池本　宏文

斜面の浸透特性を考慮した斜面安定解析手法の開発

大塚　悟


　本研究は豪雨時における斜面崩壊の挙動を解析的に表現することを目的としており，そのため，以下3点について取り組んだ．

　1点目として，剛塑性有限要素法により斜面安定解析を行った．有限要素離散化にはPenalty法を用いることで，強度低減型剛塑性構成式を誘導し，非関連流れ則の適用を可能とした．そして，非関連流れ則により単純斜面の安定解析を行い，ダイレイタンシー特性が斜面の安全率へ与える影響は少ないことを明らかにした．次に3次元斜面安定解析手法の開発に取り組み，不均一な自然斜面の安定解析を行った．得られた崩壊形態は実際現象で見られるような，お椀型のすべり形態が得られ，解析の妥当性が確認された．

　2点目として，不飽和飽和浸透解析を行い，豪雨時における斜面内の浸透挙動を解析的に表現した．本解析手法では境界条件の設定として，降雨などの固定流速境界と水が流出する浸出境界を同時に扱い，境界上での流入出量と圧力水頭を同時に算出する流出入境界を開発した．豪雨時における浸透解析では，降雨強度，試料の2点を変化させ解析を行った．降雨強度の影響では，強度の強いときほど自由水面は地表面に近く，短い時間で定常状態に至ることが分かった．試料の影響では，保水性の高い試料ほど，定常状態における自由水面の位置が高く，自由水面上の水圧も高くなることが分かった．また，得られた流速ベクトル図から，斜面のり先において小崩壊発生の主要因とされる上向きの浸透流が確認できた．

　3点目として，斜面安定解析と不飽和飽和浸透解析を連成させることで豪雨時における斜面安定解析を行った．解析は，降雨強度，試料，地盤定数を変化させて行い，崩壊挙動のシミュレーションを試みた．その結果，矢田部らが報告している上向きの浸透流が生じており，斜面先において小崩壊が発生する崩壊形態が得られた．また，すべり線は斜面上の自由水面の位置から斜面先にかけて発生するものとなった．実際現象では，斜面先における小崩壊をはじめとして，斜面上部へと崩壊が進行する進行性の崩壊挙動が数多く報告されており，解析結果は斜面崩壊を決定する1次崩壊を表現していると考えられる．
その他，得られた知見を箇条書きにする．
・ 安全率の時間変化を表す曲線では，変曲点において崩壊形態の変化が生じている．
・ 降雨強度が低い場合には崩壊に至らないケースもあるが，降雨強度が高くなるほど，短い時間で斜面崩壊が発生する．また，降雨強度が高いものほど，短い時間で崩壊形態の変化が生じる．
・ 飽和透水係数が同程度であれば保水性の高い試料のほうが崩壊しやすく，崩壊形態は斜面表層部が広範囲にわたりすべる崩壊形態となる．
・ を変化させることで，斜面の崩壊形態が変わり，の大きいものほど短い時間において崩壊形態の変化が生じる．また，すべりの深さはの大きなものほど浅い位置にて発生する．