2019 Fiscal Year Annual Research Report
繰返し降雨による斜面の変形と破壊のメカニズム－土砂災害警戒避難基準雨量の高度化－
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18H01674
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
若井 明彦 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (90292622)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
笹原 克夫 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (90391622)
Bhandary NetraPrakash 愛媛大学, 社会共創学部, 教授 (10363251)
蔡 飛 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (20312902)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 繰返し降雨 / 斜面 / 崩壊 / 地すべり / クリープ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
全体計画に基づくこれまでの研究実績を総括すると，砂質土に関連した研究項目としては，斜面模型実験を実施した。地表面と底面が平行な模型斜面を作製し，人工降雨を3-7日間隔で4回与えた。その結果斜面勾配30度の模型では，降雨中（給水時）のみならず降雨後（排水時）も斜面方向の変位は増加したのに対して，斜面勾配40度の模型では1回目の降雨後（排水時）のみ斜面方向の変位は小さく増加したが，2回目以降の降雨後では斜面方向の変位は増加しなかった。
粘性土に関する研究としては，大規模地すべりのクリープ移動を想定し，すべり面粘土の残留状態におけるせん断クリープ挙動を調べるために，既存のリングせん断試験機を改良し，各種調整粘土試料を用いて室内実験を行った。改良試験機による結果を基にせん断クリープ挙動を予測する力学モデル開発に向けてモデル提案と検証した。特に，クリープ曲線の2次クリープから3次クリープへの変位メカニズムに着目し，実験データに基づくモデルを提案した。
以上を踏まえて，ひずみ軟化特性と進行性破壊をモデル化した弾粘塑性構成則に基づくFEM解析手法のプロトタイプを開発し，実際の観測結果の再現を試みた。斜面内部の力学機構が可視化され，繰返し降雨下で崩壊に至る限界降雨量の閾値を推定するのに必要な解析モデル上の項目について引続き検討を進め，本格的なモデル構築ならびにシミュレーション手法の開発に着手した。また，繰り返し降雨時の地下水変動を飽和・不飽和浸透流FEM解析を用いて評価する場合，地下水位の変動結果が貯留係数に影響される。これまで貯留係数は一次元ひずみ状態で地下水位が低下時の値はよく用いられてきた。今年度は2次元平面ひずみ状態での貯留係数を算定する式を理論的に導出した。また，異なるひずみ状態の貯留係数の河川水位変動時における地盤内の水位変動，動水勾配，および盤膨れ安全率に与える影響を比較した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度は，中型の模型斜面を用いて，砂質土斜面に繰り返し降雨を与えた時の斜面の変形については計測データを取得することができた。ただし間隙比など実験条件のコントロールが十分でないので，今後も実施する必要がある。小型の斜面模型を用いた繰り返し降雨の実験については，降雨後の排水を真空ポンプによる負圧の載荷で行うのだが，この載荷方法を検討することに時間がかかり，まだ満足な計測が実施し得ていない。
一方，粘性土に関しては，既存のリングせん断試験を改良し，機械的摩擦を大幅軽減したことを確認した。試験機改良によって粘性土の残留状態におけるせん断クリープ曲線が滑らかになり，提案した力学モデルによる予測値と近い状況になった。過去2年間で予定していた実験方法と試験機の改良は問題なく進んでおり期待していた試験結果も得られている。
クリープ変動に関するFEM解析は前年度に引き続き解析モデルの改良とともに，実際の斜面観測結果の再現に取り組んだ。土の浸透特性に関する研究については，FEM解析に有用な２次元平面ひずみ状態の貯留係数の算定式を導出することができた。ただし，水圧変動による地下水面付近の地下水に含む気泡の体積変化の貯留係数に与える影響は考慮していない。また，水圧の変化による地下水に含む気泡（entrapped air）の体積変化に関する文献に示されている方法に不備があることが分かった。なお，貯留係数の降雨時斜面内の水位変動に与える影響はまだ評価していない。
斜面が繰返し降雨時に突発的に崩壊する機構は地質条件により大きく異なるため，本申請課題においては，その中でも典型的な二種類の地質の斜面をそれぞれ対象として整理することを計画している。各項目毎に取り組むべき事項を計画的に実施しており，研究進捗はおおむね順調と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に進捗した各研究作業を引き継ぎ，砂質土については，中型模型斜面における繰り返し降雨の下での斜面の変位の計測の計測事例を増やす。また小型模型斜面への繰り返し降雨による給水と排水の方法を確立させ，繰り返し降雨の実験を成功させる。
粘性土については，試験機のさらなる改良（特に，せん断中に間隙水圧測定可能にする）を行い，各種せん断クリープ試験結果を基に，2次クリープから3次クリープへの変化メカニズムについて検討を行う。今この変化を実験データを基に回帰分析を行い統計的モデルで表現しているが，力学モデル構築に向け検討を行う。
数値解析関連の項目については，今年度は２次クリープ解析どまりであった弾粘塑性解析の手法を３次クリープまで含めるための数理モデル化上の工夫などについても考察を進めることを目指す。また，水圧変化の地下水に含む気泡の体積に与える影響について理論的な考察を行い，新しい式を導出し，水圧変動による気泡の体積変化の貯留係数に与える影響を調べる。また，繰り返し降雨時斜面内の水位変動の貯留係数に与える影響を飽和・不飽和浸透流解析により調べる。
本年度は研究期間の最終年度であるため，その最後においては，これまでに得られた各研究項目の成果をすべての研究分担者間で情報交換し，最終的に得られた知見の総括と，今後の発展的な研究に向けた課題整理を行う。
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