”グリーンタフ”地域に分布する堆積軟岩の酸化的条件における化学的風化プロセス
−新潟県虫生岩戸及び百川地すべり地域の例−
Oxidation weathering of sedimentary soft rocks from a“Green tuff”region : Examples from
the Mushu‐Iwado and Momokawa landslide areas, Niigata Prefecture, Japan
前田寛之ａ）＊・松木義則ｂ）・長谷部賀宣ｃ）・何 洋ｄ）
Hiroyuki MAEDA, Yoshinori MATSUKI, Shigenori HASEBE and He YANG |
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Abstract
The Mushu‐Iwado and Momokawa failure‐type slides of the Joetsu region, Niigata Prefecture, Japan, developed upon diagenetic alteration zones within sedimentary soft rocks of the Nakanomata Mudstone Member of the upper Miocene Noudani Formation and the Tsutsuishi Alternation of Sandstone and Mudstone Member of the Pliocene Kawazume Formation, respectively. The sedimentary soft rocks consist primarily of mudstone, sandstone, conglomerate and volcaniclastic rocks.
Core samples of sedimentary soft rocks from the Mushu‐Iwado and Momokawa landslide areas were leached in aerated conditions to measure pH and concentrations of SO4 2-,HCO3 -,Cl-,Na+,K+,Ca2+,Mg2+ etc.
The leachate pH of fresh rock ranges from 7.05 to 8.90, while weakly, moderately and strongly weathered rocks record pH values of 6.25 to 7.22, 3.01 to 6.82, and 6.20 to 6.90, respectively. The leachate anions are predominantly SO4 2-. The chemical characteristics of leachate are Na-SO4 type in fresh, weakly weathered and strongly weathered rocks, and Ca-SO4 type in moderately weathered rocks. Hexadiagrams of leachate from fresh, weakly weathered, moderately weathered and strongly weathered rocks reveal the chemical characteristics of each rock type. Na+ concentrations exceed Ca2+ in leachate from fresh rocks, but Ca2+ is dominant in leachate from weathered rocks.
Smectite and smectite layers of interstratified illite/smectite minerals change from Na-type through Na-Ca-Mg-type to Ca-Mg-type during the progressive chemical weathering of the sedimentary soft rocks.
During chemical weathering, the porosity of the sedimentary soft rocks increases by approximately 5 to 10%,while the bulk density of the rocks decreases by approximately 0.2 to 0.4g/ml, and shear strength is reduced. These changes result from the consumption of pyrite, plagioclase and other minerals during the chemical weathering process.
Exceptional care should therefore be taken in managing and preventing Tertiary‐type landslides within sedimentary soft rocks, as they are an especially hazardous environment.
Key words:sedimentary soft rock, mudstone, batch leaching experiment, chemical weathering, oxidative condition
和文要旨
新潟県上越地方の虫生岩戸及び百川崩壊性地すべりはそれぞれ上部中新統能生谷層中ノ俣泥岩部層及び鮮新統川詰層筒石砂岩泥岩互層堆積軟岩からなる続成変質帯で起こった。堆積軟岩は主に泥岩，砂岩，礫岩及び火砕岩からなる。両地すべり地域の堆積軟岩コアサンプルについて，酸化的条件下の化学的風化作用に起因するpHとSO４ ２−，HCO３ −，Cl−，Na＋，K＋，Ca２＋，Mg２＋などの変動を検討するため，バッチ溶出試験を行った。
堆積軟岩の溶出水pHは，新鮮岩がほぼ中性〜弱アルカリ性（pH＝７．０５〜８．９０），弱風化岩が弱酸性〜弱アルカリ性（pH＝６．２５〜７．２２），中風化岩が強酸性〜弱酸性（pH＝３．０１〜６．８２），強風化岩が弱酸性（pH＝６．２０〜６．９０）を示す。溶出水陰イオンはSO４ ２−が卓越し，その水質はキーダイヤグラムに基づくと新鮮岩，弱風化岩及び強風化岩ではNa−SO４型，中風化岩ではCa−SO４型に分類される。新鮮岩，弱風化岩，中風化岩及び強風化岩溶出水の水質ヘキサダイヤグラムはそれぞれ特徴的な図形を示す。Ca２＋とNa＋との関係では，新鮮岩のNa＋溶出量は多く，Ca２＋溶出量が非常に少ない。一方，風化岩では，Na＋溶出量は比較的少なく，Ca２＋溶出量が比較的多い。
堆積軟岩にほぼ普遍的に含まれるスメクタイトやイライト／スメクタイト混合層鉱物のスメクタイト層は化学的風化作用によってNa型→Na−Ca−Mg型→Ca−Mg型と変化する。
堆積軟岩は，パイライト，斜長石などが化学的風化作用によって溶解すると，空隙率が５〜１０％程度大きくなり，かつ，かさ密度が０．２〜０．４g／ml程度小さくなるので，せん断強度が低下すると考えられる。したがって，堆積軟岩を基岩とする地すべりは，第三紀層地すべりの中でも，地すべり防災上，最も注意を要する地形及び地質環境，特に風化変質環境を持つと考えられる。
キーワード：堆積軟岩，泥岩，バッチ溶出試験，化学的風化，酸化的条件 |
三次元斜面安定問題に対する簡易離散化極限解析法の開発
Development of simplified discrete limit analysis for three‐dimensional slope stability problem
濱崎英作ａ）＊・竹内則雄ｂ）・大西有三ｃ）
Eisaku HAMASAKI, Norio TAKEUCHI and Yuzo OHNISHI |
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Abstract
In this study, the new simplified discrete limit analysis technique for a three‐dimensional slope stability problem is proposed, using the divided column as a three‐dimensional element of RBSM(Rigid Body Spring Model).This approach is as easy as to use the slice method currently used in the conventional slope stability analysis and it helps to develop a planning of very effective slope protection work taking into account displacement of each column. In this model, a sliding surface constitutes a square, since a column is square. Then, the concept of the isoparametric element is introduced to define this surface. As a result of analyzing a three‐dimensional slope stability problem using this model, we proved that the safety factor of a landslide can be calculated, such as a traditional approach, and it became possible to predict a motion of the whole body of the slope from displacement direction of each column.
Key words:slope stability,3‐dimension, RBSM(Rigid Body Spring Model),isoparametric element
和文要旨
本研究では，分割したカラムをRBSMの三次元要素として用い，三次元斜面安定問題に対する新しい簡易離散化極限解析手法を開発した。この方法を用いることで，従来の斜面安定解析の極限平衡法と同等の容易さでありながら，個々のカラムの変位に応じて，より効果的な対策工の立案が可能となる。このモデルでは，カラムが四角柱であるためすべり面は四角形となるが，この面の定義には有限要素法のアイソパラメトリック要素の概念を導入する。実際，本モデルを用いて三次元斜面の安定解析を行った結果，これまでの手法と同様に地すべり安全率を得ることが実証され，かつ個々のカラム変位方向から斜面全体の動きを把握することが可能となった。
キーワード：斜面安定，三次元，剛体−ばねモデル，アイソパラメトリック要素 |
地すべり抑止杭の合理的な最大抑止力評価のための簡易設計支援システム
Simple computer‐aided design system for rational evaluation
of maximum resistance of landslide prevention piles
若井明彦ａ）＊・鵜飼恵三ａ）・蔡 飛ａ）・田中 潔ｂ）
Akihiko WAKAI, Keizo UGAI, Fei CAI and Kiyoshi TANAKA |
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Abstract
Evaluation of the maximum resistance and corresponding pile‐head displacement of a landslide prevention pile in arbitrary landslide mass, based on a few significant factors such as the geometrical shape of the landslide mass, the construction position of the pile and the mechanical properties of the ground, is very effective in design. Such a solution may be directly linked on a cost cut and safety disposition of landslide prevention projects. In this study, a parametric study of a simple landslide model based on the 3‐dimensional elasto‐plastic finite element method(FEM)is carried out. In each analytical case, the maximum resistance and corresponding pile‐head displacement of a landslide prevention pile is estimated and a consideration about the relationship between those obtained values and various mechanical conditions is made. Moreover, some important indications are examined from comparison with the solutions based on the present design code.
Finally, in order to save the time cost spent on the 3‐dimensional FEM, the neural network assembled based on the FEM results is built, and the idea for which such a method is used in business is proposed. Compared with the amount of work accompanying the analysis processing by FEM, execution of the neural network is much lighter. This induces the decisive difference at the time of examining the application possibility to a design. In this study, the possibility of development of the computer‐aided design system of landslide prevention pile on network computing is shown.
Key words:landslide prevention pile, finite element method, elasto‐plastic, three‐dimensional, neural network
和文要旨
任意の地すべり土塊中の抑止杭の最大抑止力とそれが発揮される瞬間の杭頭変位量の大きさについて，地すべり土塊の形状や杭の施工位置，地盤の物性などに基づいて系統的に調べることは，実務上の意義が極めて大きい。これは地すべり対策事業のコストダウンと安全性向上に直結する。本研究では，設計で利用されうる簡易な地すべりモデルを対象にして，三次元弾塑性FEMに基づくパラメトリック・スタディが実施される。各解析ケースにおいては，地すべり抑止杭の最大抑止力とその時の杭頭変位量が予測され，これらの値と各種条件との間の関係について考察がなされる。また，現行設計法に基づく解との比較から，その留意点についてもあわせて検討がなされる。最後に，三次元弾塑性FEMによる解析に要する時間コストを節約するため，FEMの結果を学習させたニューラル・ネットワークが構築され，これが実務において利用される方向性が示唆される。ニューラル・ネットワークに基づく最大抑止力の予測は極めて容易であり，計算プログラムが非常に軽いため，ネットワーク・コンピューティングを前提とした設計システムの開発の可能性が示される。
キーワード：地すべり抑止杭，有限要素法，弾塑性，三次元，ニューラル・ネットワーク |
日本の第四紀火山で生じた山体崩壊・岩屑なだれの特徴
−発生状況・規模と運動形態・崩壊地形・流動堆積状況・発生原因について−
Properties of sector‐collapse and debris avalanches on Quaternary volcanoes in Japan
井口 隆ａ）＊
Takashi INOKUCHI |
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Abstract
Many types of mass movements frequently occur on volcanic edifices. The most dangerous is a gigantic sector‐collapse with its following debris avalanche, as in the Mount St. Helens and Mt. Bandai cases. A total of 128 debris avalanches are described for 67 Quaternary volcanoes in Japan. Two‐fifths of Japanese volcanoes show evidence of debris avalanches. Debris avalanches have occurred at the rate of one every 60 years during the last 500 years in Japan. Most are larger than 0.2km3. Deposits usually spread widely around the foot of volcanoes. One‐third of debris avalanche deposits are accompanied by hummocky hills, which provide a good index of debris avalanches. Only 48 debris avalanches have obvious amphitheaters. Geological or geomorphological evidence indicates source positions of 65 debris avalanches. Gigantic sector‐collapses tend to occur on the upper part and crest of volcanoes. Two‐thirds of debris avalanches did not have a clear source area. Topographic features of amphitheaters are easily eroded or buried. The causes of destruction of volcanic bodies are not well known. Most height‐to‐length ratios(H/L)of debris avalanches range from 0.2 to 0.08 and indicate high mobility. Gigantic sector‐collapses and debris avalanches are usual processes of destruction of volcanic edifices. Debris avalanches tend to occur repeatedly on active stratovolcanoes, which have the cone shape characteristic of Mt. Fuji. Debris avalanches on Quaternary volcanoes are usually larger than those in other geologic regions.
Key words:sector‐collapse, debris avalanche, Quaternary volcanoes, volcanic edifice
和文要旨
火山体では多様な斜面変動が多く発生している。中でも岩屑なだれを伴う山体崩壊は最も悲惨な災害を引き起こす。火山体に発生する山体崩壊・岩屑なだれの特徴を明らかにするため，日本列島における発生状況について可能な限り多くの事例を収集し検討した。その結果，日本列島の第四紀火山のうち６７火山において１２８件の発生事例が確認できた。これは日本列島に分布する火山のうち約４割に相当する。火山体における大規模崩壊−岩屑なだれの発生頻度は最近５００年間では見ると６０年に１回程度である。大部分の山体崩壊の規模は０．２km３より大きい。岩屑なだれは横方向へも広く拡散する特徴を有するため，被災範囲が極めて広い。火山体において発生する山体崩壊−岩屑なだれの規模は他の地質地域と比べると大きく，しかも流動性があり，発生頻度が高いなど他の地域で起こる大規模崩壊より危険度が大きい。およそ３分の１の岩屑なだれ堆積物において流れ山が確認できた。また６５件の岩屑なだれの崩壊源の位置を推定したところ，山体崩壊は火山体の山頂付近など山体上部で発生する傾向が見られる。約３分の２の岩屑なだれの崩壊源は確認できなかったことから，山体崩壊の跡地は容易に開析されるか埋積されて不明瞭となる。岩屑なだれの流動性は他の土砂移動現象と比べて高く，その等価摩擦係数は（H／L）は０．２から０．０８と極めて小さい。山体崩壊・岩屑なだれは第四紀火山において必ずしも特異な現象ではなく，火山体の開析過程の１つである。特に円錐形の山体を持つ活火山では，山体崩壊−岩屑なだれを多く発生させてきた。多数の火山を有する我国では今後も山体崩壊・岩屑なだれが発生する危険性を考慮しておく必要がある。
キーワード：山体崩壊，岩屑なだれ，第四紀火山，火山体 |