53.全地連「技術ｅ-フォーラム2005」仙台
堤体の浸透流解析における三次元的土質分布の影響に関する検討

地質基礎工業（株）新田邦弘

1.はじめに

河川堤防に求められる重要な機能の一つに、洪水時の浸透破壊に対する安全性があり、その評価のために一般には堤防断面の二次元モデルに対する浸透流解析が行われる。このとき基礎地盤も含め浸透水の流下経路が堤外地から堤内地側へ「先細り」状である場合に浸潤線の上昇が顕著になり問題となるとされている1）。

しかし浸透経路の変化は堤体基礎地盤の三次元的な土質分布によっても影響を受ける可能性があると考え、その程度について三次元モデルによる浸透流解析を行い検討した。

2.解析方法

（1）堤体モデルと計算ケース区分

堤体を図1のような二次元形状でモデル化し、土質を堤体盛土、砂質土、粘性土の3種に単純に区分した。各土質の透水係数等は表1の値と仮定した。

三次元解析モデルは、上記の二次元の横断形状を河川の上・下流方向にそれぞれ80m引き伸ばした範囲で作成し、中央では同じ二次元断面であるが、基礎地盤の土質分布が堤防縦断方向に変化する形で設定した。解析メッシュを図2に示す。

計算ケースは図3に示したような4つのパターンを設定した。上・下流方向が対称のケースについては二分した片方のハーフモデルについて計算を行った。

図1　二次元断面形状と土質区分

表1物性値一覧表

項目土質	堤体盛土	基礎砂質土	基礎粘性土
飽和透水係数	1×10E-3cm/s	1×10E-2cm/s	1×10E-5cm/s
有効間隙率	20%	30%	10%
比貯留係数	1×10E-4/m	1×10E-4/m	1×10E-3/m

図2　解析メッシュ（ハーフモデル）

図3　土質分布の三次元モデルのケース分け

（2）計算条件

計算条件の設定においては文献2）3）を参考にした。

境界条件として河川側の表層には時間変化する河川水位に相当する水圧を与え、堤内側の端部は定圧境界、河川上下流端は不透水境界とした。降雨条件および河川水位の変化は図4のように与えた。初期状態で定常計算を行い、その後基本ステップを1時間として0～120時間の非定常計算を行った。

図4　降雨と河川水位変化の設定値

3.解析結果

ケース0のパターンは二次元解析と同じ結果を示すものであり、これと他のパターンとを比較した結果を整理する。

（1）浸潤線の差異

図5は中央断面位置における100時間目の地下水位（浸潤線）の位置を断面上にプロットした例である。ケース1では二次元に比べて若干高い水位となるが、差は小さい。ケース2では二次元よりもやや高い水位が得られており、断面位置の両側に分布する砂質土からの水圧の影響の可能性が考えられる。ケース3では二次元解析よりも低い水位となっており、透水性の良い砂質土が断面位置近くで分布が広くなるためと推定される。