(57)【要約】【課題】  各種地盤データから簡易に地盤変位の推定および地盤の液状化判定を行うこと。【解決手段】  地震による地盤変位の推定方法において、任意の地震波に対して被対象地点の地層の地盤特性値に対応した地盤変位を、予め算定した地盤特性値と地盤変位との相関グラフを用いて算定する。ここで、基礎となる地震波に対して、複数の各対象地点における地盤特性値と該各対象地点における地盤変位をグラフ上にプロットしたデータから、前記基礎となる地震波に対する地盤特性値と地盤変位との関係を回帰分析により求め、該回帰分析から求められた回帰式により近似しているプロットされた複数のモデル地点の地盤データを用いて、該複数のモデル地点における任意の地震波に対する地盤変位を求め、求めた地盤変位と前記モデル地点の地盤特性値とにより再度回帰分析をすることにより、前記相関グラフを算定する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震の発生により、被対象地点の地盤が受ける影響を該被対象地点の地盤特性値を用いて算定する地盤変位の推定方法において、
任意の地震波に対して被対象地点の地層から求めた地盤特性値に対応した地盤変位を、予め算定した地盤特性値と地盤変位との相関グラフを用いて算定することを特徴とする地盤変位の推定方法。
【請求項２】
請求項１記載の地盤変位の推定方法であって、
基礎となる地震波に対して、複数の各対象地点における地盤特性値と該各対象地点における地盤変位を、地盤特性値と地盤変位とをそれぞれ軸とするグラフ上にプロットし、該プロットしたデータから、前記基礎となる地震波に対する地盤特性値と地盤変位との関係を回帰分析により求め、
該回帰分析から求められた回帰式上から、より近似しているプロットされた複数の地点をモデル地点とし、この複数のモデル地点の地盤データを抽出し、
前記抽出した地盤データを用いて、該複数のモデル地点における、任意の地震波に対する地盤変位を求め、
前記任意の地震波に対する地盤変位と前記モデル地点の地盤特性値とにより再度回帰分析をすることにより、前記相関グラフを算定することを特徴とする請求項１記載の地盤変位の推定方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の地盤変位の推定方法であって、
前記地盤特性値が地盤の固有周期であり、かつ、前記地盤変位が水平変位であることを特徴とする地盤変位の推定方法。
【請求項４】
地震の発生により、被対象地点の地盤が受ける影響を該被対象地点の地盤特性値と該被対象地点の地層における補正Ｎ値の第１閾値以下の地層厚とを用いて算定する地盤の液状化判定方法であって、
任意の地震波に対する被対象地点の地盤の液状化判定を、該被対象地点の地盤特性値と補正Ｎ値の第１閾値以下の地層厚とからプロットされる点と、予め算定した該地盤特性値と該補正Ｎ値の第１閾値以下の地層厚と相関関係にある液状化判定境界の閾値グラフとを比較することにより評価することを特徴とする地盤の液状化判定方法。
【請求項５】
被対象地点が液状化すると判定されたときに、液状化後の地盤沈下量を、予め算定した補正Ｎ値の第２閾値以下の地層厚と液状化後の地盤沈下量との相関グラフを用いて、算定することを特徴とする地盤の液状化後の地盤沈下量の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤変位の推定方法および地盤の液状化判定方法に関し、特に簡便に地震による地盤変位の推定および地盤の液状化判定をする方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地中送電用の構造物の耐震性評価には、地震による地盤の水平変位量を推定し、かつ、液状化の発生の有無を判定して、地盤が液状化する場合には液状化による地盤の沈下量を求める必要がある。そして、前記地盤の水平変位、地盤の液状化および地盤の沈下により発生する外力とこの外力に対する地中送電用の構造物の耐力を把握することが必要となる。ここで、前記外力は、地盤の土質の動的非線形性を考慮した地震応答解析用ソフトウエアにて高精度に算出可能である（例えば非特許文献１参照）。
【非特許文献１】「一次元地盤地震応答解析ソフトウェアユーザーマニアル」  中部電力株式会社  平成１４年発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述の従来の地震応答解析用ソフトウェアでは、地盤を下から順に礫質土層、シルト層、粘性土層、砂質土層等に区分し、各層ごとに「地層の下端深度」、「湿潤単位体積重量」、「せん断波速度」、「せん断弾性係数」、「ひずみ依存曲線」等の地盤データを測定する必要がある。このため、耐震性評価の対象となる地中送電線の構造物が大規模で広範囲に及ぶ場合には、非常に多くの地点の膨大な地盤データを上述の地震応答解析用ソフトウェアに入力する必要があるため、多大な労力と時間を要するという問題があった。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、被対象地点の各種地盤特性値から簡易に該被対象地点の地盤変位の推定および地盤の液状化判定を行う方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、地震の発生により、被対象地点の地盤が受ける影響を該被対象地点の地盤特性値を用いて算定する地盤変位の推定方法において、任意の地震波に対して被対象地点の地層から求めた地盤特性値に対応した地盤変位を、予め算定した地盤特性値と地盤変位との相関グラフを用いて算定することを特徴とする地盤変位の推定方法である。
請求項１記載の発明により、地盤特性値と地盤変位との相関グラフを予め算定しておき、この相関グラフを用いて、任意の地震波に対して被対象地点の地層から求めた地盤特性値に対応した地盤変位を算定して、この算定した地盤変位が発生すると推定することができる。
【０００５】
さらに、請求項２記載の発明は、請求項１記載の地盤変位の推定方法であって、基礎となる地震波に対して、複数の各対象地点における地盤特性値と該各対象地点における地盤変位を、地盤特性値と地盤変位とをそれぞれ軸とするグラフ上にプロットし、該プロットしたデータから、前記基礎となる地震波に対する地盤特性値と地盤変位との関係を回帰分析により求め、該回帰分析から求められた回帰式上から、より近似しているプロットされた複数の地点をモデル地点とし、この複数のモデル地点の地盤データを抽出し、抽出した地盤データを用いて、該複数のモデル地点における、任意の地震波に対する地盤変位を求め、求めた任意の地震波に対する地盤変位と前記モデル地点の地盤特性値とにより再度回帰分析をすることにより、前記相関グラフを算定することを特徴とする請求項１記載の地盤変位の推定方法である。
請求項２記載の発明により、基礎となる地震波に対する地盤特性値と地盤変位との回帰分析式により近似している複数のモデル地点を選択し、このモデル地点を例えば１５箇所程度にすることがでる。そして、複数のモデル地点の地盤データにより任意の地震波に対する地盤変位を求めて、求めた地盤変位とモデル地点の地盤特性値とにより、再度回帰分析するときに、多くの地点の地盤特性値が不要になる。このため、簡便に再度の回帰分析をして前記相関グラフを算定することができる。そして、前記相関グラフを用いて任意の地震波に対する多数地点の地盤変位を推定することができる。
【０００６】
さらに、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の地盤変位の推定方法であって、前記地盤特性値が地盤の固有周期であり、かつ、前記地盤変位が水平変位であることを特徴とする地盤変位の推定方法である。
すなわち、本発明者らは過去の地震のデータから、地盤の固有周期と地震波に対する地盤の水平変位量の間に相関関係があることを見出し、本発明に至ったものであり、地震波に対する地盤の水平変位は、地盤の固有周期により容易に推定が可能である。
【０００７】
さらに、請求項４記載の発明は、地震の発生により、被対象地点の地盤が受ける影響を該被対象地点の地盤特性値と該被対象地点の地層における補正Ｎ値の第１閾値以下の地層厚とを用いて算定する地盤の液状化判定方法であって、任意の地震波に対する被対象地点の地盤の液状化判定を、該被対象地点の地盤特性値と補正Ｎ値の第１閾値以下の地層厚とからプロットされる点と、予め算定した該地盤特性値と該補正Ｎ値の第１閾値以下の地層厚と相関関係にある液状化判定境界の閾値グラフとを比較することにより評価することを特徴とする地盤の液状化判定方法である。
すなわち、本発明者らは、地震発生時の地盤の液状化の発生有無は、地盤の特性値と補正Ｎ値の第１閾値（例えば、１０）以下の地層厚とに依存することを見出し、本発明に至ったものであり、該任意の地震波に対する地盤特性値と補正Ｎ値の第１閾値以下の地層厚と相関関係にある液状化判定境界を予め算定し、この液状化判定境界と該被対象地点の地盤特性値と補正Ｎ値の第１閾値以下の地層厚とからプロットされる点とを比較して、地盤の液状化発生有無を判定することができる。
【０００８】
さらに、請求項５記載の発明は、被対象地点が液状化すると判定されたときに、液状化後の地盤沈下量を，予め算定した補正Ｎ値の第２閾値以下の地層厚と液状化後の地盤沈下量との相関グラフを用いて、算定することを特徴とする地盤の液状後の地盤沈下量の推定方法である。
すなわち、本発明者らは、液状化後の地盤沈下量は、内陸直下型地震やプレート境界型地震等の波形の違いにかかわらず、補正Ｎ値の第２閾値（例えば、１５）以下の地層厚と相関関係が認められることを見出し、本発明に至ったものであり、補正Ｎ値の第２閾値以下の地層厚と液状化後の地盤沈下量との相関グラフを予め算定し、算定した相関グラフを用いて、被対象地点における液状化後の地盤沈下量を算定することができる。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、任意の地震波に対して、被対象地点の各種地盤特性値から簡易に該被対象地点の地盤変位を推定することができる。
さらに、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果とともに、請求項１記載の発明より簡易な方法で多くの該被対象地点の地盤変位を推定することができる。
さらに、請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果とともに、地震波に伴う地盤の水平変位の推定が容易になる。
さらに、請求項４記載の発明によれば、地震波による地盤の液状化を簡易に判定することができる。
さらに、請求項５記載の発明によれば、液状化後の地盤沈下量を簡易に推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明における実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は内陸直下型地震の地震波を示し、図２はプレート境界型地震の地震波を示し、図３は地盤の固有周期と地震動による水平変位の関係を示し、図４はモデル地点の地盤の固有周期と水平変位、補正Ｎ値１０以下の地層厚および液状化指数ＰＬとの関係を示し、図５は地盤の固有周期および補正Ｎ値１０以下の地層厚と液状化指数ＰＬとの関係の理論値を示し、図６は補正Ｎ値１５の地層厚と沈下量との関係を示す。さらに、図７は地盤の固有周期および補正Ｎ値１０以下の地層厚と液状化指数ＰＬとの関係の実証データを示し、図８は補正Ｎ値１５以下の地層厚と液状化後の沈下量との関係を示し、図９は地盤の水平変位と地中送電用構造物の変形状態の例を示し、図１０は地盤の沈下による地中送電用構造物の変形状態の例を示す。
【００１１】
（地盤変位の推定方法）
地震の発生により、被対象地点の地盤が受ける影響を該被対象地点の地盤特性値を用いて算定する地盤変位の推定方法において、任意の地震波に対して被対象地点の地層から求めた地盤特性値に対応した地盤変位を、予め算定した地盤特性値と地盤変位との相関グラフを用いて算定する。
ここで、「地盤特性値」は、例えば図３に示す地盤の固有周期である。また、「地盤変位」は、例えば水平変位（図９参照）および垂直変位である。そして、「相関グラフ」は、例えば図３に示す相関グラフである。
【００１２】
具体的には、まず、基礎となる地震波に対して、複数の各対象地点における地盤特性値と該各対象地点における地盤変位を、地盤特性値と地盤変位とをそれぞれ軸とするグラフ上にプロットし、該プロットしたデータから、前記基礎となる地震波に対する地盤特性値と地盤変位との関係を最小２乗法による回帰分析により求める。
ここで、「基礎となる地震波」は、例えば図１に示す内陸直下型地震の地震波、図２に示すプレート境界型地震の地震波である。なお、ここで、１ｇａｌ＝０．０１ｍ／ｓ２である。また、「回帰式」は例えば、図３で、ｘを横軸の地盤の固有周期Ｔｇ（ｓ）とし、ｙを縦軸の水平変位δｍａｘ（ｃｍ）とすると、内陸直下型地震においては
ｙ＝３９．２６７ｘ＋１．６２３２
である。また、図３のプレート境界型地震では
ｙ＝６．２８０４ｘ＋４．４３３５
である。
【００１３】
そして、該回帰分析から求められた回帰式上から、前記プロットされた地点のうち、より回帰式に近似しているプロットされた複数の地点をモデル地点とし、この複数のモデル地点の地盤データを抽出する。
ここで、「モデル地点」は、例えば、図４に示す１５箇所の地点である。なお、図４の縦軸の補正Ｎ値（等価Ｎ値）：Ｎａは、
Ｎａ＝｛１７０Ｎ／(σｖ＋７０)｝×Ｃ１＋Ｃ２
である。なお、ＮはＮ値を示す。ここで、Ｎ値は、所定のボールを所定の高さから地面に落下させたときに地面が３０ｃｍ凹むまでの落下回数をいう。なお、地盤が硬くなるほど、Ｎ値が大きくなる。また、σｖは有効上載圧（圧力の影響を除去するため、Ｎ値を有効上載圧１００ＫＮ／ｍ２  相当として、土本来の強さを算出する。）である。
なお、細粒分含有率をＦＣとすると、
０％≦ＦＣ＜１０％では、  Ｃ１＝１で、Ｃ２＝０である。
１０％≦ＦＣ＜６０％では、Ｃ１＝（ＦＣ＋４０）／５０で、
Ｃ２＝（ＦＣ−１０）／１８である。
ＦＣ≧６０％では、Ｃ１＝ＦＣ／２０−１で、Ｃ２＝（ＦＣ−１０）／１８である。
また、「より近似しているプロットされた複数の地点の地盤データ」はモデル地盤データであり、この地盤データは、地盤を構成する下層から上層までの各層のデータであり、例えば、「地盤の地層の下端深度」、「湿潤単位体積重量」、「せん断波速度」、「せん断弾性係数」、「ひずみ依存曲線」等である。
そして、前記地盤データを用いて従来の地震応答解析用ソフトウエアにより、該複数のモデル地点における、任意の地震波に対する地盤変位を求め、求めた地盤変位と前記モデル地点の地盤特性値とにより再度回帰分析をすることにより、前記相関グラフ（例えば、図４の下図に示す。）を算定する。
【００１４】
また、「地盤の固有周期Ｔｇ」は例えば図３、図４および図５に示されているものである。具体的には、
【数１】
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である。なお、Ｈｉは第ｉ層の厚さ（ｍ）であり、Ｖｓｉは第ｉ層のせん断弾性波速度（ｍ／ｓ）である。
なお、粘性土では、Ｖｓｉ＝１００×Ｎｉ（１／３）  （１≦Ｎｉ≦２５）
砂質土では、Ｖｓｉ＝８０×Ｎｉ（１／３）  （１≦Ｎｉ≦５０）
となる。
【００１５】
また、「水平変位δｍａｘ」は、例えば図９に示されているものであり、図３および図４の縦軸に示されている。
図９においては、地中２に埋設されたマンホール３に接合個所５で接合された管路４が示されている。なお、４ａは管路４の中心軸である。地中２の水平変位δｍａｘによる管路４の水平方向の最大曲げ個所４ｂ、４ｃにおいて管路４が破損するおそれがある。また、地中２の水平方向の地盤バネ７は管路４の両側において示されている。この地盤バネ７は地盤の水平変位による外力が管路４に作用する場合の地盤の弾性を示している。
【００１６】
（地盤の液状化判定方法）
さらに、本発明の地盤の液状化判定方法は、地震の発生により、被対象地点の地盤が受ける影響を該被対象地点の地盤特性値と該被対象地点の地層における補正Ｎ値１０以下の地層厚とを用いて算定する地盤の液状化判定方法において、任意の地震波に対する被対象地点の地盤の液状化判定を、該被対象地点の地盤特性値と補正Ｎ値１０以下の地層厚とからプロットされる点と、予め算定した該地盤特性値と該補正Ｎ値１０以下の地層厚と相関関係にある液状化判定境界の閾値グラフとを比較することにより評価する。
ここで、「液状化判定境界の閾値グラフ」は、図４および図５に示されている閾値直線（ＰＬ＝５判別線）である。
図５に、液状化指数ＰＬを使用して、液状化の危険度を示す。ＰＬは２０ｍ以浅の液状化程度の指標であり、下記のようにして算出される。
【数２】
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ここで、ＦＬは液状化に対する抵抗率であり、ｘは土層厚（ｍ）である。
０＜ＰＬ≦５では液状化の危険度は低く、５＜ＰＬ≦１５では液状化の危険度が高くなり、さらに、ＰＬ＞１５では液状化の危険度が極めて高いことになる。
【００１７】
（地盤沈下量の推定方法）
被対象地点が液状化すると判定されたときに、さらに、液状化後の地盤沈下量を，予め算定した補正Ｎ値１５以下の地層厚と液状化後の地盤沈下量との相関グラフを用いて、算定する。具体的には、前記相関グラフは図６に示されている。図６において、ｘを横軸の値とし、ｙを縦軸の値とすると、ｙ＝３．１４１４ｘ＋１０．６４２は内陸直下型地震のときの液状化後の地盤沈下量のプロットした各データに対応する相関グラフを示し、ｙ＝２．７９９３ｘ＋１１．７２６はプレート境界型地震のときの液状化後の地盤沈下量のプロットした各データに対応する相関グラフを示し、両相関グラフは接近した値になっている。
なお、図１０は、図９に対応するものであり、地盤沈下量を示している。図１０においては、地面１および地中２の管路４が二点鎖線で示すように沈下している。なお、上下方向の地盤バネ６が示されている。この場合、接合個所５で破損するおそれがある。
【００１８】
以上の構成の地盤の変位の推定方法、地盤の液状化判定方法および地盤沈下量の推定方法により以下の作用がある。
任意の地震波に対する地盤特性値と地盤変位との相関グラフを予め算定しておき、この相関グラフを用いて、任意の地震波に対して被対象地点の地層から求めた地盤特性値に対応した地盤変位を算定して、この算定した地盤変位が発生すると推定することができる。
【００１９】
さらに、基礎となる地震波に対する地盤特性値と地盤変位との回帰分析式により近似している複数のモデル地点を選択し、このモデル地点を例えば１５箇所程度にすることがでる。そして、複数のモデル地点の地盤データにより任意の地震波に対する地盤変位を求めて、求めた地盤変位とモデル地点の地盤特性値とにより、再度回帰分析するときに、多くの地点の地盤特性値が不要になる。このため、簡便に再度の回帰分析をして前記相関グラフを算定することができる。そして、前記相関グラフを用いて任意の地震波に対する多数地点の地盤変位を推定することができる。
なお、複数のモデル地点を１５箇所程度にすることができるので、任意の地震波に対して再度回帰分析するときに、多くの地点の地盤特性値のデータが不要になる。このため、簡便に再度回帰分析をすることができる。
【００２０】
地震波に伴う地盤の水平変位は、地盤の固有周期で予測可能であるので、上記実施の形態のとおり、前記地盤特性値として地盤の固有周期を用い、かつ、前記地盤変位を水平変位とすることにより、地盤変位の推定が容易になる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、地盤特性値と地盤変位との間に相関関係が認められるものであればよく、地盤の固有周期と水平変位以外の組み合わせであってもよい。
【００２１】
地盤の液状化は、地盤の特性値と補正Ｎ値１０以下の地層厚とに依存するので、該任意の地震波に対する地盤特性値と補正Ｎ値１０以下の地層厚と相関関係にある液状化判定境界を予め算定し、この液状化判定境界と該被対象地点の地盤特性値と補正Ｎ値１０以下の地層厚とからプロットされる点とを比較して、地盤の液状化を判定することができる。
図７は、上記「地盤の液状化の判定方法」を兵庫県南部地震による地盤の液状化で検証した結果を示している。図７においては、上記「地盤の液状化の判定方法」は、実測した１０個所のうち、「液状化有」の８個所全てで正しく、「液状化無」の２個所のうち１箇所で正しい結果となった。
【００２２】
液状化後の地盤沈下量は、内陸直下型地震やプレート境界型地震等の波形の違いに係らず、補正Ｎ値１５以下の地層厚と相関が認められるので、補正Ｎ値１５以下の地層厚と液状化後の地盤沈下量を，予め算定した補正Ｎ値１５以下の地層厚と液状化後の地盤沈下量との相関グラフを予め算定し、この相関グラフを用いて液状化後の地盤沈下量を算定することができる。
図８は、上記「補正Ｎ値１５以下の地層厚と液状化後の地盤沈下量の相関グラフ」を神戸市での実測で検証した結果を示す。
【００２３】
なお、上記実施の形態において、補正Ｎ値について、その第１閾値を１０とし、第２閾値を１５としているが、これに限定されず、第１閾値および第２閾値を適切に選定することにより地盤の液状化有無の判定と液状化後の地盤沈下量の推定を行うことができる。
また、上記発明は、地震時の被害を想定することが可能であるため、保守個所にてそれぞれの設備の耐震性を評価することが可能である。そして、得られた評価結果を元に、地震発生時の設備点検・補修の優先順位付けが可能となる。
さらに、本発明は、管路を地中に埋設する電力業界のみならず、他の埋設事業者（ガス、上水、下水、通信事業）への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】内陸直下型地震の地震波を示すグラフである。
【図２】プレート境界型地震の地震波を示すグラフである。
【図３】地盤の固有周期と地震動による水平変位の関係を示すグラフである。
【図４】モデル地点の地盤の固有周期と水平変位、補正Ｎ値１０以下の地層厚および液状化指数ＰＬとの関係を示すグラフである。
【図５】地盤の固有周期および補正Ｎ値１０以下の地層厚と液状化指数ＰＬとの関係の理論値を示すグラフである。
【図６】補正Ｎ値１５の地層厚と沈下量との関係を示すグラフである。
【図７】地盤の固有周期および補正Ｎ値１０以下の地層厚と液状化指数ＰＬとの関係の実証データを示すグラフである。
【図８】補正Ｎ値１５以下の地層厚と液状化後の沈下量との関係を示すグラフである。
【図９】地盤の水平変位と構造物の変形状態の例を示す説明図である。
【図１０】地盤の沈下による構造物の変形状態の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
Ｔｇ  地盤の固有周期
δｍａｘ  水平変位
ＰＬ  液状化指数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2007247226.tif 000012
【図９】
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【図１０】
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