安定化有限要素法による地すべり地塊の運動シミュレーション
Numerical simulation of landslide mass movement by stabilized finite element method
吉松弘行・張 馳
Hiroyuki YOSHIMATSU and Chi ZHANG |
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Abstract
Landslides constitute one of the main natural disasters in which human life and social properties are lost. A prediction of a dangerous area of landslide disaster is the most necessary to prevent this disaster. On this account we examined an analytical technique by the finite element method to predict the run out extent area and the sediment height of sliding mass. The momentum equation of sliding mass is belonging to a typical advection equation, therefore the instability of numerical solution is seen on the calculation of a finite element method. We suggest the analytical technique introducing various kinds of stabilization terms.
The movement of sliding mass is controlled by the scattered stress due to the movement and the basal resistance force. This basal resistance force needs the handling that is discontinuity in stop before and after of movement, and then we present the condition of moving and stopping precedent into the consideration of numerical simulation. It is pointed out as the results that numerical simulation can explain the hazardous area of landslide.
Key words:landslide run out area, numerical simulation, finite element method, stopping condition of sliding mass
和文要旨
地すべりは多くの資産や人命の損なう主要な自然災害の一つである。これら災害を防止するためには地すべり災害の危険個所の把握が必要である。このため地すべり地塊の流出範囲と堆積深を予測するため有限要素法による解析手法を検討した。地すべり地塊の運動方程式は典型的な移流方程式であり，有限要素法による解析では数値解の不安定性が見られる。このため種々の安定化項の導入を図った解析手法を提案した。
地すべり地塊の運動はそれに伴う散逸応力と底面の抵抗力に支配される。この底面抵抗力は運動の停止前後で不連続な取り扱いが必要であり，当論文で運動地塊の活動・停止条件を勘案した。この活動・停止条件は地すべりの運動範囲を予測するに妥当であることを指摘した。
キーワード：地すべりの流出範囲，数値シミュレーション，有限要素法，すべり地塊の停止条件 |
数値解析による崩壊土塊の到達範囲予測
Numerical simulation of grain‐fluid flow due to slope collapse
張 馳・吉松弘行・岩堀康希・阿部真郎
Chi ZHANG, Hiroyuki YOSHIMATSU, Yasunori IWAHORI and Shinro ABE |
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Abstract
The Coulomb mixture model that was developed to predict the behavior of grain‐fluid flows due to slope collapse is also promising to predict the behavior of debris‐laden flash floods. The model assumes that grain‐fluid flows behave as mixtures of interacting Newtonian fluids and Coulomb solids. Solid and fluid constituents obey three‐dimensional mass and momentum balances, which are summed and depth‐integrated to yield equations that describe shallow flows of the mixture as a whole. The leapfrog finite different method provides an effective tool for solving the shallow water flow equations. In order to exactly predict the range of sediment, a stop condition of grain‐fluid flow, the third‐order upwind scheme and the preserving mass conservation method are applied to the numerical model. The numerical method is verified by comparing with Denlinger's(2001)small‐scale granular avalanche experiment. In addition, the simulated result for a slope collapse occurred in the suburb Hirosaki Japan is in good agreement with the actual phenomena.
Key words:grain‐fluid flow, the third‐order upwind scheme, mass conservation method, stop condition
和文要旨
地震や豪雨，火山活動などによりしばしば斜面崩壊などの甚大な土砂災害が生じることが報告されている。これら災害を防止するために崩壊土塊の到達範囲を把握することが必要である。本稿では，土塊の運動停止前後での底面クーロン摩擦の不連続な挙動を示すためにクーロン混合モデルおよび深度平均理論に基づく運動の開始・停止条件と移流項の三次精度風上スキームおよび質量保存の取り扱い方法を導入し，斜面崩壊による土塊の運動や堆積範囲の平面２次元のシミュレーション手法を開発した。提案手法の有効性はＤｅｎｌｉｎｇｅｒら（２００１）の乾燥粒子流の小型模型実験および弘前市郊外の崩壊事例に基づき検証した結果，解析手法の妥当性が確認された。
キーワード：崩壊土塊，三次精度風上スキーム，質量保存法，停止条件 |
ＧＰＳ観測から得られた稲里地区のアースフロー変動とそれを規定する水分条件
Hydrologic control of earthflow movements, derived from GPS observation in Inasato, Hokkaido
石丸 聡・田近 淳・高見雅三
Satoshi ISHIMARU, Jun TAJIKA and Masazo TAKAMI |
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Abstract
Many earthflows are distributed in Inasato, Hobetsu Town, Hokkaido. We observed earthflow movements by GPS continuous measurements every 3 hours, and researched hydrologic conditions. Saturated soft layers lie in the earthflow body, in a depth of 25 to 120cm. The subsurface soil layer with the lower soft layer is deformed, when the rising of the water content weakens resistivity of the subsurface layer. The earthflow movement occurs at 3 to 6 hours after the beginning of a heavy rain. Deformation begins at the upper middle part with high water content, and spreads to the end part.
Key words:earthflow, GPS, water content, saturated zone, snowmelt
和文要旨
北海道穂別町稲里地区にはアースフローが多数分布する。この地域のアースフロー斜面でＧＰＳによる３時間間隔の繰り返し観測を行い，変動の際の水分条件について検討した。アースフロー内部（深度２５〜１２０ｃｍ）には，地中水が飽和した極めて軟弱な層が分布する。アースフローの変動は軟弱な飽和層を取り囲む土層全体の含水率が増加し強度低下した時に，飽和層と共に変形する。アースフローの変動は強い降水開始後，３〜６時間後に発生する。変動は水分の豊富な中上部から始まり末端部へ波及していく。
キーワード：アースフロー，ＧＰＳ，含水率，飽和帯，融雪 |
地すべり変位速度の指数関数的低減現象
Exponential decrease phenomenon of the landslide displacement velocity
神原規也
Noriya KAMIHARA |
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Abstract
Landslides during the deceleration phase tend to exponentially decrease their displacement velocities. Such phenomena suggest the exponential reduction of the factor concerning rainfall as a cause of the landslide instability. It is expected that indices of the landslide stability can be estimated by the rainfall intensity. An approach to evaluate the correlation between the landslide displacement velocity and the tank model storage depths was reported recently1). This indicates that landslide stability indices can be obtained directly from precipitation. Here the author reports a case where primary, secondary and tertiary creeps were discriminated respectively by the ratio between the displacement velocity and the tank model storage depths. On the other hand, the primary creep sometimes occurs regardless of the factor concerning rainfall. This phenomenon indicates the temporal change to increase“the strength of slide surface"in the active landslide.
Key words:landslide displacement velocity, exponential decrease, primary creep, tank model, rheology
和文要旨
滑動中の地すべりにおいて，地すべり変位速度は減速域では指数関数的低減傾向を示すことがある。この原因には，降雨に由来する地すべり不安定化要因の指数関数的低減が挙げられる。この評価手法として，地すべり変位速度とタンクモデル貯留高の相関関係も指摘されている１）。このことは，降水量から直ちに地すべり安定度の指標が得られることを意味する。本論文では両者の比率から１次，２次，３次クリープの識別事例の報告を行う。一方，降雨による要因とは無関係に１次クリープ的現象が生じている場合が有り，滑動中の地すべり地における「すべり面強度」の経時的増加の可能性を示唆する。
キーワード：地すべり変位速度，指数関数的低減，１次クリープ，タンクモデル，レオロジー |
積雪期における新潟県内の第三紀層地すべりの運動特性
The behavior of the Tertiary landslides through the snowy period in Niigata Prefecture, central Japan
佐藤壽則・白石秀一・伊藤俊方
Hisanori SATO, Shuichi SHIRAISHI and Toshikata ITO |
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Abstract
Automatic observation systems have enabled us to obtain the detail data about the landslide motion during the snowy period. To understand the behaviors of the Tertiary landslides in Niigata Prefecture, we investigated the 65 data from the observation systems of the pipe strain or the multi‐layer movement meter at 21 landslides. The behaviors were classified into five patterns based on the temporal variation of the landslide motion. Furthermore, these data show that the 40% of the landslides started sliding in November or December and the few landslides(<5%)started sliding in the spring snowmelt period. This fact suggests that the infiltration of snowmelt water into the underground isn't a trigger for the starting of the landslide movement. We emphasize that the findings of landslides in the spring snowmelt period are different from the actual occurrences of landslides.
Key words:Tertiary landslide, automatic observation system, strain meter, snowy period
和文要旨
自動観測システムは積雪期における地すべり運動に関する詳細なデータの入手を可能にしている。新潟県の第三紀層地すべりの挙動を理解するため，２１の地すべり地におけるパイプひずみ計あるいは多層移動量計の観測データ６５事例を検討した。地すべり運動の経時変化の特徴に基づいて，地すべりの挙動は５パターンに分類された。さらに観測データから，地すべり全体の４０％は積雪前の１１月から１２月に活動を開始し，融雪期にはじめて活動を開始する地すべりはわずか５％未満であることが判明した。このことは，融雪期における融雪水の地下浸透が，地すべり活動開始の原因ではないことを示唆する。融雪期における地すべりの発見は，実際の地すべり発生とは異なる。
キーワード：第三紀層地すべり，自動観測，ひずみ計，積雪期 |