斜面の安定性

斜面安定性とは、傾斜した土壌または岩盤斜面が動きに耐えたり、動きを起こしたりする状態を指します。その反対の状態は、斜面不安定性または斜面崩壊と呼ばれます。斜面の安定性は、土質力学、地盤工学、および工学地質学における研究対象です。分析は一般的に、発生した斜面崩壊の原因、または地滑りにつながる可能性のある斜面移動を引き起こす要因を理解すること、および緩和対策によってそのような移動の開始を防止したり、速度を遅くしたり、停止させたりすることを目的として行われます。

斜面の安定性は、基本的に利用可能なせん断強度と作用するせん断応力の比によって決まります。これらの値を潜在的（または実際の）滑り面に沿って積分すると、安全率で表すことができます。斜面の上部から下部まで伸びる任意の潜在的滑り面に沿って計算された安全率が常に 1 より大きい場合、斜面は全体的に安定していると言えます。安全率の最小値は、斜面の全体的な安定状態を表すものとみなされます。同様に、斜面の限られた部分（例えば下部のみ）を通る任意の潜在的滑り面に沿って計算された安全率が 1 より大きい場合、斜面は局所的に安定していると言えます。全体的または局所的な安全率が 1 に近い値（規制によって通常 1 ～ 1.3 の範囲）は、斜面が不安定な状態にあることを示しており、安全率を高めて斜面移動の可能性を低減するために、注意、監視、および/または工学的介入（斜面安定化）が必要です。

これまで安定していた斜面も、せん断応力の増加やせん断強度の低下などによって安定性を低下させる多くの要因やプロセスによって影響を受け、最終的には斜面崩壊に至る可能性があります。斜面崩壊を引き起こす要因としては、水文現象（激しい降雨や長時間の降雨、急速な融雪、土壌の飽和の進行、斜面内の水圧の上昇など）、地震（余震を含む）、内部侵食（パイピング）、表面侵食や斜面下部侵食、人工的な斜面荷重（建物の建設など）、斜面の切土（道路、鉄道、建物のためのスペースを確保するなど）、斜面の浸水（河川を堰き止めて人工湖を造成するなど）などが挙げられます。

土の斜面には、球状の切り込みによる弱点が生じる可能性があります。このような弱点が生じる確率は、単純な2次元円形解析パッケージを使用して事前に計算できます。^{[ 1 ]}解析における主な難点は、特定の状況において最も可能性の高い滑り面を特定することです。^{[ 2 ]}多くの地滑りは、事後的にしか解析されていません。近年では、特に鉱業において、リアルタイムのデータを収集し、斜面崩壊の可能性を判断するために、斜面安定性レーダー技術が使用されています。

自然堆積した混合土壌における実際の崩壊は必ずしも円形ではありませんが、コンピュータが普及する以前は、このような単純化された形状を解析する方がはるかに容易でした。しかしながら、「純粋な」粘土における崩壊は、円形に非常に近いものとなる場合があります。このような滑りは、大雨の後によく発生します。大雨によって滑り面における間隙水圧が増加し、有効垂直応力が低下し、滑り線に沿った拘束摩擦が減少するためです。これに加えて、地下水の増加による土壌重量の増加も影響します。滑りの上部に（以前の乾燥した天候で形成された）「収縮」亀裂が生じ、そこに雨水が溜まって滑りを前進させることもあります。もう一方の極端な例として、斜面におけるスラブ状の滑りは、下層の岩盤の上部から土壌層を剥離させることがあります。これもまた、通常は大雨によって引き起こされ、時には新しい建物の荷重増加や、道路拡幅などの建設工事による斜面下部の支持力の喪失と組み合わさって発生します。したがって、排水路を設置して不安定化要因を軽減することで、安定性を大幅に向上させることができます。しかし、一度滑りが発生すると、滑り円に沿って弱点が残り、次のモンスーン期に再び滑りが発生する可能性がある。

安息角は地質材料のせん断強度と関連しており、建設や工学の分野で重要となる。^{[ 3 ]}粒状材料の場合、粒子の大きさや形状が安息角に大きく影響する。材料の丸みが増すと、土粒子間の摩擦が少なくなるため、安息角は小さくなる。^{[ 4 ]}

安息角を超えると、土砂崩れや落石が発生する可能性があります。多くの土木技術者や地盤技術者にとって、構造災害や自然災害を避けるために安息角を知ることは重要です。そのため、擁壁の適用は土壌を保持し、安息角を超えないようにするのに役立ちます。^{[ 5 ]}

斜面の安息角と安定性は、気候的要因と非気候的要因の両方の影響を受ける。

斜面の安定性は降雨などの外部要因によって影響を受ける可能性があるため、土木工学／地盤工学において斜面の安定化は重要な課題である。

植物の利用

侵食や地滑りに対する斜面の安定性を高めるために植生を利用することは、地滑りの深さが浅い地域で広く用いられているバイオエンジニアリングの一形態である。植生は、植物の根によって土壌を補強し、土壌の上部を安定させることで、斜面の安定性を機械的に高める。また、植生は、降水や蒸散を遮断することで土壌水分含有量を減少させ、水理学的プロセスによっても斜面を安定させる。その結果、土壌が乾燥し、土砂崩れを起こしにくくなる。^{[ 9 ]}

斜面の安定性は、以下の方法でも向上させることができます。

• 斜面を平坦にすると重量が軽減され、斜面がより安定する。
• 土壌安定化
• 杭や擁壁による横方向の支持
• 特定区域へのグラウト注入またはセメント注入
• 盛土または電気浸透による圧密は斜面の安定性を高める

斜面の設計や斜面の安定性評価には、さまざまな分類・評価システムが存在する。これらのシステムは、岩盤パラメータと、高さや傾斜角といったさまざまな斜面パラメータとの間の経験的な関係に基づいている。

斜面安定性確率分類（SSPC）^{[ 19 ] [ 20 ]}システムは、斜面工学および斜面安定性評価のための岩盤分類システムです。このシステムは3段階の分類で構成されています。'暴露'、'参照'、 そして'スロープ'岩盤分類は、既存および将来の風化状況、そして掘削による損傷に応じて、3段階間の変換係数を用いて行われる。斜面の安定性は、様々な崩壊メカニズムの発生確率として表される。

岩盤は、1 つ以上の露頭で標準化された一連の基準に従って分類されます ('暴露'これらの値は、曝露ごとに変換されます。'参照'岩盤は、露出した部分の風化の程度や掘削による損傷を補償します。その後、新しい斜面を設計することができます。'参照'掘削や将来の風化によるさらなる損傷を想定した補償を備えた岩盤。既存の斜面の安定性が評価された場合、'暴露'そして'スロープ'岩盤の値は同じです。

破壊メカニズムは、方位依存型と方位非依存型に分類される。方位依存型破壊メカニズムは、斜面の向きと岩盤の不連続面との向きに依存するものであり、滑動（平面滑動および楔形滑動）や転倒破壊などが挙げられる。方位非依存型とは、斜面がその向きとは無関係に破壊する可能性を指し、例えば、健全な岩塊に新たに形成された不連続面を通して完全に円形破壊が生じる場合や、既存の不連続面に沿って部分的に、あるいは新たに形成された不連続面に沿って部分的に破壊が生じる場合などが挙げられる。

さらに、不連続面に沿ったせん断強度（「滑り基準」）^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}、および「岩盤の凝集力」と「岩盤の摩擦力」を決定できます。このシステムは、世界中のさまざまな地質および気候環境で直接または修正して使用されています。^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}このシステムは、露天掘り炭鉱の斜面安定性評価用に修正されています。^{[ 25 ]}

• 変形モニタリング
• 擁壁
• 斜面安定性レーダー
• ステレオネット

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