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日本建築学会大会学術講演梗概集（東海） 2012 年 9 月

液状化に伴う戸建住宅の沈下現象についての数値解析的アプローチ（その２）
正会員○磯部 有作*同福田 毅**里 優**
新井 洋****

同余川 弘至***

同
同
液状化戸建住宅
東北地方太平洋沖地震 お辞儀モード

数値解析
動的相互作用１．はじめに本報（その 2）では、（その 1）に続き、隣接する住宅道路部がお辞儀するように傾斜・沈下した液状化被害 1)の報告さB層れている茨城県潮来市日の出地区（以下、日の出地区）

As1 層

および千葉県習志野市香澄地区（以下、香澄地区）を対Ac1 層

象に、液状化解析コード LIQCA2)を用いて、2 次元数値解

Ac2 層

析による被災メカニズムの検討を行う。

住宅基礎

住宅質量0.5m

0.5m

4.5m

11.5m

住宅基礎0.5m

道路部

11.5m

As2 層

２．解析条件日の出地区および香澄地区の 2 次元解析モデルを図 1、25 m

As3 層

As4 層2 に示す。両地区とも地盤調査結果から、ほぼ水平成層構53 m造と考えられる。住宅の基礎は平面要素でモデル化し、上部構造は標準的な 2 階建て戸建住宅を想定した 1 質点

図1

日の出地区の解析モデル

振動系 3)とした。地盤特性に関しては、（その１）の検討結果に基づいて、同等の物性値を用いた。道路もモデル化の対象としている。

住宅質量

住宅基礎
道路部

0.5m位設定する周期境界を用いた。また，解析領域は水平方向に十分に広くとられていない場合には解析結果に留意する必要があり、解析領域の影響について確認しておく

As1 層0.5m

4.5m 0.5m

Bs1 層モデルの側方境界には、両端の節点を同一深度で等変10m

As2 層

住宅基礎
道路部10m

As3 層
As4 層１７ｍ
Ds1 層必要がある。そこで、東北地方太平洋沖地震の再現解析

Ds2 層５４ｍに先立ち、IH 地区を対象に解析モデルの両端が道路端部より触法側に 5m までの領域（解析領域-小）、15m までの

図2

香澄地区の解析モデル領域（解析領域-中）、43m までの領域（解析領域-大）について、モデル境界の影響範囲の確認を行った。入力波

解析領域-小6に、動的解析最終時刻における地表面（地盤および住宅

4基礎）の鉛直変位を比較して示す。図から、解析領域の2大きさが鉛直変に及ぼす影響は小さいことが示唆される。
東北地方太平洋沖地震の再現解析は、初期応力解析→沈下量 [cm]はその１で用いた波形とし面内方向の解析を行った。図 3

解析領域-大0-2

本震→本震から約 29 分間の排水解析→余震→余震後の排-4

水解析の 5 段階で行った。また、検討項目として、液状-6化の影響による沈下モードの検討を行うため、a）現況-8-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10（再現性）の検討、b）住宅の振動性を考慮せず、その質量を基礎に分布させた検討，c）住宅は 1 質点系でモデル

解析領域-中010203040506070

住宅敷地境界からの水平距離[m]図3

解析領域の大小が地表面の鉛直変位に与える影響化し、仮想的に地盤を液状化させない検討を実施した。
Numerical Study for Settlement of Houses caused by
Liquefaction (part 2)― 489 ―ISOBE Yusaku
FUKUDA Tsuyoshi, SATO Masaru
YOKAWA Hiroshi
ARAI Hiroshi

本震から約29分後

本震終了時

本震から約29分後

本震終了時

本震から約29分後

余震終了時

過剰間隙水圧消散後

余震終了時

過剰間隙水圧消散後

余震終了時

過剰間隙水圧消散後

0-5-10-15-20-25-30-15-10-50510

鉛直変位[cm]0-5-10-15-20-25-30

鉛直変位[cm]

鉛直変位[cm]

本震終了時-1515-10

図41015-15-10-50510c）住宅の振動性は考慮し、地盤は仮想的に液状化させない

日の出地区の住宅基礎表面の鉛直変位

本震から約29分後

本震終了時

本震から約29分後

本震終了時

本震から約29分後

余震終了時

過剰間隙水圧消散後

余震終了時

過剰間隙水圧消散後

余震終了時

過剰間隙水圧消散後-10-505100-10-20-30-40-50-60

鉛直変位[cm]

0-10-20-30-40-50-60-1515-10a）現況解析

051015-15b）住宅の振動性を考慮しない（質量のみ考慮）
図5

図6-50-10-20-30-40-50-60-10

香澄地区の住宅基礎表面の鉛直変位-5051015

宅地境界からの水平距離[m]

宅地境界からの水平距離[m]

宅地境界からの水平距離[m]15

宅地境界からの水平距離[m]

本震終了時

鉛直変位[cm]

鉛直変位[cm]5b）住宅の振動性を考慮しない（質量のみ考慮）

a）現況解析

図70

宅地境界からの水平距離[m]

宅地境界からの水平距離[m]-15-50-5-10-15-20-25-30c）住宅の振動性は考慮し、地盤は仮想的に液状化させない

お辞儀をするように傾斜・沈下する被害モードの傾向は、定性的に表現できている。また、その傾き度合いの大小について、両地区の実被害の傾向と、大きな矛盾はないように見える。
ここで、図 4bc、5bc、7 から、住宅の振動性を無視した場合には、住宅基礎は、ほぼ直下に沈下するものの、傾斜はほとんど生じないことがわかる。また、地盤が液状化しなかったと仮定した場合には、住宅基礎には沈下も傾斜もほとんど生じないことがわかる。このことと、
図 4a、5a、6 との比較から、隣接する住宅がお辞儀するような被害モードは、液状化地盤と住宅との強非線形動的相互作用によるものである可能性が示唆される。
４．まとめ
東北地方太平洋沖地震における関東地方の液状化被害で特徴的な隣接する住宅のお辞儀モードについて、2 次元液状化解析から、その要因が液状化地盤と住宅との強非線形動的相互作用によるものである可能性を指摘した。

現況解析の変形モード（日の出地区）

住宅の振動性を考慮しない場合の変形モード（同）

謝辞 本研究では、首都圏強震動総合ネットワーク(SK-net)を利用しました。また、本検討は、国土交通省「道路・宅地の一体的な液状化対策効果の電算解析業務」の一環として実施された。

３．解析結果
日の出地区および香澄地区の解析から得られた住宅基
礎表面の鉛直変位の分布を図 4、5 に，系の変形モードを図 6、7 に示す。図 4a、5a、6 から、現状モデルの解析結果において、日の出地区の沈下量は最大約 18cm、香澄地区のそれは最大約 50cm となっている。これらの値が、実際の地表面沈下量とどの程度整合しているかは、今後の検証課題としたい。ただし、隣接する住宅が、お互いに* 株式会社地層科学研究所 修士(工学)** 株式会社地層科学研究所 博士(工学)*** ベターリビング 博士(工学)****国土技術政策総合研究所 博士(工学)【参考文献】1) Tokimatsu, K. and Katsumata, K.: Liquefaction-Induced
Damage to Buildings in Urayasu City during the 2011 Tohoku Pacific
Earthquake, Proc., the International Symposium on Engineering Lessons
Learned from the 2011 Great East Japan Earthquake, 665-674, 2012.
2) Oka, F., et al.: FEM-FDM coupled liquefaction analysis of a porous soil
using an elasto-plastic model, Applied Scientific Research, 52, 209-245,
1994. 3) 林康裕：性能等価応答スペクトルに基づく建築物の地震荷重評価, 11JEES, 651-656, 2002.

*Geoscience Research Lab. Co.,Ltd., M.Eng.

**Geoscience Research Lab. Co.,Ltd., Dr.Eng.

*** Center for Better Living, Dr. Eng.
****National Institute for Land and Infrastructure Management, Dr. Eng.

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