トップリングによる変状箇所の特徴と機構について 基礎設計室岡淳一 1. はじめに交差点部で約 40m の切土を行ったところ トップリングが発生した 地山は硬質な花崗岩で 受盤の亀裂面の連続性が良く 亀裂には軟らかい粘土シームが介在していた トップリングは交差点方向に転倒しており 付近の亀裂からは粘土シームが押し出されていた 地下水位が高く 降雨時は亀裂内に水圧が作用する状態であった 対策は 岩塊が交差点方向へ転倒していたことから コーナー部を補強して崩壊の足元に要となるブロックを作ることにした 本稿では 今後のトップリング発生予測に役立てるため その特徴及び機構についてまとめる 2. 地形地質概要本地は宍道低地帯から南に約 5km の地点であり 中国山地の北縁部に位置する 河川が開析した谷に沿う低山地で 切土箇所は非攻撃斜面の尾根部である 北西と北東方向のリニアメントに沿って断層等の亀裂系が発達している 地質は新生代古第三紀の花崗岩であり 東西に延びた小規模な分布範囲の中央部に位置している 本地の花崗岩は節理や断層が発達し 割れ目には変質した茶色の粘土シームが多くみられるのが特徴である 花崗岩は北と南側に新第三紀層が分布していることから 地塁状の構造を持っていると考えられる したがって 花崗岩は形成後に間近で新第三紀の火山活動にさらされており 新第三紀の堆積盆形成時には幾度も大きな構造運動や 岩脈の生成に伴う貫入作用を受けたものと考えられる 茶色の粘土シームは 付近に玄武岩の岩脈や盛土の土砂に玄武岩の岩塊が含まれていることから 花崗岩形成後の玄武岩の火山活動に伴って形成された 岩脈系の粘土と推定される 3. 調査結果地すべりの特徴及び機構を把握するため 切土法面観察 調査ボーリング パイプ歪計観測 地下水位観測 伸縮計観測 光波観測を行った 以下に結果を述べる 切土法面観察切土法面にみられる亀裂系は主に 3 方向 ( ア~ウ系亀裂 ) で いずれも道路に対して高角度の受け盤である 図 -1 の平面図にこられの亀裂の分布と シュミットネットに整理したものを載せる 現地にはトップリング特有の変状がみられる 変状写真と トップリングの模式断面図を図 -2 に示す 交差点部は比較的硬質な岩塊が露出しているが 茶色の粘土シームが押し出されているのが確認できる また 茶色の粘土シームは 変状している割れ目にみられることが多い
図-1.調査平面図 図-2.トップリングの変状写真 右 と模式断面図 左
調査ボーリング上部は風化が進んでマサ状となる 深くなると徐々に硬質となり軟岩主体となる 硬質な岩盤でも割れ目が多く 茶色の粘土を挟んでいる箇所がみられる パイプ歪計観測多くの深度で歪み変動が確認される これはトップリング崩壊に特徴的に見られる現象で トップリングは通常の地すべりのような明瞭なせん断面 ( すべり面 ) が形成されることが少なく むしろ幾つかの岩盤の折れ曲がりでせん断帯を形成することが多い 図 -3 にトップリングの模型実験と本地の歪み変動グラフを示す 実験によると トップリング崩壊は広範囲のブロックが転倒し回転することによって発生しており すべり面より深部 ( 黄色箇所 ) においても変形が確認される そこで これらのせん断帯が歪として現れたものを歪み群とし その中で最大を示す歪み群を 最大歪み群 とした 安全性を考慮して 最大歪み群 のうち最も深いものをすべり面に相当するものと考えた 図 -3. トップリング模型実験写真 ( 左 ) と BP.2 における歪み変位量 ( 右 ) 地下水位観測 地下水位は割れ目が多い岩盤にしては比較的高い 降雨と連動して変動が見られるので 地 下水が地盤に与える影響は大きい
伸縮計観測 30mm/ 日以上の降雨で動きがみられ 60mm/ 日の雨量で 最大 20mm/ 日以上の緊急変動がみられる 光波観測図 -1 に示すように 全体的に交差点側に向かって動いている 4. 機構解析図 -1 に示すように トップリングは基本的に交差部に向うが 交差部の岩塊は本崩壊の主方向であり力が集中しているにもかかわらず 変状の規模が小さい これは交差部が要岩塊として崩壊全体のストッパー的な役割をしているためと考えられる 光波観測によると トップリング崩壊は交差点部の要岩塊をストッパーとして 国道側と村道側で移動方向が異なる 国道側はア系亀裂とウ系亀裂の合成方向に動いており最急勾配方向に一致する 一方 村道側はア系亀裂やイ系亀裂の直交方向に動いており必ずしも最急勾配方向に一致しない これは岩盤の転倒に引きずられて動いているためと考えられる トップリングは降雨との連動性が高く 降雨により地下水が上昇すると 亀裂内に水圧が作用し岩柱が押されて 変状を引き起こすと考えられる また 法面上部では風化によるマサ化が進行しており 法面下部の岩盤崩壊に追随してすべりが発生している トップリングとすべりの組合せの模式図を図 -4 に示す 図 -4. トップリングとすべりの組合せ模式図 以上より トップリングの素因 誘因は以下のようにまとめられる 素因 岩脈が熱水変質を受けて粘土化していた 新第三紀の構造運動による断層や岩脈が発達しており 割れ目の多い地盤であった
誘因 高低差 40m の大規模な切土により応力開放が発生し 割れ目が分離した 本地は降雨と変動の連動性が高く 降雨により地下水が上昇すると 亀裂内に水圧が作用し変状を引き起こした 粘土シームのせん断強度が低下し 岩柱がズレやすくなった 5. 対策工の設計対策工は工法比較の結果 図 -5 に示すように 頭部排土 +アンカー工法 とした 頭部排土ですべりの起動力を減少させ アンカーで末端部 ( コーナー部 ) の抵抗力を増加させ要ブロックを作り 安定化を図る また 地下水上昇がトップリングに影響しているので 排水ボーリングによる地下水排除工を併用した 対策工は交差点部になるので アンカーや排水ボーリングが他の法面のものと交差しないように注意して設計を行った 図 -5. 対策工平面図
6. 対策工完了後 対策工工事完了後 雨の多い春 ~ 秋にかけてパイプ歪計 伸縮計を再設置し 経過観測を行っ た 観測の結果 動きはみられず 対策工の効果を確認することができた 7. トップリングの発生予測最後にトップリングの発生予測について述べる 以下のような現象が確認できた場合はトップリングの注意が必要である なお トップリングは岩柱が転倒することで発生するので 地盤が硬質でも注意が必要である 1 斜面勾配が急で 高角度で連続性のある不連続面 ( 特に受け盤 ) が発達している場合 2 地質構造的な現象 ( 断層や褶曲等 ) が無いのに 斜面の上下で亀裂系の走向傾斜が変化している場合 ( 岩盤クリープが発生している可能性がある ) 3 地表面に地割れ等の連続性のある開口が確認される場合 4 高角度亀裂に挟まれる粘土が 圧縮されて押し出されている場合 トップリングの可能性がある場合は 以下の点に特に注意する必要がある 1 高角度亀裂に粘土が挟まれる場合は 岩柱と岩柱のせん断力が低下しトップリングが発生しやすくなる 2 切土の土被りが大きい場合は 応力開放により亀裂間で緩みが生じ 岩柱が転倒しやすくなる 3 地下水位が高い場合は 降雨に伴う地下水上昇により岩柱間が水で満たされ水圧が発生し 岩柱が転倒しやすくなる