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令和４年度砂防学会研究発表会概要集

強震データに基づく大地震発生前後の地盤剛性の変化について
株式会社エイト日本技術開発

〇福島康宏

後根裕樹

海原荘一

国土交通省国土技術政策総合研究所

中谷洋明

国土交通省近畿地方整備局大規模土砂災害対策技術センター

木下篤彦

紀伊山系砂防事務所

１．はじめに
一般に，大地震後は崩壊や土石流が発生しやすくなるため，土砂災害警戒情報の雨量基準(CL)を一時的に引き下げて運用される 1)2)．CL を引き下げると土砂災害警戒情報の発令頻度が高くなるが，一部を除いて地震後の降雨による災害発生は少なく，CL 引き下げの期間を適切に評価する必要がある．しかし，通常時の CL に戻す判断をするための明確なエビデンスが不足しているのが現状である．
一方，強震動を受けると地盤の剛性が低下することにより，弱震時と異なる地盤増幅特性を示すこと(地盤の非線形応答)が知られているが例えば 3)，大地震後どのくらいの時間で地盤の剛性が回復するかが分かれば，通常時の CL に戻す根拠のひとつとできる可能性がある．
そこで本稿では，近年発生した大地震を対象に，土砂災害発生地点に近い強震観測点での強震記録を用いて，大地震発生前後での地盤の剛性低下の影響について検討した．
２．強震記録の地表/地中フーリエ振幅スペクトル比の大地震発生前後での変化
近年発生した大地震を対象として，土砂災害発生箇所に近い KiK-net 強震観測点 4)での強震記録の地表/地中フーリエ振幅スペクトル比を算定した．対象地震と強震観測点の組合せは以下のとおりである．
・2000 年鳥取県西部地震(M7.3)： TTRH02
・2004 年新潟県中越地震(M6.8)： NIGH01
・2008 年岩手・宮城内陸地震(M7.2) ： IWTH25
・2011 年東北地方太平洋沖地震(M9.0)： FKSH14
強震記録の地表/地中フーリエ振幅スペクトル比を
図-1 に示す．本震前 1 ヶ月間の地震を青色，本震を赤色，本震後 1 ヶ月間を灰色で示している．
ただし，TTRH02については新潟県中越地震本震前の 1 ヶ月間の強震記録が得られていないため，4 ヶ月前までの地震について表示している．
これより，大地震(本震)時には中小地震時に比べてフーリエ振幅スペクトル比のピーク周波数が低周波数側にシフトしたり，増幅率が低下するなど，地盤の剛性低下に伴う非線形応答の影響が見られる．一方，本震後1 ヶ月程度でピーク周波数は本震前と同程度に回復しているように見える．様々な手法による澤崎による検討 5)では完全に速度が回復するのに数ヶ月から数年かかることが示されているが，本検討で対象とした地点－ 495 －

北本楽

小杉恵

山本悟司

ではそれと比べると回復がやや早い．
３．TTRH02 観測点を対象とした鳥取県西部地震の地盤地震応答解析
大地震時には強震記録の地表/地中フーリエ振幅ス
ペクトル比のピーク周波数が中小地震時に比べて低周波数側にシフトすることは前述のとおりであるが，表層地盤のうちどの層が非線形化しているのかを把握するため，
2000 年鳥取県西部地震の KiK-net 日野(TTRH02)
観測点を対象として地盤地震応答解析を行った．
鳥取県西部地震本震での強震記録の地表/地中フーリエスペクトル比を図-2 の黒色の線で示す．一方，表1 に示す PS 検層 4)による S 波速度構造を考慮した線形の重複反射理論に基づく伝達関数(地表/地中に相当する 2E/E+F)を図-2 の青色の線で示す．
ここで，第 1 層から第 4 層の S 波速度を，表-1 に示す範囲で 10m/s ピッチで変化させ(例えば第 1 層なら 50～210m/s の 17 通り)，その全ての組合せ(17×30×27×30＝413100 通り)について地表/地中の伝達関数を算定し，0．1～10Hz で強震記録のフーリエスペクトル比との誤差が最小となる S 波速度構造を探索した．表-1 に示す最適モデルでは，PS 検層結果に比べて 4 層すべてで速度低下しており，特に第 1 層(砂礫)と第 2 層(花崗岩)での速度低下が著しい結果となった．最適モデルでの伝達関数を図-2 の赤色の線で示す．1Hz 付近での増幅率は観測記録は再現できていないが，2Hz 付近，4Hz弱，5Hz 弱のピーク周波数は最適モデルと観測記録とで合っている．
４．まとめ
本稿では，強震記録を用いて，大地震発生前後での地盤の剛性低下の影響について検討した結果，大地震時には中小地震時に比べてフーリエ振幅スペクトル比のピーク周波数が低周波数側にシフトするなど，地盤の剛性低下に伴う非線形応答の影響が見られるが，1 ヶ月程度では概ね回復することがわかった．土砂災害が発生する危険性のある地点は，検討に用いた強震観測点よりも地盤条件が良好であることを考慮すると，地盤の非線形応答の影響が数ヶ月に及ぶことは考えにくい．
謝辞
防災科学技術研究所 KiK-net の強震記録を使用しました．記して謝意を表します．
参考文献
1)国土交通省水管理・国土保全局砂防部，気象庁: 令和
4 年 3 月 16 日 23 時 36 分頃の福島県沖の地震に伴う土砂災害警戒情報発表基準の暫定的な運用について(第 2報)，https://www．mlit．go．jp/report/press/content/001471144．pdf，2022．
2)野村康裕，岡本敦: 地震時の斜面崩壊危険度評価と警戒避難降雨基準の検討，土木技術資料，Vol．55，No．
4，pp．22-25，2013．
3)翠川三郎: 強震時にみられる地盤特性の非線形性，
地震第 2 輯，第 46 巻，pp．207-216，1993．

4) National Research Institute for Earth Scienceand Disaster Resilience: NIED K-NET, KiKnet,National Research Institute for Earth Scienceand Disaster Resilience, doi:10．17598/NIED．0004,2019．
5)澤崎郁: 大地震に伴う地下構造変化とその回復過程について,地震第 2 輯，第 70 巻，pp．57-79，2017．

100

100

－ 本震前4ヶ月－ 本震－ 本震後1ヶ月－ 本震前1ヶ月－ 本震－ 本震後1ヶ月
10

増幅率

増幅率

101

10.10.11周波数(Hz)

0.1

10(1) 2000 年鳥取県西部地震 TTRH020.1

1周波数(Hz)10(2) 2004 年新潟県中越地震 NIGH01

100100－ 本震前1ヶ月－ 本震－ 本震後1ヶ月－ 本震前1ヶ月－ 本震－ 本震後1ヶ月
10増幅率

増幅率

10

10.1

10.1

1周波数(Hz)

0.1

100.1

1
周波数(Hz)10(3) 2008 年岩手・宮城内陸地震 IWTH25(4) 2011 年東北地方太平洋沖地震 FKSH14
図-1 大地震発生前後の強震記録の地表/地中フーリエ振幅スペクトル比
表-1 TTRH02 の一次元地盤モデル
土質区分

層厚(m)

密度(g/cm3)

1

砂礫111.80

2

花崗岩

91.85

3花崗岩

221.90

58

2.00

12.00

図-2TTRH02 の地表/地中フーリエ振幅 →スペクトル比と伝達関数45花崗岩・安山岩
花崗岩

S波速度(m/s)
PS検層 探索範囲 最適解
50～
210
120
21050～
340
80
340
300～
560
360
560
500～
790
560
790
790
790
790

－ 496 －

100

増幅率

層番号－ PS検層モデル－ 最適モデル－ 観測記録

10

1

0.1

1
周波数(Hz)10