砂防えん堤設計計算

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1 1 砂防えん堤設計計算 不透過型砂防えん堤

2 目次 1 設計条件 1 設計流量の算出 -1 土砂含有を考慮した流量 -1-1 有効降雨強度 -1- 清水の対象流量 -1-3 土砂含有を考慮した流量 - 土石流ピーク流量 土石流濃度 3 -- 土石流ピーク流量 3 3 水通しの設計 土砂含有を考慮した流量 (Q) に対する越流水深 4 3- 土石流ピーク流量 (Qsp) に対する越流水深 設計水深 余裕高 7 4 水通し断面 8 5 越流部の安定計算 本体の天端幅 8 5- 安定計算 安定条件 設計外力の組合せ 土石流の流速と水深 下流のり勾配 上流のり勾配 安定計算 ( 洪水時 ) 安定計算 ( 土石流時 ) 結果一覧表 1 6 袖部の破壊に対する構造計算 設計外力の算出 土石流流体力の算出 礫の衝撃力の算定 流木の衝撃力の算定 土石流衝撃力の補正 袖部 1ブロック当たりの質量 単位幅当たりの衝撃力の算出 土石流衝撃力一覧表 袖部に作用する設計外力 7 6- 照査内容 袖部の天端幅 せん断摩擦安全率の検討 袖部と本体の境界面上に作用する応力に対する検討 照査結果一覧 9 7 水叩工の設計 水叩きの長さ 水叩工の厚さ 30 8 側壁工 左岸側壁 安定計算結果一覧表 設計条件 荷重計算 荷重集計 安定計算照査内容 安定計算照査結果 40

3 3 Page - ( 1 ) 1 設計条件 タイトル : 不透過型砂防えん堤 えん堤タイプ : 不透過型 流域面積 A : 0.10 (km ) 現渓床勾配 I0 : 1/4.40 θ0 : 1.80 ( ) 計画堆砂勾配 Ip : 1/6.60 θp : 8.6 ( ) 堆積土砂の容積濃度 C* : 0.6 堆積土砂の内部摩擦角 φ : 35 ( ) 粗度係数 Kn : 0.10 最大礫径 d95 : 1.00 (m) コンクリートの単位体積重量 γc :.56 (kn/m 3 ) 礫の単位体積重量 γr : 5.51 (kn/m 3 ) 礫の密度 σ : 600 (kg/m 3 ) 泥水の単位体積重量 γw : (kn/m 3 ) 泥水の密度 ρ : 100 (kg/m 3 ) 土石流流体力係数 Kh : 1.0 重力加速度 g : 9.8 (m/s )

4 Page - ( ) 設計流量の算出 砂防えん堤の設計流量は 土砂含有を考慮した流量 ( 洪水時 ) と 土石流ピーク流量 ( 土石流時 ) とする -1 土砂含有を考慮した流量 -1-1 有効降雨強度 Pe = P K f1 Kp1 60 A = = 19.5 (mm/h) ここに Pe : 有効降雨強度 (mm/h) P4 :4 時間雨量 (mm/4h) 計画規模の年超過確率の降雨量と既往最大の降雨量を比較し 大きい方の値を用いる 降雨量 (mm/4h) 計画規模の年超過確率 既往最大 よって P4 = (mm/4h) とする Kp1 : 係数 Kf1 : 流出係数 A : 流域面積 (km ) 4-1- 清水の対象流量 Qp = Pe A = = 4.3 (m3 /s) ここに Qp : 清水の対象流量 (m 3 /s) Pe : 有効降雨強度 (mm/h) A : 流域面積 (km ) -1-3 土砂含有を考慮した流量 Q = 1.5 Qp = = 6.48 (m 3 /s) ここに Q : 土砂含有を考慮した流量 (m 3 /s) Qp : 清水の対象流量 (m 3 /s)

5 5 Page - ( 3 ) - 土石流ピーク流量 --1 土石流濃度 Cd = = ρ tanθ 0 (σ - ρ)(tanφ - tanθ 0) 100 tan1.80 ( ) (tan35 - tan1.80 ) = ここに Cd : 土石流濃度 (0.3 Cd 0.9C* = = 0.54) σ : 礫の密度 (kg/m 3 ) ρ : 泥水の密度 (kg/m 3 ) φ : 堆積土砂の内部摩擦角 ( ) θ0 : 現渓床勾配 ( ) C* : 堆積土砂の容積濃度 -- 土石流ピーク流量 Qsp = 0.01 ΣQ = = (m 3 /s) ΣQ = Vdqp C* Cd = = 3688 (m 3 ) ここに Qsp : 土石流ピーク流量 (m 3 /s) ΣQ : 土石流総流量 (m 3 ) Vdqp :1 波の土石流により流出すると想定される土砂量 ( 空隙込 ) (m 3 ) C* : 堆積土砂の容積濃度 Cd : 土石流濃度

6 6 Page - ( 4 ) 3 水通しの設計 3-1 土砂含有を考慮した流量 (Q) に対する越流水深 土砂含有を考慮した流量 (Q) に対する越流水深は せきの公式により算出する B 1 : m 1 : m D h B 1 Q = C g(3b1 + B)D h 3/ 15 ここに Q : 土砂含有を考慮した流量 (m 3 /s) C : 流量係数 (0.60) g : 重力加速度 (9.8 m/s ) B1 : 水通し幅 (5.00 m) B : 越流水面幅 Dh : 越流水深 B = B1 + m Dh (m) (m) m : 袖小口勾配 (1:0.50) ここで 6.48 = { ( Dh)} D 3/ h より Dh = 0.78 (m) 0.8 (m)

7 7 Page - ( 5 ) 3- 土石流ピーク流量 (Qsp) に対する越流水深 B = g ( z ) d a Z A = f ( z ) d D = d A d B d a B 1 土石流ピーク流量 (Qsp) に対する越流水深 (z) は 次式を連立させて求める U = 1 Kn D /3 d (sinθ p) 1/ Qspcal = U Ad Dd = Ad Bda ここに U : 土石流の流速 (m/s) Qspcal : 流下させることが可能な土石流流量 (m 3 /s) Dd : 土石流の水深 (m) Kn : 粗度係数 (0.10: 自然河道フロント部 ) θp : 計画堆砂勾配 (8.6 ) Ad : 水通し部における流下断面積 (m ) Bda : 流れの幅 (m) 水通し部における流下断面積 (Ad) 流れの幅 (Bda) は 越流水深 (z) の関数である z-qspcal の関係より Qspcal が土石流ピーク流量 Qsp(36.88 m 3 /s) と一致した時の z を求める と z = 1.43 m となる 以上の結果より 土石流ピーク流量 (Qsp) に対する越流水深は z = 1.5 m となる

8 Page - ( 6 ) B d a ( m ) 9 A d ( m ) 0 B d a = ( m ) A d = ( m ) 3 5 z = ( m ) z ( m ) z = ( m ) z ( m ) 図 z-bda の関係 図 z-ad の関係 D d ( m ) 3 U ( m / s ) 8 6 U = ( m / s ) D d = 1. 7 ( m ) 4 1 z = ( m ) z ( m ) z = ( m ) z ( m ) 図 z-dd の関係 図 z-u の関係 8 3 Q s p c a l ( m / s ) Q s p c a l = ( m / s ) z = ( m ) z ( m ) 図 z-qspcal の関係

9 Page - ( 7 ) 3-3 設計水深 設計水深は 1. 土砂含有を考慮した流量に対する越流水深. 土石流ピーク流量に対する 越流水深 3. 最大礫径のうち 最も大きい値とする 設計水深 H 土砂含有を考慮した流量に対する越流水深 Dh = 0.8 (m) 土石流ピーク流量に対する越流水深 z = 1.5 (m) 最大礫径 d95 = 1.0 (m) よって 設計水深は H = 1.5 (m) とする 3-4 余裕高 余裕高は 下表に基づいて設定する 設計流量 余裕高 ΔH 00 m 3 /s 未満 0.6 m 00 ~ 500 m 3 /s 0.8 m 500 m 3 /s 以上 1.0 m ただし 余裕高は渓床勾配によっても変わるものとし 設計水深に対する余裕高の比が 下表に示す値以下とならないようにする なお 渓床勾配は計画堆砂勾配を用いる 渓床勾配別の設計水深に対する余裕高の比の最低値 渓床勾配 ΔH/H 値 1/10 10 以上 /10 ~ 1/ /30 ~ 1/ /50 ~ 1/ 以上により 余裕高は下表に示す値を採用する 9 設計流量 渓床勾配 土砂含有を考慮した流量 Q 土石流ピーク流量 = 6.48 (m 3 /s) Qsp = (m 3 /s) 設計流量 渓床勾配 (θp = 8.6,I = 1/6.60) より ΔH/H = 0.50 余裕高 ΔH = H ΔH/H = = 0.75 (m) 余裕高 ΔH (m) よって 余裕高は ΔH = 0.8 (m) とする

10 Page - ( 8 ) 4 水通し断面 B H. W. L 1 : m 1 : m Δ H H H ' B1 : 水通し幅 (5.00 m) B 1 m : 袖小口勾配 (1:0.50) B : 水通し肩位置の幅 (m) B = B1 + H' m = = m H : 設計水深 (1.5 m) ΔH : 余裕高 (0.8 m) H' : 水通し断面の高さ (m) H' = H + ΔH =.3 m 5 越流部の安定計算 5-1 本体の天端幅砂防えん堤の本体の天端幅は 流出土砂等の衝撃に耐えるとともに 水通し部では通過砂礫の摩耗等にも耐えるような幅とする必要がある 本体材料が無筋コンクリート製の場合の天端幅は 衝突する最大礫径の 倍を原則とする ただし 天端幅は 3 m 以上とし 必要とされる天端幅が 4 m を超える場合には別途緩衝材や盛土による保護 鉄筋 鉄骨による補強により対応する ここで 当該砂防えん堤の天端幅は 3.00 m であり 衝突する最大礫径 (d95 = 1.00 m) の 倍を満足している 安定計算 5--1 安定条件土石流 流木捕捉工の砂防えん堤は その安定を保つために設計外力に対して 次の三つの条件を満足するものとする 1 原則として 砂防えん堤の上流端に引張応力が生じないよう 砂防えん堤の自重および外力の合力の作用線が底部の中央 1/3 以内に入ること 砂防えん堤底と基礎地盤との間で滑動を起こさないこと 3 砂防えん堤内に生ずる最大応力が材料の許容応力を超えないこと 地盤の受ける最大圧が地盤の許容支持力以内であること 5-- 設計外力の組合せ荷重ケース 自重 静水圧 堆砂圧 土石流流体力 土石流の重さ 洪水時 土石流時

11 Page - ( 9 ) 5--3 土石流の流速と水深 砂防えん堤計画地点上流の渓流横断図 Y X No.8 離れ 標高 離れ 標高 離れ 標高 離れ 標高 No X Y No X Y No X Y No X Y (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) 土石流の水深 (Dd) および土石流の流速 (U) は 次式を連立させて求める U = 1 Kn D /3 r (sinθ 0) 1/ Qspcal = U Ad 11 Dd = Ad Bda ここに U : 土石流の流速 (m/s) Qspcal : 流下させることが可能な土石流流量 Dd : 土石流の水深 ( ここでは Dr Dd とする ) (m) (m 3 /s) Kn : 粗度係数 (0.10: 自然河道フロント部 ) θ0 : 現渓床勾配 (1.80 ) Ad : 流下断面積 (m ) Bda : 流れの幅 (m)

12 1 Page - ( 10 ) B = g ( z ) d a Z A = f ( z ) d D = d A d B d a 流下断面積 (Ad) 流れの幅 (Bda) は 渓床からの標高 (z) の関数である z-qspcalの関係より Qspcalが土石流ピーク流量 Qsp(36.88 m 3 /s) と一致した時の z を求めると z = 1.69 m となる この z の値と z-ddの関係 z-uの関係より 土石流の水深 (Dd) と土石流の流速 (U) を求めると 以下の値となる 土石流の水深 Dd = 1.11 (m) 土石流の流速 U = 5.04 (m/s)

13 Page - ( 11 ) B d a ( m ) 0 A d ( m ) B d a = ( m ) 1 0 A d = ( m ) 5 5 z = ( m ) z ( m ) z = ( m ) z ( m ) 図 z-bda の関係 図 z-ad の関係 D d ( m ). 0 U ( m / s ) D d = ( m ) 6 4 U = ( m / s ) 0. 5 z = ( m ) z ( m ) z = ( m ) z ( m ) 図 z-dd の関係 図 z-u の関係 13 3 Q s p c a l ( m / s ) Q s p c a l = ( m / s ) z = ( m ) z ( m ) 図 z-qspcal の関係

14 14 Page - ( 1 ) 5--4 下流のり勾配 上流のり勾配砂防えん堤の越流部における下流のり面は 越流土砂による損傷を極力受けないようにする 下流のり勾配を 1:0. より緩くする場合 次式で求められる勾配よりも急にする必要がある ただし 1:1.0 を上限とし 1:0. を下限とする U H L L H = g H U =.50 = したがって 下流のり勾配は 1:0.38 よりも急にする必要がある ここに L : 底面の下流端から天端の下流端までの距離 (m) H : えん堤高 (m) g : 重力加速度 (m/s ) U : 土砂が活発に流出され始める流速で 現渓床勾配時の土石流流速の 50 % 程度とする (m/s) U = =.50 (m/s)

15 Page - ( 13 ) 下流のり勾配と上流のり勾配は 力学的な安定性と経済性を考慮して以下の方法により決定した 下流のり勾配を 1:0.0~1:0.50 まで0.05 間隔で計算を行い 安定性を満足でき 堤体積 ( 堤体断面積 ) が最小となる上流のり勾配を検討する 次表に上下流のり勾配と堤体断面積の関係を示す 当該砂防えん堤では 以下の組合せを採用することとした 下流のり勾配 n = 0.5 上流のり勾配 m = 0.5 上下流のり勾配と堤体断面積 ( 単位 :m ) 15 m n 下線が引かれている断面が決定断面となる は 力学的な安定性を満足できないものをあらわす

16 Page - ( 14 ) 5--5 安定計算 ( 洪水時 ) (1) 安定計算に用いる数値 b D h 1: n 1 :m H B えん堤高 H : 9.00 (m) 越流水深 Dh : 0.80 (m) 本体の天端幅 b : 3.00 (m) 上流のり勾配 m : 0.5 下流のり勾配 n : 0.5 底面底幅 B : 7.50 (m) コンクリートの単位体積重量 γc :.56 (kn/m 3 ) 泥水の単位体積重量 γw : (kn/m 3 ) 基礎地盤の種類 : 礫層 ( 密なもの ) えん堤本体と基礎地盤との摩擦係数 f : 0.60 せん断強度 τ0 : 0 (kn/m ) 滑動に対する必要安全率 N' : 1. 地盤の許容支持力 qu : 600 (kn/m ) 16 a) 底面底幅 B = b + (m + n) H = ( ) 9.00 = 7.50 (m) ここに B : 底面底幅 (m) b : 本体の天端幅 (m) m : 上流のり勾配 n : 下流のり勾配 H : えん堤高 (m)

17 17 Page - ( 15 ) () 荷重計算 P V3 P V P V 1 W W 1 W 3 P P H1 H H D h 設計 記 計算式 鉛直力 水平力 アームの計算式 アーム長 モーメント 荷重 号 V H M (kn/m) (kn/m) (m) (kn m/m) 本体自重 W 1 1/ γ c n H m H + b + 1/3 n H = 1/ = / W γ c b H m H + 1/ b = = / W 3 1/ γ c m H /3 m H = 1/ = / 静水圧 P V1 1/ γ w m H 1/3 m H = 1/ = 1/ P V γ w D h m H 1/ m H = = 1/ P V3 γ w D h b m H + 1/ b = = / P H1 1/ γ w H 1/3 H = 1/ = 1/ P H γ w D h H 1/ H = = 1/ 合計

18 Page - ( 16 ) (3) 安定計算 (ⅰ) 砂防えん堤の自重および外力の合力の作用線が底部の中央 1/3 以内に入ること に対する検討 X = M = V = 4.88 (m) B = 7.50 (m) 1 3 B =.50 (m) X = 4.88 (m) 3 B = 5.00 (m) OK ここに X : 荷重の合力の作用線から堤底の上流端までの距離 (m) M : 単位幅当たり断面に作用するモーメントの合計 (kn m/m) V : 単位幅当たり断面に作用する鉛直力の合計 (kn/m) B : 底面底幅 (m) (ⅱ) 砂防えん堤底と基礎地盤との間で滑動を起こさないこと に対する検討 N = f V = H = 1.3 N' = 1. OK ここに N : 滑動に対する安全率 f : えん堤本体と基礎地盤との摩擦係数 V : 単位幅当たり断面に作用する鉛直力の合計 (kn/m) H : 単位幅当たり断面に作用する水平力の合計 (kn/m) N' : 滑動に対する必要安全率 18 (ⅲ) 地盤の受ける最大圧が地盤の許容支持力以内であること に対する検討 e = X - B σ max = V B = e (1 + B = σ min = V B 6e (1 - B ) ( ) = 1.13 (m) ) = (kn/m ) qu = 600 (kn/m ) OK = ( ) = (kn/m ) 0 (kn/m ) OK ここに e : 荷重の合力の作用線から堤底の中央までの距離 (m) X : 荷重の合力の作用線から堤底の上流端までの距離 (m) B : 底面底幅 (m) σmax,σmin : 堤底面の上流端または下流端における鉛直応力 (kn/m ) V : 単位幅当たり断面に作用する鉛直力の合計 (kn/m) qu : 地盤の許容支持力 (kn/m )

19 Page - ( 17 ) 5--6 安定計算 ( 土石流時 ) (1) 安定計算に用いる数値 b d 1: n 1 :m h e D H B 19 えん堤高 H : 9.00 (m) 本体の天端幅 b : 3.00 (m) 上流のり勾配 m : 0.5 下流のり勾配 n : 0.5 底面底幅 B : 7.50 (m) コンクリートの単位体積重量 γc :.56 (kn/m 3 ) 泥水の単位体積重量 γw : (kn/m 3 ) 泥水中堆砂単位体積重量 γs : 8.4 (kn/m 3 ) 土石流の水深 Dd : 1.11 (m) 堆砂深 he : 7.89 (m) 土圧係数 Ce : 0.30 土石流の単位体積重量 γd : (kn/m 3 ) 土石流流体力 F : (kn/m) 基礎地盤の種類 : 礫層 ( 密なもの ) えん堤本体と基礎地盤との摩擦係数 f : 0.60 せん断強度 τ0 : 0 (kn/m ) 滑動に対する必要安全率 N' : 1. 地盤の許容支持力 qu : 600 (kn/m ) a) 底面底幅 B = b + (m + n) H = ( ) 9.00 = 7.50 (m) ここに B : 底面底幅 (m) b : 本体の天端幅 (m) m : 上流のり勾配 n : 下流のり勾配 H : えん堤高 (m)

20 Page - ( 18 ) b) 泥水中堆砂単位体積重量 γs = C* (γr - γw) = 0.6 ( ) = 8.4 (kn/m 3 ) ここに γs : 泥水中堆砂単位体積重量 (kn/m 3 ) C* : 堆積土砂の容積濃度 γr : 礫の単位体積重量 (kn/m 3 ) γw : 泥水の単位体積重量 (kn/m 3 ) c) 堆砂深 he = H - Dd = = 7.89 (m) ここに he : 堆砂深 (m) H : えん堤高 (m) Dd : 土石流の水深 (m) d) 土圧係数 Ce = 1 - sinφ 1 + sinφ = 1 - sin(35 ) = sin(35 ) ここで 0.3 Ce 0.6 の条件により Ce = 0.30とする ここに Ce : 土圧係数 φ : 堆積土砂の水中における内部摩擦角 ( ) e) 土石流濃度 Cd = = ρ tanθ 0 (σ - ρ)(tanφ - tanθ 0) 100 tan1.80 ( ) (tan35 - tan1.80 ) = ここに Cd : 土石流濃度 (0.3 Cd 0.9C* = = 0.54) σ : 礫の密度 (kg/m 3 ) ρ : 泥水の密度 (kg/m 3 ) φ : 堆積土砂の内部摩擦角 ( ) θ0 : 現渓床勾配 ( ) C* : 堆積土砂の容積濃度 f) 土石流の単位体積重量 γd = γr Cd + γw (1 - Cd) = (1-0.41) = (kn/m 3 ) ここに γd : 土石流の単位体積重量 (kn/m 3 ) γr : 礫の単位体積重量 (kn/m 3 ) Cd : 土石流濃度 γw : 泥水の単位体積重量 (kn/m 3 )

21 Page - ( 19 ) g) 土石流流体力 F = Kh γ d g Dd U = = (kn/m) 9.8 ここに F : 土石流流体力 (kn/m) Kh : 土石流流体力係数 γd : 土石流の単位体積重量 (kn/m 3 ) g : 重力加速度 (m/s ) Dd : 土石流の水深 (m) U : 土石流の流速 (m/s) () 荷重計算 Pd W 1 W W 3 P d1 P V1 P H F P ev 1 P eh d h e D H P H1 P e H1 1 設計 記 計算式 鉛直力 水平力 アームの計算式 アーム長 モーメント 荷重 号 V H M (kn/m) (kn/m) (m) (kn m/m) 本体自重 W 1 1/ γ c n H m H + b + 1/3 n H = 1/ = / W γ c b H m H + 1/ b = = / W 3 1/ γ c m H /3 m H = 1/ = / 静水圧 P V1 1/ γ w m h e 1/3 m h e = 1/ = 1/ P H1 1/ γ w h e 1/3 h e = 1/ = 1/ P H γ w D d h e 1/ h e = = 1/ 堆砂圧 P ev1 1/ γ s m h e 1/3 m h e = 1/ = 1/ P eh1 1/ C e γ s h e 1/3 h e = 1/ = 1/ P eh C e (γ d - γ w) D d h e 1/ h e = 0.3 ( ) = 1/ 土石流 P d1 γ d m h e D d 1/ m h e の重さ = = 1/ P d 1/ γ d m D d m h e + 1/3 m D d = 1/ = / 土石流 F ( 前掲 ) h e + 1/ D d 流体力 = / 合計

22 Page - ( 0 ) (3) 安定計算 (ⅰ) 砂防えん堤の自重および外力の合力の作用線が底部の中央 1/3 以内に入ること に対する検討 X = M = V = 4.91 (m) B = 7.50 (m) 1 3 B =.50 (m) X = 4.91 (m) 3 B = 5.00 (m) OK ここに X : 荷重の合力の作用線から堤底の上流端までの距離 (m) M : 単位幅当たり断面に作用するモーメントの合計 (kn m/m) V : 単位幅当たり断面に作用する鉛直力の合計 (kn/m) B : 底面底幅 (m) (ⅱ) 砂防えん堤底と基礎地盤との間で滑動を起こさないこと に対する検討 N = f V = H 611. = 1.4 N' = 1. OK ここに N : 滑動に対する安全率 f : えん堤本体と基礎地盤との摩擦係数 V : 単位幅当たり断面に作用する鉛直力の合計 (kn/m) H : 単位幅当たり断面に作用する水平力の合計 (kn/m) N' : 滑動に対する必要安全率 (ⅲ) 地盤の受ける最大圧が地盤の許容支持力以内であること に対する検討 e = X - B σ max = V B = e (1 + B = σ min = V B 6e (1 - B ) ( ) = 1.16 (m) ) = (kn/m ) qu = 600 (kn/m ) OK = ( ) = 1.1 (kn/m ) 0 (kn/m ) OK ここに e : 荷重の合力の作用線から堤底の中央までの距離 (m) X : 荷重の合力の作用線から堤底の上流端までの距離 (m) B : 底面底幅 (m) σmax,σmin : 堤底面の上流端または下流端における鉛直応力 (kn/m ) V : 単位幅当たり断面に作用する鉛直力の合計 (kn/m) qu : 地盤の許容支持力 (kn/m )

23 3 Page - ( 1 ) 5-3 結果一覧表 下流のり勾配 n = 0.5 上流のり勾配 m = 0.5 荷重条件 洪水時 土石流時 転倒距離 X (m) 4.88 OK 4.91 OK 中央 1/3 (B/3) (m) 中央 /3 (B/3) (m) 滑動安全率 N 1.3 OK 1.4 OK 必要安全率 N' 破壊鉛直応力 σmax (kn/m ) OK OK 鉛直応力 σmin (kn/m ) OK 1.1 OK 許容支持力 qu (kn/m ) 判定 OK OK 6 袖部の破壊に対する構造計算 6-1 設計外力の算出設計外力は 袖部の自重 土石流流体力 礫の衝撃力と流木の衝撃力を比較して大きい衝撃力の 3 種類とする 土石流流体力の算出 土石流流体力は次式により求める (1) 土石流濃度 Cd = = ρ tanθ 0 (σ - ρ)(tanφ - tanθ 0) 100 tan1.80 ( ) (tan35 - tan1.80 ) = ここに Cd : 土石流濃度 (0.3 Cd 0.9C* = = 0.54) σ : 礫の密度 (kg/m 3 ) ρ : 泥水の密度 (kg/m 3 ) φ : 堆積土砂の内部摩擦角 ( ) θ0 : 現渓床勾配 ( ) C* : 堆積土砂の容積濃度 () 土石流の単位体積重量 γd = γr Cd + γw (1 - Cd) = (1-0.41) = (kn/m 3 ) ここに γd : 土石流の単位体積重量 (kn/m 3 ) γr : 礫の単位体積重量 (kn/m 3 ) Cd : 土石流濃度 γw : 泥水の単位体積重量 (kn/m 3 )

24 Page - ( ) (3) 土石流流体力 F = Kh γ d g Dd U = = (kn/m) 9.8 ここに F : 単位幅当たりの土石流流体力 (kn/m) Kh : 土石流流体力係数 γd : 土石流の単位体積重量 (kn/m 3 ) g : 重力加速度 (m/s ) Dd : 土石流の水深 (m) U : 土石流の流速 (m/s) 6-1- 礫の衝撃力の算定 礫の衝突により堤体の受ける衝撃力 (P) は次式により算定する P = n α 3/ = ( ) 3/ = (N) = (kn) ここに P : 礫の衝撃力 (kn) n : 係数 n = 16R 9π (K1 + K) 4 = π ( ) = K1 = 1 - ν = π E1 π = K = 1 - ν = π E π = E1 : コンクリートの終局強度割線弾性係数 (N/m ) E : 礫の弾性係数 (N/m ) ν1 ν : コンクリートのポアソン比 : 礫のポアソン比 α : へこみ量 (m) α n1 = = 1 M 5U 4n1 n = 1 / = /5 = (m) = U : 礫の速度 ( 土石流の流速 ) (m/s) M : 礫の質量 (kg) M = 4 3 π R3 σ = 4 3 π = 1361 (kg) R : 礫の半径 (m) R d95 : 最大礫径 = d95 = 1.00 = (m) (m) σ : 礫の密度 (kg/m 3 )

25 Page - ( 3 ) 流木の衝撃力の算定流木の衝突により 堤体の受ける衝撃力 (P) は次式により算定する なお 流木の樹種はスギを想定する P = n α 3/ = ( ) 3/ = (N) = (kn) ここに P : 流木の衝撃力 (kn) n : 係数 n = 16R 9π (K1 + K3) 5 = π ( ) = K1 = 1 - ν = π E1 π = K3 = 1 - ν = π E3 π = E1 : コンクリートの終局強度割線弾性係数 (N/m ) E3 : 流木の弾性係数 (N/m ) ν1 ν3 : コンクリートのポアソン比 : 流木のポアソン比 α : へこみ量 (m) α = 5U /5 = 4n1 n n1 = 1 1 = = M3 41 U : 流木の速度 ( 土石流の流速 ) (m/s) M3 : 流木の質量 (kg) /5 = (m) M3 = π R Lwm σ = π = 41 (kg) Lwm : 流木の最大長 (m) R : 流木の半径 (m) R = Rwm = 0.50 Rwm : 流木の最大直径 = 0.50 (m) (m) σ : 流木の密度 (kg/m 3 )

26 6 Page - ( 4 ) 土石流衝撃力の補正マスコンクリートに礫または流木が衝突した場合 衝突速度が大きくなるとマスコンクリートに作用する衝撃力が小さくなることが知られている 以下により補正係数を算出し 実際に作用する衝撃力を求める PR = β P β = (E + 1) -0.8 E = M M1 U ここに PR : 補正後の土石流衝撃力 (kn) P : 礫または流木の衝撃力 (kn) β : 実験定数 E : 係数 (m /s ) M1 : 袖部 1ブロック当たりの質量 (kg) M : 礫または流木の質量 (kg) U : 衝突速度 ( 土石流ピーク流量のフロント部の流速 ) (m/s) 1.0 β M 1 U M β = (E +1 ) E

27 7 Page - ( 5 ) 袖部 1 ブロック当たりの質量 袖部 1 ブロック当たりの質量 (M1) を次式により求める M1 = Vc γ c g Vc = H' L' B' B 1 L H' = H1 + H H 1 :n' H 1 L' = L1 + L B1 + B B' = B1 = B - n' H' L 1 B ここに M1 : 袖部 1 ブロック当たりの質量 (kg) Vc : 袖部 1 ブロック当たりの体積 (m 3 ) γc : コンクリートの単位体積重量 (kn/m 3 ) g : 重力加速度 (9.8 m/s ) H' : 平均高さ (m) L' : 平均長さ (m) B' : 平均幅 (m) H1,H : 袖高さ (m) L1,L : 袖長さ (m) B1 : 袖天端幅 (m) B : 袖部底幅 (m) n' : 袖勾配 単位幅当たりの衝撃力の算出 袖部単位幅当たりに作用する衝撃力 (P1) を次式により求める P1 = PR L' ここに P1 : 袖部単位幅当たりに作用する衝撃力 (kn/m) PR : 補正後の土石流衝撃力 (kn) L' : 平均長さ (m)

28 8 Page - ( 6 ) 土石流衝撃力一覧表 以上の通り算出した 袖部単位幅当たりの礫の衝撃力と 流木の衝撃力を比較し 大きい方を 袖部の安定計算に用いる土石流衝撃力とする 袖部底幅 B = 3.00 (m) 袖勾配 n' = 0.5 コンクリートの単位体積重量 γc =.56 (kn/m 3 ) 土石流の流速 U = 5.04 (m/s) 礫の質量 M = 1361 (kg) 礫の衝撃力 P = (kn) 流木の質量 M = 41 (kg) 流木の衝撃力 P = (kn) 単位 ブロック 1 袖高さ H1 m.30 袖高さ H m 3.30 袖長さ L1 m 5.15 袖長さ L m 4.00 平均高さ H' m.80 平均長さ L' m 4.58 袖天端幅 B1 m.30 平均幅 B' m.65 体積 Vc m 質量 M1 kg 783 係数 E m /s 0.44 礫 実験定数 β 補正後の衝撃力 PR kn 単位幅当たりの衝撃力 P1 kn/m 係数 E m /s 流木実験定数 β 補正後の衝撃力 PR kn 単位幅当たりの衝撃力 P1 kn/m 安定計算に用いる衝撃力 P1 kn/m

29 Page - ( 7 ) 袖部に作用する設計外力 B 1 H ' W1 W P1 L P 1 D F L F D d B ここに LP1 : 土石流衝撃力のアーム長 (m) LF : 土石流流体力のアーム長 (m) Dd : 土石流の水深 (m) D : 最大礫径 (d95) (m) H' : 平均高さ (m) B1 : 袖天端幅 (m) B : 袖部底幅 (m) F : 単位幅当たりの土石流流体力 (kn/m) P1 : 単位幅当たりの土石流衝撃力 (kn/m) W1,W : 袖部自重 (kn/m) 9 ブロック 1 設計 記 計算式 鉛直力 水平力 アームの計算式 アーム長 モーメント 荷重 号 V H M (kn/m) (kn/m) (m) (kn m/m) 袖部 W 1 1/ γ c H' (B - B 1) 1/3 (B - B 1) + B 1 自重 = 1/ = 1/3 ( ) +.30 ( ) W γ c H' B 1 1/ B 1 = = 1/ 土石流 P 1 ( 前掲 ) L P1 = D d - 1/ D 衝撃力 = / 土石流 F ( 前掲 ) L F = 1/ D d 流体力 = 1/ 合計

30 Page - ( 8 ) 6- 照査内容 6--1 袖部の天端幅 袖部の天端幅は 1.5 mを下限とする B1 = B - n' H 1.5 (m) ここに B1 : 袖天端幅 (m) B : 袖部底幅 (m) n' : 袖勾配 H : 袖高さ (m) 6-- せん断摩擦安全率の検討 N = f V + τ c B H N' ここに N : せん断摩擦安全率 f : 摩擦係数 V : 単位幅当たり断面に作用する鉛直力の合計 (kn/m) τc : コンクリートのせん断強度 (kn/m ) B : 袖部底幅 (m) H : 単位幅当たり断面に作用する水平力の合計 (kn/m) N' : 必要せん断摩擦安全率 6--3 袖部と本体の境界面上に作用する応力に対する検討 X = M V 30 B e = X - σ = V B (1 ± 6e B ) σ max = V B (1 + 6e B ) σ'ca σ min = V B (1-6e B ) -σ ca ここに X : 荷重の合力の作用線と袖部底との交点から袖部底の 上流端までの距離 (m) M : 単位幅当たり断面に作用するモーメントの合計 (kn m/m) V : 単位幅当たり断面に作用する鉛直力の合計 (kn/m) e : 荷重の合力の作用線から袖部底の中央までの距離 (m) B : 袖部底幅 (m) σ : 袖部と本体の境界面上に作用する応力 (kn/m ) σmax : 最大圧縮応力 (kn/m ) σmin : 最大引張応力 (kn/m ) σ'ca : コンクリートの許容圧縮応力度 (kn/m ) σca : コンクリートの許容曲げ引張応力度 (kn/m )

31 31 Page - ( 9 ) 6-3 照査結果一覧 袖部底幅 B = 3.00 (m) 摩擦係数 f = 0.70 コンクリートの設計基準強度 f'ck = 18 (N/mm ) コンクリートのせん断強度 τc = (kn/m ) 許容応力度の割増し係数 = 1.5 コンクリートの許容圧縮応力度 σ'ca = (kn/m ) コンクリートの許容曲げ引張応力度 σca = (kn/m ) 項目 単位 ブロック 1 袖高さ H1 m.30 袖高さ H m 3.30 袖長さ L1 m 5.15 袖長さ L m 4.00 袖天端幅 B1 m.18 判定 B OK モーメントの合計 M kn m/m 鉛直力の合計 V kn/m 水平力の合計 H kn/m せん断摩擦安全率 N 判定 N N' = OK 最大圧縮応力 σmax kn/m 81. 判定 σmax σ'ca = OK 最大引張応力 σmin kn/m 判定 σmin -σca = OK 以上の結果から 鉄筋等による補強は不要と判断できる

32 3 Page - ( 30 ) 7 水叩工の設計 7-1 水叩きの長さ 水叩きの長さは 以下の式により求まる長さ以上とする L h H 1 t L' =.00(H1 + h ) =.00 ( ) = (m) L = 17.0 (m) OK ここに L' : 所要の水叩きの長さ (m) H1 : 水叩き天端から本えん堤天端までの高さ (m) h : 本えん堤の越流水深 (m) L : 水叩きの計画長さ (m) 7- 水叩工の厚さ 水叩工の厚さの決定には 以下の経験式を用いる t' = 0. (0.6 H1 + 3 h - 1.0) = 0. ( ) = (m) t =.0 (m) OK ここに t' : 所要の水叩きの厚さ (m) H1 : 水叩き天端から本えん堤天端までの高さ (m) h : 本えん堤の越流水深 (m) t : 水叩きの計画厚さ (m)

33 Page - ( 31 ) 8 側壁工 8-1 左岸側壁 安定計算結果一覧表 項目単位常時 V kn 作用力 H kn 3.01 M kn m 転倒 E m 許容値 m ( 0.333) 滑動 F 許容値 - ( 1.500) qmax kn/m 地盤反力 qmin kn/m 上限値 kn/m ( 600)

34 Page - ( 3 ) 8-1- 設計条件 (1) 側壁形状 () 裏込土形状 (3) 単位体積重量 コンクリ - ト.56 kn/m 3 裏込土砂 kn/m 3

35 Page - ( 33 ) (4) 地表面載荷荷重荷重強度 基準点 基準点からの 作用幅 (kn/m ) 距離 (m) 節点 全載荷 (5) 裏込め土砂のせん断抵抗角 φ 35 (6) 切土部土圧考慮する 土圧 切土面の状態 切土形状 盛土部と比較して大きい方 粗い 切土開始点 切土開始点までの高さ m 切土面の角度 (7) 支持地盤 摩擦係数 tanφb 付着力 CB 0.00 kn/m 許容支持力度 600 kn/m

36 Page - ( 34 ) 荷重計算 (1) 重量計算 1) ブロック割 1 ) 躯体自重および重心位置 区 計算式 鉛直力 分 幅 高さ 奥行き 単位重量 V(kN) 合計 区 鉛直力 アーム長 曲げモーメント 分 V(kN) X(m) Y(m) Mx(kN m) My(kN m) 計 重心位置 X = Mx V = = m

37 37 Page - ( 35 ) () 地表面載荷荷重 1) 荷重ケース名 : 常時 Q = q W L 荷重 荷重強度 分布長さ 奥行き 載荷重 アーム長 モーメント 番号 q(kn/m ) W(m) L(m) Q(kN) X(m) Mx(kN m) 合計 地表面載荷荷重の作用位置 X = ΣMx ΣQ = m

38 Page - ( 36 ) (3) 土圧 1) 荷重ケース名 : 常時 < 盛土部土圧 > 土圧力 h1 ω 奥行き方向土圧作用幅 B = m 一段目の土圧作用高さ h1 =.700 m 裏込め土砂の単位体積重量 γs = kn/m 3 裏込め土砂の内部摩擦角 φ = 土圧作用面と鉛直面のなす角度 α1 = 壁面摩擦角 δ = P1 = W sin(ω-φ) cos(ω-φ-α 1-δ) 38 すべり角 重量 土圧力 土砂 載荷重 合計 ω( ) Ws(kN) Wq(kN) W(kN) P1(kN) 土圧水平力作用位置土圧鉛直力作用位置 PH = P cos(α+δ) = cos(3.333 ) = 3.01 kn YP = 1.00 m PV = P sin(α+δ) = sin(3.333 ) = kn XP =.000 m

39 Page - ( 37 ) < 切土部土圧 > 土圧力 h1 θ1 奥行き方向土圧作用幅 B = m 一段目の土圧作用高さ h1 =.700 m 裏込め土砂の単位体積重量 γs = kn/m 3 裏込め土砂の内部摩擦角 φ = 土圧作用面と鉛直面のなす角度 α1 = 壁面摩擦角 δ = 切土面の摩擦角 δ' = 切土面の角度 θ1 = P = = W sin(θ 1-δ') cos(θ 1-δ'-α 1 -δ) 13.4 sin( ) cos( ) = kn 39 土圧水平力作用位置土圧鉛直力作用位置 PH = P cos(α+δ) = cos(3.333 ) = kn YP = 1.00 m PV = P sin(α+δ) = sin(3.333 ) = 13.7 kn XP =.000 m 以上より 盛土部土圧 Pa = kn 切土部土圧 Pb = kn Pa > Pb のため盛土部土圧を採用する 使用土圧力 P = kn

40 40 Page - ( 38 ) 荷重集計 1) 荷重ケース名 : 常時 項目 鉛直力 水平力 アーム長 モーメント V(kN) H(kN) X(m) Y(m) Mx(kN m) My(kN m) 躯体重量 地表面載荷荷重 裏込土砂土圧 合計 Mx-My =

41 Page - ( 39 ) 安定計算照査内容 転倒に対する安定の照査 e = B - M V B n ここに e : 荷重の偏心距離 (m) B : 基礎幅 (m) M : 基礎前面を中心とするモ -メント (kn m) V : 基礎底面に作用する鉛直荷重 (kn) n : 安全率 滑動に対する安定の照査 Hu = CB A + V tanφ B Fs = Hu H ここに Hu Fa : 基礎底面と地盤との間に働くせん断抵抗力 (kn) CB : 基礎底面と地盤との間の付着力 (kn/m ) A : 基礎底面積 (m ) V : 基礎底面に作用する鉛直荷重 (kn) tanφb : 基礎底面と地盤との間の摩擦係数 H : 基礎底面に作用する水平荷重 (kn) Fs Fa : 滑動安全率 : 滑動安全率の許容値 地盤反力度の計算 e = B X = 3( B - M V - e) 1) 台形分布の場合 (e < B 6 ) 41 qmax, qmin = V D B (1± 6 e B ) ) 三角形分布の場合 (e B 6 ) qmax = V D X ここに qmax : 基礎底面における最大地盤反力度 (kn/m ) qmin : 基礎底面における最小地盤反力度 (kn/m ) e : 荷重の偏心距離 (m) B : 基礎幅 (m) M : 基礎前面を中心とするモ -メント (kn m) V : 基礎底面に作用する鉛直荷重 (kn) X : 底面反力の作用幅 (m) D : 基礎の奥行き (m)

42 Page - ( 40 ) 安定計算照査結果 1) 常時 転倒および滑動に対する照査 H V M V = H = M = kn kn kn m < 転倒 > e = B - M =.000 V ± B = ± = m = ±0.333 m OK < 滑動 > Fs = CB A + V tanφ B H = 3.01 A = B D = =.000 m = Fa = OK 支持に対する照査 < 地盤反力度 > 4 H V M V = H = M = k N k N k N m e = B - M V = = m e < B 6 なので 台形分布となる V q = D B (1± 6 e ) B = (1± ) = kn/m, kn/m qa = 600 kn/m -----OK

43 1 砂防えん堤設計計算 透過型砂防えん堤

44 目次 1 設計条件 1 設計流量の算出 -1 土石流濃度 - 土石流ピーク流量 3 水通しの設計 開口部の設定 3 3- 土石流ピーク流量 (Qsp) に対する越流水深 設計水深 8 4 水通し断面 8 5 越流部の安定計算 安定条件 9 5- 設計外力の組合せ 安定計算 ( 土石流時 ) 9 6 非越流部の安定計算 本体の天端幅 安定計算 安定条件 設計外力の組合せ 下流のり勾配 上流のり勾配 安定計算 ( 土石流時 ) 16 7 袖部の破壊に対する構造計算 設計外力の算出 土石流流体力の算出 礫の衝撃力の算定 流木の衝撃力の算定 土石流衝撃力の補正 袖部 1ブロック当たりの質量 単位幅当たりの衝撃力の算出 土石流衝撃力一覧表 袖部に作用する設計外力 5 7- 照査内容 袖部の天端幅 せん断摩擦安全率の検討 袖部と本体の境界面上に作用する応力に対する検討 照査結果一覧 7

45 3 Page - ( 1 ) 1 設計条件 タイトル : 透過型砂防えん堤 えん堤タイプ : 透過型 現渓床勾配 I0 : 1/4.40 θ0 : 1.80 ( ) 計画堆砂勾配 Ip : 1/6.60 θp : 8.6 ( ) 堆積土砂の容積濃度 C* : 0.6 堆積土砂の内部摩擦角 φ : 35 ( ) 粗度係数 Kn : 0.10 最大礫径 d95 : 1.00 (m) コンクリートの単位体積重量 γc :.56 (kn/m 3 ) 礫の単位体積重量 γr : 5.51 (kn/m 3 ) 礫の密度 σ : 600 (kg/m 3 ) 泥水の単位体積重量 γw : (kn/m 3 ) 泥水の密度 ρ : 100 (kg/m 3 ) 土石流流体力係数 Kh : 1.0 コンクリートの設計基準強度 f'ck : 18 (N/mm ) コンクリートの許容圧縮応力度 σ'ca: 4500 (kn/m ) コンクリートのせん断強度 τc : 760 (kn/m ) 重力加速度 g : 9.8 (m/s )

46 4 Page - ( ) 設計流量の算出 透過型砂防えん堤の設計流量は 土石流ピーク流量とする -1 土石流濃度 Cd = = ρ tanθ 0 (σ - ρ)(tanφ - tanθ 0) 100 tan1.80 ( ) (tan35 - tan1.80 ) = ここに Cd : 土石流濃度 (0.3 Cd 0.9C* = = 0.54) σ : 礫の密度 (kg/m 3 ) ρ : 泥水の密度 (kg/m 3 ) φ : 堆積土砂の内部摩擦角 ( ) θ0 : 現渓床勾配 ( ) C* : 堆積土砂の容積濃度 - 土石流ピーク流量 Qsp = 0.01 ΣQ = = (m 3 /s) ΣQ = Vdqp C* Cd = = 3688 (m 3 ) ここに Qsp : 土石流ピーク流量 (m 3 /s) ΣQ : 土石流総流量 (m 3 ) Vdqp :1 波の土石流により流出すると想定される土砂量 ( 空隙込 ) (m 3 ) C* : 堆積土砂の容積濃度 Cd : 土石流濃度

47 Page - ( 3 ) 3 水通しの設計 3-1 開口部の設定開口部の幅は 砂防えん堤計画地点を土石流が流下する時の流れの幅 (Bda) を目安に上下流の平面的なすりつけ等を考慮して決定する 砂防えん堤計画地点上流の渓流横断図 Y X No.8 離れ 標高 離れ 標高 離れ 標高 離れ 標高 No X Y No X Y No X Y No X Y (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) 流れの幅 (Bda) 流れの幅 (Bda) は 次式を連立させて求める U = 1 Kn D /3 r (sinθ 0) 1/ 5 Qspcal = U Ad Dd = Ad Bda ここに U : 土石流の流速 (m/s) Qspcal : 流下させることが可能な土石流流量 Dd : 土石流の水深 ( ここでは Dr Dd とする ) (m) (m 3 /s) Kn : 粗度係数 (0.10: 自然河道フロント部 ) θ0 : 現渓床勾配 (1.80 ) Ad : 流下断面積 (m ) Bda : 流れの幅 (m)

48 6 Page - ( 4 ) B = g ( z ) d a Z A = f ( z ) d D = d A d B d a 流下断面積 (Ad) 流れの幅 (Bda) は 渓床からの標高 (z) の関数である z-qspcalの関係より Qspcalが土石流ピーク流量 Qsp(36.88 m 3 /s) と一致した時の z を求めると z = 1.69 m となる この z の値と z-bdaの関係より Bdaを求めると Bda = 6.66 m となる 以上の結果より 開口部の幅は Bda = 6.66 m を目安として 6.50 m を採用する なお この時の z の値と z-ddの関係 z-uの関係より 土石流の水深 (Dd) と土石流の流速 (U) は 以下の値となる 土石流の水深 Dd = 1.11 (m) 土石流の流速 U = 5.04 (m/s)

49 Page - ( 5 ) B d a ( m ) 0 A d ( m ) B d a = ( m ) 1 0 A d = ( m ) 5 5 z = ( m ) z ( m ) z = ( m ) z ( m ) 図 z-bda の関係 図 z-ad の関係 D d ( m ). 0 U ( m / s ) D d = ( m ) 6 4 U = ( m / s ) 0. 5 z = ( m ) z ( m ) z = ( m ) z ( m ) 図 z-dd の関係 図 z-u の関係 7 3 Q s p c a l ( m / s ) Q s p c a l = ( m / s ) z = ( m ) z ( m ) 図 z-qspcal の関係

50 8 Page - ( 6 ) 3- 土石流ピーク流量 (Qsp) に対する越流水深 透過型砂防えん堤の水通し幅 (B1) は 一般に開口部の幅と同じとすることから 6.50 m とする B = g ( z ) d a Z A = f ( z ) d D = d A d B d a B 1 土石流ピーク流量 (Qsp) に対する越流水深 (z) は 次式を連立させて求める U = 1 Kn D /3 d (sinθ p) 1/ Qspcal = U Ad Dd = Ad Bda ここに U : 土石流の流速 (m/s) Qspcal : 流下させることが可能な土石流流量 (m 3 /s) Dd : 土石流の水深 (m) Kn : 粗度係数 (0.10: 自然河道フロント部 ) θp : 計画堆砂勾配 (8.6 ) Ad : 水通し部における流下断面積 (m ) Bda : 流れの幅 (m) 水通し部における流下断面積 (Ad) 流れの幅 (Bda) は 越流水深 (z) の関数である z-qspcal の関係より Qspcal が土石流ピーク流量 Qsp(36.88 m 3 /s) と一致した時の z を求める と z = 1.4 m となる 以上の結果より 土石流ピーク流量 (Qsp) に対する越流水深は z = 1.3 m となる

51 Page - ( 7 ) B d a ( m ) 9 A d ( m ) 0 B d a = ( m ) A d = ( m ) 3 5 z = 1. 4 ( m ) z ( m ) z = 1. 4 ( m ) z ( m ) 図 z-bda の関係 図 z-ad の関係 D d ( m ). 0 U ( m / s ) D d = ( m ) 4 U = 4. 3 ( m / s ) z = 1. 4 ( m ) z ( m ) z = 1. 4 ( m ) z ( m ) 図 z-dd の関係 図 z-u の関係 9 3 Q s p c a l ( m / s ) Q s p c a l = ( m / s ) 3 0 z = 1. 4 ( m ) z ( m ) 図 z-qspcal の関係

52 10 Page - ( 8 ) 3-3 設計水深 設計水深は 1. 土石流ピーク流量に対する越流水深. 最大礫径のうち大きい値とする 設計水深 H 土石流ピーク流量に対する越流水深 z = 1.3 (m) 最大礫径 d95 = 1.0 (m) よって 設計水深は H = 1.3 (m) とする 4 水通し断面水通し断面は 透過部閉塞後も安全に土石流ピーク流量を流し得る断面とする なお 当該砂防えん堤は 透過型であることから 水通し断面の高さにおいて 余裕高は考慮しないものとする よって 水通し断面の高さは 1.3 m とする B 1 / m ' 1 / m ' H. W. L 1 : m H 1 : m H ' B 1 B1 : 水通し幅 (6.50 m) m : 袖小口勾配 (1:0.50) m' : 袖天端勾配 (1/4.00) B : 水通し肩位置の幅 (m) B = B1 + H m = = m H : 設計水深 (1.3 m) H' : 水通し断面の高さ (1.3 m)

53 Page - ( 9 ) 5 越流部の安定計算 5-1 安定条件土石流 流木捕捉工の砂防えん堤は その安定を保つために設計外力に対して 次の三つの条件を満足するものとする 1 原則として 砂防えん堤の上流端に引張応力が生じないよう 砂防えん堤の自重および外力の合力の作用線が底部の中央 1/3 以内に入ること 砂防えん堤底と基礎地盤との間で滑動を起こさないこと 3 砂防えん堤内に生ずる最大応力が材料の許容応力を超えないこと 地盤の受ける最大圧が地盤の許容支持力以内であること なお 砂防えん堤のコンクリート材料および計画地点の地盤条件は以下の通りである コンクリートの設計基準強度 f'ck : 18 (N/mm ) コンクリートの許容圧縮応力度 σ'ca: 4500 (kn/m ) 基礎地盤の種類 : 礫層 ( 密なもの ) 地盤の許容支持力 qu : 600 (kn/m ) えん堤本体と基礎地盤との摩擦係数 f : 設計外力の組合せ 荷重ケース自重静水圧堆砂圧土石流流体力土石流の重さ 土石流時 5-3 安定計算 ( 土石流時 ) (1) 安定計算に用いる数値 b d 11 1:n L 1:m L 1 h e D H H F B えん堤高 H : 9.00 (m) 基礎部高さ HF :.00 (m) 天端幅 b : 3.00 (m) 上流のり勾配 m : 0.00 下流のり勾配 n : 0.00 基礎部の上流側張出し幅 L1 :.00 (m) 基礎部の下流側張出し幅 L :.00 (m) 底面底幅 B : 7.00 (m)

54 Page - ( 10 ) 透過部の自重 Wt : 9.30 (kn/m) 透過部の自重のアーム長 Lt : 3.50 (m) コンクリートの単位体積重量 γc :.56 (kn/m 3 ) 泥水の単位体積重量 γw : (kn/m 3 ) 土砂の単位体積重量 γe : (kn/m 3 ) 土石流の水深 Dd : 1.11 (m) 堆砂深 he : 7.89 (m) 土圧係数 Ce : 0.30 土石流の単位体積重量 γd : (kn/m 3 ) 土石流流体力 F : (kn/m) コンクリートの設計基準強度 f'ck : 18 (N/mm ) コンクリートの許容圧縮応力度 σ'ca: 4500 (kn/m ) 基礎地盤の種類 : 礫層 ( 密なもの ) えん堤本体と基礎地盤との摩擦係数 f : 0.60 せん断強度 τ0 : 0 (kn/m ) 滑動に対する必要安全率 N' : 1. 地盤の許容支持力 qu : 600 (kn/m ) a) 底面底幅 B = b + (m + n) (H - HF) + L1 + L = ( ) ( ) = 7.00 (m) ここに B : 底面底幅 (m) b : 天端幅 (m) m : 上流のり勾配 n : 下流のり勾配 H : えん堤高 (m) HF : 基礎部高さ (m) L1 : 基礎部の上流側張出し幅 (m) L : 基礎部の下流側張出し幅 (m) 1 b) 土砂の単位体積重量 γe = C* γr = = (kn/m 3 ) ここに γe : 土砂の単位体積重量 (kn/m 3 ) C* : 堆積土砂の容積濃度 γr : 礫の単位体積重量 (kn/m 3 ) c) 堆砂深 he = H - Dd = = 7.89 (m) ここに he : 堆砂深 (m) H : えん堤高 (m) Dd : 土石流の水深 (m)

55 Page - ( 11 ) d) 土圧係数 Ce = 1 - sinφ 1 + sinφ = 1 - sin(35 ) = sin(35 ) ここで 0.3 Ce 0.6 の条件により Ce = 0.30とする ここに Ce : 土圧係数 φ : 堆積土砂の水中における内部摩擦角 ( ) e) 土石流濃度 Cd = = ρ tanθ 0 (σ - ρ)(tanφ - tanθ 0) 100 tan1.80 ( ) (tan35 - tan1.80 ) = ここに Cd : 土石流濃度 (0.3 Cd 0.9C* = = 0.54) σ : 礫の密度 (kg/m 3 ) ρ : 泥水の密度 (kg/m 3 ) φ : 堆積土砂の内部摩擦角 ( ) θ0 : 現渓床勾配 ( ) C* : 堆積土砂の容積濃度 f) 土石流の単位体積重量 γd = γr Cd + γw (1 - Cd) = (1-0.41) = (kn/m 3 ) ここに γd : 土石流の単位体積重量 (kn/m 3 ) γr : 礫の単位体積重量 (kn/m 3 ) Cd : 土石流濃度 γw : 泥水の単位体積重量 (kn/m 3 ) g) 土石流流体力 13 F = Kh γ d g Dd U = = (kn/m) 9.8 ここに F : 土石流流体力 (kn/m) Kh : 土石流流体力係数 γd : 土石流の単位体積重量 (kn/m 3 ) g : 重力加速度 (m/s ) Dd : 土石流の水深 (m) U : 土石流の流速 (m/s)

56 Page - ( 1 ) () 荷重計算 P d P d 1 P ev W P ev 1 F P e H d h e D H W 1 P eh 1 14 設計 記 計算式 鉛直力 水平力 アームの計算式 アーム長 モーメント 荷重 号 V H M (kn/m) (kn/m) (m) (kn m/m) 本体自重 W 1 γ c B H F 1/ B = = 1/ W W t 9.30 L t 堆砂圧 P ev1 γ e (h e - H F) L 1 1/ L 1 = ( ) = 1/ P ev 1/ γ e m (h e - H F) 1/3 m (h e - H F) + L 1 = 1/ = 1/3 0 ( ) ( ) P eh1 1/ C e γ e h e 1/3 h e = 1/ = 1/ P eh C e γ d D d h e 1/ h e = = 1/ 土石流 P d1 γ d {m (h e - H F) + L 1} D d 1/ {m (h e - H F) + L 1} の重さ = {0 ( ) = 1/ {0 ( ) +.00} } P d 1/ γ d m D d m (h e - H F) + L 1 = 1/ /3 m D d = 0 ( ) / 土石流 F ( 前掲 ) h e + 1/ D d 流体力 = / 合計

57 Page - ( 13 ) (3) 安定計算 (ⅰ) 砂防えん堤の自重および外力の合力の作用線が底部の中央 1/3 以内に入ること に対する検討 X = M = V 67.1 = 4.19 (m) B = 7.00 (m) 1 3 B =.33 (m) X = 4.19 (m) 3 B = 4.67 (m) OK ここに X : 荷重の合力の作用線から堤底の上流端までの距離 (m) M : 単位幅当たり断面に作用するモーメントの合計 (kn m/m) V : 単位幅当たり断面に作用する鉛直力の合計 (kn/m) B : 底面底幅 (m) (ⅱ) 砂防えん堤底と基礎地盤との間で滑動を起こさないこと に対する検討 N = f V = H = 1.58 N' = 1. OK ここに N : 滑動に対する安全率 f : えん堤本体と基礎地盤との摩擦係数 V : 単位幅当たり断面に作用する鉛直力の合計 (kn/m) H : 単位幅当たり断面に作用する水平力の合計 (kn/m) N' : 滑動に対する必要安全率 15 (ⅲ) 砂防えん堤内に生ずる最大応力が材料の許容応力を超えないこと 地盤の受ける最大圧が地盤 の許容支持力以内であること に対する検討 e = X - B = = 0.69 (m) σ max = V 6e (1 + ) B B = 67.1 ( ) = (kn/m ) σ'ca = 4500 (kn/m ) OK = (kn/m ) qu = 600 (kn/m ) OK σ min = V 6e (1 - ) B B = 67.1 ( ) = (kn/m ) 0 (kn/m ) OK ここに e : 荷重の合力の作用線から堤底の中央までの距離 (m) X : 荷重の合力の作用線から堤底の上流端までの距離 (m) B : 底面底幅 (m) σmax,σmin : 堤底面の上流端または下流端における鉛直応力 (kn/m ) V : 単位幅当たり断面に作用する鉛直力の合計 (kn/m) σ'ca : コンクリートの許容圧縮応力度 (kn/m ) qu : 地盤の許容支持力 (kn/m )

58 16 Page - ( 14 ) 6 非越流部の安定計算 6-1 本体の天端幅砂防えん堤の本体の天端幅は 流出土砂等の衝撃に耐えるような幅とする必要がある 本体材料が無筋コンクリート製の場合の天端幅は 衝突する最大礫径の 倍を原則とする ただし 天端幅は 3 m 以上とし 必要とされる天端幅が 4 m を超える場合には別途緩衝材や盛土による保護 鉄筋 鉄骨による補強により対応する ここで 当該砂防えん堤の天端幅は 3.00 m であり 衝突する最大礫径 (d95 = 1.00 m) の 倍を満足している 6- 安定計算 6--1 安定条件土石流 流木捕捉工の砂防えん堤は その安定を保つために設計外力に対して 次の三つの条件を満足するものとする 1 原則として 砂防えん堤の上流端に引張応力が生じないよう 砂防えん堤の自重および外力の合力の作用線が底部の中央 1/3 以内に入ること 砂防えん堤底と基礎地盤との間で滑動を起こさないこと 3 砂防えん堤内に生ずる最大応力が材料の許容応力を超えないこと 地盤の受ける最大圧が地盤の許容支持力以内であること なお 砂防えん堤のコンクリート材料および計画地点の地盤条件は以下の通りである コンクリートの設計基準強度 f'ck : 18 (N/mm ) コンクリートの許容圧縮応力度 σ'ca: 4500 (kn/m ) 基礎地盤の種類 : 礫層 ( 密なもの ) 地盤の許容支持力 qu : 600 (kn/m ) えん堤本体と基礎地盤との摩擦係数 f : 設計外力の組合せ 荷重ケース自重静水圧堆砂圧土石流流体力土石流の重さ 土石流時

59 Page - ( 15 ) 6--3 下流のり勾配 上流のり勾配下流のり勾配と上流のり勾配は 力学的な安定性と経済性を考慮して以下の方法により決定した 下流のり勾配を 1:0.0~1:0.50 まで0.05 間隔で計算を行い 安定性を満足でき 堤体積 ( 堤体断面積 ) が最小となる上流のり勾配を検討する 次表に上下流のり勾配と堤体断面積の関係を示す 当該砂防えん堤では 以下の組合せを採用することとした 下流のり勾配 n = 0.30 上流のり勾配 m = 0.30 上下流のり勾配と堤体断面積 ( 単位 :m ) 17 m n 下線が引かれている断面が決定断面となる は 力学的な安定性を満足できないものをあらわす

60 Page - ( 16 ) 6--4 安定計算 ( 土石流時 ) (1) 安定計算に用いる数値 b B 1 H' 1:n' d D 1:n 1:m H B 18 えん堤高 H : 9.00 (m) 袖部高さ H' : 1.30 (m) 本体の天端幅 b : 3.00 (m) 袖部の天端幅 B1 :.61 (m) 上流のり勾配 m : 0.30 下流のり勾配 n : 0.30 袖部の下流のり勾配 n' : 0.30 底面底幅 B : 8.40 (m) コンクリートの単位体積重量 γc :.56 (kn/m 3 ) 泥水の単位体積重量 γw : (kn/m 3 ) 泥水中堆砂単位体積重量 γs : 8.4 (kn/m 3 ) 土石流の水深 Dd : 1.11 (m) 土圧係数 Ce : 0.30 土石流の単位体積重量 γd : (kn/m 3 ) 土石流流体力 F : (kn/m) コンクリートの設計基準強度 f'ck : 18 (N/mm ) コンクリートの許容圧縮応力度 σ'ca: 4500 (kn/m ) 基礎地盤の種類 : 礫層 ( 密なもの ) えん堤本体と基礎地盤との摩擦係数 f : 0.60 せん断強度 τ0 : 0 (kn/m ) 滑動に対する必要安全率 N' : 1. 地盤の許容支持力 qu : 600 (kn/m )

61 Page - ( 17 ) a) 袖部の天端幅 B1 = b - n' H' = =.61 (m) ここに B1 : 袖部の天端幅 (m) b : 本体の天端幅 (m) n' : 袖部の下流のり勾配 H' : 袖部高さ (m) b) 底面底幅 B = b + (m + n) H = ( ) 9.00 = 8.40 (m) ここに B : 底面底幅 (m) b : 本体の天端幅 (m) m : 上流のり勾配 n : 下流のり勾配 H : えん堤高 (m) c) 泥水中堆砂単位体積重量 γs = C* (γr - γw) = 0.6 ( ) = 8.4 (kn/m 3 ) ここに γs : 泥水中堆砂単位体積重量 (kn/m 3 ) C* : 堆積土砂の容積濃度 γr : 礫の単位体積重量 (kn/m 3 ) γw : 泥水の単位体積重量 (kn/m 3 ) 19 d) 土圧係数 Ce = 1 - sinφ 1 + sinφ = 1 - sin(35 ) = sin(35 ) ここで 0.3 Ce 0.6 の条件により Ce = 0.30とする ここに Ce : 土圧係数 φ : 堆積土砂の水中における内部摩擦角 ( ) e) 土石流濃度 Cd = = ρ tanθ 0 (σ - ρ)(tanφ - tanθ 0) 100 tan1.80 ( ) (tan35 - tan1.80 ) = ここに Cd : 土石流濃度 (0.3 Cd 0.9C* = = 0.54) σ : 礫の密度 (kg/m 3 ) ρ : 泥水の密度 (kg/m 3 ) φ : 堆積土砂の内部摩擦角 ( ) θ0 : 現渓床勾配 ( ) C* : 堆積土砂の容積濃度

62 Page - ( 18 ) f) 土石流の単位体積重量 γd = γr Cd + γw (1 - Cd) = (1-0.41) = (kn/m 3 ) ここに γd : 土石流の単位体積重量 (kn/m 3 ) γr : 礫の単位体積重量 (kn/m 3 ) Cd : 土石流濃度 γw : 泥水の単位体積重量 (kn/m 3 ) () 荷重計算 W 5 W 4 P d1 F P V1 P ev 1 W P H P eh H d D W 1 W 3 P H1 P eh 1 0 設計 記 計算式 鉛直力 水平力 アームの計算式 アーム長 モーメント 荷重 号 V H M (kn/m) (kn/m) (m) (kn m/m) 本体自重 W 1 1/ γ c n H m H + b + 1/3 n H = 1/ = / W γ c b H m H + 1/ b = = / W 3 1/ γ c m H /3 m H = 1/ = / W 4 γ c B 1 H' m H + 1/ B 1 = = / W 5 1/ γ c n' H' m H + B 1 + 1/3 n' H' = 1/ = / 静水圧 P V1 1/ γ w m H 1/3 m H = 1/ = 1/ P H1 1/ γ w H 1/3 H = 1/ = 1/ P H γ w D d H 1/ H = = 1/ 堆砂圧 P ev1 1/ γ s m H 1/3 m H = 1/ = 1/ P eh1 1/ C e γ s H 1/3 H = 1/ = 1/ P eh C e (γ d - γ w) D d H 1/ H = 0.3 ( ) = 1/ 土石流 P d1 γ d m H D d 1/ m H の重さ = = 1/ 土石流 F H + 1/ D d 流体力 合計

63 Page - ( 19 ) (3) 安定計算 (ⅰ) 砂防えん堤の自重および外力の合力の作用線が底部の中央 1/3 以内に入ること に対する検討 X = M = V = 5.41 (m) B = 8.40 (m) 1 3 B =.80 (m) X = 5.41 (m) 3 B = 5.60 (m) OK ここに X : 荷重の合力の作用線から堤底の上流端までの距離 (m) M : 単位幅当たり断面に作用するモーメントの合計 (kn m/m) V : 単位幅当たり断面に作用する鉛直力の合計 (kn/m) B : 底面底幅 (m) (ⅱ) 砂防えん堤底と基礎地盤との間で滑動を起こさないこと に対する検討 N = f V = H = 1.1 N' = 1. OK ここに N : 滑動に対する安全率 f : えん堤本体と基礎地盤との摩擦係数 V : 単位幅当たり断面に作用する鉛直力の合計 (kn/m) H : 単位幅当たり断面に作用する水平力の合計 (kn/m) N' : 滑動に対する必要安全率 1 (ⅲ) 砂防えん堤内に生ずる最大応力が材料の許容応力を超えないこと 地盤の受ける最大圧が地盤 の許容支持力以内であること に対する検討 e = X - B = = 1.1 (m) σ max = V 6e (1 + ) B B = ( ) = (kn/m ) σ'ca = 4500 (kn/m ) OK = (kn/m ) qu = 600 (kn/m ) OK σ min = V 6e (1 - ) B B = ( ) = 4.80 (kn/m ) 0 (kn/m ) OK ここに e : 荷重の合力の作用線から堤底の中央までの距離 (m) X : 荷重の合力の作用線から堤底の上流端までの距離 (m) B : 底面底幅 (m) σmax,σmin : 堤底面の上流端または下流端における鉛直応力 (kn/m ) V : 単位幅当たり断面に作用する鉛直力の合計 (kn/m) σ'ca : コンクリートの許容圧縮応力度 (kn/m ) qu : 地盤の許容支持力 (kn/m )

64 Page - ( 0 ) 7 袖部の破壊に対する構造計算 7-1 設計外力の算出設計外力は 袖部の自重 土石流流体力 礫の衝撃力と流木の衝撃力を比較して大きい衝撃力の 3 種類とする 土石流流体力の算出 土石流流体力は次式により求める (1) 土石流濃度 Cd = = ρ tanθ 0 (σ - ρ)(tanφ - tanθ 0) 100 tan1.80 ( ) (tan35 - tan1.80 ) = ここに Cd : 土石流濃度 (0.3 Cd 0.9C* = = 0.54) σ : 礫の密度 (kg/m 3 ) ρ : 泥水の密度 (kg/m 3 ) φ : 堆積土砂の内部摩擦角 ( ) θ0 : 現渓床勾配 ( ) C* : 堆積土砂の容積濃度 () 土石流の単位体積重量 γd = γr Cd + γw (1 - Cd) = (1-0.41) = (kn/m 3 ) ここに γd : 土石流の単位体積重量 (kn/m 3 ) γr : 礫の単位体積重量 (kn/m 3 ) Cd : 土石流濃度 γw : 泥水の単位体積重量 (kn/m 3 ) (3) 土石流流体力 F = Kh γ d g Dd U = = (kn/m) 9.8 ここに F : 単位幅当たりの土石流流体力 (kn/m) Kh : 土石流流体力係数 γd : 土石流の単位体積重量 (kn/m 3 ) g : 重力加速度 (m/s ) Dd : 土石流の水深 (m) U : 土石流の流速 (m/s) 7-1- 礫の衝撃力の算定礫の衝突により堤体の受ける衝撃力 (P) は次式により算定する P = n α 3/ = ( ) 3/ = (N) = (kn) ここに P : 礫の衝撃力 (kn)

65 Page - ( 1 ) n : 係数 n = 16R 9π (K1 + K) = π ( ) = K1 = 1 - ν = π E1 π = K = 1 - ν = π E π = E1 : コンクリートの終局強度割線弾性係数 (N/m ) E : 礫の弾性係数 (N/m ) ν1 ν : コンクリートのポアソン比 : 礫のポアソン比 α : へこみ量 (m) α n1 = = 1 M 5U 4n1 n = 1 / = /5 = (m) = U : 礫の速度 ( 土石流の流速 ) (m/s) M : 礫の質量 (kg) M = 4 3 π R3 σ = 4 3 π = 1361 (kg) R : 礫の半径 (m) R d95 : 最大礫径 = d95 = 1.00 = (m) (m) σ : 礫の密度 (kg/m 3 ) 流木の衝撃力の算定流木の衝突により 堤体の受ける衝撃力 (P) は次式により算定する なお 流木の樹種はスギを想定する P = n α 3/ = ( ) 3/ = (N) = (kn) ここに P : 流木の衝撃力 (kn) n : 係数 n = 16R 9π (K1 + K3) = π ( ) = K1 = 1 - ν = π E1 π = K3 = 1 - ν = π E3 π = E1 : コンクリートの終局強度割線弾性係数 (N/m ) E3 : 流木の弾性係数 (N/m ) ν1 : コンクリートのポアソン比

66 Page - ( ) ν3 : 流木のポアソン比 α : へこみ量 (m) α = 5U /5 = 4n1 n n1 = 1 1 = = M3 41 U : 流木の速度 ( 土石流の流速 ) (m/s) M3 : 流木の質量 (kg) /5 = (m) M3 = π R Lwm σ = π = 41 (kg) Lwm : 流木の最大長 (m) R : 流木の半径 (m) R = Rwm = 0.50 Rwm : 流木の最大直径 = 0.50 (m) (m) σ : 流木の密度 (kg/m 3 ) 土石流衝撃力の補正マスコンクリートに礫または流木が衝突した場合 衝突速度が大きくなるとマスコンクリートに作用する衝撃力が小さくなることが知られている 以下により補正係数を算出し 実際に作用する衝撃力を求める PR = β P β = (E + 1) E = M M1 U ここに PR : 補正後の土石流衝撃力 (kn) P : 礫または流木の衝撃力 (kn) β : 実験定数 E : 係数 (m /s ) M1 : 袖部 1ブロック当たりの質量 (kg) M : 礫または流木の質量 (kg) U : 衝突速度 ( 土石流ピーク流量のフロント部の流速 ) (m/s) 1.0 β M 1 U M β = (E +1 ) E

67 5 Page - ( 3 ) 袖部 1 ブロック当たりの質量 袖部 1 ブロック当たりの質量 (M1) を次式により求める M1 = Vc γ c g Vc = H' L' B' B 1 L H' = H1 + H H 1 :n' H 1 L' = L1 + L B1 + B B' = B1 = B - n' H' L 1 B ここに M1 : 袖部 1 ブロック当たりの質量 (kg) Vc : 袖部 1 ブロック当たりの体積 (m 3 ) γc : コンクリートの単位体積重量 (kn/m 3 ) g : 重力加速度 (9.8 m/s ) H' : 平均高さ (m) L' : 平均長さ (m) B' : 平均幅 (m) H1,H : 袖高さ (m) L1,L : 袖長さ (m) B1 : 袖天端幅 (m) B : 袖部底幅 (m) n' : 袖勾配 単位幅当たりの衝撃力の算出 袖部単位幅当たりに作用する衝撃力 (P1) を次式により求める P1 = PR L' ここに P1 : 袖部単位幅当たりに作用する衝撃力 (kn/m) PR : 補正後の土石流衝撃力 (kn) L' : 平均長さ (m)

68 6 Page - ( 4 ) 土石流衝撃力一覧表 以上の通り算出した 袖部単位幅当たりの礫の衝撃力と 流木の衝撃力を比較し 大きい方を 袖部の安定計算に用いる土石流衝撃力とする 袖部底幅 B = 3.00 (m) 袖勾配 n' = 0.30 コンクリートの単位体積重量 γc =.56 (kn/m 3 ) 土石流の流速 U = 5.04 (m/s) 礫の質量 M = 1361 (kg) 礫の衝撃力 P = (kn) 流木の質量 M = 41 (kg) 流木の衝撃力 P = (kn) 単位 ブロック 1 袖高さ H1 m 1.30 袖高さ H m.30 袖長さ L1 m 8.00 袖長さ L m 7.35 平均高さ H' m 1.80 平均長さ L' m 7.68 袖天端幅 B1 m.46 平均幅 B' m.73 体積 Vc m 質量 M1 kg 係数 E m /s 礫 実験定数 β 補正後の衝撃力 PR kn 単位幅当たりの衝撃力 P1 kn/m 係数 E m /s 0.13 流木実験定数 β 補正後の衝撃力 PR kn 14.1 単位幅当たりの衝撃力 P1 kn/m 安定計算に用いる衝撃力 P1 kn/m

69 Page - ( 5 ) 袖部に作用する設計外力 B 1 H ' W1 W P1 L P 1 D F L F D d B ここに LP1 : 土石流衝撃力のアーム長 (m) LF : 土石流流体力のアーム長 (m) Dd : 土石流の水深 (m) D : 最大礫径 (d95) (m) H' : 平均高さ (m) B1 : 袖天端幅 (m) B : 袖部底幅 (m) F : 単位幅当たりの土石流流体力 (kn/m) P1 : 単位幅当たりの土石流衝撃力 (kn/m) W1,W : 袖部自重 (kn/m) 7 ブロック 1 設計 記 計算式 鉛直力 水平力 アームの計算式 アーム長 モーメント 荷重 号 V H M (kn/m) (kn/m) (m) (kn m/m) 袖部 W 1 1/ γ c H' (B - B 1) 1/3 (B - B 1) + B 1 自重 = 1/ = 1/3 ( ) +.46 ( ) W γ c H' B 1 1/ B 1 = = 1/ 土石流 P 1 ( 前掲 ) L P1 = D d - 1/ D 衝撃力 = / 土石流 F ( 前掲 ) L F = 1/ D d 流体力 = 1/ 合計

70 Page - ( 6 ) 7- 照査内容 7--1 袖部の天端幅 袖部の天端幅は 1.5 mを下限とする B1 = B - n' H 1.5 (m) ここに B1 : 袖天端幅 (m) B : 袖部底幅 (m) n' : 袖勾配 H : 袖高さ (m) 7-- せん断摩擦安全率の検討 N = f V + τ c B H N' ここに N : せん断摩擦安全率 f : 摩擦係数 V : 単位幅当たり断面に作用する鉛直力の合計 (kn/m) τc : コンクリートのせん断強度 (kn/m ) B : 袖部底幅 (m) H : 単位幅当たり断面に作用する水平力の合計 (kn/m) N' : 必要せん断摩擦安全率 7--3 袖部と本体の境界面上に作用する応力に対する検討 X = M V 8 B e = X - σ = V B (1 ± 6e B ) σ max = V B (1 + 6e B ) σ'ca σ min = V B (1-6e B ) -σ ca ここに X : 荷重の合力の作用線と袖部底との交点から袖部底の 上流端までの距離 (m) M : 単位幅当たり断面に作用するモーメントの合計 (kn m/m) V : 単位幅当たり断面に作用する鉛直力の合計 (kn/m) e : 荷重の合力の作用線から袖部底の中央までの距離 (m) B : 袖部底幅 (m) σ : 袖部と本体の境界面上に作用する応力 (kn/m ) σmax : 最大圧縮応力 (kn/m ) σmin : 最大引張応力 (kn/m ) σ'ca : コンクリートの許容圧縮応力度 (kn/m ) σca : コンクリートの許容曲げ引張応力度 (kn/m )

71 9 Page - ( 7 ) 7-3 照査結果一覧 袖部底幅 B = 3.00 (m) 摩擦係数 f = 0.70 コンクリートの設計基準強度 f'ck = 18 (N/mm ) コンクリートのせん断強度 τc = (kn/m ) 許容応力度の割増し係数 = 1.5 コンクリートの許容圧縮応力度 σ'ca = (kn/m ) コンクリートの許容曲げ引張応力度 σca = (kn/m ) 項目 単位 ブロック 1 袖高さ H1 m 1.30 袖高さ H m.30 袖長さ L1 m 8.00 袖長さ L m 7.35 袖天端幅 B1 m.31 判定 B OK モーメントの合計 M kn m/m 鉛直力の合計 V kn/m 水平力の合計 H kn/m せん断摩擦安全率 N 判定 N N' = OK 最大圧縮応力 σmax kn/m 判定 σmax σ'ca = OK 最大引張応力 σmin kn/m 判定 σmin -σca = OK 以上の結果から 鉄筋等による補強は不要と判断できる

72 1 砂防えん堤設計計算 部分透過型砂防えん堤

73 目次 1 設計条件 1 設計流量の算出 -1 土砂含有を考慮した流量 -1-1 有効降雨強度 -1- 清水の対象流量 -1-3 土砂含有を考慮した流量 - 土石流ピーク流量 土石流濃度 3 -- 土石流ピーク流量 3 3 水通しの設計 開口部の設定 4 3- 土石流ピーク流量 (Qsp) に対する越流水深 設計水深 9 4 水通し断面 9 5 土砂含有を考慮した流量 (Q) に対する越流水深 10 6 越流部の安定計算 不透過部の天端幅 安定計算 安定条件 設計外力の組合せ 下流のり 不透過部の下流のり勾配 上流のり勾配 安定計算 ( 洪水時 ) 安定計算 ( 土石流時 ) 結果一覧表 3 7 非越流部の安定計算 本体の天端幅 3 7- 安定計算 安定条件 設計外力の組合せ 下流のり勾配 上流のり勾配 安定計算 ( 洪水時 ) 安定計算 ( 土石流時 ) 結果一覧表 3 8 袖部の破壊に対する構造計算 設計外力の算出 土石流流体力の算出 礫の衝撃力の算定 流木の衝撃力の算定 土石流衝撃力の補正 袖部 1ブロック当たりの質量 単位幅当たりの衝撃力の算出 土石流衝撃力一覧表 袖部に作用する設計外力 照査内容 袖部の天端幅 せん断摩擦安全率の検討 袖部と本体の境界面上に作用する応力に対する検討 照査結果一覧 41

74 3 Page - ( 1 ) 1 設計条件 タイトル : 部分透過型砂防えん堤 えん堤タイプ : 部分透過型 流域面積 A : 0.10 (km ) 現渓床勾配 I0 : 1/4.40 θ0 : 1.80 ( ) 計画堆砂勾配 Ip : 1/6.60 θp : 8.6 ( ) 堆積土砂の容積濃度 C* : 0.6 堆積土砂の内部摩擦角 φ : 35 ( ) 粗度係数 Kn : 0.10 最大礫径 d95 : 1.00 (m) コンクリートの単位体積重量 γc :.56 (kn/m 3 ) 礫の単位体積重量 γr : 5.51 (kn/m 3 ) 礫の密度 σ : 600 (kg/m 3 ) 泥水の単位体積重量 γw : (kn/m 3 ) 泥水の密度 ρ : 100 (kg/m 3 ) 土石流流体力係数 Kh : 1.0 コンクリートの設計基準強度 f'ck : 18 (N/mm ) コンクリートの許容圧縮応力度 σ'ca: 4500 (kn/m ) コンクリートのせん断強度 τc : 760 (kn/m ) 重力加速度 g : 9.8 (m/s )

75 Page - ( ) 設計流量の算出 砂防えん堤の設計流量は 土砂含有を考慮した流量 ( 洪水時 ) と 土石流ピーク流量 ( 土石流時 ) とする -1 土砂含有を考慮した流量 -1-1 有効降雨強度 Pe = P K f1 Kp1 60 A = = 19.5 (mm/h) ここに Pe : 有効降雨強度 (mm/h) P4 :4 時間雨量 (mm/4h) 計画規模の年超過確率の降雨量と既往最大の降雨量を比較し 大きい方の値を用いる 降雨量 (mm/4h) 計画規模の年超過確率 既往最大 よって P4 = (mm/4h) とする Kp1 : 係数 Kf1 : 流出係数 A : 流域面積 (km ) 4-1- 清水の対象流量 Qp = Pe A = = 4.3 (m3 /s) ここに Qp : 清水の対象流量 (m 3 /s) Pe : 有効降雨強度 (mm/h) A : 流域面積 (km ) -1-3 土砂含有を考慮した流量 Q = 1.5 Qp = = 6.48 (m 3 /s) ここに Q : 土砂含有を考慮した流量 (m 3 /s) Qp : 清水の対象流量 (m 3 /s)

76 5 Page - ( 3 ) - 土石流ピーク流量 --1 土石流濃度 Cd = = ρ tanθ 0 (σ - ρ)(tanφ - tanθ 0) 100 tan1.80 ( ) (tan35 - tan1.80 ) = ここに Cd : 土石流濃度 (0.3 Cd 0.9C* = = 0.54) σ : 礫の密度 (kg/m 3 ) ρ : 泥水の密度 (kg/m 3 ) φ : 堆積土砂の内部摩擦角 ( ) θ0 : 現渓床勾配 ( ) C* : 堆積土砂の容積濃度 -- 土石流ピーク流量 Qsp = 0.01 ΣQ = = (m 3 /s) ΣQ = Vdqp C* Cd = = 3688 (m 3 ) ここに Qsp : 土石流ピーク流量 (m 3 /s) ΣQ : 土石流総流量 (m 3 ) Vdqp :1 波の土石流により流出すると想定される土砂量 ( 空隙込 ) (m 3 ) C* : 堆積土砂の容積濃度 Cd : 土石流濃度

77 Page - ( 4 ) 3 水通しの設計 3-1 開口部の設定開口部の幅は 砂防えん堤計画地点を土石流が流下する時の流れの幅 (Bda) を目安に上下流の平面的なすりつけ等を考慮して決定する 砂防えん堤計画地点上流の渓流横断図 Y X No.8 離れ 標高 離れ 標高 離れ 標高 離れ 標高 No X Y No X Y No X Y No X Y (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) 流れの幅 (Bda) 流れの幅 (Bda) は 次式を連立させて求める U = 1 Kn D /3 r (sinθ 0) 1/ 6 Qspcal = U Ad Dd = Ad Bda ここに U : 土石流の流速 (m/s) Qspcal : 流下させることが可能な土石流流量 Dd : 土石流の水深 ( ここでは Dr Dd とする ) (m) (m 3 /s) Kn : 粗度係数 (0.10: 自然河道フロント部 ) θ0 : 現渓床勾配 (1.80 ) Ad : 流下断面積 (m ) Bda : 流れの幅 (m)

78 7 Page - ( 5 ) B = g ( z ) d a Z A = f ( z ) d D = d A d B d a 流下断面積 (Ad) 流れの幅 (Bda) は 渓床からの標高 (z) の関数である z-qspcalの関係より Qspcalが土石流ピーク流量 Qsp(36.88 m 3 /s) と一致した時の z を求めると z = 1.69 m となる この z の値と z-bdaの関係より Bdaを求めると Bda = 6.66 m となる 以上の結果より 開口部の幅は Bda = 6.66 m を目安として 6.50 m を採用する なお この時の z の値と z-ddの関係 z-uの関係より 土石流の水深 (Dd) と土石流の流速 (U) は 以下の値となる 土石流の水深 Dd = 1.11 (m) 土石流の流速 U = 5.04 (m/s)

79 Page - ( 6 ) B d a ( m ) 0 A d ( m ) B d a = ( m ) 1 0 A d = ( m ) 5 5 z = ( m ) z ( m ) z = ( m ) z ( m ) 図 z-bda の関係 図 z-ad の関係 D d ( m ). 0 U ( m / s ) D d = ( m ) 6 4 U = ( m / s ) 0. 5 z = ( m ) z ( m ) z = ( m ) z ( m ) 図 z-dd の関係 図 z-u の関係 8 3 Q s p c a l ( m / s ) Q s p c a l = ( m / s ) z = ( m ) z ( m ) 図 z-qspcal の関係

80 9 Page - ( 7 ) 3- 土石流ピーク流量 (Qsp) に対する越流水深 透過型砂防えん堤の水通し幅 (B1) は 一般に開口部の幅と同じとすることから 6.50 m とする B = g ( z ) d a Z A = f ( z ) d D = d A d B d a B 1 土石流ピーク流量 (Qsp) に対する越流水深 (z) は 次式を連立させて求める U = 1 Kn D /3 d (sinθ p) 1/ Qspcal = U Ad Dd = Ad Bda ここに U : 土石流の流速 (m/s) Qspcal : 流下させることが可能な土石流流量 (m 3 /s) Dd : 土石流の水深 (m) Kn : 粗度係数 (0.10: 自然河道フロント部 ) θp : 計画堆砂勾配 (8.6 ) Ad : 水通し部における流下断面積 (m ) Bda : 流れの幅 (m) 水通し部における流下断面積 (Ad) 流れの幅 (Bda) は 越流水深 (z) の関数である z-qspcal の関係より Qspcal が土石流ピーク流量 Qsp(36.88 m 3 /s) と一致した時の z を求める と z = 1.4 m となる 以上の結果より 土石流ピーク流量 (Qsp) に対する越流水深は z = 1.3 m となる

81 Page - ( 8 ) B d a ( m ) 9 A d ( m ) 0 B d a = ( m ) A d = ( m ) 3 5 z = 1. 4 ( m ) z ( m ) z = 1. 4 ( m ) z ( m ) 図 z-bda の関係 図 z-ad の関係 D d ( m ). 0 U ( m / s ) D d = ( m ) 4 U = 4. 3 ( m / s ) z = 1. 4 ( m ) z ( m ) z = 1. 4 ( m ) z ( m ) 図 z-dd の関係 図 z-u の関係 10 3 Q s p c a l ( m / s ) Q s p c a l = ( m / s ) 3 0 z = 1. 4 ( m ) z ( m ) 図 z-qspcal の関係

82 11 Page - ( 9 ) 3-3 設計水深 設計水深は 1. 土石流ピーク流量に対する越流水深. 最大礫径のうち大きい値とする 設計水深 H 土石流ピーク流量に対する越流水深 z = 1.3 (m) 最大礫径 d95 = 1.0 (m) よって 設計水深は H = 1.3 (m) とする 4 水通し断面水通し断面は 透過部閉塞後も安全に土石流ピーク流量を流し得る断面とする なお 当該砂防えん堤は 部分透過型であることから 水通し断面の高さにおいて 余裕高は考慮しないものとする よって 水通し断面の高さは 1.3 m とする B 1 / m ' 1 / m ' H. W. L 1 : m H 1 : m H ' B 1 B1 : 水通し幅 (6.50 m) m : 袖小口勾配 (1:0.50) m' : 袖天端勾配 (1/4.00) B : 水通し肩位置の幅 (m) B = B1 + H m = = m H : 設計水深 (1.3 m) H' : 水通し断面の高さ (1.3 m)

83 1 Page - ( 10 ) 5 土砂含有を考慮した流量 (Q) に対する越流水深 土砂含有を考慮した流量 (Q) に対する越流水深は せきの公式により算出する D h B 1 Q = 3 3/ C g B1 D h ここに Q : 土砂含有を考慮した流量 (m 3 /s) C : 流量係数 (0.60) g : 重力加速度 (9.8 m/s ) B1 : 開口部の幅 (6.50 m) Dh : 越流水深 (m) ここで 6.48 = 3 3/ D h より Dh = 0.69 (m) 0.7 (m)