Transcript 谷埋め盛土の地震時滑動崩落の安定計算手法

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