自主研究として実施した土砂移動実態の把握とその解明に関する研究、土砂移動現象の分析と表現手法に関する研究、砂防ソイルセメント工法や砂防構造物に求められる機能と構造に関する研究などの概要や結果について紹介します。
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2022(令和4)年度自主研究レポート
| (1)コンクリートブロックを活用した堰堤に関する研究 本研究は、コンクリートブロック堰堤の活用拡大に向けて、実態調査および現在の設計基準等の技術的な課題を抽出し、改善手法を提案することを目的に実施している。 今年度は、課題分析のためのブロック堰堤の損壊事例収集、整理を行った。また、ブロック堰堤の安定計算方法等について、メーカーにヒアリングし、現行の設計方法を整理した。今後、ブロック堰堤の設計に適するモデルを構築し、安定計算手法等の提案をまとめていく予定である。 |
| (2)FEM 解析による地すべり活動休止中の地すべり安定度と臨界安定度の予測に関する研究 本研究は、FEM 解析により地すべり移動量と安定度の関連性を分析し、段階的な地すべり防止工事基本計画を策定できるよう、現在休止中の地すべりの現状安定度とその臨界安定度を分析・予測する新たな手法を開発することとしている。 本年度は、過年度業務における FEM 安定度解析のレビューを行い、FEM 解析のメリット・デメリット等を整理した。また、地すべり発生前から滑動収束にいたるまでの動態や地下水データが取得されている秋田県横手市の地すべりを対象に一連の地すべり現象の分析を行った。 |
| (3)特殊・大規模な地すべりの分布状況に関する研究 将来的な地すべり対策の必要性を把握するため、代表例として兵庫県における特殊・大規模な地すべりの分布状況を分析した。 本年度は、前年度に選定した特殊・大規模な地すべり 2 地区の現地調査を実施した。地すべり活動の亀裂等の痕跡及び保全対象を整理して危険度を評価するとともに、活動の兆候を捉えやすいと思われる地点を帳票形式にまとめた。これらの成果を踏まえ「特殊・大規模地すべりの分布状況」としてとりまとめ、将来的な対応が可能性となるよう DB 化した。 |
| (4)降雨分布を考慮した流出解析システムの構築 本研究は、土砂・洪水氾濫対策検討等において、降雨分布を考慮した流出解析を行うためのシステム構築を目的としている。 今年度は、前年度に整理した構築方針等に基づきシステム構築を実施した。モデルは、近年の土砂・洪水氾濫対策検討における実績等を考慮して貯留関数法を採用し、流域平均雨量として気象庁の解析雨量や国土交通省の X-C バンドレーダデータ等を入力できる仕様とした。構築したシステムにより降雨条件を変化させ流出解析を行い検証するとともに、従来手法による計算結果との比較を行い、今後の課題や研究方針をとりまとめた。 |
| (5)新たな生産土砂量の算定の検討調査 本研究は、砂防計画における計画生産土砂量（崩壊土砂量）を適切に算定するために、近年の災害状況をもとに新たな生産土砂量の算定式を検討するものである。算定式は、降雨指標（時間雨量、土壌雨量指数）を変数とし、崩壊面積(率)を求めるものである。 今年度は、姫川流域を対象として、既往の豪雨災害における崩壊箇所（崩壊範囲）と降雨量の関係分析を行った。分析は、素因（地形・地質）の影響も考慮し、地質区分や斜面勾配階別に行った。なお、降雨指標は地域ごとの降雨レベルを一般則として表現できるよう確率年を用いた。今後は、他の流域における検討を行い、算定式の一般化に向け精度向上を図る予定である。 |
| (6)深層学習を用いた崩壊危険地の推定 本研究は、崩壊地の各種地形因子の画像データを深層学習により、実用上十分な精度を持った崩壊危険地の抽出・推定技術の開発を目的に実施したものである。 本研究における深層学習のアルゴリズムは、GoogLeNet を用い、判別精度について比較検証を行った。解析は、平成 29 年に発生した福岡県朝倉市の崩壊地を対象として、GIS により5mDEM データから、崩壊規模、傾斜角、傾斜方向等の地形要因と累積流量について解析を行い、GIS 上でこれらの重ね合わせ図を作成し、崩壊地及び非崩壊地画像を別途作成して深層学習の入力画像とした。これらを用いて深層学習を行った結果、未知事例に対する判別精度は、昨年度に実施した CS 立体図を用いた場合と比較して精度が向上する結果を得られた。 |
| (7)気象モデルを用いた既往降雨の再現に関する調査 本研究は、過去の顕著な豪雨災害を対象に、気象モデルを用いて詳細な雨量分布の再現を行い、崩壊発生や降雨流出解析などの検討の精度向上に資することを目的に実施している。 今年度は、昭和 42 年羽越災害の加治川を対象に、降雨分布を 1km メッシュ、1 時間毎に再現する気象モデルを作成した。具体には、深層学習を用いて空間方向にダウンスケーリングするモデルを構築した。そして、平成 22 年 8 月豪雨等の再現計算を行い、設定条件を整理した上で羽越災害の再現計算を行ったが、ピーク雨量の再現に課題が残る結果となった。今後は、ピーク雨量を捉えられる補正方法等を検討した上で、再現精度向上を図る予定である。 |
| (8)中小河川における大規模出水に起因する拡幅範囲の推定 本研究は、中小河川における過去の大規模出水時の拡幅範囲とその要因を整理し、統計的・経験的手法により今後の拡幅範囲を推定することを目的として実施している。 本年度は、主として北海道の中小河川を対象に、既往出水における降雨･流量、河道範囲、地質分布、構造物の分布、地形条件等を収集・整理した。その上で、複数時期の空中写真判読を行い、出水時の川幅の変化と各要因の関係性を分析し、今後の拡幅の予測を行った。さらに、予測結果について二次元河床変動計算を用いて妥当性の確認を行った。 |
| (9)火山噴火時の緊急対策工の開発に関する研究 本研究は、火山噴火等に起因する土砂災害に対して、短時間で施工可能かつ安価な緊急対策工（捕捉工等）の開発を行うものである。過年度の研究では、緊急減災計画における外力の考え方等を整理し、限られた施工期間で効率的に対策効果を発揮できる考え方を検討した。 本年度は、過年度に検討した H 形鋼を建て込む構造と他の構造について土砂・流木の捕捉の確実性、施工性などを比較評価した。また、過年度にまとめた設計外力等を踏まえ、コンクリートブロックによる緊急的な砂防堰堤の整備に関する課題等を整理し適切に効果を発揮するために必要な施設構造について検討した。 |
| (10)火山防災情報を活用した火山砂防担当者のフォローアップに関する研究 本研究は、全国の火山噴火に伴う防災行動の情報等が一元的に管理された情報として整理されていないことを踏まえ、火山防災情報 DB を構築し、それを活用した人材育成を図ることを目的とし実施するものである。長期的には、これらを用いて全国の火山砂防担当者への技術的なアドバイスに加え、様々な判断や防災行動を行なえる火山防災技術者の育成支援を目的とする。 研究は以下の内容と手順により実施している。①アウトプットとなる火山防災情報 DB の構成案の検討、②火山防災担当者が求める事項の把握のためのヒアリング、③火山噴火現象から防災対応にいたる各項目について過去の噴火災害時の情報収集、整理、④若手技術者への知識や経験のフィードバック（勉強会等の開催）、⑤火山防災情報 DB の構築、である。昨年度の①および②の検討に引き続き、本年度は③～⑤の検討を行った。 |
| (11)地震時の斜面崩壊メカニズムに関する基礎的研究 本研究は、地震動に起因する斜面崩壊メカニズムについては、降雨起因のものに比べ調査研究が十分に進んでいないことから、適切なリスク分析を行うための基礎的な研究として、斜面崩壊の形態（表層崩壊・深層崩壊・地すべりなど）に影響する地震の特性等（震度・加速度・速度・周期・継続時間・震源距離・直下型か海溝型かの違い・斜面周辺の地質構造など）の整理を行うものである。 本年度は斜面地周辺において「平成以降に震度 6 強以上を記録した地震」を対象に、土砂移動現象の実態と K-NET 等で公開されている地震動データを収集のほか、既往文献もあわせて収集した。整理・分析において各地震動の加速度スペクトルの卓越周期について整理するとともに、各観測所における震動特性について過去の複数の地震動との比較を行った。今後は、各地震の特徴や崩壊形態についてさらに整理し、加速度スペクトル以外の震動特性についても分析を行う予定である。 |
| (12)河床変動計算手法に関する研究 本研究は、土砂・洪水氾濫対策を検討するにあたり使用される一次元河床変動計算をできるだけ簡易に実施し、氾濫地点や氾濫範囲を推測できる手法を研究するものである。 本年度は昨年度作成した簡易な一次元河床変動計算プログラムについて、操作方法や計算条件等を記載したマニュアルを作成した。また国総研資料に記載されている河床変動計算の考え方を踏まえ、複数粒径やフェーズシフトへの対応方法とプログラム改良の方向性について調査した。 |
| (13)無流水渓流における構造物設置の条件 本研究は、無流水渓流における構造物の設置に関して、側岸部の処理等、設計者の判断となり得る項目について、現場状況に関する定量的な条件整理等を行い、構造物設置に関する手引き案や、建設技術審査証明事業の新規製品に対する審査の参考資料となるよう取りまとめることを目的に実施した。 本年度は、国土交通省砂防部から発出された「無流水渓流対策に係る技術的留意事項（試行案）」について、同部砂防計画課に意見聴取を行い、現時点の課題認識を把握した上で、未整理事項と整理の方向性（案）を取りまとめた。また、これらに基づき、手引き案、設計例（図面等）の策定に向けた資料収集を実施した。 |
| (14)砂防ソイルセメントに関する研究 本研究は、ソイルセメントの水和反応を阻害する原因を究明するものである。 ソイルセメントの水和反応を阻害するのは有機成分であるが、有機質土でも水和反応により強度発現する事例がある。つまり、水和反応の阻害要因は有機成分ではなく、有機成分と因果関係にあるものではないかという疑問から微生物に着目し、阻害要因との関係を明らかにするために、①土砂に有機成分であるフミン酸のみ添加した試料と、②フミン酸を添加した後さらに微生物を培養した試料を作成し、一軸圧縮試験を行った。その結果、有機成分による強度低下より微生物による強度低下の方が優位であることがわかった。 |
| (15)シミュレーション技術を用いた新規業務開発に関する研究 本研究は、シミュレーション技術を用いた業務の円滑な遂行と、新規業務を開発・提案することを目標としている。 本年度は昨年度に引き続き業務で使用しているシミュレーションプログラムの物理モデルや構成則について調査した。また流木による橋梁閉塞の被害を推定するため、京都大学と共同で水理模型実験を行い流木や橋梁の諸元と橋梁部の集積率との関係式を導き、既往の一次元河床変動計算プログラムに実装した。その他に昨年度作成した GIS 上での入出力支援プログラムを改良した。 |
| (16)透過型砂防堰堤の渓流の連続性を確保する機能向上方法の検討 本研究は、透過型砂防堰堤の渓流環境への負荷軽減効果（渓流の連続性を確保する機能）をさらに向上させるため、堰堤構造（底版やスリット部）の改良案や底版直下の落差解消法について検討するものである。 今年度は昨年度までの魚類の往来に着目した現地調査に加え、構造的な検討を進めるための必要条件として、対象流量や対象魚種、設定流速や水深などについて、文献等より検討を行った。また、構造の改良案や工夫案について事例収集を行った。 来年度は具体の箇所を対象に、改良方法の提案と効果、課題を確認し、より良い改良法について検討を行う予定である。 |
◇各年の自主研究レポート
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