沿岸センター研究論文集

No.5（2005）

海岸保全施設のチャート式耐震診断手法の検討
Examination of Simple Earthquake Proofing-Related Evaluation Technique
合川聖二郎*・一井康二**・東島義郎***・金子英久****AIKAWA Seijiro, ICHII Kouji, HIGASHIJIMA Michio and KANEKO Hidehisa* 前 （財）沿岸技術研究センター** 前 （独）港湾空港技術研究所*** 国土交通省**** 国土交通省

企画部 主任研究員

地盤・構造部

近畿地方整備局
近畿地方整備局

構造振動研究室 主任研究官

神戸港湾空港技術調査事務所 所長
神戸港湾空港技術調査事務所 調査課長

It is important whether a coastal dike maintain its functions soundly in case of a tsunami owing to a giant
earthquake. However, in the present conditions, it is almost impossible to check the seismic performanceof all the dikes. -The reason is because of insufficient labor and budget to conduct the performance checkfor all numerous dikes. For a development of a practical seismic performance check scheme, we suggest asimple seismic performance evaluation technique from a result of experiments and numerical analyses
considering the shape of a dike and the ground conditions.
Key Words : tsunami, dike, seismic performance evaluation technique

本検討では，海岸保全施設の直立型（重力式）および

1. はじめに
近年，巨大地震の発生とそれによる津波の来襲が懸念されており，今後 30 年間に南海トラフで大規模な地震が発生する確率は非常に高いと言われている．
海溝型地震に伴う津波に対して，防潮堤等の海岸保全施設が越流防止機能を保持しているかどうかによって，背後地への浸水状況が大きく異なる．そのため，被災シナリオに基づいた対策を検討する際には，海岸保全施設が地震によって，どの程度変位（沈下）するかを把握することが重要である．しかしながら，施設の変位量をシミュレーション等により算定するためには，多くの費用・時間を必要とする．そのため，多くの海岸保全施設の耐震診断が実施されていない状況である．
地震時における海岸保全施設のおよその変位量を推定することができる簡易な耐震診断手法があれば，津波来襲時の状況をより正確に把握し，背後の状況等から施設の重要性を考慮した効果的な津波対策を実施することができる．
本稿では，海岸保全施設の形状と地盤の強度の情報から，地震時の施設の残留変位量を簡易に評価するために，模型実験や二次元有効応力解析を用いたパラメトリックスタディ等の結果からとりまとめたチャート式耐震診断システムを紹介する．

傾斜型（護岸・堤防）を検討対象とした．
各構造形式についての調査を基に標準的と思われる形状や地盤条件を設定し，地震時の施設の変位量に影響すると考えられるパラメータについて，FLIP１）によるパラメトリックスタディを実施し，それらのパラメータが変位量に与える傾向を検討した．
FLIP については，耐震強化岸壁の変形照査を中心として種々の実務に使われており，また，解析精度の向上が図られているが，対象となる構造形式によって解析条件による精度に違いが出るため，適切な解析条件を設定する必要がある．そのために，既往の被災事例，１G 場の模型振動実験，遠心載荷模型実験及び FLIP の比較検討からパラメトリックスタディの条件を設定した．
本検討のフローを図-1 に示す．
既存資料収集・整理
被災事例、既往の解析・実験事例、各構造形式の形状例

模型実験（遠心載荷、1G場）
傾斜型（護岸、堤防）

FLIPの条件設定

FLIP解析（パラメトリックスタディ）

2. チャート式耐震診断システムの検討
チャート式耐震診断システムのとりまとめ

2.1 概要図-1 検討フロー－ 1 －沿岸センター研究論文集

No.5（2005）

2.2 模型実験

2.3 FLIP によるパラメトリックスタディ（1）１G 場の模型振動実験
平成15年度に実施された徳島県の既設護岸を対象とした１G 場の模型実験による検討結果２）を基に，さらに精度向上のための実験手法の調整を目的とした実験（CS1～
CS3：表-1 参照）を実施した．

（1）解析ケース
実験と FLIP 解析との比較検討により，以下のパラメトリックスタディの条件で解析を実施した．

実験模型におけるCS1との違い目的CS1

基礎地盤の相対密度Drの影響
H15年度は，Dr =把握
65～50％
Dr=30%程度

CS2

背後地盤模型にガ裏埋土の不飽和土の強度増加
ラスビーズ層を使の影響（変形の拘束）把握用

CS3

透水係数について相似則を満間隙水に水＋グリ足させた場合の液状化強度やセリンを使用
沈下特性への影響把握

・過剰間隙水圧モデル temp７モデル
・レーレー減衰 β=0.002
・捨石の直背後の地盤は透水性がよいものとし，過剰間隙水圧の発生を考慮しない．

表-1 １G 場の模型振動実験ケース
ケース

・改良型非線形反復計算法

実験より，以下のような考察が得られた．
・相対密度が低いほど，液状化が発生し易く，沈下量も大きくなると考えられる．
・透水係数が小さくなると水圧の消散が遅れるため，液状化が発生し易くなるが，沈下量には影響を及ぼさないと考えられる．
・細粒分の存在に伴う液状化強度の調整は，相対密度の調整よりも透水係数の調整で行うことが望ましい．
（2）遠心載荷模型実験
１G 場の模型振動実験の結果について，詳細に確認するために，より実態に近い遠心載荷模型実験を実施した．
実験モデルを図-2 に示す．

それぞれの構造形式毎に地盤条件，形状，地震動についてパラメータを設定し，表-2～表-4 に示す解析ケースを実施した．
直立型（重力式）については，平成 11 年度に FLIP に基づく簡易耐震性能照査法研究会によって提案された簡易耐震性能照査手法３）を基本に解析条件を設定した．ただし，平成 11 年度の検討では，長周期で繰り返し回数が多い海溝型地震動や大きな加速度のレベル２地震動は考慮されていないことが，今回と異なる．
表-2 直立型（重力式）の解析ケース
構造形式
地盤条件

入力
地震動

直立型（重力式）
等価N値で主に5刻み（5,8,10,15,20,25）
直下型 神戸PI波 基盤最大加速度100gal刻み（100gal～600gal）
海溝型 海南波 基盤最大加速度100gal刻み（100gal～600gal）
撫養港波・羽田波 基盤最大加速度300gal（比較検討）
W

法 線
3511090DV1DV2AH4DH1168593752
29 30 26 26 7 30
20

As-2 気中落下Dr=98%

Bs-2

相馬砂5号
水中落下Dr=50%

形状
パラ
メ

被覆石 砕石４号
AH7W4W2AH3W1AH2

AH6
相馬砂5号

As-1 水中落下Dr=65%

W3W5

粘性土(非液状化層)

1: 2ー

相馬砂5号
Bs-1 気中落下
Dr=50%Case

ｹｰｿﾝ高H(m)

タA
BCDE

10.0

AH9AH5相馬砂5号

115

AH1100

1: 2

護岸 無筋ｺﾝｸﾘｰﾄ γ=24kN/m3

AH8100135450

図-2 遠心載荷模型実験モデル－ 2 －ー

実験の結果は，１G 場の模型振動実験と整合する結果となった．
また，兵庫県南部地震での被災事例（淀川河川堤防）を用いて，遠心載荷模型実験の再現性を確認したが，一部異なる結果となり，使用する砂などに検討課題を残した．

解析ケス

1:1.

2
裏込石
1: 2
基礎捨石

ｹｰｿﾝ

置換砂(液状化層)

1: 2

埋立土(液状化層)

D132H183

粘性土(非液状化層)

ｹｰｿﾝ幅
置換砂厚
W(m)（W/H) D1(m)(D1/H)
9.0(0.9）
5.0(0.5)
6.5(0.65）
10.5(1.05）
0.0(0.0）
9.0(0.9）
10.0(1.0）

標準ケース(等価N値10,地震動:海溝型300gal,形状A)+標準断面で地盤条件5ケース(等価N値5,8,15,20,25)+W/Hの変更2ケース(W:ケーソン幅、H:ケーソン高さ)+置換砂厚の変更2ケース+標準断面で地震動13ケース(14ケース-1ケース)=23ケース

沿岸センター研究論文集

表-3 傾斜型（護岸）の解析ケース
構造形式

傾斜型（護岸）堤体(背後)地盤
基礎地盤
等価Ｎ値5地盤条件○

等価Ｎ値10○○

等価Ｎ値15○○○

等価Ｎ値20○○○○

等価Ｎ値25

○

○

○

○

○

ケース数

５４

３２１

入力
地震動

CaseタA
B
C
DEFGH
I
Jー解析
ケス

厚

護岸高①石捨石勾配捨

護岸高②

背後地盤

基礎地盤厚
(液状化対象層)

地盤高

直立型と同じー形状
パラ
メ

等価Ｎ 等価Ｎ 等価Ｎ 等価Ｎ 等価Ｎ
値25値5値10値15値20

基礎地盤

液状化
非液状捨石傾 護岸高 護岸高捨石厚
対象層化層厚斜①(m) ②(m)
（ｍ）
厚(m)
（ｍ）
1：1.5
1：1
1：3

3.0
7.0
4.0

0.5
6.0

1：1.5
3.0

1.0
10.0

0.0
3.5
10.5
0.5
3.0

7.0

標準ケース（等価N値10-10,地震動:海溝型300gal,形状A)+形状を変更した9ケース+基礎地盤と背後地盤条件の組合せ14ケース+標準断面で地震動13ケース=37ケース

表-4 傾斜型（堤防）の解析ケース
構造形式
地盤条件入力
地震動

傾斜型（堤防）傾斜型（護岸）と同じ直立型と同じ

基礎地盤厚液状化対象層)
堤体高
水深

天端幅ー形状
パラ
メ
ター解析
ケス

CaseABCDEFGHIJKLM

勾配堤体
地盤

勾配基礎地盤天端幅(m)

勾配

4.5
3.0
6.0

1：1.5

堤体高(m)

水深(m)

液状化 非液状
対象層 化層厚厚(m) （ｍ）

0.0
3.5
1.5
6.0

10.0
-1.5
1.0

4.5
1：1.5
3.5

0.0

（2）解析結果
FLIP によるパラメトリックスタディの結果を評価して，各構造形式毎に次のような結果が得られた．
＜直立型（重力式）＞
・加速度が大きくなると，残留水平変位，残留鉛直変位ともに増大する．
・重力式護岸の幅が広くなる（W/H が大きくなる）と，残留水平変位は抑制されるが，残留鉛直変位に対しては明確な相関はない．
・置換砂(液状化対象層)の厚さが厚くなると，残留水平変位，残留鉛直変位ともに増大する．
・地盤の等価 N 値が大きくなると，残留水平変位，残留鉛直変位ともに減少する．
・重力式護岸の残留水平変位と残留鉛直変位は，線形的な関係があると評価できる．
＜傾斜型（護岸）＞
・加速度が大きくなると，残留水平変位，残留鉛直変位ともに増大する．
・捨石部の傾斜，捨石厚および護岸高が大きいほど残留鉛直変位は大きくなるが，その影響は小さい．
・基礎地盤の液状化対象層厚に対して，残留鉛直変位は影響を受けない．
・基礎地盤の等価 N 値が大きくなると，残留鉛直変位は減少する．
＜傾斜型（堤防）＞・加速度が大きくなると，残留水平変位，残留鉛直変位ともに増大する．なお，重力式護岸や傾斜型護岸と比較すると水平変位は小さく，鉛直変位は大きい傾向にある．
・天端幅が増大すると，液状化の発生を抑制するため残留鉛直変位は減少する．
・法勾配が緩いと残留鉛直変位は減少する．
・堤体高さが高いほど残留鉛直変位は大きくなるが，その増加率は減少していく．
・水深は，残留鉛直変位にほとんど影響しない．
・基礎地盤の液状化対象層厚が大きくなると，残留鉛直変位は増大するが，その増加率は減少していく．
・基礎地盤の等価 N 値が大きくなると，残留鉛直変位は減少する．

3. まとめ

3.5
1：1.25
1：3.0

No.5（2005）

0.0
2.0
5.25
7.0

標準ケース(等価N値10-10,地震動:海溝型300gal,形状A)+形状を変更した12ケース+基礎地盤と背後地盤条件の組合せ14ケース+標準断面で地震動13ケース=40ケース

前述の FLIP 解析によるパラメトリックスタディの結果を評価し，チャート式耐震診断システムのとりまとめを行った．
各構造形式について，入力した項目から標準タイプにおける地震時の変位量を算定し，地盤条件，地震動，および形状によるパラメータが水平変位や鉛直変位に与える影響を補正係数として評価し，標準タイプの変位量にそれらを乗じて施設の変位量を推定するものとした．
ただし，傾斜型（護岸・堤防）については，それぞれ－ 3 －沿岸センター研究論文集

No.5（2005）

次の理由から水平変位については評価しなかった．
護岸）実験結果と解析結果との整合性がとれていない．
堤防）水平変位量が非常に小さい．
直立型（重力式）と傾斜型（護岸）について，入力項目と出力項目および計算例を表-5 に示す．
表-5 各護岸の計算例＜直立型（重力式）＞
入力項目
高さ:H
幅:W
置換砂厚：D1

備

考

入力例
10.0
11.0
5.0(m)(m)(m)

0<等価N値≦25（別途算定ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑあり）
基盤最大加速度 (gal) 100gal～600galが概ね適応範囲
1=直下型
2=海溝型
3=海南波(海溝型)地震動のタイプ
4=撫養港波(海溝型)
5=羽田波(海溝型)地盤の等価N値

標準タイプの場合
補正係数（各パラメータ毎の補正係数の積）
出力項目

残留水平変位 (m)残留鉛直変位 (m)
水平変位鉛直変位
備7400
2

1.75
0.57
1.05
2.04

考

計算例

(m) 値は、D.L表示① 天端標高② 液状化の発生する可能(m)③ 残留水平変位④ 残留鉛直変位(沈下量) (m) 正の値=沈下(m) 値は、D.L表示⑤ 津波高さ4.7
高い

護岸形状による津波高さ

1.9
1.2
4.1

⑥ の補正係数

当面の間は、1.0

1.0⑦ 排水沈下量⑧ 地盤沈降量⑨ 余裕高さ(m) 正の値=沈下(m) 正の値=沈下(m) ⑨=①-④-⑤×⑥-⑦-⑧

0.15
0.95-1.70

備 考(m) 概ね4.5～10が適応範囲(m) 概ね0.5～3が適応範囲
概ね1：1～1.3が適応範囲
基礎地盤対象で概ね0～10.5が適
液状化対象層厚 (m)
応範囲
0<等価N値≦25
背後地盤の等価N値
0<等価N値≦25ただし≧背後地盤基礎地盤の等価N値
等価N値
基盤最大加速度 (gal) 概ね100gal～600galが適応範囲
1=直下型
2=海溝型
3=海南波(海溝型)地震動のタイプ
4=撫養港波(海溝型)
5=羽田波(海溝型)

入力例
3.0
1.0
1:2

＜傾斜型（護岸）＞
入力項目
地盤高さ
捨石厚
勾 配

4. 今後の課題
今回の検討によって，海岸保全施設の地震時における沈下等の変位について，簡易な手法による推定がある程度可能になったと言える．ただし，その精度，使用面，対象範囲等については，まだ多くの課題が残されている．
地震時における施設の挙動については，詳細な検討方法においてさえ，その精度について解明すべき多くの課題が残されている．今回のチャート式耐震診断システムについても，より実挙動に近づけるために実際の被災事例や実験，詳細な解析手法との比較検討を継続して進める必要がある．
また，今回の検討は，直立型（重力式）と傾斜型（護岸・堤防）についてのみ行ったもので，その他の構造形式についての検討が残されている．
さらに，今回の構造形式においても限られた解析ケースの結果を評価したものであるため，より多くの施設の条件に応じるために様々な施設に対しての試行とその結果の評価が重要になると思われる．
使用面においても計算プログラムは複雑ではないが，その入力項目のデータがなければならない．
必要データが揃っていない施設については，その他の既存データをどう評価して必要データを補い，本システムを活用するかという課題も残されている．
前述のような課題を解決していく第一歩として，国土交通省近畿地方整備局では平成17年度にいくつかの自治体や海岸管理者を対象とした本システムの説明・試行を行い，その結果をさらに今後のシステムの改良に活かすことに取り組んでいる．
本稿は，国土交通省近畿地方整備局神戸港湾空港技術調査事務所発注の「港湾における簡易耐震診断手法に関する検討調査」をとりまとめたものである．

6.0
1015450

参考文献
1) 井合 進, 松永康男, 亀岡知弘：Strain Space Plasticity
Model for Cyclic Mobility, 港湾技術研究所報告,第 29 巻,2

第 4 号, pp.27-56, 1990.12.
2) 五洋建設株式会社：平成 16 年度 極大地震下の護岸構造物

標準タイプの場合
補正係数

残留鉛直変位 (m)
鉛直変位
備 考(m) 値は、D.L表示

計算例
6.0

② 液状化の発生する可能③ 残留鉛直変位(沈下量) (m) 正の値=沈下(m) 値は、D.L表示④ 津波高さ

高い
2.7
4.5

出力項目
① 天端標高護岸形状による津波高さ⑤ の補正係数⑥ 排水沈下量⑦ 地盤沈降量⑧ 余裕高さ当面の間は、1.0の耐震性評価に関する 1G 場模型振動実験（基礎実験）報告

0.14
19.51

書，200p., 2004.3.
3) （財）沿岸開発技術研究センター：重力式岸壁の簡易耐震性能照査の手引き（案），39p., 1999.7.
4) 国土交通省近畿地方整備局神戸港湾空港技術調査事務所：
港湾における簡易耐震診断手法に関する検討調査 報告書，250p., 2005.3.

1.0(m) 正の値=沈下(m) 正の値=沈下0.15
0.95(m) ⑧=①-③-④×⑤-⑥-⑦-2.3－ 4 －