第40回地盤工学研究発表会
2005 年 7 月

1134

E - 08 （函 館）
地盤の拘束圧依存性が液状化判定に及ぼす影響

液状化

拘束圧

地震応答

ジオトップ

正会員

○小林恒一

応用地質国際会員

吉田望

関東学院大学国際会員

規矩大義

１．はじめに1995 年に発生した兵庫県南部地震では、多くの構造物が被害を受けたため、耐震設

00計法の見直しが各研究機関で行なわれた。このような状況で、液状化発生の判定方法

Ｎ20値
40

埋土G.L‑1.5m

シルト質砂

液状化
検討地盤の見直しも各機関で行なわれた。建築物に関しては、2001 年度版の建築学会の建築基礎構造設計指針１）で、損傷限界状態および終局限界状態に対して、地表面加速度とし2102てそれぞれ 150〜200cm/s 、350cm/s 程度を推奨し、この値を用いた簡易の液状化判定
深度（G.L−m)（FL 値）を行なうことが多い。
一方、軟弱地盤が中間層に存在する場合には、地震時にその地盤が非線形化（軟化）
すると、その層以浅の加速度は小さくなる現象が報告されている２）、３）。このような地盤応答をする場合には、従来の地表面加速度から地盤の地震時せん断応力を推定する

20

シルト

方法では、予測の精度が悪くなるとの報告 4）もある。杭基礎を有する建築物の場合にシルト
質砂30

は、ある程度の液状化を許容する設計が一般的であり、その場合には液状化時の変形細砂挙動等の予測は必要ではあるが、地盤特性を考慮した液状化判定を行なうことにより、合理的な杭基礎の耐震設計が可能となる。特に、免震・制震および高層などの建築物

砂礫は、構造計算で時刻歴応答計算を用いるので、地盤の地震応答解析を行い、地盤応答

図−１

地盤モデル値（地中のせん断応力または地表面加速度）から全応力解析による判定を行なう場合
表−１もある。本来、地盤応答は地盤特性の影響を受けるので、全応力解析を用いた液状化判定は簡易の判定法に比べて精深さGL-（m）

土質名度は向上すると思えるが、地震応答解析を行う場合の解析定数の設定が解析結果に影響を及ぼすため、その妥当性ついては検討することが必要と思われる。
ここでは、地盤の応答解析に関する定数の中で、特に、拘束圧に依存した地盤の変形特性やせん断剛性に着目し、これらの解析定数の設定の違いで液状化判定にどの程度の0.00〜1.50
埋土
1.50〜3.50 シルト質砂＊3.50〜6.50 シルト質砂＊6.50〜15.50 シルト質砂＊15.50〜27.00
シルト27.00〜31.00 シルト質砂31.00〜37.00
細砂
37.00〜
砂礫

解析定数

単位体積
初期せん断剛性G0（ｋN/m2）
重量D50(mm)Vs（m/s）
３
Vsで一定 拘束圧（考慮）
γ（ｋN/m ）
17.64
17.64
17.64
17.64
16.66
17.64
18.62
19.60

100100120
140100
150
250
400

18370
18370
18370
14180〜21740
26450
24450〜23810
36000
29330〜40440
17350
15550〜19060
41330
39330〜42010
121170 116280〜126080

0.020.070.070.070.025
0.070.15*シルト質砂のFcは20％影響を与えるのか解析的な検討を行った。

表−２２．解析概要
地盤は、中間に軟弱層を有する実際の土質柱状図を参考にして、図―1 に示す地盤モデルとした。地盤は、GL−1.5m〜−15.5m を液状化対象層と考え、解析ケース

解析ケース 動的変形特性初期せん断剛性
case1 告示モデル
一定モデル
case2 安田モデル 拘束圧依存モデル

その下に約 12m の軟弱な粘性土層が堆積する地層構成
模擬地震波１（位相特性：ラン ダム） 最大加速度：3569Galを示す。解析パラメータとして、①動的変形特性、②初期せん断剛性、③入力地震動の３つのパラメータに着目した。①動的変形特性であるが、告示モデル（平成 12加速度（Ｇal）とした。表―１に、せん断波速度などの地盤の解析定数

年建築基準法告示 1457 号で示された砂と粘土の動的変4003002001000-100-200-300-40002040形特性）と安田モデル 5)を採用し、②初期せん断剛性は拘束圧を考慮しない場合とする場合とした。この動的変る建築センター波のレベル１（最大加速度 207Gal）とレベル２（最大加速度 355Gal）、さらに平成 12 年建築基準

加速度（Gal）に、③入力地震動は、高層建物の設計用入力震動で用い

80

1001205060

模擬地震波２（位相特性：神戸海洋気象台）最大加速度：381Gal

形と初期せん断剛性から、拘束圧を考慮しない場合をcase1、考慮した場合を case2 とした（表―2 参照）。さら60時間(sec）400
300
2001000-100-200-300-400010203040時間(sec）法告示 1461 号で示された解放工学的基盤の地震動加速

図−２（参考文献

入力地震波

Effects on Confining pressure of soil on Liquefaction Potential Asessmnet
KOBAYAHSI koichi(GEOTOP Corporation), YOSHIDA nozomu(OYO Corporation.), KIKU hiroyoshi(Kantou Gakuin Univ.)- 2263 -6)

度応答スペクトルに適合するようにして作成した２つの加速度（m/sec 2 ）0模擬地震波（図―２参照）による 4 つの波を用いた。な

0.5

11.5加速度（m/sec 2 ）202.50055101015152020252530303535

お、解析は、等価線形･重複反射理論に基づく 1 次元の1234

1.52.0地盤応答解析 DYNEQ7)を用い，SHAKE と同じ手法を用
３．解析結果図―3 は、1 次設計レベルと 2 次設計レベルにおける地深度(m)いた。

盤の最大加速度分布を示す。設計用入力地震動とそのレべル設定は、通常の建築物と高層建築で異なるが、ここでは安全側として建築センター波のレベルを基準とした。また、
模擬地震波であるが、1 次設計レベルではその波形振幅を1/2 として計算を行った。1 次、2 次設計レベルともに、中4040

1 次設計レベル間の軟弱層で加速度が急激に低下し、その上のシルト質砂地盤モデル
CASE1CASE2○●△▲□■

入力地震動層で加速度が増幅している。地表面最大加速度は、1 次設計レベ
ルで約 100〜150Gal、2 次設計レベルで約 200Gal であった。中間の模擬波(ランダム）
模擬波(神戸気象台）
センター波(レベル1,2）

シルト層の最大せん断ひずみは１次設計レベルで 0.5〜0.9％であり、図−３case2（拘束圧を考慮した場合）の方が若干大きな値を示した。さら2 次設計レベル

最大加速度分布
ＦL値

ＦL値
0.0

1.0

2.00.03.000が発生していた。これらの地盤応答解析から得られたせん断応力22を用いて、GL−1.5m〜−15.5m の液状化判定（FL 値）を行った。

44検討結果を図―4 に示すが、比較のために、簡易判定法の結果も66深さ(m）に、２次設計レベルでは、シルト層で 1.0％を超える大きなひずみ合わせて示す。これらの図から、1 次および 2 次設計レベルともに、全応力解析に基づく判定（FL 値）は簡易判定法に比べて全体に大きな値を示した。また、全応力解析結果からは、1 次設計レベルで液状化発生の可能性は低いが、2 次設計レベルで一部の881010120.51.012簡易判定

簡易判定(200Gal)
16(350Gal)
161414層で液状化発生の可能性は高いという結果が得られた。ここで、2 次設計レベル

1 次設計レベル

液状化判定として、外力に相当する最大地中せん断応力について図−４比較したものを図−5 に示す。この図からも、全応力解析では地表面最大加速度の値が小さいため、深さ方向のせん断力分布は地表面加液状化判定

2せん断応力（kN/m ）010203040050

せん断応力（kN/m2）
204060速度から推定する簡易判定法に基づくせん断応力分布を下回る結果0であることがわかる。

2簡易判定

2簡易判定

４．まとめ

4(200Gal)

4(350Gal)

中間に軟弱な粘性土層を有する地盤の場合には、その軟弱層の非688

結果、全応力解析を用いた液状化判定は簡易な液状化判定に比べて、1010全体に FL 値が大きくなる。また、全応力解析における拘束圧の影響

1212であるが、１次設計レベルを想定した入力地震動では、軟弱な粘性土1414層の剛性低下や減衰の値が拘束圧によるモデル化の影響を受け、拘束圧を考慮したモデル（case2）の FL 値が小さくなる。

深 度 (m)6線形化により最大地表面加速度は頭打ちになる傾向が見られ、その1616

1 次設計レベル以上より、中間に軟弱な粘性土層を有する地盤の場合には、通常の簡易な液状化判定は全応力解析に基づく判定に比べて、安全側すぎる800

図−５2 次設計レベル

最大せん断力分布結果となった。また、全応力解析を用いる場合には、拘束圧依存性を考慮した解析が安全側である結果となった。さらに、地盤特性を考慮し、全応力解析と簡易の液状化判定を併用することも合理的な液状化判定であると思われる。今後は、被害事例や地震観測事例を調査し、合理的な判定法について検討を行う予定である。
＜参考文献＞
1)日本建築学会：建築基礎構造設計指針,2002.4.
2)風間基樹,柳澤栄司,稲富隆昌：地表面応答に及ぼす中間軟弱粘土層の非線形性の影響,土木学会論文集,NO.575,Ⅲ‑40,pp.219〜230,1997.
3)佐藤正行,安田進,吉田望,増田民夫：地盤の地震時せん断応力の簡易推定法,土木学会論文集,NO.610,Ⅲ‑45,pp.89〜96,1998.12
4)地盤工学会：入門シリーズ「知っておきたい地盤の被害―現象、メカニズムと対策―」,2003.9.
5)安田進,山口勇：種々の不撹乱土における動的変形特性,第 20 回土質工学研究発表会,pp.539〜540,1985.6.
6)日本建築構造技術者協会：「建築構造の計算と監理（付 JSCA 波数値データ）」,2002.6.
7)吉田望，末富岩雄：DYNEQ：等価線形法に基づく水平成層地盤の地震応答解析プログラム，佐藤工業（株）技術研究所報，pp. 61‑70,1996.

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