| 研究課題/領域番号 |
17H04584
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
大津 宏康 京都大学, 工学研究科, 教授 (40293881)
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| 研究分担者 |
立川 康人 京都大学, 工学研究科, 教授 (40227088)
北岡 貴文 京都大学, 工学研究科, 助教 (40741583)
小林 晃 関西大学, 環境都市工学部, 教授 (80261460) [辞退]
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 地盤工学 |
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| 研究実績の概要 |
近年，タイを始めとしてインドシナ地域では，豪雨による土砂災害の発生頻度が増加している．豪雨による斜面崩壊形態の多くは表層崩壊であり，その崩壊は降り始めから比較的短時間で，かつ降雨強度のピーク付近で発生する．このような土砂災害の多くは，風化花崗岩（まさ土）において発生していることが知られている．この要因は，花崗岩の風化特性に起因する．すなわち，風化した土の部分にみずみちが形成されると，土中水はこの空隙を選択的に流れ空隙が拡大し，その結果として間隙比や粒度分布に比べて透水係数が高い土となる．
このような背景から，本研究では，タイ・チェンマイサイト（風化花崗岩残積土を用いた小規模盛土斜面）において，原位置計測（体積含水率，間隙圧）および物理探査（高密度電気探査）を実施してきた．原位置計測結果では，不飽和状態での比較的短時間に発生する降雨浸透をモニタリングするため2～5分間計測を実施してきた．その結果，1時間ごとのデータでは体積含水率とサクションの変化は連動して変化し一見してRichard式で説明できそうな現象も，2～5分の短時間計測では体積含水率とサクションが急激にスパイク状に変化する，いわゆるスパイク現象が確認された．また，斜面の空隙分布に関連した土質の違いを明らかにするために高密度電気探査（電極間隔0.2m）を湿潤状態（雨季）および乾燥状態（乾季）に実施し，その比抵抗の変化量分布から，斜面浅部付近にマクロサイズの空隙（以下，マクロポアと称す）が発達していると解釈される領域が確認された．
以上の原位置で得られた知見から，本研究では斜面におけるマクロポア部での流れ（以下，マクロポア流と称す）が降雨浸透・排水特性におよぼす影響について着目するに至った．その結果として，スパイク現象はマクロポア流に起因するものであり，その現象が浅層崩壊発生の主要因となる可能性が高いことを示した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究では，高密度電気探査結果から細粒分が流出することで形成されたマクロポアが卓越していることが確認されている盛土斜面において，原位置計測結果に基づきマクロポア流に着目した降雨浸透・排水特性について検討を加えてきた．具体的には，降雨に伴う土中水の流れは，メゾ/ミクロサイズの空隙からなるマトリックス部の流れ（以下，マトリックス流と称す）とマクロポア流からなると仮定した．そして，マクロポア流が寄与する度合いについて，体積含水率の計測結果に対してKinematic wave式（以下，KWA式と称す）を適用した逆解析により検討した．この結果として，降雨に伴い体積含水率とサクションがスパイク状に変化するスパイク現象は，純粋なマクロポア流に起因するものであること，およびスパイク現象が発生するか否かの判断指標は圃場容水量となることが明らかとなった．すなわち，体積含水率が圃場容水量を上回った場合には，マトリックス部の飽和度が高いため，降雨による土中水がマクロポア部へ排出され，その水分量は純粋なマクロポア流として下部に移動する．この際のKWA式におけるべき指数aは純粋なマクロポア流に相当する2.0-3.0の値となる．また，間隙圧の計測結果に関しても，間隙圧はマクロポア流が卓越するスパイク現象が発生した場合のみ正の値となることを確認した．この結果より，スパイク状の変化で間隙圧が正の値となるのは，マトリックス流ではなくマクロポア流によると解釈される．この結果より，スパイク現象が，従来より指摘されてきた浅層崩壊は降り始めから比較的短時間でかつ降雨強度のピーク付近で発生することの要因である可能性が高いと推察された．
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| 今後の研究の推進方策 |
前述のように，原位置での体積含水率，間隙圧の計測結果で観測されたスパイク現象はマクロポア流に起因するものであり，その現象が浅層崩壊発生の主要因となる可能性が高いことを示した．ただし，マクロポアの分布は極めて不均一である．このため，例えば既往の研究において，土層を均一とした数値計算では計算で求めた崩壊時刻が現実に発生した時刻より遅れることが指摘されている．
以上の知見を踏まえて，本年度は以下のように原位置計測および物理探査を実施し，マクロポア流が浅層崩壊におよぼす影響について検討を加える予定である．
まず，原位置計測については，計測器（土壌水分計，テンシオメータ）を再設置し計測データを蓄積するとともにその計測結果のKWA式を用いた逆解析を実施することで，これまでに得られたマクロポア流が降雨浸透・排水特性におよぼす影響に関する知見の妥当性について検討を加える．
次に，物理探査については，2種類の探査（高密度電気探査，地下水音流探査）を不均一なマクロポアの分布が検出可能か否かの観点から実施する．具体的には，高密度電気探査（電極間隔0.2m）は，原位置において降雨時（あるいは散水時）に数分間隔で連続計測し，マクロポアが発達している領域，およびマクロポアが発達していない領域での，マクロポア流に起因する比抵抗変化の不均一性が検証可能か否かについて検討する．一方，地下水音流探査は，既往の研究では比較的規模の大きい水みちの検出に適用されてきた実績がある．しかし，本研究では，スパイク現象発生時の体積含水率および間隙圧の変化が急激であることから，マクロポア部では早い流れが生じていることに着目し，降雨時（あるいは散水時）から排水に至る過程での地下水音流の変化状況から，マクロポア発達領域の検出可能性を探るものである．
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