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) 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15年度は(1)～(9)の9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
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15年度は、平成12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、現地観測および現地調査等を行った。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基本的な降雨流出特性を明らかにした。また、泥流ハイドログラフ推定手法の基礎的な部分である浸透モデルを提案した。今後は、泥流ハイドログラフ推定手法およびガリー侵食による移動可能土砂量の推定手法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泥流の氾濫、堆積特性を明らかにし、火山地域の市街地部における泥流の氾濫範囲推定精度の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15年度は、水理実験及び収集した事例より、市街地部においては、道路部へ流れが集中する傾向があること及び構造物周辺における局所流が土砂堆積に影響を与えることが確認された。これらを受けて、火山地域に存在する市街地部等の複雑な地形条件における泥流の氾濫範囲を推定するためには、既往の泥流シミュレーションプログラムを改良する必要があることが確認された。今後は、これらの課題に対応するために、非構造格子モデルを基本として、渦動粘性項を考慮したモデルの改良を行っていく予定である。
「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15年度は、地すべり地の地形的特徴、移動ブロックと滑落崖の形状、位置関係などから地すべり地を一定のアルゴリズムにより抽出する手法を開発し、その適用性を検証した。その結果、誤判読箇所も認められたが、開発した抽出手法により地すべり地の滑落崖及び頭部を抽出することができた。今後、地すべり地を精度良く抽出するため、地すべりの頭部、末端部において特徴的な地形である遷急線及び遷緩線を抽出する手法を検討し平成15年度に開発した手法に改良を加えるともに、地すべり危険度を相対的に評価する手法についても検討する予定である。
(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15年度は、平成14年度に引き続きモデル斜面を用いた有限要素法解析により地すべり土塊の変形係数と杭の曲げ剛性及び杭の打設位置を変化させた場合の感度解析を行い、杭の設計式の選定手法を検討した。その結果、地すべり土塊の変形係数と杭の曲げ剛性により求められるβ・ｌ が概ね3以下になると、有限要素法解析により得られた曲げモーメントはくさび杭の設計式で求められた曲げモーメントよりも大きくなることが明らかとなった。今後は、抑え杭の設計式の適用範囲を明らかにするとともに、3次元応力解析法を用いた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
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ー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15年度はハザード評価を支援するツールの開発の一環として，崩壊した土砂の到達範囲の予測手法および崩壊発生確率算出手法の検討を行い，崩土到達範囲予測プログラムの試作を行った。また、道路防災総点検結果等の現時点で容易に入手可能なデータのみを用いハザード評価・リスク評価を簡易に行う「斜面リスクの簡易評価システム」を試作し、ケーススタディーを通じて同システムの適用妥当性を検証した。今後は、道路防災マップの作成技術の開発、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ハザードマップの構築手法の検討を行う予定である。
「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15年度は、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による崩壊危険度評価を目的とした浸透模型実験および光ファイバーセンサーの低密度型変位モニタリングを実施し、山砂による模型実験により変位やひずみと地盤中の体積含水率等の関係に対し詳細な検討を行うことによって、変位もしくはひずみのモニタリングによる崩壊予測の可能性が確認できた。また、昨年度から継続して実施している低密度型モニタリングにより小崩壊を検知し、日常降雨によるクリープの分布と崩壊規模の関係を確認した。今後はさらにデータを蓄積し、降雨浸透および累積変位による安定度評価手法について検討するとともに、効率的なモニタリングシステムの開発および運用方法について検討を行う予定である。
「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を高精度で調査する技術や、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15年度は、音波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ほか、亀裂分布のフラクタル解析をおこなった。その結果、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。また、フラクタル解析から、亀裂幅の分布がフラクタル分布であることを示し、亀裂分布の特性を表現した。今後、安定解析と連携させ、岩盤安定性の不確実性を表現するとともに、地質の成因に応じた亀裂観察・解析手法を検討する予定である。
「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15年度は、岩盤接着工が実施された斜面において施工途上と完了後における計測結果の解析を行った。その結果。岩盤接着工によって岩盤が安定化した状況が振動の変化によって捉えられ、岩盤斜面の振動計測が対策工の効果判定に有効な手法となりうることが示された。今後は、他の対策工（アンカー工、ロックボルト工など）の効果判定への適用性の検討、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などを行い、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15年度は、平成14年度に考案した光ファイバーセンサーを実用化するための基礎試験を実施し、光ファイバーセンサーの応力－引張変位特性、光ファイバーセンサーをケース内に収納するための光強度損失、考案した光ファイバーセンサーの変位量とひずみ量との関係などを各々求めた。今後は、本光ファイバーセンサーのひずみ検出部にFBGを用いたものについても検討するとともに、考案したセンサーの基礎実験及び現地試験を実施する予定である。
個別課題の成果
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：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手法の開発を行う必要がある。15年度はハザード評価を支援するツールの開発の一環として，崩壊した土砂の到達範囲の予測手法および崩壊発生確率算出手法の検討を行い，崩土到達範囲予測プログラムの試作を行った。
キーワード：道路のり面，斜面防災，ハザードマップ，崩土到達範囲，フラジリティ
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（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、道路管理者の道路斜面防災対策選定の意志決定支援や道路利用者への情報提供に資するための基礎技術として、GISなどによる道路のり面・斜面崩壊に対する効率的なハザード評価やリスクマネジメント手法の提案、Web GISなどを用いて道路斜面の防災情報を発信する手法の提案を行うもので、地質チームと合同で実施している。このうち、土質チームでは、平成15年度において、道路防災総点検結果等の現時点で容易に入手可能なデータのみを用いハザード評価・リスク評価を簡易に行う「斜面リスクの簡易評価システム」を試作し、ケーススタディーを通じて同システムの適用妥当性を検証した。
キーワード：GIS、道路斜面災害、ハザード評価、リスク評価、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15年度は、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による崩壊危険度評価を目的とした模型実験を実施し、変位やひずみと地盤中の体積含水率等の関係に対し詳細な検討を行うことによって、変位もしくはひずみのモニタリングによる崩壊予測の可能性が確認できた。また、昨年度に引き続き光ファイバセンサの低密度型設置による変位モニタリングを実施し、計測現場において発生した小崩壊により、崩壊発生箇所と周辺地盤の日常降雨による変位の累積分布の関係を確認した。
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
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：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、地質調査法における不確実性を減少させる手法の検討と、フラクタル解析により不確実性を定量的に示す手法を検討したものである。地質調査における不確実性減少のために、地下水位のないボーリング孔に水を強制的に貯留する止水チューブを開発し、そのチューブ中で音波検層（フルウエーブソニック）をおこなうことで、従来の手法に比べて約10倍の密度で連続的にデータを取得することを可能にした。また、ボアホールカメラで記載した亀裂幅をフラクタル解析し、亀裂幅の分布がフラクタル分布することを明らかにした。
キーワード：岩盤斜面、音波検層、不確実性、亀裂幅、フラクタル分布
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、森下淳
【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15年度は、岩盤接着工が実施された斜面において施工途上と完了後における計測結果の解析を行った。その結果、岩盤接着工によって岩盤が安定化した状況が振動の変化によって捉えられ、岩盤斜面の振動計測が対策工の効果判定に有効な手法となりうることが示された。
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：小山内信智、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、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、現地観測および現地調査等を行った。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基本的な降雨流出特性を明らかにした。また、泥流ハイドログラフ推定手法の基礎的な部分である浸透モデルを提案した。
キーワード：火山噴火、泥流、三宅島、火山灰、降雨流出特性、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：小山内信智、田中秀基、山越隆雄、杉浦英二
【要旨】
火山地域における泥流による災害を防止するため、泥流氾濫域を精度良く予測し、警戒避難体制を整備する必要がある。近年火山山麓において都市化が進行している箇所では、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。そこで本年度研究では、昨年度水理実験により明らかになった土砂堆積傾向が実際の市街地配置での場合における実験およびシミュレーションにおける改善点の検討を行った。
キーワード：火山地域、泥流、市街地氾濫、土砂堆積、人工構造物
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、石井靖雄、森下淳
【要旨】
地すべりによる被害の軽減のためには、地すべりの危険箇所、危険範囲を予測してハザードマップを整備することが重要となる。本調査は国土数値情報から地すべり地を抽出する手法の提案を目的としており、平成15年度は地すべり地の地形的特徴、移動ブロックと滑落崖の形状、位置関係などから地すべり地を一定のアルゴリズムにより抽出する手法を開発し、その適用性を検証した。その結果、誤判読箇所も認められたが、開発した抽出手法により地すべり地の滑落崖及び頭部を抽出することができた。
キーワード：地すべり、地すべり危険箇所、クラスタリング、パターン認識
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、鈴木将之
【要旨】
地すべり抑止杭工は地盤条件等によっていくつかの設計式が提案されているが、地すべり土塊の変形係数と杭の曲げ剛性を考慮して杭の設計式を選定する方法は提案されていない。そのため、本調査では地すべり土塊の変形係数と杭の曲げ剛性の関係から杭の設計式の適用条件を明らかにする。平成15年度は、平成14年度に引き続きモデル斜面を用いた有限要素法解析により地すべり土塊の変形係数と杭の曲げ剛性及び杭の打設位置を変化させた場合の感度解析を行い、杭の設計式の選定手法を検討した。その結果、地すべり土塊の変形係数と杭の曲げ剛性により求められるβ・ｌが概ね３以下になると、有限要素法解析により得られた曲げモーメントはくさび杭の設計式で求められた曲げモーメントよりも大きくな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：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。平成15年度は、平成14年度に考案した光ファイバセンサを実用化するための基礎試験を実施し、光ファイバセンサの応力－引張変位特性、光ファイバセンサをケース内に収納するための光強度損失、考案した光ファイバセンサの変位量とひずみ量との関係などを各々求めた。
キーワード：光ファイバセンサ、地すべり挙動調査
