結果、姫川地区では、これまで危険度の判定に最も影響の大きかった「地すべり履歴」、「地すべり兆候」の配点を大幅に小さくし、「地すべり地形」、「地形・地質」、「湧水」の配点を大きくすることで危険度判定の災害的中精度が向上することが分かった。本山地区では逆に、「地すべり履歴」、「地すべり兆候」の配点をさらに大きくすることで危険度判定の災害的中精度が向上した。以上の結果から、全国一律の配点で実施している現行の地すべり危険箇所調査では、地域ごとに特徴の異なる地すべりの危険度を必ずしも適切に表現できていないことが分かった。地域によっては調査項目を絞っても現行の精度を維持できる可能性があり、効率的で効果的な危険度評価を行うためには、地域ごとの特性を詳細に検討していく必要があると考えられる。
キーワード：地すべり、危険度評価、多変量解析、地すべり危険箇所調査
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：藤澤和範、石井靖雄
【要旨】
本調査では地すべり土塊の変形係数と杭の曲げ剛性から杭の設計式の適用条件を明らかにするとともに、3次元FEMを用いて杭工を設計する手法を検討している。平成16年度は、モデル斜面を用いてFEMと抑え杭の設計式により得られる最大曲げモーメントの関係を調べた。また、歪計を設置して杭の挙動観測を行っている地すべり地において、杭の変形の再現解析を行い、平成15年度までに作成したFEM解析モデルの妥当性を検証した。さらに、FEMにより杭の配置を決定するための検討として、遠心載荷実験を行い杭間隔が杭間地盤の破壊に及ぼす影響を調べた。その結果、β・lが概ね1.5以上であれば、抑え杭の設計式を用いることで安全側の設計となることが示された。また、杭の変形の再現解析により平成15年度までに作成したFEM解析モデルを用いて杭の実際の変形状況の再現が可能であり、妥当な解析モデルであることが明らかとなった。さらに、遠心載荷実験を行った結果杭間隔が広くなると杭山側の土塊が主働破壊することから主働破壊が生じない杭間隔とする必要があることが明らかとなった。
キーワード：地すべり、抑止杭、有限要素法、変形係数、曲げ剛性
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：花岡正明、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。平成16年度は、平成15年度に引き続いて考案した光ファイバセンサを実用化するための改良及び室内における基礎試験と実際にセンサを現地に設置した試験を実施した。改良及び基礎試験では、光ファイバに平成15年度に用いた光ファイバより弾性係数の小さいものを用い、光ファイバセンサの変位測定性能の向上化を図った。
キーワード：光ファイバセンサ、地すべり挙動調査
