2020 Fiscal Year Annual Research Report
Detecting precaution, prediction, and early warning for surface landslides
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20H02239
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
内村 太郎 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (60292885)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 斜面防災 / モニタリング / 早期警報 / 崩壊予測 / 不飽和土 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、①豪雨時の崩壊前兆のメカニズムを考慮した斜面の状態把握の方法と警報基準の検討、②弾性波を用いた斜面表層の状態変化と初期変位の検出 について、模型実験と実斜面の観測で検証する。
①は、斜面表層が崩壊する前に微少かつ加速的に変形する様子をセンサーで監視して、早期警報に役立てようという試みである。特にその加速特性を理解して、斜面の動きから崩壊時刻を予測する方法を検討する。２０２０年度は、斜面表層のせん断崩壊の過程を、高さ5cm×20段 = 1m のせん断土層で模擬して観察した。表層崩壊のすべり面は平均深さ約1.2m という統計があり、室内実験でありながら、ほぼ実物大の模型といえる。各層に、深さと想定斜面勾配に応じた一定のせん断力をエアシリンダでかけた状態で、上面から雨水を浸透させた。また、多層でなく１層の大型一面せん断も行い、すべり面への雨水の浸入に伴って変形が侵攻し破壊する過程を、従来の崩壊予測手法と見比べながら検証した。
また、斜面崩壊前の現象を理解する方法の一つとして、斜面地盤が土質の異なる複数の地層で構成される場合に、浸透した雨水がどのように浸透し、斜面崩壊を起こすかを、模型実験で観察した。
②は、降雨によって斜面の表層地盤が軟化したり、歪んだりする状態を、弾性波の伝わり方の変化を使って検知して、早期警報に役立てようという試みである。これまでの研究で、表層に雨水が浸入したとき、およびせん断変形が生じたとき、それぞれ弾性波速度が有意に低下することが分かっている。これまでに、不飽和土の三軸供試体での実験や斜面模型の降雨実験で、地中の加振器から地表の受信機までの弾性波速度を測定してきた。２０２０年度は、上記の多層せん断土槽での実験中に、模型内部で測定された弾性波の伝播速度と減衰について、結果をまとめて発表した。
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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
①豪雨時の崩壊前兆のメカニズムを考慮した斜面の状態把握の方法と警報基準の検討 については、一連の実験を行い、従来の崩壊予測式（斎藤・福囿らの方法）に当てはめる試みをした。これらの予測式に当てはめようとすると、式のパラメタが2段階に変化する傾向があることが見られ、その視点で過去に観測した実斜面のデータなどを見直しても、同様の傾向があることに気づいた。
また、斜面地盤が土質の異なる複数の地層で構成される場合の雨水の浸透と斜面崩壊に関する模型実験では、とくに地層境界でキャピラリバリアが生じる条件の場合に、雨水が滞留し、バリアが破れるときに多量の間隙水が一気に流下して、パイピングを起こす様子が観察された。従来の知見でもあまり認識されず、また実験を行うまでは予想しなかった現象であり、斜面の挙動監視に基づく崩壊予測においても、斜面地盤内部の構造の影響を考慮することの必要性を示した。
②弾性波を用いた斜面表層の状態変化と初期変位の検出 については、２０２０年度は、主に過去の実験データを整理し、論文として発表した。また、２０２１年度に向けて、一面せん断試験機を改造し、供試体内のサクションと弾性波伝播を同時に測定できる治具を作成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
①豪雨時の崩壊前兆の機構に基づく斜面の状態の把握と警報基準の決定
１年目に続いて、せん断土層で斜面表層を模擬する実験を行う。加えて、標準的な大きさ（試料の直径６ｃｍ、厚さ２ｃｍ）の一面せん断試験機を用いて、せん断破壊前の変位の進行を、より多様で精密に制御された条件で測定する。１年目は、砂質土を使って実験したが、せん断応力が強度に達すると急に破壊する傾向があり、時間とともに変位が進行する様子を観察するのが難しかった。本年度は、硅砂にカオリンを混ぜた試料を使って、破壊前の変位を測定しやすくする。
次に、傾斜データに基づく崩壊時刻の予測式を検討する。これまでに、崩壊前の加速過程で、傾斜角と地表の変位とが比例する関係を見いだしており、これを従来の変位に基づく予測式に代入すると、傾斜データに基づく予測式を得られる。本研究では、多層せん断模型、１面せん断模型、および現場の実測データを使って、様々な土質、大きさ、傾斜の斜面で予測式を検証する。
②弾性波を用いた斜面表層の状態変化と初期変位の検出
１年目に、一面せん断試験機を改造し、供試体内のサクションと弾性波伝播を同時に測定できる治具を作成したので、これも用いて、水浸とせん断応力・変形による弾性波伝播特性の変化をさらに様々な条件で調べて、その仕組みを解明する。
③実斜面を人工的に崩壊させ、崩壊前の変位を詳細に測定し、崩壊時間の予測と早期警報の技術を開発する実験が企画されている。これに参加し、上記の結果を検証する。
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