2024/5/16

城郭石垣及び石積擁壁の耐震診断・補強に関する研究小委員会
2023年度活動報告および2024年度活動計画
委員長：国士舘大学理工学部 橋本 隆雄
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研究小委員会組織及び活動概要◆ 委員長：橋本隆雄（国士舘大学）◆ 副委員長：宮島昌克（金沢大学）◆ 幹事長：池本敏和（金沢大学）◆ 副幹事長：前田和徳（岡部㈱）・岩津雅也（フリー工業㈱）◆オブザーバー：文化庁文化資源活用課震災対策部門 文化財調査官他◆ 委員数：35名（2024年4月27日時点）◆ 期 間：2022年4月～2025年3月（3年0ヶ月）◆活動概要
城郭石垣及び石積擁壁の研究者及び技術者を集めて、過去（熊本城や仙台城等）の崩壊履歴も含めた大規模な崩壊跡の現場調査から崩壊メカニズムを把握し、調査（探査）・実験・解析により具体的な耐震診断方法及び耐震補強対策の策定を行う．ＷＧは調査（探査），実験，解析，施工の4つあり，委員会で情報交換しながら活動している．
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2024/5/162023年度の活動（１）1) 委員会・WG活動等
・第1回WG：4月12日 施工実験 8名参加（補強材削孔に関する検討）
・第2回WG：4月21日 施工実験 8名参加（補強材削孔に関する検討）
・第3回WG：5月17日 施工実験 10名参加（補強材削孔に関する検討）
・第4回WG：6月30日 オンライン(Zoom) 7名参加（横浜ブラフ、矢掛町に関する検討）
・第5回WG：7月17日 曲げ載荷実験 7名参加（矢掛町に関する検討実験）
・第6回WG：8月 1日

施工実験 8名参加（ウレタンに関する検討）

・第7回WG：8月 6日

現地検証 6名参加（横浜ブラフ現地施工検証）

・第8回WG：8月 9日

静的載荷実験 6名参加（矢掛町に関する検討実験）

・第9回WG：8月29日 現地検証 7名参加（京都御蔭神社補強に関する検討）
・第10回WG：8月30日 静的載荷実験 7名参加（矢掛町に関する検討実験）
・第11回WG：9月11日 静的載荷実験 7名参加（矢掛町に関する検討実験）
・第12回WG：9月19日〜21日 矢掛町現地試験施工 12名参加（矢掛町に関する検討)

3

2022年度の活動（２）・第13回WG：10月5日 対面+ｵﾝﾗｲﾝ(Zoom) 9名参加（岡山県旧野崎邸補強対策に関する検討）
・第14回WG：10月16日 静的載荷実験 7名参加（矢掛町に関する検討実験）
・第15回WG：10月24日 矢掛町確認実験 5名参加（矢掛町に関する検討実験）
・第16回WG：10月27日 千代田C 6名参加（岡山県旧野崎邸_他補強対策に関する検討）・第17回WG：10月30日 日測+ｵﾝﾗｲﾝ(Zoom) 4名参加（岡山県旧野崎邸_他補強対策に関する検討）・第18回WG：11月3日 オンライン(Zoom) 6名参加（岡山県旧野崎邸_他補強対策に関する検討）
・第19回WG：11月6日 静的載荷実験 6名参加（矢掛町に関する検討実験）
・第20回WG：11月13日 検証実験 (国士舘大学) 5名参加（補強対策に関する検討）
・第21回WG：11月14日 矢掛町施工検討会 7名参加（矢掛町に関する検討）・第22回WG：12月4日 検証実験 (国士舘大学) 4名参加（補強対策に関する検討）・第23回委員会：12月6日 対面+ｵﾝﾗｲﾝ(Zoom)岡部(株)(委員会活動報告、今後の活動方針の打合わせ)
4・第24回WG：12月6日 岡部(株) 8名参加（岡山県旧野崎邸_他補強対策に関する検討）

2

2024/5/16

2022年度の活動（３）・第25回WG：12月12日 検証実験 (国士舘大学) 5名参加（補強対策に関する検討）
・第26回WG：12月19日 振動実験(国士舘大学) 10名参加（振動実験に関する検討）・第27回WG：1月10日〜13日 振動実験 (金沢大学) 11名参加（補強対策に関する検討）・第28回WG：1月23日 岡部(株) 削孔試験6名参加（矢掛町に関する検討）
・第29回WG：1月30日 現地検証 6名（上野動物園補強に関する検討）・第30回WG：2月20日 上野動物園検討会 5名参加（上野動物園補強に関する検討）
・第31回WG：2月27日 オンライン(Zoom) 7名参加（金沢大学振動実験に関する検討）・第32回WG：3月7日

事業計画検討会10名参加（今後の事業計画に関する検討）

・第33回WG：4月26日 現地検証4名参加（早稲田大学内石積補強対策）
・第34回WG：5月1日

施工検討会 8名参加（矢掛町に関する検討他）

・第35回WG：5月7日

補強対策検討会5名参加（北村邸補強に関する検討）
5

2023年度の活動（４）2) 行事等
特になし
3) 出版物等
特になし
4)

小委員会活動補助費決算報告
配分額：
200,000円
支出報告（使途、支出額）：
岡山県矢掛（試験施工実験）旅費
郡山（現地変状調査）旅費
横須賀（ﾌﾞﾗﾌ用擁壁変状調査）旅費
金沢（大学実験・金沢城他地震被害調査）旅費

45,500円
11,460円
9,732円
133,308円
632024/5/16松江城石垣の変状調査及び動的FEM解析による被害分析
国士舘大学理工学部特任教授

橋本 隆雄

石垣の被害箇所

2024/5/164

2024/5/16

石垣全体の段彩図

B43B41B47B38B53B18

変状なし
変状あり

C20B27E24C17E33E40C6B12C2E36D17D10D16E38B24

推定後の３次元地質モデル(a)盛土・表土重ね(b)強風化砂岩重ね(b)強風化砂岩重ね(c)風化岩のみ(c)風化岩のみ

5

2024/5/16(盛土+強風化厚さコンター図)

松江城の盛土・強風化厚さコンター図W 本丸や二之丸南側が盛土+強風化が厚くなっていることがわかる．
NSE

11最大加速度分布図

松江城の最大加速度分布
WNS

E

126

2024/5/16最大加速度分布図(盛土・表土コンター図)

松江城の最大加速度分布
W

NSE13

耐震補強工を施した擁壁の地震時挙動をFEMにより再現する試み
○群馬大学

大島吏貴有
須藤皓介
若井明彦

地震工学研究所

渡邉泰介

国士舘大学

橋本隆雄

ライフライン防災総研

宮島昌克

金沢大学

池本敏和

7

2024/5/16

振動台実験概要

入力地震波

最大加速度1.0~6.5m/s^2の正弦波30波を各モデルに順に加振

加速度正方向
No.

1

2

3

45

目標最大加速度[m/s2]

1

3

4.5

6.5

6.5

正弦波 10Hz

正弦波 3Hz

加速度(m/s2)

加速度(m/s2)

加振波形

0

12

時刻(s)

3

450

2

46時刻(s)81012

振動台実験概要 変位(加振前後比較)
ー実験前中心断面ー実験後中心断面↑鉄筋挿入アンカー工法モデ
ル↑変状図(最終加振後)↑無補強モデル↑変状図(最終加振後)

無補強モデルと比較すると,鉄筋挿入アンカー工法モデルははらみ出しの抑制が確認できる.

82024/5/16

再現解析 解析手法
三次元動的弾塑性FEM解析・弾塑性有限要素法
・材料構成則：MC-DPモデル
・加速度を入力した時刻歴応答解析

入力加速度波形
振動台テーブル部で水平加速度計を用いて観測された加速度波形を入力
10

加速度[m/s^2]86

加速度[m/s^2]4200102030405011-1050-2

加速度[m/s^2]-6-8時間[s]14151650162126-5-10

再現解析

13時間[s]10-412-5時間[s]有限要素分割図

築石間の境界要素

29.7mmzyx
 計算負荷の軽減のため、加振直行方向に対し垂直に3分割した中央部を抽出
 隣り合う築石の間に境界要素を設置

92024/5/16

再現解析

残留変位量結果
最終加振後変形図

変形図

上段

28.9mm
中段

22.3mm下段

ー実験前中心断面ー実験後中心断面z↑実験結果

x(mm)

上段

中段

下段

実験後残留変位量-147.048.0

50.0

解析後残留変位量

28.9

22.3

20.7

↑解析結果

20.7mm

・築石中段,下段での変位量抑制効果の確認が出来た・築石の上段での実験結果の様なもたれかかる挙動は確認されなかった

再現解析

鉄筋挿入アンカー工法モデル 最大6.5m/s^2加振時

築石表面の水平変位時刻歴

水平変位(mm)

築石上部

時刻(s)

築石下部zx時刻(s)・上から二番目の水平変位の値が最大となった.
・4.5m/s2加振時に水平変位の増加量が最も大きくなっている.

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再現解析

鉄筋挿入アンカー工法モデル 最大6.5m/s^2加振時
解析値

代表点の水平加速度時刻歴

水平加速度(m/s2)

築石表面

実験値

時刻(s)

時刻(s)
・解析結果は実験結果と比べて、加速度の増幅が小さい
・加速度の伝搬の再現が完全には為されていない

石垣の大型振動台実験に対する
SPH-DEM解析シミュレーション
法政大学
法政大学

張 宸千
酒井 久和

11

2024/5/16

対象実験の概要

③
実験ケース

振動台写真

正弦波10Hzと3Hzの加速度
８ステップに分けて加振説明

粒度調整栗石モデル

栗石に砕石を混入させ，密度の調整を行うことで，間隙部を粒径の小さい砕石等で充填し，栗石の他に砕石との摩擦を確保してインターロッキング効果を期待する工法

手積みモデル

手積みにより栗石層の空隙低減と噛合せ効果を期待する工法

ジオテキスタイル巻込みモデ
ル

近代工法のひとつであるジオテキスタ
イルとアンカーが用いられた．築石表面に受圧板を設けアンカーにより連結して一体化な補強を図るものである

長石・押石補強モデル

押石と長石により石組み補強する工法

鉄筋挿入アンカー工法モデル

栗石背後地盤内にアンカー体を拡径して築石前面にアンカーの受圧板を設置して築石及び背後の栗石の沈下や側方移動を緊張により崩壊しないようにものである

筒状固結アンカー工法モデル

アンカー体をグラウト補強し，栗石間の隙間にウレタン注入かつ築石前面にアンカーの受圧板を設置して築石及び背後の栗石の沈下や側方移動を緊張により崩壊しないようにものである

解析対象の概要
模型断面図：④
実験結果：
特徴︓
 壁側の築石よりも中央部が大きく孕み出し 最終の変位量が200mmを超えている

手積みモデル：
手積みより栗石層の空隙低減と噛合せ効果を期待する工法

特徴︓
 壁側の築石よりも中央部が大きく孕み出し 長石がないところで手積みモデルよりも変位が小さくなっている

押石補強モデル：
押石と長石により石組み補強した工法

 最終の変位量が150mmに抑制
されている

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無対策モデルの解析結果⑩
積み石の番号基準からの変位(mm)12345

解析 34.0

58.6

70.5

78.2

26.5

実験 64.0

91.0 147.0 153.0 45.0

650Gal加振後650Gal加振後︓
 すべての築石の変位量が80mm以下
 変位量は，解析が実験の約5割と過小評価
 実験と変形モードがほぼ整合
無対策モデル

押石モデルの構築
長石要素⑪押石モデル

押石要素

 粒⼦間隔︓0.1ｍ
 総粒⼦数︓43,882個
 境界条件︓底⾯・側⾯固定
 構成則︓弾完全塑性モデル

13

2024/5/16

押石モデルの解析結果⑯
積み石の番号基準からの変位(mm)12345

解析 22.0

46.1

50.1

57.4

21.6

実験 48.0

70.0 101.0 94.0

42.0

650Gal加振後650Gal加振後︓
 すべての築石の変位量が60mm以下
 変位量は実験より過小評価 はらみだし最大の積み石が若干異なる
 最大変位量は，解析が実験の約5割
押石補強モデル

解析結果の比較⑰

無対策モデル（650Gal加振後）積み石の番号解析

実験

押石モデル（650Gal加振後）

2345基準から 無対策 34.0 58.6の変位(mm)
押石 22.0 46.1

70.5

78.2

26.5

50.1

57.4

21.6

基準からの変位(mm)1

無対策 64.0 91.0 147.0 153.0 45.0
押石

48.0 70.0 101.0 94.0

42.0

解析

押石モデルが無対策モデルの変位量約7割

実験

押石モデルが無対策モデルの変位量約6割

ほぼ同等な補強効果を得られた
築石の孕み出し抑制効果を示す

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模型振動台実験によるウレタンと地山補強土工法を用いた石積み擁壁補強工法の安定性評価
2023.7.13
文化財石垣・石積擁壁補強技術協会
岩佐 直人
金沢大学(現パシフィックコンサルタンツ株式会社) 西山 大貴
金沢大学
池本 敏和
日鉄建材株式会社
堀 謙吾
国士舘大学
橋本 隆雄

３.模型振動台実験概要
・スケール：1/6・高さ：582mm（12段）(実寸3.5m)
550・勾配：1:0.25
単位：mm250300板厚10mm鋼板

501000mm

582
壁面ブロック

1200mm
800mm

栗石

石垣勾配
1:0.25

根入れ：土槽との隙間を木製型枠で固定

実験時状況

背面土加振方向実験寸法3015

2024/5/16

 計測機器設置個所
加速度
振動台
築石 3,7,11段目
栗石 3,7,11段目

土圧
築石下
栗石下
築石裏 3,7,11段目

ひずみ
2,6,10段目のアンカー
ブロック側
背面土側

変位
3D計測
築石の水平変位
栗石の沈下量250
加速度・土圧・ひずみは中央断面において計測

31

 入力波
入力波
香川の相似則1)(一部抜粋)

波形：正弦波振動数：5Hz
振動時間：5sec
香 川 の 相 似 則 1)： 1 / 6 ス ケ ー ル
実地震動
波形：正弦波振動数：1.3Hz
振動時間：19.2sec

実物模型

スケール

11/λ

振動数

1λ3/4

加速度

11aa

入力波（a：加速度振幅）

1)香川崇章：土構造物の模型振動実験における相似則， 土木学会論文報告集，No.275，pp.69–77，1978．

3216

2024/5/16

 実験条件（ウレタン充填、補強材配置）
ウレタン充填

ウレタン充填＋地山補強

ウレタン充填

補強材挿入

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４.模型振動台実験結果と考察

崩壊前の加速度時(入力500gal)の壁面状況

崩壊前の加速度時(入力300gal)の壁面状況

崩壊前の加速度時(入力700gal)の壁面状況（b）ウレタン充填のみ（崩壊） （c）ウレタン充填＋補強土工(a) 無対策（崩壊）
応答加速度357gal

応答加速度789gal

応答加速度574gal

完全に崩壊に至らず、ウレタン充填固結外のブロック落下

崩壊前及び崩壊加速度時における石積み擁壁の状況（3Dレーザー計測）

172024/5/16

応答加速度①と天端沈下量（ブロック背後）の関係
応答加速度応答加速度①と水平変位（ブロック下から6段目）の関係

0〜400gal

天端沈下量、水平変位が同程度

応答加速度400〜500gal

ウレタン充填＋補強土工の天端沈下量、水平変位が抑制

ご清聴ありがとうございました。
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