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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１）○余川 弘至*福田 毅***
新井 洋****

正会員
同
同戸建住宅
動的解析

磯部 有作**
里 優***

有限要素法
東北地方太平洋沖地震

１．はじめに
平成 23 年 3 月 11 日に発生した東北地方太平洋沖地震
では、地盤が液状化することにより、住宅が沈下、傾斜する被害が多数報告されている。その中でも住宅が近接して建築されている場合には、隣り合う住宅がお互いにお辞儀するように傾斜して沈下する被害が報告されてい繰返し応力振幅比 σd / 2σ’0

液状化
有効応力

同
同0.6

要素シミュレーション

繰返し非排水三軸試験

RL20

0.5
0.4
0.3
0.20.1(a)日の出地区(b)香澄地区

0.01

る 1)。これは、地震に伴う地盤の液状化および住宅の振動

10100

1000 1101001000

繰返し回数 Nc (回)が相互的に作用するためと考えられる。そこで本研究で

図2要素シミュレーション結果(液状化強度曲線)

は、その様な被害を受けた茨城県潮来市日の出地区(以下、日の出地区)および千葉県習志野市香澄地区(以下、香澄地区)の 2 地区 (図 1 参照)を対象に動的有効応力解析を実施した。本報では、お辞儀モードを検討するための準備解析として、地盤のみを取り扱った土柱モデルによる検討結果を報告する。

(a)日の出地区(b)香澄地区
解析対象地区の位置図

加速度応答スペクトル (cm/s2)

図1（２）入力地震動
入力地震動には、日の出地区では潮来市役所(図 1(a)参照)、香澄地区では習志野市役所(図 1(b)参照)で計測された本震および余震記録(SK-net)を用いた。両観測点とも、近隣のボーリングデータおよび微動 H/V スペクトルから、概ね工学的基盤(Vs＝400m/s)以浅の表層地盤による地震動増幅の影響が小さいと推察されたため、計測された地震波を 2E 波であると仮定し用いた。なお、本報では NS 方向、EW 方向の水平 2 方向を同時に入力し、次報では 2 次元解析のため角度補正をした波を入力している。それぞれの地区で計測された本震の応答スペクトル(減衰定数5%)および平成 12 年建設省告示 1461 号で規定されている工学的基盤上の地震動スペクトルを図 3 に示す。

2000(a)日の出地区
２．解析手法(b)香澄地区
18002)
1600
有 効 応 力 解 析 プ ロ グ ラ ム コ ー ド LIQCA を 用 い た 。
1400
LIQCA は、Biot の二相混合体理論 3)に基づいた土-水連成
1200
1000の動的な支配方程式に、非線形移動硬化則に基づく構成800式を組込んだものである。支配方程式は、固相の変位と600
400
間隙水圧を変数とする u-p 形式に基づいている。空間の離200散化には、有限要素法(FEM)と有限差分法(FDM)を用いて、00.010.1
1
10 010.1110
時間の離散化には Newmark のβ 法を用いている。
周期T (sec)
３．解析条件図 3 加速度応答スペクトル（１）入力パラメータ
各地区で実施された地盤調査結果を基に要素シミュレ（３）解析メッシューションを実施し、各種のパラメータを決定した。図 2
解析メッシュは、1m×1m×1m の正立方体を縦(鉛直方向)に両地区の液状化懸念層(図 4 参照)で実施した要素シミュに配列し、日の出地区、香澄地区それぞれの工学基盤(Nレーションの結果を示す。

Numerical Study for Settlement of Houses caused byLiquefaction (part1)― 487 ―

NSEW
まれな地震
極めてまれな地震

NSEW
まれな地震
極めてまれな地震

YOKAWA Hiroshi, ISOBE Yusaku, FUKUDA Tsuyoshi
SATO Masaru and ARAI Hiroshi

(a) 日の出地区図4(b)香澄地区

ボーリング柱状図、解析メッシュおよび解析結果(過剰間隙水圧比)値 50 相当)までモデル化した。日の出地区の解析メッシュ部で、液状化に至りにくい傾向が見られる。これは、境の節点数および要素数は、124 および 30 であり、香澄地界条件や下層が液状化することにより入力される地震動

区の解析メッシュの節点数および要素数は、72 および 17が小さくなったためと考えられる。

である(図 4 参照)。

５．まとめ
東北地方太平洋沖地震で確認された隣り合う住宅がお（４）境界条件
変位境界条件は、解析メッシュの底面を粘性境界(弾性互いにお辞儀するように傾斜して沈下する被害を検討す基盤)とし，側面の節点は周期境界とした。水理境界条件

るための準備解析として、日の出地区および香澄地区の 2として、地下水面を排水境界とした。

地区を対象に、地盤のみを取り扱った動的有効応力解析

４．解析結果
日の出地区での本震後(120 秒)、余震後(170 秒)、圧密がを実施した。

終了した時刻(約 3 時間)の過剰間隙水圧比(∆u/σ’v0)の状況ました。また、これらの検討は、国土交通省「道路・宅地の一体的を図 4(a)に、香澄地区での本震後(140 秒)、余震後(190 秒)、謝辞

本研究では、首都圏強震動総合ネットワーク(SK-net)を利用しな液状化対策効果の電算解析業務」の一環として実施したものである。記して謝意を示す。

圧密が終了した時刻(約 6 時間)の過剰間隙水圧比(∆u/σ’v0)【参考文献】1)Tokimatsu, K., and Katsumata, K., : LIQUEFACTION-の状況を図 4(b)に示す。凡例のカラーグラデーションは、

INDUCED DAMAGE TO BUILDINGS IN URAYASU CITY DURING

過剰間隙水圧比(∆u/σ’v0)を示しており、橙色～赤色(数値でTHE 2011 TOHOKU PACIFIC EARTHQUAKE, Proceedings of the0.95～1.00)になった時、地盤が液状化したと判断される。
日の出地区、香澄地区いずれの地区も、液状化が懸念

International Symposium on Engineering Lessons Learned from the 2011
Great East Japan Earthquake, pp665-pp674, 2012. 2) Oka,F., Yashima,A.,
Shibata,T, Kato,M., and Uzuoka,R. : FEM-FDM coupled liquefaction

される層(日の出地区：GL.-1.0m～GL.-4.0m、香澄地区：analysis of a porous soil using an elasto-plastic model, Applied ScientificGL.-1.0m～GL.-9.0m)と、数値解析において液状化するとResearch, 52, 209-245, 1994. 3) Biot, M, A,. "Mechanics of deformation

された層が概ね一致した。ただし、液状化懸念層の上層

and acoustic propagation in porous media," Journal of Applied physics, Vol.
33, No. 4, pp. 1482-1498, 1962.

*ベターリビングつくば建築試験研究センター, 博士(工)*1 Tsukuba Building Research and Testing Laboratory, Center for Better Living, Dr. Eng.

**地層科学研究所, 修士(工)** Geoscience Research Laboratory, Dr. Eng.

***地層科学研究所, 博士(工)*** Geoscience Research Laboratory, Dr. Eng.

****国土技術政策総合研究所, 博士(工)**** National Institute for Land and Infrastructure Management, Dr. Eng― 488 ―