第12妄二・1966年3月

防災科学技舷総令酬焚報告624，131．55： 550，346 （、521．41）

傾斜した基盤上における軟弱層の振動性状に関する研究」二τピrビ71会地盤震害

Resea−mhon仙e
Byon

theVibmtion Characteristics of Sandy Soi1Resting

Rigid Bound趾ies with Various Inc1in批ions

Undergroundthe委．［二i会

Committ㏄on

Gmmnd

Damages，Ja脾mseandFound8tion

SodetyofSoil

M㏄118nics

Engineem，Tokyo

Abs仕act
Inofthepastdamageearthquake

depends

consistentrecords，manyconsiderab−y

re1ationshipwithonthe

distanceshapes（〕rstrati行cation

conditions

行cationseismicatofwaves

Principa1objectives
thereexiststypes

of（i）

soft

reallyground

of

the

that

the

e肝ectconditi（〕nssoildeposits

examplesthe1（〕calof

from

theof

damagesconditions

reported，indicatiηgsubsoil

andepicenterofearthquake．Thismaysigni丘canttheground

were

of

have

the

does

not

innuence

that

on

fact
the

extenthave

anysuggeststhatenormous

ampli・location．

present

investigation

are，theref〔）re，tofindout，byofampli行cati（mforof

un（lerground

have

are：

wave

which

resting

thenecessari1y

we

upon

the

studiedinc1ined

some

rigid

tyl〕ica1types

boundaries

sl（、pingdifferent

ang1es

atexperiments，whetherc｛）nditions．The

di冊erent

ang1esdownwards，and（ii）

soft

soil

wa11ofsoi1ordeposits1ying

in

the

in1et

opening

atoutwards，surroundedby6rm

verticalrock．

Theseartiicialsoildep（〕sitsarepreparedwithsandina1argetestbox5．0mlong，1．0mdeepandO．5m
wide，inabovelwhich
Byanmeanssoi1deposits

and（）therof

uringof

end

the

the

magnitude

auxi1iary
of

a

the
the

wave

acce1erationthecanbox，theacce1eration
of

setup

vibration

of

incan

insta11edform

severalkinds

eccentric

type，vibrating

beto

propagateinal1owedvibration

vibrationatisresuiting

from

the

theofforce

rigid
is

longitudinal

directionofthepresence

ofrigid

pointsonthesurface

of

the

box

is

made

known

existenceoftheboundaries．

described

o鵬end

the

the

as

at

byof

bomdaries

apP11eddisturbed

variousthe1ongitudina1direction

disturbance

toof

trave11ing

thebegenerator

which

of

the

box．Attheboundar…es．

By

meas−

deposits，thedistribution

permits

detecttotheAseriesoftestsmadeforvarioustypesofboundarieshaye1edtotheconclusio篶thatthereexist
genera11y

predominantuηfavorable

effects

situationsofresu−tingrigid

bomdariesin

unusuaItheon

1ま

この報告は，昭和39年度

thewavemagniication
じめofpropagation，andwaYeinthethatvicinity

theseofeffects

theproduce

boundaries．

1こ

新潟地震防災総合研究費のうち，国立防災科学技術セソターより土質工学会に依託されたr軟弱地盤におげる土質調査法に関する調査研究」に関してまとめたもののうち，特に実験的研究にっいてこ
こにその概略を報告する．
な．お，この依託研究は次のメソパーによりすすめられた．
委員長

最上武雄

主大崎順彦，三木五．三郎

査

幹事渡辺隆，遠藤正明，金谷祐二，■石原研而
一71一

断潟地震防災総介研究報告（その2一）防災科学技術総合研究榊≡第12号1966

第1童まえがき
軟弱な沖積層地盤や緩い砂質地盤は振動に対して敏感

地幻舳であ一），地震動によって地盤自体が亀裂やすべりを生じ

θ、ノ
一7て破かいしたり，地下水を放出して大きな沈下を生じた

1

いj■川！

りする．わが剛こおける主要な都市はほとんどこのよう・／、り。一／1−1，。i−1ノ。11111／／／一な軟弱地盤地帯に位置しているために，地盤の被害がそ振動〃1］ご≡1；、｛し一、片！…撚のまま構造物の被害に結びっく可能性が大きく，被害の（。）規模が拡大されかっ多方面にわたることになる．地盤の地人ぽ打

震害の原困は大別して考えてみると2つに分けられる．

第1は地盤を構成する土の性質が振動に対して敏感であilぺ｛ゾ向ることに起因するものである．比較的新しい堆積で相対θ

密度カ：小さく地下水而の高い砂質地盤や，鋭敏度の高い粘性地盤などでは，この種の原困による震害がおこりや㌦

すい、第・の駆として挙げられるのは，地盤の成属状

川／盤・／7ノ；＝振舳j

態又は堆積状態が地震動を拡大しやすい形状又は寸法を（b）持っている場合である．土自体が比較的強度の大きいも図一1軟弱層の傾斜した境界のであっても，地下の地層状態が振動を伝えやすい形状

TyPes

をLていると，地震動が局所的に増幅されてその附近のofinclined

bounda「y・めに応力が集中し，この附近の地盤の破かいは中央部に震害がきわだって大きくなることがある・

比ぺて顕著になると考えてよかろう．

本研究の目的はこの第2の原因に関して，モデル実験によって定性的な検討を行なうことにある・各種の形状（ii）湾の形をした硬質地盤壁によって囲まれているを有する模型の人工地盤を砂を用いて作製し・それに振軟弱地盤動を加えて，振動の特性を調べた・

地盤の構成図を平面的に眺めた場合に図一2（a）のような湾の形状をした硬質地盤が軟弱地帯の周囲をとりまい第2童

研究目的とその内容ていると，せぱまった部分の軟弱地帯で地震波が異常に2．1震害を受けやすいと考えられる地盤の形状増幅される可能性がある．これは大洋から押し寄せる津自然の地盤の構造は非常に複雑であって・その詳細な波の波高がV字型の湾内で増大する現象と似ている．硬部分まで考慮した地震動の伝播機構を知ることは不可能

質な基底部が図2一（b）に示すような水平方向の地震動をに近い．そこで，簡単でしかも代表的な地盤の構造を2、ノ｛種類だけ取り上げ，これについて実験を行なうことになりった．複雑な形状の地盤であっても近似的な見方をすれ

堅い地盤 ル、！一

軟弱地盤

ばこれらの分類のいずれかに属することが多いと考えらABれる．

1ぐ一一一一一…一一一一一…一一一一一・一一一一一一→1

り（皿）

1、（i）傾斜した硬質基盤の上に横たわる軟弱地盤

1

1ノノ・、・」一一一」、岩盤又は洪積層の上に・堆横している沖積層はその周辺において・図一；

1

り．一1りグ1（a）のように，ある傾舳で硬い地盤が地表面に露出していることもあるし，また図一1（b）のよ。

1平櫛図（2−2断面）！
i・地人，川．．」L一＿＿止＿．㌧†アrT■1⊥

うに地中においてその傾斜がとまっている場合もある．
このような地形をもっ地盤が例えぱその基底において水／（I，〕

平方向の地震動を／けた場合を想定すると・地表面では／、（炊州地撚ノり一、、ノノ／

坐い地盤コ辰肺、1、側面図（1−1断面）

一一般に振動が増幅されるが，その度合は軟弱層の中央部より端部の方で大きいと考えられる。地中に誘起される応力を考えても，端部では一種の壁而効果が現われるたV−shaped

一72一

図一2

V字型軟弱層depositof

softsoil・傾斜した基盤上における軟弱層の振動性状に関する研究一土質工学会
受けた場合，堅い壁の影響によって土が異常に圧縮されダーであるから，この程度の軟弱層が堅い基盤の上にの応力集中をおこして破かいすることがあると想定されって振動している状態を1っのモデルとして採用するとすれぱ，波長は一般に層厚より大きいものと考えて差しる．

支えないであろう．このようなわけで，本研究では，第1次のモードだけが表われるような比較的浅い地盤の勇2．2問題にしている地盤形状の規模地震動は波動現象であるので地盤の形状は同じであっ

断振動にっいて，境界の影響を調べることに主眼がおかても，その規模が大きい時と小さい時とではその効果はれてし・る．

全く異なったものになる．っまり，地盤内を伝播する波の波長に対して，どの位の深さの軟弱地盤を対象にした

2．3地盤形状と震害との関係を示す実例

実験を行なうかということを明確にしておかねぱならな

過去における震害例において，以上にのべたような地

い．通常，軟弱な沖積層の中を伝わる横波の速度は50〜

盤形状と震害との関係を明確に示しうるデータは少な500m／sec位のものである．一方，新潟地震等のようない．昭和18年9月に発生した鳥取地震は鳥取市を中心と沖積層における地震記録によると振動の周期はかたり大する沖積層地帯に大きな被害をもたらしたが1その震害きく，2〜5秒程度であることがわかっている．従っての分布は軟弱地盤の形状とかなり密接な関係をもってい波長は10〜250mのオーダーであると考えられる・土質工学的に間題になる地盤の厚さは地下30m位のオーたといわれている．図一一3は地震後に行なった弾性波地下探査による横波の速度の深さ方向の変化と倒壊家屋の㌻壊家蜥分比ra一〃・1〕、／ぺ判・ゆ・！・ら・／・一。11」一〃／〃

勾門・・二1，400一一1，600m／・
1｛

lpO，2001」」棄一承1セ1∫r分比

300400500l

1ll！〃／／

l600ヰ 700900
ヰ黄 80P，」ll1脳1離，1OO

ユOOO

l，200

1．300

1．400

1．500

1．600

1，700m一11』■1横方向1／4，000
縮尺言窄 さ1／2，000
勾配1：200

100

200

勾閏1⊥1：133、・二1，400一工，600m！s

300

400

500

600

一一一｝

700

横方1古］趾璃畦

800

900

1，OOO

1，1O0

1，200m

図一3地盤と震害との関係（鳥取地震）
Relation

betweengroundcondition

百分比との関係を図示したものである．横波の速度がanddamage（Tottoriearthquake）．

斜角が急な場合の実証例をここにあげることはできな

1000m／sec以下の表層を軟弱層であるとみなし，それ以い．今後，このような狭い範囲での調査が行きとどいて上の深部を基底部であるとみなすと，軟弱層の深い地域

実施されれぱ，§2．1にのぺたような地盤形状の効果をよりもむしろ，基底との境界が傾斜している部分の方が・立証することができるものと思う・

被害が多かったように思える．この例では，境界の傾斜角が1／100程度で非常にゆるやかであるために，果して第3童

境界の壁面効果によってこのような震害分布にたったか

3．1振動装置の型式研究計画と実験装置についてどうか疑わしい点もある．しかし今までの震害調査では以上のような主旨に従って軟弱地層の振動性状を調べ数10m程度の範囲内で詳細な地盤調査を行ない，それようとする場合に，いかなるタイプの実験装置が最も適と震害分布との関係を検討した例がないので，もっと傾しているか検討してみる必要があろう。従来，構造物又一73一

新潟地虞防災総介研究報什（そσ）2）防災科学投術総合研究靴竹第12号1966

は土圧の模型実験に最もよく用いられてきた型式は振動の右側に記してある．炎際に観測される地震動の加速度台型式で、これは模型構造物に接している土塊全体を一および周期の中で，1川211の相似則をみたして，実験的に体として振動させる方式である．この方式だと長周期で火現しうる範囲をハッチによって図に示しておいた．こ

振幅の大きい振動をうるには適しているが，土塊全体をの図より，大まかにいって，2一ノ1・〜1一∫・O程度，っまり振動させるので，土の剛体的変位が大部分を占めて，土一丈物地盤の層厚に換算して10〜50m位の軟弱層に対応

1「体の変形による振動が小さくなる欠点がある．一方，するモデル実験であると考えておけぼ大過ないと思われ地震時における地盤の強度，沈下等は十全体の剛体的振る．

動よりも，土白体の変形を伴う振動と，より密接な関孫を持っていると考えられる．従って，本研究の目的より考えて，従来の振動台型式を採用するより，土の一部に

κ松．！ぺく3㌧

強制振動を与えて土塊中に波動を起こす実験方式の方が←＿λ！イ，。

一r1■

より好ましいと判断された．このようなわけで以下にのべる波動型式の実験焚置を作製することになった．
O．15↑P4．Ow

3．2実験装竈の規慎と秦物との相似性

O．lO

次に，り｛験糟の中の土の運動機構がどの程度現地盤の地震時の挙動を具理しているかという柵似性の問題カミおこる．地震時の地盤の挙動を決定づける要素はかなり多いので，それらをすべて」様に縮小させた模型実験を行Tm
榊

なうことは不可能に近い．しかし，弾性地盤であると考

O．05
＼O．03

＼TP…O・5w＜＼り三瞼；二起二ろ＝一■3閉ノj紐州

えれぼ，木研究の実験がどの程度の地震と地盤の規模に相当するか，大よその見当はつくであろう．模型実験で＼は普通幾何学的相似と力学的相似の2つの相似則をみた

O．O1している二とが必要である、．詐しい式の誘導はここでは省囲各するが，結果のみを示すと次式の条件をみたすよう5．Oにモデルの加速度α。ユとモデルの振動周期τ㎜をえらべ

実際1二閉幽になぼよいことがオ）かる．

3，O

1川連1生ノ」拠州

1λ処
λ2ん○肌・・一一一吻・・・・・・………・…・・（1〕丁肌＝〃ρ・………・・・・………・……（2）工、P一一〇．1ぺ

1Ψ＝O・坤

ただし，λ，皿，んはそれぞれモデルと実物の振動振幅，＼1．O

1はモデルと実物のスケールの比つまり縮尺，を表わすものとする．αρ，Tρはそれぞれ実物の加速度およぴ振動周期を表わすものとする．地震記録からえられる実物に対する諸数値の範囲を次のようにえらんでみる。
伽＝O．1〜O．3g，λρ＝15cm，Tρ＝O，1〜4．O

O．5

i1m
カfl㍍

sec

一j三腋で川いらハ三1、昏また実験を行なうに当って最適と考えられた振幅λ㎜を1川連1変ク〕範閉

ん・lO．05cmとして，これらの数値を（1），（2）式に代入し，α伽と丁伽の値をλの函数として図示すると図一4がえられる．この実験装置ではτ肌がO．15sec以下になると検出が不可能になり，0．05sec以上の振動は起振機に無理がかかるので結局実験で用いうる周期はτ例＝O．

図一4模型実験の縞果が適用しうると考えられる実際地盤の規模
Extentof

O．05〜O．15secである．また適切なデータが取れる加速

resultsof度の範囲は伽＝O．1〜O・5gである．これらの範囲は図

cable．

一74一

theexisting

groundmode1experimentmaytobewhich

theappli−傾斜した基盤上における軟弱層の振動性状に関する研究一土質工学会

1■T

一・■■一■

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箪げ∵茎i」ノ一■「』！汁釧﹁∵義丈﹂⁝﹂

1；

新潟地震防災総合研究報告（その2）防災科学技術総合研究報皆第12号1966

3．3実験装置の概要
実験装置は図一5に示すようなもので，長さ5．0m，深さ1．Om，幅0．5mの人工地盤用の実験槽，モデル地盤に端部より振動を与える加振板，起振機およびモータ

募ー等から成り立っている．さらに実験槽の中に傾斜地盤

受50乞

およびV字型地盤を作るための仕切板を数枚準備した．

実験槽は5ケの基礎台に固定されており，端部で土に与えられる振動により，容器は振動せず，波動が土の中を伝わって行くようにたっている．モーターを始動するとその回転はVベルトにより偏心クラソク加振機を回転さ

O．010，05

せる．加振機はコネクチソグロッドを介して直接加振板

0．1

O．5

粒隊（㎜）501．O

図一6砂の粒径加積曲線に強制振動を与える．加振板は4枚の平行バネによってPartic1e

倒立弾性支持され，水平方向の正弦振動を人工地盤に伝thesize

distribution

of

sand

usedfortest．

えることになる．装置全体の性能は表1に示すごときものである．

様な粒から成り立っている．

表一1装置の性能表
Listof項

e冊ciencies

目『ofthe412加速度の測定結果とその考察
equipment．

諸元

O．6

装置の止ざきさ約幅1・200×奥行7，O00×高さ1・300mm
装置全体の重量！約2，000kg（電動機220kgを含む）
加振板

加振板の大きさ

500×500mm㎝・d岬30一

約幅500×奥行5，O00x商さ1，000mm
実験槽の杢きさ」（内側寸法）
式■

加振方

勧

方向！水平振動（実験槽の鮮方向）振動波

形1変位波形にて正弦波に近いこと／鳩振11振1：＝ll㎜〕

加可変煽心クラソク，コネクチソクロヅト加振方式

振・遼

一一一度〇一4（9〕振動数変更範囲1・・一1・・・…m（運転中遵続可変・手動制御）
可変偏心クラソク加振機

全振幅変更範囲
最大カロ振力容量

ユO〜100mm（停止中連続可変，手動制動）（注）本実験装置の最大許容全振幅は

α310mmまで．
1，O00kg．g

一∴

三相超分巻整流予電勧機6p，3・7kW

a12，500／3，000rpm

駆動用

電ム＿05

カロ振板の支持方法：4枚の平行板ぽねによる倒立弾性支持

動機200／220V，50／60キ

回転数変更範囲125〜2．500／150〜300rpm
定格時間は最高速度の％までは連続，それ以下は1時間定格

20O．2＝畠†■■駆動電動機用電磁開閉器（始勘・停止押ポタソ）

操作

盤

振動数指示計CLV−110（交流発電機AFG−1付）

表

示

O．1

灯

■f■■■■

f■■■■■■

■■

16「≡

12｛

第4童

昔

実験計画と実験結果

4．1人工地盤の作製

1．O

2．0

3．0

4，0

カロ振板からの距離（m）

所定の仕切板を設置してからホッバーによって容器内に砂を散布し，バイブレーターによってなるべく一様に

図一7水平方向加速度分布なるように締固めた．用いた砂の粒径加積曲線は図一6

Distributionに示すごときもので，粒径は0．1〜2−0mmでかたり一direction．

一76一ofaccelerationinhorizontal

5．O

傾斜した某盤．Lにおける軟弱層の振動性状に関する研究一．」二質r学会

いろいろの境界をもった地盤の振動特性を知るため

酬に繋二鵠に，加速度計を用いて，実験槽の長手方向の中心線に沿って加速度を測定した．オッシロベーバーに記録された

1、・：15。

・・≡

加速度の波形を見ると必ずしも正弦波でなく，かなりの擢乱波が合まれているが，大体の近似として加速度の最20〔一s・∵∴角〔：：婁9二□」

大値を読みとり，これをプロットすると例えぱ図一7のようになる．さらに，各種の境界仕切板を用いた時のデータを一括して半対数グラフに表わすと図一8のようになる。この図で傾斜角や來角は図一9〜11の中に示してあるような角度である・図一7より境界の影響によって傾斜層附近の加速度が大きくなっていることが20c／sのナ寸α。。■

場合については判然とわかる．しかし加速度が小さい時1の影響がはっきりわからないことや，加速度の長手方向1の減すいが激しいために境界の影響が数量的に表わしえないこと等の不便な点があるので，図一8を次のように（−oo1L一＿＿．．一考えて書き直してみる．図一8より，加振板からの距離。ら 喜。＼｛．

。＾

0．．1＿．＿＿L

102030舳掠似か｝）距離（m）とする）が2．7m位までは，境界の形が変っても，振動数が一定であれぼ，減衰特性が大体同じであることがわかる．π≧2．7m以上になると境界の影響がでてき

図一8
Resultsofof

水平方向加速度の総括凶

tests

acce1eration

inrepresenting

horizontal

themagnitude

direction．

力H振板振動数：20・≦

O＜θ≦90。

30■→

θ・1パll㍉1

力11x・30。

△・45。

■・190。

x＼∵⑬B・・nll・・y：15

辿
2．0

度・＼比／ノ㌧

1．0、、三＝＝…■■

l0

2．O

3．0

一→X！ll

図一9傾斜層の影響による加速度の増幅率

4，0M・g・ii…i・・…i・・f・…1…ti・・d・…th・・脆・t・fi・・1i・i㎎b。。。d。。y．

一77一5．O新潟地震防災総合研究報fいその2〕防災科学技術総令研究鞘脩 第12号1966

ピ」1榊1w＼〕
3，01川θ一〕｛灼■△B1川nda・｝・．13ポi

池藺

1150o●・90。

）

xl

叱2．0』し1．O

1．0→x／h

凶一10Magnihcation

ratio（〕f2．0

3．0

4．0

傾斜層の影響による加速度の増幅率

accelerationdue

totheeffect（〕finc1ining

boundary。

．！I㍗㌢淋O｛一r3．O

θ一一1〃1OHllu・ll・・y
○：25．

50j

リ90一」

●；ψ2．O［｝・」ll

1．O

4．5

3．0

2．O

1．0→x／h
図一11
Magnincation

ratio

V字型地盤における加速度の増幅率
ofacceleration
・・一78一一inV−shaped

gromd．

5．O伽斜した状推Lにお1ナる1欧蜘岬の仇J…む什状に閑する舳．て，加速度

先一一一L工一エド

γ1一は当然典なってくる．しかしこの境界がなくる・また敏斜旭の勾配が増大するに従い，加速て実験糟が無．限に長くっづいていたと仮定した場合の減度のビークが．表われる位置が傾斜繭の方へ寄っ衰特性はどのようになるであろうか．これを推定するたてくる傾向がある．

めにω≦2・7mのデータを代1表・しうる直線を図一8に苫（ii）

傾斜角が90o以上の場合，境界の形響が次第にきこみ，この直線がπ≧2．7mに対しても延長できると小さくなっており，その影響が全く消減するよ仮定する．このようにしてユ≧2．7mの領域における境うな傾斜角があることを肺示している．

界がない場合の加速度減哀曲線が推定されると，実測他（石原研而記）とこの推定値の比をとることにより境界の影響を数量的に表現できることになる．っまり，π＜2．7mの領域に参おける減すい特性がそのままπ≧2．7mに対しても規準

1）

K．Kanai：Onthe

考

文

献

Predominant

Periodof

的な加速度減すいを与えるく、のと考え，この規準線より

quake

Motion．のずれが境界の影響であると考えるのである．図一8にsearchInstitute，Vo1．40，p．8551．！962）

はこの規準」線が実線で示してあるが，．τ＝1．4mの一1、、を2）境にして2本の直線でこの規準線が表わせるものとし

L・S・Jacobsen：

Simpleた．以上のような考えにもとづいて整理した他が図一9〜11に人してある。つまり，無眼に長い軟弱層が勇断

N4otionHarmonic（〕1〔）gicaI

3）

Report（）f

Proc．of

GroundSocietyResearchofof

theaWorks

Mech−andFoundation

Reportof

Researchti（msofSoft

Grounds．JananeseFoundation

Engineering

値が図一9〜11の縦軸にプロットしてあるのである．これらの図より次のことが結論される．

（i）傾斜層の場合，すべて境界の影響がよく山てい一7，）

4）

三mdtoaAmerica，No．311930）p．160

Con／nlittee

る場合の必断振動の加速度をα（π）とすると，α（ofSoi1SubjectedRe−

Moti（〕n．Bu1l．Seism．

振動をした時の表面の加速度をα∫とし，境界が存在す）一ノα、のEarth．

Earthquakeon

Hachim−gata．JapaneseEngineering

Committeeron

Reclan〕ation

Soc．of

Soi1f，1965）
theInvestiga−

Soc．ofSoi1Mech．

I965■