【名誉塾長からのメッセージ】 「防災塾・だるま通信」２０２１年１２月号に掲載

第4回

いざ、地震防災研究へ!（２）〜「墓石転倒調査」から「常時微動」研究による構造物の被害研究へ〜
名誉塾長 荏本孝久
今回は、地震防災研究に取り組む上で自分が何をすることができるか考えていたことについて触れておきたいと思います。少し専門的な話になりそうですが、省略することもできないのでご容赦下さい。前にも書いた通り工学的な視点から考えて、地震により個々の構造物が被害を受けるメカニズムは多くの研究がなされていましたが、広域的に広がって発生する地震被害について事前に推定する方法、すなわち被害想定手法はまだ確立されていなかったので、このことから被害想定手法を確立することが地震防災研究として重要であると考えました。そのためには、特に関連することとして地震による地盤の震動を研究することが必要であると考えました。しかし、平面的に広く分布している地盤は複雑で多岐に渡り情報が少なく、しかも地震の揺れの観測記録も殆ど有りませんでしたので、恩師の先生方や先輩・同僚の方々の指導や提言を受けながら、様々な方法で地震時の地盤の揺れの特性を掴むことからスタートしました。
●断層理論から地盤震動理論へ
前回の終わりに書きましたように、私としては神奈川大学に赴任することで環境が大きく変わり、自分の仕事として教育と研究の 2 つが中心となりました。教育としては建築構造関係の授業と実験、卒業研究に関わる学生指導ということになり、研究としては「都市防災研究会」を中心とした防災研究に焦点を当てた内容となりました。授業は実験・実習・演習とゼミナールを指導することになりましたが、他人(学生)に教えるためには自分も理解を深めておくことが必要で、力学の基礎的な内容の授業でしたが、基礎を学び直すことで大変勉強になりました。研究では、やはり地震による地盤と建物の振動理論が中心で、地震の震源になる 「断層理論」から「地盤震動理論」を中心に実際に観測された地震波の解析を行っていました。
●墓石調査と建物被害の関係を調査研究
このような研究を将来の地震災害の軽減に応用しようとの考えで取り組んでいたことを思い出します。そのために、大きな地震が発生して被害が発生するような地震災害については、発生の度に被災地へ赴いて、詳細な墓石調査と建物被害の資料を入手するようになり、数多くの地震災害の現場に行きました。

このような地震災害は、凡そ１０年で１〜２回程度の頻度で発生しており、今でも余り変わらないようです。そのような訳で、国内で調査を行った地震災害は、１９７４年伊豆半島地震を初めとして約２０回程度になると思います。
調査の度にいろいろな変化もあり、新しい発見もありました。右の図は、
１９７８年と１９８３年に発生した２つの地震災害調査の際に行った墓石転倒調査による各地の地盤の揺れの強さ(最大水平加速度値)の推定結果ですが、実際にこのような情報もなかなか得られなかった地震防災研
究のスタート時期の事です。 時間が経過して「新耐震設計法」が普及し、被害地震が繰り返される内に建物の耐震性が高くなり、同じ規模の地震動の揺れに対して建物被害が減少するようになり、同時に墓石調査の結果が揺れの強さの評価に対して限界を示すことが明らかとなってきました。何故かと言うと理由は簡単で、墓石の転倒調査では墓石の形状、すなわち高さと奥行きの寸法の比で評価することになるため、墓石の形状が余り特異なものが少なくなって、大きな揺れでも形状比では同じような墓石が転倒しているため、揺れの強さの上限がほぼ同じ値になってしまうことが認識されてきたためでした。そのため形状比ではなく、転倒率や墓石の形状効果(大きさ)を考えて補正するような評価方法が必要となり調査が複雑になってきました。更に墓地の立地条件なども問題となってきました。
地震によって発生した地盤の揺れの強さ(最大加速度や震度)は建物被害の評価・予測に必要な情報であり、そのためには墓石転倒調査は有効な方法でしたが、そのためには墓石の形態が変わらないことや建物 (特に木造建物)の形態においても時間とともに変わらないものがあると言うことが望
まれます。しかし、１０年、２０年、３０年と時間の経過につれて、墓石の形態も建物の形態(構造)も社会の変化とともに次第に変わり、近代的な形態のものに変化してきました。このために地震による地盤の揺れの強さ評価することも難しくなってしまいました。

墓石転倒調査による推定最大加速度値の分布●地盤構造のモデル化と数値解析研究そして「常時微動」への着目

上:1978 年宮城県沖地震

M7.4

一方で、科学技術の進展とコンピュータの普及により、地盤の構造を

下:1983 年日本海中部地震 M7,7

モデル化して数値解析の方法を用いて地盤の揺れの様子を明らかにする技術が進展して、地盤が有している固有の周期と増幅倍率と言った科学的な情報が明らかとなってきて、建物の固有周期などとともに揺れの特徴が明確になってきました。
その頃、私の友人の宮野道雄さんが木造建物の全壊率と震度との関係について、地形区分を説明変数として 見事な関係を示すことに成功して、地震による地盤の揺れの強さが地形(すなわち地盤)の違いによって明確に異なることを示してくれました。そして、地盤の揺れの強さと建物の被害は、地盤の硬軟の影響が大きく関係することが理論的に理解できるようになりました。そのことから、私の防災研究は地盤震動に集中するようになり、この方法が、先に述べたこれからの地震災害の軽減化に向けた「被害想定調査の手法」として取り込まれるようになりました。一方、大学で私が所属した研究室の先輩に菊地敏男さんという方が大学院生として在学しておられ、修士論文の研究として常時微動と言う微小な振動現象を使って、構造物と地盤の振動現象を観測して両者の振動特性を明らかにする研究を行っていて、私も観測の手伝いで、長野県の長野市と松代町の境を流れている千曲川に掛かる落合橋という所に観測用の機材を持って出掛け、真夜中(交通量の少なくなった時間帯)に観測を行う 野外調査に参加しました。落合橋では当時の建設省が設置した地震計で松代群発地震の観測

記録が多数得られ ていましたので、その記録と常時微動観測の記録から揺れの大きさによって地盤と構造物の振動特性が変化するという現象を研究していました。後の菊地さんの研究結果から常時微動は振動の性状を調べるのに大変有効であるという結果を聞かせてもらい、これからは常時微動を利用したいと思うようになりました。その後、この常時微動は広く普及し多方面で利用されるようになりました。
●デジタルの進歩による「常時微動」から地盤や構造物の揺れを推定する技術の開発
常時微動は、自然現象や人間活動により発生する人工震源が震源となって地盤を伝搬する一種のノイズで、人体には感じないレベルで常に地盤や構造物が揺れている信号です。1950 年代に金井清先生により観測され、分析する方法が提案されおり、当時の観測機材や解析方法が十分ではなく、なかなか簡便に利用する技術が進
まなかったのですが、技術の進歩とコンピュ-タ技術の進展により、1970 年代から徐々に普及してきました。
とにかく、振動現象は時間とともに変化する現象を電気的な信号としてキャッチして分析するのですが、現在のように一般化しているデジタル技術ではなく電気信号としてアナログ技術で対応していたため、コンピュータを利用して解析するために、アナログ信号をデジタル信号に変換するのに大変な時間と労力が必要でした。

それでも私が常時微動を利用する頃には観測と同時にデジタル信号に変換して収録する技術が普及し始めており、微動の観測装置も小型軽量化されて、比較的簡単にいつでもどこでも持ち運びできる状況になってきていました。そのため、これらの機材を気軽に現場に持って行き、目的とする地域で観測地点を決めて、多くの場所で観測記録を取得して分析し、観測場所による地盤の揺れの違いを明らかにしていくことができるようになっていました。
このように、コンピュータ技術の進展により、地盤や建物の振動の観測が手軽に行えるようになったことで、車の後部に観測装置を組み立てておいて、現場に到着した際に微動計を地盤に設置して、広域な地域(例えば、横浜市や平塚市など)における地盤の揺れ方の違いが分析可能になったことは特筆すべきことになりました。それと同時に上記のような観測が、多くの地震災害の被災地における被害調査から「構造物(特に分布数が多い木造建物)の被害が地盤の揺れ方と大きく関係している」と言う確証を得ることができるようになりました。このような経験から、神奈川県を中心に各地において微動観測を実施し、そこから得られる地盤の卓越周期と増幅率の分析について調べ、結果を約３０年間の期間をかけて分析し、地域の方々に観測結果として還元してきました。このような取り組みは、日本国内だけに止まらず、国外の地域においても実施して積極的に地震防災に役立てて来ました。
今回は第 4 回目のお話で、やや専門的な事柄になってしまいましたが、私の地震防災に関する研究としては、省略することのできない内容なのでお話しさせて頂きました。次回からはまた「防災塾・だるま」の活動に関連したお話に戻りたいと思います。
以上