Feel＆Think

前回までに、自重解析の結果と震度法解析の結果をもとに、常時と地震時における斜面の安定性評価を行うアイデアを試してみました。
今回は、豪雨時における斜面の安定性を評価する方法を検討します。
豪雨が斜面安定に及ぼす影響を検討するためには、地下水流れと変形の連成解析を用いることが考えられます。この手法では、豪雨時に地表面から浸透する水によって間隙水圧が増加する現象や、間隙水圧の変化による地盤の変形を表現することができます。
一方で、次のような課題を解決する必要があります。

• 地形を四角形に切り取ったようなモデルで、地下水流れの境界条件をどうするか
• 豪雨時に地表面から浸透する水の量をどう定めるか
• 連成現象に関連する物性値をどう定めるか

ここでは、豪雨時における地下水流れの特徴を調べることを目的として、次のような極端な条件を設定することとしました。

図1に解析に用いた3次元数値モデルを示します。まず、境界条件として、側面と下面を非排水境界とします。また、地表面は間隙水圧0の境界、すなわち、地下水面が地表面と同じとします。このような条件は、豪雨が続き地下の地盤が全て水で飽和した状態を想定したものです。この状態では、地表面直下の間隙水圧勾配が静水圧状態に比べ小さい場合は、その勾配に応じて地下水が流入し、大きい場合は地下水が流出します。

さらに、地下水流れに関しては定常状態を仮定します。定常状態とは、時間が十分経過し間隙水圧の変化がなくなった状態を指します。このときは、地下水の流出と流入のバランスが、解析モデルの範囲内で保たれています。また、地盤の変形は変化せず、地下水流れの解析に連成効果を考慮せずにすみます。

なお、地盤の透水性は一様とし、大局的な地下水流れの特徴に調べることとしました。
このような極端な条件を設定することで、先に述べた課題を解決しつつ、豪雨時の地下水流れの特徴を調べることが可能となると考えました。

解析にはFLAC3Dを用いました。
まず、地下水流れの解析結果を図2に示します。図は、定常状態での流速ベクトル分布を示しており、矢印で流速の方向と大きさ、色で流速の大きさを表しています。図3はこれを拡大したものですが、沢部で地下水が流出し、その流速が大きいことがわかります。法尻部でも、同様な傾向が認められます。
これに対して、山頂部では地下水が流入していることがわかります。流速ベクトルを表す矢印が地表面に対し内向きとなるため、矢印が表示されていません。

このような傾向が得られる原因を、2次元の単純化したモデルを用いた解析結果をもとに調べてみます。モデルの高さは、右辺が100mで左辺が30mです。
図4には、定常状態での間隙水圧の分布を、また図5には流速ベクトル分布を示します。
間隙水圧の分布を見ると、斜面上部ではコンタ（等値面）の幅が広く、鉛直方向の勾配が静水圧の勾配より小さいために下向き（流入方向）の流れが生じます。逆に、法尻部では間隙水圧の勾配が大きく、上向き（流出方向）の流れが生じます。

このように、豪雨時には法尻部で地下水の流出が集中的に発生すると推測できます。図6で示した拡大図でも、同様な傾向が見て取れます。
このような地下水の流出が、斜面の安定にどのような影響を及ぼすのかについては、次回に述べたいと思います。