筑波大学大学院システム情報工学研究科

構造エネルギー工学専攻

未来へつなげる防災科学～最新防災テクノロジー～ @第10回 つくば産産学連携促進市 in アキバ 2017においても研究ポスター展示

インフラ・ライフライン地震津波防災工学 (Bosai Eng.) by 庄司研究室

道路･鉄道網，電力，上・下水道，情報通信等のインフラ・ライフライン構造物を研究対象とし，これらの工学システムが強震動，液状化，斜面崩壊，津波による複合的な作用（荷重）を受けた場合の被害把握と被害予測，及び，それを踏まえた工学対策に関する研究を行っています．

Spatial distribution of ground motions
and tsunami heights

Due to slope failures

0102030

Due to tsunami waves

40

Inundation
height, IH [m]Inundation height[m]Data source :Miyagi Pref. Gov.

Data source : MILTDue to ground shakings
Due to ground movements
and liquefactionData source : Miyagi Pref. Gov.
Observed IHs,released on
December 29,2012, by the2011 Tohoku
10m 20m 30m
Earthquake
Tsunami JointSurvey Group(2011)

Data source : MEC Ltd.

地震応答の観測と解析：被害予測と工学対策
CH15

CH19CH21CH17CH23

計27箇所, 50成分

主桁

50Max=0.08[m/s2]
100 150

0-0.4 0フーリエ振幅[m/s]

加速度[m/s2]0
Max=0.10[m/s2]
50
100 150 -0.4 00.2

0.1

00.2

0.4
0.6 0.8振動数[Hz]

加速度[m/s2]

観測波

主桁鉛直曲げ対称1次0.208[Hz]6090120

地震波中の振動数成分

20.602[Hz]110.500000.2

0.4 0.6振動数[Hz]

0.2

0.4

0.6

0.8

超広域液状化による埋設管路被害の解明：上水道ネットワーク
1次元有効応力解析に基づく実効的に作用した地震動強さの推定
Horiwari,Fukashiba,
Hiraizumi area

10.8

1h0

η : Tsunami wave height
M : Discharge flux of x-direction
N : Discharge flux of y-direction
N : Manning roughness coefficient
D : Total water depth η+h
h : Still water level M N0txyM   M 2    MN  gn222    gD  7 3 M M  Nt x  D  y  D x D2N   MN    N  gn222      gD  7 3 N M  Nt x  D  y  D y D30ID

主桁鉛直曲げ逆対称2次

1.5Inundation areas by GSIInundation areas by JSGI
Subject bridge
Site of observed IH

30m
25m
20m
15m
10m
5m
0.01m
0m

Ki c

κ=for variation of e.g. η=FZ

vel.=1 m/s

vel.=1 m/s

h0＝45mmh0＝10mm

1 n
 log K i
n i 11 n22log   log K i   log K n i 120

津波荷重モデリング：被害予測H i ：Simulated IH
Ri ：Measured IH
n ：No. of observed

橋梁構造物の橋桁に作用する津波漂流物の閉塞や残留の動態を水理実験に基づき解明→道路ネットワーク信頼性計算に適用，数値シミュレーション
橋台

sites

10漂流物

𝐾 = 0.721 - 1.367, 𝜅 = 1.017 1.329 for 𝑛=1,201

橋桁

00102030

Observed inundation height[m]橋台

40

被害ビックデータ解析：下水道ネットワーク・通信用橋梁系設備

地震動強さ：地表面最大加速度PGA/地表面最大速度PGV/SI値/計測震度IJと被害指標：被害率RN/被害確率R/標準被害率の関係（被害関数）をモデル化→液状化被害の顕著性，地表断層変位の問題，構造物－地盤系の3次元動的挙動

Kamisu City,
Ibaraki Prefecture

VP/VU管，口径300mm未満

有限体積法に基づく
津波シミュレーション

橋梁添架管路地震波動場計算技術：被害予測

Observatory station: IBRH20
Analyzed site
33 liquefied sites
6 non-liquefied sites
Damage point of water pipes
Buried distribution pipes
Liquefied area by JGS and Kanto
District Bureau of MILT(2011)

震源過程・地下構造のモデル化を踏まえ，3次元有限差分計算による工学的基盤の地震波を推定：東北地方太平洋沖地震・エネルギー関連施設→東京湾岸サイトの特徴，十勝沖地震/北海道胆振東部地震との比較

非液状化領域のデータ

Suzuki et al.(2011)
による震源モデル熊本市※周波数帯域0.02-0.125Hz －観測波形
上限周波数0.2Hz－計算波形

Velocity [cm/s] 20

Occurrenceof liquefaction
解析と現地調査の比較(液状化の有無)
comparedwith field survey

1-1 1-2 1-3 1-4 1-7 1-8 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 3-2 3-3 3-10 3-12 3-14 3-16 3-17 3-18 3-19

Depth
[m]
深さ[m]
深さ[m]

Agree:
sites
一致 ： 33 33地点
Disagree:不一致：

6 sites
6地点

益城町

・液状化層が薄い
Thicker liquefied depth
Liquefaction at ground→地表では液状化を
surfacewas not
観測できなかった-163-17 3-18 3-19 3-20 3-21 3-22 3-23 4-1 4-2 4-3 4-5 4-6 4-7 4-8 5-4 5-10 5-11 5-13 5-14 No.1 No.2
actuallyobserved.
00
可能性あり

深さ[m]

比較的低い地震動で高い被害率

被害率曲線よりも高い被害率
液状化領域のデータ

1D effective
stress analysis
液状化を概ね再現できた
was in agreement.

Depth[m]深さ[m]224466
88
101012121414161618182020222224242626EW

3次元FEM解析に基づく動的挙動解明

緑線：
地表断層変位
Site within liquefied area by
地点名 液状化領域内の地点

JGS and Kanto District Bureau（現地調査に基づく）
of MILT(2011)NS

4.8
7.12ｰ 2040s付近 6.71
207.25
IWTH01 0ｰ 20
18.27
2014.89
MYG014 0ｰ2017.18
23.23
20 30s付近
MYG011 0ｰ 209.37
7.68
20FKS013 0ｰ2040s付近 15.1
2010.9FKSH14 0ｰ 209.27
206.91
CHBH10 0ｰ 20100s付近 9.40203.47CHBH17 0Time[s] ｰ200 50 100
200 250
150

Liquefied layers by 1D effective stress
解析において液状化した層
analysis
Layerspredicted to be liquefied based on
FL値により液状化が予測された層
resistance coef. for liquefaction; FL valuea-hc, Fralog K RiHi

IWTH08 000
224466
88
1010121214141616181820
20222224242626F /A
𝜇= Z 2 bρc

FX As
ρga

ネットワーク信頼性評価：被害予測と工学対策##Targetanalyzed site

MYAb AS

Images of tsunami
waves acting on abridge deck

#Set the data
within 100m in
radius for eachsite to calculate
damage ratio

a hh

津波伝播・浸水計算技術：被害予測

32

構造物に作用する津波荷重推定：被害予測
v FX

ほとんど励起されていない
振動モード

3.5

2.5

空中写真の道路部に対するテクスチャ解析(CNT)A1

主桁鉛直曲げ対称2次0.513[Hz]3.5
3ヒストグラム

Rikuzentakata area150

主桁中央径間ねじれ対称1次0.500[Hz]

フーリエ振幅[m/s]

主桁鉛直曲げ逆対称1次0.290[Hz]解析波

Max=0.14:Max=0.04
150
時間[s]

30

道路部

CNTの2018年北海道胆振東部地震における厚真町の被害事例

1-0.10

コントラスト(CNT)
分散(VAR)
歪度(SKW)
尖度(KRT)
エネルギー(EGY)
エントロピー(EPY)

A20-0.2••

CB

0-0.20•

Max=0.12[m/s]P3-P4間主桁CH20.1••長周期型橋梁構造物の振動モード特性を観測データ（上記の加速度の時系列データ）から同定し，非線形動的応答の特徴を解明
0.2•

周期2.5[s]鶴見つばさ橋の非線形地震応答解析
0.2

特徴量の指標Max=0.03[m/s2]
50
100
150

長周期帯
で卓越

時間[s]

鉛直方向画像領域（ウィンドウ）の輝度の特徴量を用いて， モノクロ化した空中写真
斜面崩壊に伴う道路構造物の被害領域を抽出

CH41(TR)P4CH39(UD)
P3主塔
入力地震動
P3橋脚基礎底面 CH370.4

P2主塔

P3主塔頂部 CH190.4 P2主塔頂部 CH130.400
Max=0.24[m/s2]
Max=0.28[m/s2]-0.4
50
100 150 -0.40
50
100 15000.4 P2主塔中間部 CH15 0.4 P3主塔中間部 CH2100
Max=0.18[m/s2]
Max=0.38[m/s2]-0.4
50
100 150 -0.40
50
100 1500
P2主塔基部 CH17
P3主塔基部 CH23
0.40.40-0.4 0

リモートセンシングデータの利活用：被害把握

CH1CH40

UD 4.54

4.09
5.07

8.83
10.77

4.28
3.16

13.86
10.13

8.01
6.20

17.13
12.35

6.44
6.95

0

4.63
4.33

16.11
11.63

8.16
5.6

9.95
4.90

10.03
2.59

6.87
4.26

5.11
1.83

50 100 150 200 250

長周期地震動の特徴

9.8

5.04
4.10

0

50 100 150 200 250

北海道胆振東部地震(厚真鹿沼)
北海道胆振東部地震 (HKD129)
十勝沖地震(HKD129)
東北地方太平洋沖地震 (TP25)

貯蔵タンクのスロッ
東北地方太平洋沖地震 (TTY)
山形県沖地震 (YMT004)
シングに影響を与え~2s程度：北海道胆振東部地震
る長周期地震動の 4~9s程度 ：十勝沖地震
特徴は？
10~20s程度：東北地方太平洋沖地震

変位応答スペクトル[cm] 速度応答スペクトル[cm/s]

P1

加速度計

Computational inundation height[m]

CH13

LG方向

100101減衰定数h=0.005

0.10.11

101001010.1減衰定数h=0.005

0.01
0.1

1
固有周期[s]10

担当教員： 庄司 学 （e-mail:gshoji@kz.tsukuba.ac.jp)
ホームページ： http://www.kz.tsukuba.ac.jp/~gshoji