自然災害科学 J. JSNDS 37 特別号 1 -16（2018 ）2016年熊本地震による熊本城石垣の変状の分析神谷 圭祐1・菊本 統2・橋本 涼太3・桑島 流音4・小山 倫史4

Damage analysis of stone walls of Kumamoto
castle due to the 2016 Kumamoto earthquake
Keisuke KAMIYA1, Mamoru KIKUMOTO2, Ryota HASHIMOTO3,
Ryuto KUWAJIMA4 and Tomofumi KOYAMA4
Abstract
Damage of stone walls of Kumamoto castle caused by the 2016 Kumamoto earthquake
is investigated and the mechanisms of deformation, failure and collapse of the walls are
discussed. 3-dimensional geometry of the walls were measured by 3D laser scanner and thedeformation of the walls were analyzed by comparing with the previous measurement results
before the earthquake and traditional shape of stone walls described in ancient documents.
The proﬁles of the walls measured by 3D laser scanner clearly showed the unnatural shapeof the stone walls. This unnatural shape of the stone walls can be observed even in the stone
walls which was saved from the collapse. In the future, the evaluation of the safety/stabilityof the masonry walls is important for the restoration and 3D digital data obtained by 3D laser
scanning technique will be useful.
キーワード：直下型地震，城郭石垣，変形・破壊，レーザー測量，複合構造物
Key words： epicentral earthquake, stone wall of castle, deformation and failure, laser measurement, stone-soil
composite structure

1 ．はじめにド（Mj）6.5の地震（前震）が発生し，図 1 (a) の2016年 4 月14日21時26分，熊本県熊本地方を震ように熊本県益城町で震度 7 を観測した1）。28時

央として震源の深さ11 km，気象庁マグニチュー

間後の 4 月16日 1 時25分には，同地方を震央とし

1

3

2

横浜国立大学大学院 都市イノベーション学府
Depar tment of Civil Engineering, Yokohama National
University
横浜国立大学 都市イノベーション研究院
Depar tment of Civil Engineering, Yokohama National
University

4

1

広島大学大学院 工学研究科
Graduate School of Engineering, Hiroshima University
関西大学 社会安全学部
Faculty of Societal Safety Sciences, Kansai University

2

神谷・菊本・橋本・桑島・小山：2016年熊本地震による熊本城石垣の変状の分析

図2

2016年熊本地震と過去の主要な地震における最大速度と最大加速度の関係（矢印の始点は 4 月14日の前震，終点は 4 月16日の本震を表す），および大被害地震の目安（青井3）に加筆）が崩壊して角石だけでかろうじて支持される櫓の様子はしばしば報道でも取り上げられた。これは，城郭石垣のように急勾配の石積みと背面地盤からなる複合構造物に対して，一般的な構造物とは異2016年熊本地震による震度分布（J-RISQ1）
で公開された推定地震動をもとに作成）（a）前震（ 4 月14日）（b）本震（ 4 月16日）

なる耐震性の評価基準が必要であることを示唆して震源の深さ12 km，Mj 7.3の地震（本震）が発生

かった石垣の幾つかでは，目視でも確認できるほし，図 1 (b) に示すように熊本県西原村と益城町

ど明確に変状を生じた箇所があったものの，変状で震度 7 を観測した 。構造物に大きな被害をも程度の特定や補修要否の判断は必ずしも進んでいたらす地震動として，図 2 に示すように最大加速ないのが実情である。

図1

1）ている。その後，崩壊した石垣の応急措置がとられ，修復活動もはじまっているが，崩壊に至らな度800 gal 以上かつ最大速度100 cm/s 以上という以上の状況を鑑みて，本論文では，残存する石

目安2, 3）が示されているが，本震時において震央

垣の地震前後の形状を明らかにし，地震による変に近い KMMH16益城ではこの目安を満たす地震

状度合いを定量化するとともに，その力学的な安動が計測され，実際に人家や社会インフラに甚大

定性について議論する。そこでまず，熊本城石垣な被害が発生した 。

の被害状況を概観し，石垣の安定性評価を行う上4）

一方，本震の震央から約 7 km 北西に位置するで検討すべき項目を洗い出した。次に 3 次元レー

熊本城では，図 1 に示すように前震時に震度 6

ザー測量による石垣形状の計測について説明した

弱，本震時に震度 6 強の揺れを生じたものの，前後，計測結果を地震発生以前の計測結果や古文書

震と本震のいずれにおいても，熊本城に最も近いに基づいて求めた伝統的な石垣形状6）と比較する

KMM006熊本で観測された地震動は図 2 の大被ことで，石垣の変状を定量化した。さらに石垣の害地震の目安よりも明確に小さく，一般的な建物

高さや勾配といった幾何的特徴と変状の関係につ被害は西原村や益城町に比べると少なかった。しいて分析し，変状および崩壊のリスクが高い石垣

かし，熊本城では多数の石垣が崩壊し ，平石部の特徴について考察した。

5）

3

自然災害科学 J. JSNDS 37 特別号（2018 ）図3

熊本城郭石垣の被災状況および石垣形状の計測箇所（熊本城調査研究センターの図5）をもとに作成）

2 ．熊本城石垣の被害

2. 1変状が確認された石垣2016年熊本地震による熊本城石垣の被害の詳細

既報 では，熊本城の石垣の全表面積約79,000

は，熊本城調査研究センター7）や土木学会地震工

m2のうち，約23,600 m2の石垣で変状を生じたこ

学委員会8），小山ら9）が報告している。ここでは，とが報告されている。

7）

特徴的な変状や崩壊の事例について説明する。紹地震時に崩壊には至らなかったものの，変形が介する事例の場所は図 3 に記載した。なお，石材

明瞭に確認されたり，部分的に石材が崩れたりしの落下がみられたものを崩壊，石材の落下はみらた石垣の変状の一例として，宇土櫓石垣の被災状

れないものの石垣形状に有意な変化がみられたも況を図 4 に示す。同石垣は熊本城では最も高い石のを変状と定義する。

垣（高さ約20.8 m）であり，北面の石垣では，（a）に示すように天端付近で明瞭なはらみ出しや崩壊

4

神谷・菊本・橋本・桑島・小山：2016年熊本地震による熊本城石垣の変状の分析

図4

宇土櫓石垣の被災状況が確認された。また，宇土櫓西側の石垣では，（b）

は，地震前の計測データや古文書等に記された伝のように中央付近に明瞭なはらみ出しがみられ，統的な石垣形状をもとに，地震後の石垣の形状と崩落防止のネットが張られた。

比較する必要がある。これに対して， 3 章では定図 5 は，櫨方三階櫓石垣の被災状況である。櫨

量化の方法を議論した後，定量化した変状をもと方三階櫓の石垣は，城内で 2 番目に高い石垣（約に城郭石垣の地震時安定性について考察を行う。

20.0 m）であり，南面の石垣では（a）のように石垣上部で明瞭なはらみ出しが確認された。（a）に2. 2隣接する石垣を側方から撮影した（b）では，石多数の石材の崩落や背面地盤の破壊を生じた大大規模な崩壊を生じた石垣

垣上部に明瞭な目開きを生じている様子を確認で規模な崩壊の一例として，図 7 に戌亥櫓石垣の被きる。一方，低い石垣においても変状が多数発生

災状況を示す。戌亥櫓石垣は，（a）に示すようにしており，例えば加藤神社横の石垣は明瞭なはら

前震では櫓直下の石垣は崩壊を免れて，櫓の脇

み出しや石材のずれが確認され，崩落防止ネットの石垣が崩壊した程度であったが，本震では（b）

による応急処置が行われた（図 6 ）。

のように大規模に崩壊した。前震，本震と 2 度の以上のような城郭石垣のはらみ出しや勾配の不大きな地震が襲い，かつ崩壊が進行したことから，自然な変化といった変状は法面の中央から天端付

複数回の危険事象を考慮した安定性の評価が不可

近の比較的，高い位置で多く確認された。このよ欠である。

うな変状によって，崩壊には至らないまでも，力本震後の戌亥櫓直下の石垣は平石が顕著に崩壊

学的安定性が損なわれている石垣が存在する可能

し，かろうじて角石により支持されていることが性があるため，地震発生後速やかに変状の程度をわかる。なお，平石部が崩壊し，出隅が支持する

明らかにして，補強・補修等の対策を決定するこ形で石垣が残存した事例は，飯田丸五階櫓や西大とが重要である。変状の程度を定量化するために

手門，南大手門など櫓や城門の直下の石垣におい5

自然災害科学 J. JSNDS 37 特別号（2018 ）図5

図6

櫨方三階櫓石垣の被災状況

加藤神社横の石垣の被災状況て確認された。熊本城石垣の出隅は直方体の角石の短辺と長辺を交互に積む算木積みと呼ばれる形式で構築されており，櫓の自重は出隅に沿う曲線

図7

戌亥櫓石垣の被災状況の方向に力を伝達する形で支持されていると考えの本震でさらに多数の箇所が崩壊し，（a）のようられる。上部に構造物が存在する石垣が出隅で残な状況となった。この石垣でも（b）に示すよう存する事例が多くみられたのは，上部構造物の自に出隅は残存し，出隅の角石と隣接する平石の間重が出隅の角石に伝達されることで角石間の摩擦には明確な目開きが確認された。よって，角石を強度が比較的高い状態にあったためと考えること

隙間なく緻密に積んだ出隅と，間詰め石で隙間をができよう。

埋めながら積んだ平石部では地震時の応答特性や次に，図 8 に百間石垣の被災状況を示す。百間安定性が異なるものと推察される。図 9 は図 8

石垣は 4 月14日の前震で一部が崩壊し， 4 月16日（a）の①，②の背面地盤の本震後の様子であるが，

6

神谷・菊本・橋本・桑島・小山：2016年熊本地震による熊本城石垣の変状の分析

図8

図9

百間石垣の被災状況

百間石垣背面地盤の被災状況

地表に石垣と平行な亀裂が多数発生し，①部の背面の地盤も流出した。二の丸御門の崩壊法面を側面では側溝と地盤に 2 〜 3 cm の隙間を生じて側方から撮影した（b）では，明瞭に 2 つの破壊形

溝のコンクリート蓋が落下した。このことから石態を見てとることができる。すなわち，石材の剥垣の背面地盤は地震時に石垣側に変位しているこ離に伴う急勾配の破壊線と，石垣内部の地盤の主と，変位量は石垣崩壊箇所の背面地盤で顕著であ

働破壊に対応する緩い角度（約44度）の破壊線でること，石垣が崩壊した箇所の背面地盤は主働破ある。このような複合的な破壊モードも含めて城壊していることが推察される。

郭石垣の耐震安定性を評価するには，剥離や転倒

図10は二の丸御門石垣の被災状況である。（a）

といった石材のみの応答を考慮するだけでは不十のように同石垣は平石が大規模に崩れ落ちて，背分であり，石材と地盤の力学的相互作用を適切に7

自然災害科学 J. JSNDS 37 特別号（2018 ）

図11 「後藤家文書」による設計法

ある。
a）地震発生前の石垣形状11）
図10

二の丸御門石垣の被災状況

ここでは桑原が1984年に23測線で得た石垣形状
データのうち，図 3 に黒線で示す14測線を利用した。桑原は，プリズム反射鏡を取り付けたそりを考慮することが必要である。

ロープにより下降させ，石垣前方より光波タキオ
メーターを用いてプリズム反射鏡までの斜距離と3 ．熊本城石垣の変状の定量化と考察
地震による城郭石垣の変状は，地震前後の石垣形状を比較することにより特定できる。本章では，仰角を測定することで，石垣形状を得ている。使用した光波タキオメーターの分解能は 1 mm であった。

石垣形状の計測方法と地震による城郭石垣の変状の評価方法を説明し，熊本城石垣の変状について

b）伝統的・理想的な石垣形状
建設当時の伝統的な設計に基づいた理想の石垣

定量的な考察を加える。

形状は，城郭石垣の設計法を説明した古文書から
3. 1

地震前の石垣形状求めることができる。桑原11）は後藤家文書に記さ

地震発生後に石垣の変状を明らかにするためにれた石垣形状をもとに熊本城の石垣曲線を求めては，地震発生前の石垣形状の情報が必要になる。

いる。これに対して，柳井12）は石垣曲線の定式化

しかし，地震発生前の石垣形状が必ずしも計測さを試みており，西田ら6）は後藤家文書に記されたれているとは限らないので，既往文献・資料か

石垣曲線の近似曲線を提案している。ここでは西ら可能な限り計測等の情報を収集するとともに，

田らの方法をもとに決定した。図11は後藤家文書

データが得られない場合には，石垣の伝統的あるの石垣形状を模式的に示しており，その算出手順

いは理想的な形状曲線を健全時の石垣形状としは以下の通りである。

て用いた。ただし，森本ら も指摘しているよう①法尻を原点（0, 0）とし，石垣内部に向かう方に，古文書に記された設計法に基づいて再現した

向に y 座標，鉛直上向きに z 座標をとる。石

伝統的な石垣曲線が，実際に築造された石垣の曲

垣上端の座標（y0, H）は実測に基づいて設定

線に完全に一致するとは限らないので，地震によ

する。

10）

る変状の評価に用いる際には慎重な議論が必要で②法尻から石垣高さ H の1/3までは，石垣形状

8

神谷・菊本・橋本・桑島・小山：2016年熊本地震による熊本城石垣の変状の分析ある。

を勾配 G（傾き1/G）の直線で近似する。

①点群データから対象とする石垣の法尻に沿う（1）直線（（a）の黒点線）を抽出し，この直線が x軸と平行に一致するように，全点群の座標を③石垣高さ H の1/3から天端までは z の二次関z 軸まわりに回転させた後，平行移動させる。
②①の操作により x 軸に垂直な平面（x＝const.）

数として y を近似する。

は，石垣法面の法線を含む鉛直断面になる。
（2）

点群データは不規則に分布しているので，石垣形状を取得する断面の x 座標の± 5 mm の3. 2

地震後の石垣形状

範囲に含まれる点群データを抽出する。

地震後の石垣形状は 3 次元レーザースキャナにより計測した。 3 次元レーザースキャナは，方位③抽出した点群データから y 座標と z 座標を用
いて石垣形状をプロットする。

と仰角を高速に変化させながらレーザー距離計に

ここで，計測データから上述の操作で抽出したより計測対象物までの距離を計測する機器で，計石垣形状の精度を検証する。同じ日に同じ石垣を測器を原点として全方位の対象物の 3 次元座標を異なる位置から計測した後，同一の断面を抽出し，数値化できる。また，複数の位置から対象物を計

石垣形状の一致性を確認した。計測位置は図13に測してデータ処理することで，対象構造物の 3 次

示す 3 ヶ所である。各データはそれぞれ独自の座元形状も得ることができる。本研究では，測定標系が設定されているため，前述のような座標変範囲0.6 m 〜130 m，範囲誤差± 2 mm，波長1550換を行った後，石垣高さが z＝10 m になる図14のnm のレーザー距離計が搭載された計測器を用い断面の x 座標が原点になるように平行移動した。

た。本論文に示す結果には2017年 5 月の計測デー

次に， 3 つのデータからそれぞれ x＝ 5 m の鉛タを用いており，3. 1で説明した方法により求め

直断面で石垣形状を抽出し，鉛直軸方向に0.10 m

た地震前の石垣形状と比較した。

ごとに互いの距離の絶対値を求めた。なお，点群

計測データは膨大な点群の 3 次元座標で構成さデータは不規則に分布しており，同一鉛直座標にれる。座標軸は直交座標 xyz 系を設定しており，計測点が存在するとは限らないので，直近の点群

z 軸は鉛直方向に一致し，x 軸と y 軸は水平面内データから線形補間した。図15に全点群についてに含まれる。点群データからの石垣形状の抽出の計測誤差ごとの度数を棒グラフ，計測誤差が小さ

一例を図12に示す。具体的な手順は以下の通りでい方からの累積度数の割合を折れ線で示す。図よ図12

石垣形状の抽出手法

9

自然災害科学 J. JSNDS 37 特別号（2018 ）り，全計測データの80％が 5 cm 以内の誤差に収に示す。14測線のうち，本丸東面（A1），月見櫓

まることから， 5 cm 以上の変状は有意であると

跡西面（B2）および南面（B4），宇土櫓西面（C1）

判断できる。

および北面（C2），
平櫓東面（G1）および北面（G2），櫨方三階櫓東面（H1）の 8 測線では，石垣曲線に

3. 3

地震による石垣の変状

明確な変状が認められた。なお，数寄屋丸西面

3. 1a）で説明した地震以前の石垣形状のうち14（D1）の石垣下部は地震前後で石垣形状に差が見

測線11）について，3.2で説明した方法により同じられるが，図16からもわかるように，石垣に草が断面の地震後の石垣形状を求めた。それぞれの石繁茂し計測結果に影響を及ぼしている可能性があ

垣の地震後の様子を図16，石垣形状の比較を図17るため，変状の有無に関する考察からは除外した。

図13

図14

石垣と計測位置の平面図（櫨方三階櫓の石垣）

x＝0［m］における点群データごとの座標（櫨方三階櫓の石垣）

10

神谷・菊本・橋本・桑島・小山：2016年熊本地震による熊本城石垣の変状の分析

図15

x＝5［m］における計測誤差（櫨方三階櫓の石垣）（a）計測位置，（b）結果

目視観測で顕著な変形が確認された宇土櫓西面

また，最大はらみ出し量は石垣断面の水平変位量（C1南側。以下，C0とする）および櫨方三階櫓東の絶対値が最大であることを意味し，負の値は石面（H1南側。以下，H0とする）の石垣については，

垣断面に凹みがみられたことを意味する。

3.2の手順で当該断面の地震後の石垣形状を求めるとともに，3.1b）で説明した方法に基づいて古文書の設計法に基づく石垣の伝統的曲線を算出しa）石垣の変状の特徴と安定性の判定指標
石垣の最大はらみ出し量 δmax と石垣高さ H でて比較を行った。石垣形状を比較した図17より，規準化した最大はらみ出し位置 zb の関係を図19

地震後に明瞭なはらみ出しを生じた部分以外は，に示す。なお，図19〜24では，最大はらみ出し量

概ね古文書の設計曲線に沿う形状であることがわが正の石垣を白四角プロット（□），負で凹の変かる。桑原は，自身の計測と後藤家文書による設状を生じた石垣を黒四角プロット（■）で示す。

計曲線を比較し，両者が概ね一致していることを

図より，幾つかの石垣は中央付近で変状を発生し確認している11）。これは，地震前の比較においてているものの，大半は天端付近に変状を生じていは，伝統的石垣曲線が実際の石垣をよく再現する

ることがわかる。特に，天端付近に変状を生じたことを示しており，図17にみられる伝統的石垣曲

石垣では，半数のケースにおいて凹みが確認され線と乖離したはらみ出しは，有意な変状と考えるた。通常，天端付近の石材の凹みは背面の栗石のことができる。

沈下に起因することが多く，その場合下方ではら

次に，地震による石垣の変状の特徴について，

み出しが観察される13）。しかし，今回凹みを生じ

図18に示す最大はらみ出し量 δmax［m］とその位ていた石垣のうち，櫓が建てられている C2，G1

置 zb［m］，および明瞭にはらみ出しを生じた変状では図17より顕著なはらみ出しは確認されていな

範囲 hb［m］に着目して考察を行う。変状範囲は，い。地震時に櫓が後方にずれ込み，天端付近の石図15に基づき石垣断面の水平変位量が 5 cm 以上

垣が沈下したことが石材の凹みがみられた理由の確認された範囲とする。なお，はらみ出し量は水一つとして考えられる。

平方向の変位量であり，石垣外向きを正とした。

図20は，変状範囲 hb と最大はらみ出し位置 zb

11

自然災害科学 J. JSNDS 37 特別号（2018 ）図16

地震後の熊本城石垣の様子と計測位置の関係である。同図では縦軸，横軸ともに石垣高石垣を観察した図 4 において明瞭な石材の目開き

さ H で規準化した値を表示した。図より，天端がみられたことから，石垣が背面地盤から分離し付近に最大はらみ出し量が現れた石垣の変状はて転倒するメカニズムで変状を生じていることが変状範囲 hb によって 2 つに大別できる。一つは，推察される。もう一つは，天端付近の狭い範囲に天端付近から広い範囲で変状を生じている①の石のみ変状を生じた②の石垣群で，天端付近の局所垣群で，石垣全体が傾斜して，転倒するモードの的な石材のずれや陥没の可能性が示唆される。

変状を生じている。特に，H1の石垣は側方からところで天野ら14）は，変状範囲 hb［m］に対す

12

神谷・菊本・橋本・桑島・小山：2016年熊本地震による熊本城石垣の変状の分析

図17

地震前後の石垣形状の比較（a）桑原の計測との比較（A-D 地点），（b）桑原の計測との比較（F-I 地点），（c）古文書の設計との比較（C0, H0地点）

13

自然災害科学 J. JSNDS 37 特別号（2018 ）

図18

図19

石垣に関する諸量の定義

図20

石垣高さで規準化した変状範囲と最大はらみ出し位置の関係

図21

最大はらみ出し量（絶対値）と変状範囲の関係

最大はらみ出し量と石垣高さで規準化した最大はらみ出し位置の関係

る最大はらみ出し量の絶対値 |δmax|［cm］をはら
み出し指数 B.I.（Bulging Index）と定義し，B.I. が6.0前後になると石垣の崩壊事例がみられ，9.0を超えるとはらみ出し量が過大になり石垣の自立性が損なわれると指摘した。また，野間ら示した。図より，変状がみられた城郭石垣のほとは実物

んどは B.I. が2.0〜7.0程度であり，|δmax|＞50 cm

大の振動台実験と個別要素解析をもとに，B.I. がかつ B.I.＞6.0であったのは古文書の石垣形状との2.0を超えるとやや不安定，6.0を超えると不安定比較で変状を評価した C0と H0のみであった。古かつ要対策という基準値を例示した。これに対し文書との比較をもとにした石垣の変状は正確に評て，図21に熊本城郭石垣の最大はらみ出し量の絶価することが難しく，また実際に崩壊した石垣の対値 |δmax| と変状範囲 hb の関係を示す。同図では，B.I. は図中に現れないことから，石垣の崩壊発生原点を通る直線ではらみ出し指数 B.I. の等高線をの目安は B.I.＝6.0程度と考えることができよう。

15）

14

神谷・菊本・橋本・桑島・小山：2016年熊本地震による熊本城石垣の変状の分析

b）地震による被害を受けやすい石垣の特徴

様々な勾配をもつのに対して，17 m を超える石

城郭石垣の力学的安定性を特徴づける要因とし

垣は65度以下に勾配が抑えられており，高石垣はては，石垣の高さや勾配といった幾何的特徴，石安定性の観点から所定の勾配以下で設計されてい材の種類や加工程度（野面積み，打込み接ぎ，切たと考えられる。

込み接ぎ等），積み方（布積み，乱積み等），裏込

図22より，崩壊した 3 箇所の石垣は全て高さ15めの種類や締固め度，基礎地盤の状態などが考え

m 以下，平均勾配65度以上の急勾配の石垣であられる。1599年から1607年にかけて築城された16）るため，低い石垣であっても急勾配の場合には耐

熊本城の石垣は，年代によって築造方法が幾らか

震安定性が低く，優先的に耐震補強を行うことが変遷しているものの，基本的には同じ種類の石材

望ましいといえる。また，高さが17 m を超えると裏込め材料を用いて同じ方法（打込み接ぎ）で

高石垣では崩壊事例はなかったことから，高石垣

加工した石材により築造されていることから，変を65度以下の比較的低い勾配で築造した熊本城の状程度の比較および基礎地盤の状態を通して石垣

設計は合理的であったといえる。ただし，高石垣の耐震性に及ぼす幾何特性（高さや勾配）の影響の大半でははらみ出しや凹みが明瞭に確認されたを議論することができる。熊本城石垣の崩落に対ことから，高石垣は変状を生じやすいことに留意する基礎地盤の影響については橋本ら が議論しする必要がある。

17）ているが，本研究では幾何学的特性による変状程

次に，石垣の高さや平均勾配と変状の程度の関度の比較のみに着目した。なお，熊本城では地震係について考察する。図23は最大はらみ出し量と前に多くの補修が行われている18）が，補修履歴に

平均勾配の関係である。図中の破線は，桑原が示

よる石垣の耐震性の違いについての検討は今後のした25の熊本城の石垣断面の平均勾配の最大値と課題としたい。

最小値を表す。図より，変状を生じた中でも平均

図22は，図10に記号を付した熊本城の27箇所の勾配が60 前後の石垣は凹みを生じるものが多く，石垣について平均勾配と高さの関係を示していそれより大きい勾配の石垣は正のはらみ出しを生る。図より，熊本城の石垣高さは最大で20 m をじることがわかる。図24は，最大はらみ出し量と超え，50度弱〜75度の平均勾配の範囲に含まれ高さの関係を示しているが，高石垣であるほどはる。高さと勾配の関係では，17 m 以下の石垣はらみ出しや凹みの程度は顕著であるといえる。

図22

石垣の平均勾配と高さの関係（桑原 11）のデータを図化）図23

最大はらみ出し量と平均勾配の関係

15

自然災害科学 J. JSNDS 37 特別号（2018 ）4 ．まとめ数値シミュレーションにより検討を進める予定で

本論文では，2016年熊本地震による熊本城の残ある。

存する石垣について地震前後の形状を求め，地震

最後に，地震による城郭石垣の変状の定量化にによる変状度合いを定量化するとともに，その力は，地震前の石垣形状の調査が必須である。熊本

学的な安定性について議論した。石垣の変状は，城の主要石垣について，詳細な数値データ付きで最大はらみ出し量とはらみ出し位置，変状範囲の計測結果を公表された桑原先生に敬意を表すると

3 つのパラメーターにより定量化した。

ともに，国内の他の城郭石垣についても地震等に

石垣の力学的な安定性について，既往研究を参よる変状発生時に備えて，石垣形状の計測を実施

考にはらみ出し指数 B.I. に基づいて評価したとこするとともに，利用しやすい形で数値データが保ろ，熊本城の石垣の崩壊発生の目安は B.I.＝6.0程

存・公開されることを期待する。

度であることがわかった。これは，野間ら が示14）

した基準値と概ね整合する結果といえる。
石垣の幾何特性に注目すると，高石垣の多くではらみ出しや凹みが明瞭に確認されたことから，
高石垣は地震時に変状を生じやすいことが示唆された。また，高さ15 m 以下であっても，平均勾配65度以上の急勾配の石垣にて崩壊事例がみられた。したがって，城郭石垣の維持管理の観点では，
高石垣や急勾配の石垣形状を優先して計測しておくとともに，必要に応じて地震対策を施しておくことが肝要であるといえる。ただし，はらみ出しの量と石垣の崩壊リスクとの関係性は必ずしも明らかにできていないため，更なる検討が必要になろう。また， 2 章で説明した石積みと背面地盤の力学的相互作用については，今後，モデル実験や

図24

最大はらみ出し量と高さの関係

参考文献
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www.j-risq.bosai.go.jp/report（2018-03-27アクセス）．
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3 ）青 井 真：（ 最 大 ）加 速 度・（ 最 大 ）速 度・ 計
測 震 度 に つ い て，http://www.kyoshin.bosai.
go.jp/kyoshin/topics/chuetsuoki20070716/
pgav5v20070716.html（2018-03-27アクセス）4 ）気 象 庁： 災 害 時 自 然 現 象 報 告 書2016年 第 1号，http://www.jma.go.jp/jma/kishou/books/
saigaiji/saigaiji_2016/saigaiji_201601.pdf（201803-27アクセス）．
5 ）熊 本 城 調 査 研 究 セ ン タ ー： 熊 本 城 被 災 箇 所
図，https://www.city.kumamoto.jp/common/
UploadFileDsp.aspx?c_id=5&id=5566&sub_
id=11&flid=95502（2018-06-19アクセス）
6 ）西田一彦・玉野富雄・西形達明・森本浩行：城郭石垣断面形状の設計および構築に関する考察，土木史研究 21，317-324，2001．
7 ）熊 本 城 調 査 研 究 セ ン タ ー： 地 震 後 の 石 垣 構
造 評 価 フ ロ ー に つ い て，https://www.city.
kumamoto.jp/common/UploadFileDsp.aspx?c_id= 5 &id=5566&sub_id=32&flid=122331（201803-27アクセス）．
8 ）橋本隆雄：歴史的建造物の被害，土木学会地震工学委員会，http://committees.jsce.or.jp/eec2/
system/files/12_%E6%A9%8B%E6%9C%AC_ 2 %E
3%82%A2%E3%83%83%E3%83%97.pdf（2018-03-27
アクセス）．

16

神谷・菊本・橋本・桑島・小山：2016年熊本地震による熊本城石垣の変状の分析

9 ）小山倫史・菊本 統・橋本涼太・桑島流音：平成28年（2016年）熊本地震における石積構造物の被害の調査と分析：熊本城の城郭石垣，第14回岩の力学国内シンポジウム，神戸市，2017．
10）森本浩行・西形達明・西田一彦・玉野富雄：城郭石垣の断面形状と石垣構築技術の変遷に関する考察，土木学会論文集（806），45-54，2005．
11）桑原文夫：熊本城の石垣勾配，日本工業大学研
究報告，第14巻，第 2 号，59-74，1984.
12）柳井 浩：石垣の曲線について，オペレーショ
ンズ リサーチ 33（6），281-286，1988．
13）山本浩之・西形達明・八尾眞太郎・西田一彦・
笠 博義：実物大モデルを用いた城郭石垣の地
震時挙動の検討，土木学会論文集 C 66（1），4357，2010．
14）天野光三・西田一彦・渡辺 武・玉野富雄・中村博司：徳川期大坂城城郭石垣構造の土木史的研究，土木学会論文集（660），101-110，2000．
15）野間康隆・山本浩之・西村 毅・笠 博義・西
形達明・西田一彦：城郭石垣の地震時変形予測

要と安定性評価に関する研究，土木学会論文集 C（地圏工学）69（4），444-456，2013．
16）熊本城調査研究センター：特別史跡熊本城跡総括 報 告 書 整 備 事 業 編 第 1 章，https://www.
city.kumamoto.jp/common/UploadFileDsp.
aspx?c_id=5&id=5566&sub_id=37&flid=129190（2018-06-06アクセス）．
17）橋本隆雄・斉藤 猛：電気探査及び表面波探査による熊本城石垣等の地盤調査，第52回地盤工学研究発表会，名古屋市，講演集（CD-ROM），
2017．
18）熊本城調査研究センター：これまでの石垣修
理・ 重 要 文 化 財 修 理・ 熊 本 城 復 元 整 備 計 画の 経 緯 と 復 元 事 業 の 経 過，https://www.city.
kumamoto.jp/common/UploadFileDsp.aspx?c_id=5&id=5566&sub_id=4&flid=56925（2018-06-06
アクセス）．
（投 稿 受 理：平成30年 3 月31日
訂正稿受理：平成30年 7 月 4 日）

旨

本論文では，2016年熊本地震による熊本城の石垣の被害を計測・分析し，石垣の変状および崩壊のメカニズムについて議論した。 3 次元レーザースキャナで計測した地震後の石垣の 3 次
元形状と，地震発生以前の計測結果や古文書に基づいて求めた伝統的な石垣形状を比較することで，石垣のはらみ出しを明瞭に捉えることができた。一連の検討結果からは，地震等の災害発生後に石垣の安定性を適切に評価し補強・補修対策を施すために，平時からレーザースキャ
ナ等により石垣形状のデジタルデータを取得しておくことが重要であると示唆された。