基礎地盤の液状化に伴うアースダム堤体の破壊時挙動

• 担当機関: （国研）農業・食品産業技術総合研究機構 農村工学研究部門
• 研究期間: 2016～2018
• 研究担当者: 林田洋一; 増川晋; 田頭秀和
• 発行年度: 2018
• 要約: 基礎地盤の液状化による傾斜コア型アースダム堤体の破壊は、液状化地盤と堤体の相互作用により連鎖的に進行する。液状化地盤の間隙水圧挙動と堤体の変形挙動は密接に関連し、堤体の変形が液状化地盤の流動化を促進することで破壊が進行する。
• キーワード: 農業用ダム、耐震性能照査、液状化、液状化地盤―堤体の相互作用
• 背景・ねらい: わが国では、平成23年(2011年)東日本太平洋沖地震等の大規模地震が頻発している。また、近代的な設計によるダム建設が定着する以前(1956年以前)に築造されたものも含めると約1,800基の農業用フィルダムが存在するが、築造年代の古いアースダムは近代的な設計や液状化に関する科学的な知見に基づかず建設されており、近代的なフィルダムに比べ不確定な要素が多い。このため、その耐震性能の照査にあたっては地震時の挙動に関する基礎的な知見の蓄積がより重要であると考える。そこで、地震時にフィルダム堤体に大きな変状を引き起こす要因の一つと考えられる基礎地盤の液状化に着目し、傾斜コア型ゾーニング堤体の変形および破壊挙動に関する基礎的な知見を得ることを目的に、遠心載荷試験装置を用いた振動模型実験により液状化地盤と堤体の相互作用に伴う堤体の破壊メカニズムを明らかにする。

成果の内容・特徴

1. 液状化地盤のみを模したケースA、液状化地盤上の傾斜コア型堤体(堤高:2.6m相当)を模したケースB、ケースBの下流側法先部を掘り込み液状化しない材料で埋め戻す液状化対策(改良部)を施した状態を模したケースCの三種類の模型により、20Gの遠心力場にて地震時挙動の比較検証を行う(図1)。
2. 各実験ケースで計測された間隙水圧増分の経時変化(図2)より、堤体の有無によって液状化地盤での間隙水圧挙動の傾向は大きく異なる。また、堤体がある場合でも、下流側法先部に設けた改良部の有無により間隙水圧増分値は大きく異なり、改良部を設けた場合には液状化地盤のみの場合と同程度(5kPa程度)の値となる。
3. ケースB、ケースCにおける加振前後の堤体模型の状況を示す(図3)。ケースB(図3(1))では、加振終了時には堤体が原形を留めない程顕著に変形し、貯水を保持できなくなる。一方、ケースC(図3(2))では堤体上部は大きく変形するものの、実験終了時点でも貯水を保持している。堤体および液状化地盤の変形状況、特に上流および下流方向への流動の程度は、下流側法先部に設けた改良部の有無により大きく異なる。
4. 堤体のあるケースBおよびケースCでは、液状化地盤のみのケースAに比べ複雑な間隙水圧の増加傾向を示し、液状化地盤の間隙水圧挙動は初期応力状態のみでなく、堤体の変形挙動とも密接に関連する。
5. 堤体変状の進行状況と間隙水圧挙動を比較したところ、堤体変状挙動と間隙水圧挙動が変化した時点は概ね一致している。このことから、堤体の破壊は、堤体と基礎地盤の相互作用により破壊は連鎖的に進行する。

成果の活用面・留意点

1. 農業用ダムの耐震性能照査、耐震対策法検討における、液状化する地盤と堤体の相互作用に関する知見として活用できる。
2. 堤体および基礎地盤の地震時挙動のメカニズムを科学的な根拠に基づき理解することで、堤体に損傷は生じるが越流に至る壊滅的な損傷を防ぐ減災技術の開発が可能となる。

• 研究内容: http://www.naro.affrc.go.jp/project/results/4th_laboratory/nire/2018/nire18_s09.html