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日本建築学会大会学術講演梗概集（九州） 2016 年 8 月

H-D パラメータによる応力-歪モデルを用いた 1 次元有効応力解析－その 3 緩い砂と密な砂に対する設定法と検証－

表層地盤
液状化

地震応答解析

正会員
同同山崎 久雄*1○ 岩本 裕史*2
宮本 裕司*3

有効応力解析

サイクリックモビリティ

1. はじめに
3. 観測記録との比較
1)
筆者らは既報 で，土の応力-歪モデルに設計実務で多用
液状化または CM が観測された表 1 の地震記録および地されている H-D モデル 2)を用い，液状化パラメータに建築盤データを用いて，本提案法による解析結果（Cal）を観測
基礎構造設計指針 3)による液状化判定結果が利用できる実記録（Obs）と比較する。ただし式(2)の有効性を確認する用的な表層地盤の有効応力解析法を提案した。また砂の拘ため，それぞれ a)Mf=tand，b)Mf=sind とした 2 ケースの解
束圧依存性を基準歪み 0.5 に集約させる簡便な評価方法を析を行う。また検証地盤毎に示す液状化判定結果も地盤デ提案し，観測記録との比較により同方法の有効性を報告しータの公開値より計算したものであり，これらの結果を液1)ている 。
状化パラメータに用いた。
本報（その 3）では，さらに表層の砂層が緩い砂または
表 1 検証地震記録
密な砂に応じた有効応力解析条件に着目し，両者の区別を
神戸ポートアイランド 7)
KPI
1995 年兵庫県南部地震
与える設定法 4)もまた液状化判定に用いる補正 N 値 Na が利
東神戸大橋 8)9)
EKB〃
用できることを示し，設計実務での地盤の応答解析のさらPARI 釧路 10)
Kushiro1993 年釧路沖地震
なる合理化をめざす。
PARI 小名浜 10)
Onahama 2011 年東北地方太平洋沖地震
また，表層の砂層が密な砂の場合や液状化の可能性が極めて局所的な場合，有効応力解析による検討が軽視されが3.1. 神戸ポートアイランド［KPI］
ちであるが，適切な検討を行わないと設計用スペクトルなKPI 地盤の平均相対密度は図 1 より Dr<70%であり緩い砂どの評価が大きく異なる可能性を示唆する結果が得られた層と判別される。図 2，図 3 より緩い砂層を反映させた Mfので，これらを中心に次報（その 4）で報告する。
=tand では観測記録との対応は良好であるが，Mf =sind で2. 有効応力解析法と「緩い砂」「密な砂」の設定法は不要な CM が現れ記録との対応は不調である。
土の応力-歪モデルは次式の H-D モデルとする。
G/Gmax = 1/(1+ /0.5) ，h = hmax (1-G/Gmax)(1a,b)
ここに，G,Gmax はせん断剛性と最大せん断剛性，h,hmax
は減衰定数と最大減衰定数，,0.5 は歪みと基準歪みである。
有効応力解析における過剰間隙水圧の上昇モデルやサイクリックモビリティ（以下 CM と略す）を含む有効応力経路モデルは社本ら 5)の方法による。詳細は文献を参照されたい。
図 1 KPI 液状化判定結果（N 値，Dr，R15，FL）
ただし，本提案法はせん断耐力max(')（=' tand，d=内部摩擦角， '=有効拘束圧）が規定できる H-D モデルを用いる
ため，CM に直接影響する破壊線の勾配 Mf は，社本らが示した式とは異なり，以下のように簡便な形で与える。
国生ら 4)によると“相対密度が 70～80%以上の密な砂では CM が生じ，このとき破壊線の勾配を sind とすれば解析的に CM が近似できる”とある。そこで Mf を次式とする。
図 2 KPI GL-0m 加速度時刻歴
Mf =tand（緩い砂），Mf =sind（密な砂）(2a,b)
連続的に分布する砂の相対密度に対して二者択一は不合理のようであるが，本提案法では，液状化判定のl /’z-Na
関係式 6)に含まれる相対密度 D（=16√(NNa=補正 N 値）ra)，に着目し，その砂層平均が 70%以下を緩い砂，70%超を密な砂として破壊線勾配をそれぞれ式(2)で設定することとする。
Mf 以外の重要な液状化パラメータである液状化抵抗比
も液状化判定結果のl /’z（=R15）を用い，他の諸係数は社
本らが示した値を用いる。

図3

1-Dimensional Effective Stress Analysis of Liquefied Soil Using Stress-Strain Model by
H-D Parameters (Part 3) Setting method of Loose Sand and Dense Sand, and Verification― 1247 ―KPI GL-16m 加速度時刻歴

YAMAZAKI Hisao，IWAMOTO Hiroshi
MIYAMOTO Yuji

3.2. 東神戸大橋［EKB］
EKB 地盤の平均相対密度も KPI と同様に図 4 よりDr<70%であり緩い砂層と判別される。また計算される応答加速度も図 5 より，KPI と同様，緩い砂層を反映させた Mf=tand では観測記録との対応は良好であるが，Mf =sind では不要な CM が現れ記録との対応は不調である。

図4

EKB 液状化判定結果（N 値，Dr，R15，FL）

図5

密な砂層を反映させた Mf =sind とすることで観測記録との対応が良好であり，Mf =tand では 85 秒以後の振幅が減衰し記録との対応は不調である。Onahama も 85 秒以後でスパイク状の波形が繰り返し現れており，Mf =sind とすることで，一部の時間で振幅が大きく評価されているもののその性状を再現できている。

図8

Onahama 液状化判定結果（N 値，Dr，R15，FL）

図9

EKB KPI GL-1.5m 加速度時刻歴3.3. PARI 釧路［Kushiro］
Kushiro 地盤の平均相対密度は図 6 より Dr>70%であり密な砂層と判別される。応答加速度は，図 7 より密な砂層を反映させた Mf =sind とすることで観測記録との対応が良好であり，Mf =tand では 35 秒以後も短周期成分が現れて記録との対応は不調である。観測記録では 30 秒以後，長周期化し CM の特徴であるスパイク状の波形が現れており，Mf=sind とすることでその性状が再現できている。

Onahama GL-0m 加速度時刻歴4. まとめ
土の応力-歪モデルに H-D モデルを用いた有効応力解析法
において，緩い砂と密な砂の特性を反映させるのに，解析パラメータの破壊線勾配 Mf を，Mf =tand（緩い砂）または Mf=sind（密な砂）とすることの適用性を確認した。観測記録との比較により本設定法で密な砂層で現れる CM も良好に再現できたが，逆に Mf を取り違えると対応は不調となった。
また緩い砂や密な砂の指標となる相対密度 Dr は，液状化判定で用いられる補正 N 値 Na から Dr=16√(Na)とし，その対象層の平均が，Dr≦70%では緩い砂，Dr>70%では密な砂と判別することの有効性を 4 例で示した。ただし Dr≒70%付近での連続性についてはさらに情報を収集し検討したい。

3.4. PARI 小名浜［Onahama］
Onahama 地盤の平均相対密度も図 8 より Dr>70%であり密な砂層と判別される。応答加速度についても，図 9 より，

参考文献
1) 山崎久雄ほか：H-D パラメータによる応力-歪モデルを用いた 1 次元
有効応力解析(その 1,2)，日本建築学会大会学術講演梗概集，2014.92) 古山田耕司ほか：多地点での原位置採取試料から評価した表層地盤の非線形特性，第 38 回地盤工学会研究発表会，2003
3) 日本建築学会：建築基礎構造設計指針，丸善，2001
4) 国生剛治ほか：砂層の液状化現象の数値シミュレーション，電力
中央研究報告 381023，1982.15) 社本康広ほか：一次元有効応力解析の実地盤に対する適用性，日本建築学会構造系論文集 第 433 号，1992.3
6) Kohji Tokimatsu，et al：Empirical Correlation of Soil Liquefaction Basedon SPT N-value and Fines Content，Soils and Foundations Vol.23，No.4，
1983.127) 神戸市開発局：兵庫県南部地震による埋立地地盤変状調査報告書（ポートアイランド，六甲アイランド），1995
8) 土木学会：https://www.pwri.go.jp/caesar/overview/05.html，構造物メンテナンス研究センター
9) 三輪滋ほか：液状化が生じた地盤のせん断剛性･ひずみレベルの評
価と基礎構造の応答評価への適用，土木学会地震工学論文集 Vol27，
2003.1110) 港湾空港技術研究所：港湾地域強震観測，http://www.eq.pari.go.jp/*1 ユニオンシステム㈱ 振動解析総合推進室*2 ユニオンシステム㈱ 開発部*3 大阪大学 大学院工学研究科 博士（工学）*1 UNION SYSTEM INC. Dynamic Analysis Research Complex*2 UNION SYSTEM INC. Development Division*3 Osaka University Department of Architectural Engineering

図6

Kushiro 液状化判定結果（N 値，Dr，R15，FL）

図7

Kushiro GL-0m 加速度時刻歴― 1248 ―