平成28年（2016年）熊本地震
⽯積構造物を中⼼とした調査・分析結果
その１：熊本城の⽯垣の被害

菊本統（横浜国⽴⼤学 准教授）
⼩⼭倫史（関⻄⼤学 准教授）
橋本涼太（京都⼤学 JSPS特別研究員）

調査の概要当グループは、平成28年（2016年）熊本地
震による地盤構造物の被災状況の調査・分析を

現地での調査スケジュール
4/29 熊本城⽯垣（調査・計測）
4/30 通潤橋, 霊台橋（調査・計測）
5/1 益城町, ⻄原村〜住宅地,断層, 橋梁,溜池, 俵⼭トンネル（調査・計測）

南阿蘇大橋

阿蘇山

進めています。主な対象は⽯積みと地盤の複合構造物（城郭⽯垣・⽯橋）とトンネルです。

KMM006熊本

熊本城

調査にあたっては、崩壊した構造物の観察だ

KMMH16益城

けでなく、残存する構造物の現地計測や既往⽂献の調査を積極的に⾏い、同地震による変状や構造物の健全性を慎重に議論するよう留意しま

俵山トンネル

赤丸：M5.0位上の震央（気象庁発表データより）

4/16 1:25 震央
M7.3

4/14 21:26 震央
M6.5
KMM009矢部した。上空からの観察が難しいトンネルについては現地で内空断⾯の計測を実施し、その意義霊台橋を感じています。

通潤橋

今後も調査・分析が進み次第、継続的に結果
KMM011砥用

を公表していく予定です。
調査同⾏者
菊本統（横浜国⽴⼤学・准教授）
⼩⼭倫史（関⻄⼤学・准教授）
橋本涼太（京都⼤学・JSPS特別研究員）
桑島流⾳（関⻄⼤学・学部4年⽣）
中川康⼀（⼤阪市⽴⼤学・名誉教授）

宿泊地※調査を行った構造物の最寄りのK-NET観測地を示す

4/14前震の推定震度分布と調査対象

2016/04/14 21:26
M6.5
最⼤震度7（益城町）
最⼤加速度1580gal

推定震度
熊本城：震度6弱
通潤橋，霊台橋：震度5強
俵⼭トンネル：震度5弱

南阿蘇大橋

阿蘇山

気象庁から公表された前震のメカニズ
ム(CMT)解は、南北に伸⻑軸，東⻄に圧縮軸をもつ横ずれ断層であることが⽰さ

KMM006熊本

熊本城れています。

KMMH16益城

右図は調査対象とJ-RISQで公開された
4/14前震時の推定地震動の分布です。前俵山トンネル

赤丸：M5.0位上の震央

4/16 1:25 震央
M7.3

震の震度6以上のエリアは本震（次ペー

4/14 21:26 震央
M6.5
KMM009矢部ジ）に⽐べて限定的で、調査対象構造物
霊台橋の推定震度はいずれも1〜2段階、低く通潤橋なっていました。
熊本城の⽯垣の調査では、前震後と本KMM011砥用

震後での崩壊状況の違いの考察にも留意しました。

宿泊地※ J-RISQのデータを使用

4/16本震の推定震度分布と調査対象
本震のメカニズム(CMT)解も南北に伸2016/04/16 1:25
M7.3
最⼤震度7（益城町，⻄原村）最⼤加速度1362gal

推定震度
熊本城：震度6強
通潤橋，霊台橋，俵⼭トンネル：震度6弱

南阿蘇大橋

阿蘇山

⻑軸，東⻄に圧縮軸をもつ横ずれ断層でした。本震での推定震度6以上のエリア

KMM006熊本

熊本城（J-RISQ公開のデータを使⽤）は広範囲

KMMH16益城におよび、調査対象の熊本城，⽯橋，トンネルはいずれもこのエリア内でした。
現地では右横ずれの地表地震断層が多俵山トンネル

赤丸：M5.0位上の震央

4/16 1:25 震央
M7.3

4/14 21:26 震央
M6.5
KMM009矢部

数、報告されており、それを参考に当グループも益城町や⻄原村にて地表地震断

霊台橋

通潤橋層を視察しました。
本調査では，対象構造物の地震時応答

KMM011砥用

について、最寄りのK-netでの地表の観測加速度も利⽤して地盤⼯学の観点から考察を試みていますが、断層や地震動そのものの特徴については議論していません。

宿泊地※ J-RISQのデータを使用

調査項⽬
調査の様⼦（通潤橋）

3Dレーザースキャナ
範囲誤差：±2mm
レーザークラス：クラス1
測定範囲：0.6m〜130m
波⻑：1550nm
測定対象の3次元座標を取得※関⼤・⼩⼭研の機器調査の主⽬的は地盤構造物の崩壊要因の解明や変状の把握であり、⽬視や対象構造物の管理者・関係者への聞き取りと併せて、3Dレーザースキャナによる計測を⾏いました。
調査に⽤いた3Dレーザースキャナは、⽅位と仰⾓を⾼速に変化させながら対象物までの距離をレーザー距離計により計測する機器で、計測器を原点として360度全⽅向の対象物の3次元座標を20分程度で数値化できます。また、複数位置から計測してデータ処理することで、調査対象の地盤構造物の3次元形状を得ることができます。

3Dレーザースキャンと分析の概要
右図は3次元レーザースキャンにより取得した熊本城⽯垣の点群データです。下段の拡⼤図では、⽯垣の⾓⽯や平⽯が無数の座標点の集まりであることを確認できます。点群の密度はスキャナと対象物の距離により変わりますが、どの計測でも⼗分な密度で点群を取得しています。
点群は膨⼤な数値データからなりますが、⽯垣法⾯の下端ラインや⽯橋の橋軸を座標軸として座標変換し、断⾯形状や表⾯形状を抽出しています。
ただし、「地震による変状」を特定するには被災前の形状データとの差分が必要になります。本調査
では、⽂献調査等を積極的に進めて可能な限り変状の特定を試みています。

熊本城・櫨⽅三階櫓東⽯垣での計測例

3Dレーザースキャンの実施箇所
本調査では熊本城の⽯垣（5箇所）、通⻩字箇所でレーザースキャン実施
熊本城 5箇所×2〜3回程度
通潤橋 3回（前後下）
霊台橋 3回（前後下）
俵⼭トンネル 2箇所（変状箇所）

南阿蘇大橋

潤橋、霊台橋、俵⼭トンネルで3Dレーザースキャンを実施しており、今後も必熊本城要に応じて実施する予定です。

俵山トンネルKMMH16益城

俵⼭トンネルの計測は、県道28号線の橋梁や道路の被害、斜⾯崩壊により現地

KMM006熊本

赤丸：M5.0位上の震央（気象庁発表データより）

4/16 1:25 震央
M7.3

4/14 21:26 震央
M6.5
KMM009矢部

へのアクセスが悪く、調査は計測装置類を抱えて往復12kmの⾏程になりました。

霊台橋

KMM011砥用

通潤橋

阿蘇山

3Dレーザースキャンの実施
箇所（熊本城）

⼆の丸御⾨

百間⽯垣

熊本城⽯垣の調査4/29

熊本城⽯垣の3Dレーザースキャンは主に北側の⽯垣を対象として実施しました。
調査は熊本市内在住の福⽥光治博⼠の協

櫨⽅三階櫓
東⽯垣

戌亥櫓

⼩天守

⼒も得ており、地震前の⽯垣勾配の計測実
施箇所1)において重点的に実施しました。
なお、いずれの⽯垣も外向き法線⽅向はほ⻄出丸⻑塀

宇⼟櫓

北⼗⼋間櫓
⽯垣

ぼ東⻄南北の⽅向を向いています。
1) 桑原⽂夫：熊本城の⽯垣勾配，⽇本⼯業⼤学研
究報告，第14巻，第2号，pp.59-74．

⽯垣の外向き法線⽅向
宇⼟櫓
東側：90°，北側：9°
櫨⽅三階櫓⽯垣
東側：87°
百間⽯垣
北側：0°

平櫓
北⽯垣

⻄⼤⼿⾨

⼤天守南⼤⼿⾨
本丸御殿
城郭⽯垣の法線⽔平成分はほぼ東⻄南北
調査は北側中⼼に実施
⻩字箇所でレーザースキャン実施

熊本城⽯垣の被災状況

熊本城⽯垣の被災状況

⼆の丸御⾨

熊本城⽯垣の被災状況

百間⽯垣

熊本城⽯垣の崩壊箇所は右図に⽰す通り
です．4/14前震で発⽣した崩壊は6箇所程度で，崩壊の程度も⽐較的軽かったそうで

戌亥櫓

⼩天守

すが、4/16本震では崩壊箇所が顕著に増加し、崩壊の程度も壊滅的でした。
残存する⽯垣についても⽬視調査で明確

⻄出丸⻑塀

宇⼟櫓

な孕み出しが確認された⽯垣が多数あります。これらについては現状把握を進めるとともに、地震前の調査・点検データや⽯垣の伝統的な形状曲線との⽐較、地盤⼒学的考えます。

北⼗⼋間櫓

東⼗⼋間櫓

⻄⼤⼿⾨

⼤天守

南⼤⼿⾨

な考察により⼒学的安定性の把握を試み、補修の必要性を明らかにすることが重要と

平櫓

本丸御殿
飯⽥丸
五階櫓

▲ 4/14前震による崩壊箇所● 4/16本震による崩壊箇所※福⽥光治⽒（熊本在住）の記録とニュース等から作成

戌亥櫓北⽯垣と⻑塀の崩壊状況

算⽊積みの出隅戌亥櫓（写真中央）はかろうじて⾓⽯に⽀持されています。飯⽥丸五階櫓や⻄⼤⼿⾨、南⼤⼿⾨も同様の形式で残存しています。
出隅は直⽅体の⾓⽯の短辺と⻑辺を交互に積む算⽊積みと呼ばれる形式で、櫓の⾃重は出隅の反った曲線に沿う⽅向に⾓⽯が⼒を伝達して⽀えられていると考えます。逆に、この⼒の伝達機構により⾓⽯間の摩擦強度が増して、出隅が崩壊を免れた可能性もあります。東側の⽯垣（写真左）は4/14前震で⼀部崩壊と報じられましたが、4/16本震では完全に崩壊しました。

宇⼟櫓⽯垣⼩天守 ⼤天守

宇⼟櫓

⼤天守

天端が崩壊

不⾃然な
孕み出し
北⽯垣

⻄⽯垣

⽯垣の天端が部分的に崩壊し、その周囲に孕み出しが⾒られる
本丸⽯垣は天端の⼀部が崩壊し、その周囲は⽯垣特有の反りが失われて不⾃然に孕み出しています。⼀部でも崩壊箇所の周辺ではこのような変状が多数確認されました。⼒学的な安定性が損なわれている可能性もあるため注意が必要です。
宇⼟櫓に⽬⽴った被害はないようにも⾒えますが、⽯垣の法⾯は幾らか起伏があるように感じられました。本調査では宇⼟櫓北・⻄⽯垣のレーザースキャンを実施し、桑原（1984）の計測結果との⽐較により、⽯垣の変状を分析しています。

北⼗⼋間櫓⽯垣
東⽯垣は残存⽯垣の健全性は要確認

北⽯垣は崩壊落下した⾓⽯（近くの地⾯に落下時の凹みあり）
北⼗⼋間櫓と東⼗⼋間櫓は⽯垣法⾯の崩壊により倒壊しました。北⼗⼋間櫓は北⽯垣が完全に崩壊したものの、出隅と東⽯垣は概ね原型を留めています。東⻄⽅向と南北⽅向で地震外⼒に違いがあったのか、崩壊は法⾯のどこからどのような機構で発⽣したのか、東⽯垣は健全であるか（再構築の必要はないか）、今後の分析により明らかにしていくことが重要と考えます。

東⼗⼋間櫓東⽯垣（熊本⼤神宮の背後）完全に崩壊して社を押しつぶしている
すぐ北側の北⼗⼋間櫓は北側が崩壊
加速度応答との関連性は不明
東⼗⼋間櫓東⽯垣は完全に崩壊して熊本城稲荷の社務所を押しつぶしました。本震発⽣は真夜中であり、⽯垣の崩壊が⼈的被害が発⽣しなかったことは不幸中の幸いと⾔えるでしょう。

⼆の丸御⾨

⼆ノ丸御⾨の崩壊法⾯の側⽅では、⽯垣の破壊メカニズムを⾒て取ることができます。⽯垣には明瞭に2つの破壊線が形成されており、急な⾓度の破壊線は地震動を繰返し受けたことによる⽯垣の剥離、緩い⾓度（約44度）の破壊線は⽯垣内部の地盤と連動した主働破壊と推察します。このような崩壊メカニズムは、⽯⽯垣の剥落，⽯垣＋盛⼟の主働破壊→複合的な崩壊機構が推察される積みと地盤の⼒学的相互作⽤を評価できる⼿法により評価することが重要です。

百間⽯垣

出隅は変形しているものの概ね持ち堪えてえいた
4/14前震で⼀部が崩壊した百間⽯垣は4/16本震でさらに多数の箇所が崩壊しました。
⾓⽯と平⽯の⽬開き（右写真）は、程度の違いこそあれ多数の箇所で⾒受けられました。隙間なく緻密に⾓⽯を積んだ出隅と、間詰め⽯で隙間を埋めながら平⽯を積んだ法⾯の応答特性の違いに起因するものと考えます。

百間⽯垣の背⾯地盤①②①②
百間⽯垣の背⾯地盤では、⽯積みと地盤の相互作⽤を⾒て取れます。崩壊⽯垣①の背⾯地盤では、地表に⽯垣と平⾏な⻲裂が複数⽣じ、側溝の蓋は軒並み落下していました。⽯垣の崩壊に伴って地盤内部にすべりを⽣じている可能性もあります。

①

崩壊を免れた⽯垣

百間⽯垣
崩壊を免れた⽯垣でも近くに⽯材の⼩⽚が無数に落下していました（左写真）。新鮮な断⾯をもつ⽋⽚は地震時の繰返し載荷により平⽯が⽋けて落下したものです。間詰⽯の⽋落により平⽯間の荷重伝達機構が変化している可能性があります。百間⽯垣でも崩壊箇所の周辺では天端付近に明確な腹⾒出しが確認されました（右写真）。

櫨⽅三階櫓東⽯垣の3Dレーザースキャン
植⽣

櫨⽅三階櫓（加藤神社北東隅）東⽯垣は、⽬視では明確な変状はないように感じられました。しかし、桑原（1984）が同⽯垣の中央の法⾯形状を計測・報告していることから、本調査で3Dレーザースキャンを⾏い、その⽐較により地震による変状を詳しく議z論しました。
3次元の直交座標軸として、⽯垣下端にx軸、⽔平外向きにy軸、鉛直上向きにz軸をとり、x軸に垂直な断⾯の⽯垣形状を求めま0した。

xy櫨⽅三階櫓東⽯垣：
断⾯ごとの⽯垣形状｜x=0.0m（中央断⾯）

植⽣

右図は計測により得た⽯垣中央の法⾯形状（⾚プロット）と桑原（1984）による計測結果の⽐較です。なお、図中のX、Y軸は桑原が設定した座標軸で単位はmです。

植⽣

地震後の⽯垣法⾯は滑らかなに反った形状ですが、桑原（1984）が計測した⽯垣形状に⽐べて上z部がやや外側に位置していることがわかります。
この結果を得て、改めて現地での記録写真を詳しく観察すると、⽯垣の両側⽅において上部の⾓⽯と平⽯の間に幾らか⽬開きを⽣じていることがわかりました（次⾴の2枚の写真）。このように2016年熊本地震前の計測値や建設当時の⽯垣曲線の記録と⽐較することにより、⽯垣の変状を注意深く特定していくことが極めて重要です。

x0

⾚プロット：今回
⿊線：桑原⽂夫(1984)y櫨⽅三階櫓東⽯垣：側⾯から⾒たようす

上部の隅⽯と平⽯はやや⽬開きしている櫨⽅三階櫓東⽯垣：
断⾯ごとの⽯垣形状｜x > 0m（向かって左側）zx

x = 4.0m

x = 8.0m

x = 12.0m

限られた測点を⼀測線ずつ計測する従前の測量に対して、3Dレーザースキャンは⼀回の計測で法⾯全⾯の座標を取得でき、あらゆる断⾯の⽯垣形状を求めることができます。上図は櫨⽅三階櫓東⽯垣の左側の法⾯の形状です。いずれも滑らかな形状が得られましたが、地震前の計測値が無いため変状を特定するには⾄っていません。
今後、伝統的な⽯垣曲線との⽐較により変状の有無や程度を分析していく予定です。

0y櫨⽅三階櫓東⽯垣：断⾯ごとの⽯垣形状｜x < 0m（向かって右側）zx0

曲線の明確なずれ→⽯垣の孕み出し→平⽯のずれ

yx = -4.0m

x = -6.0m

右側の法⾯においても地震前の計測値は得ていません。しかし、中央から6mの位置の断⾯（右図）では⽯垣勾配が上部で明確に不連続になっていることがわかりました。この歪みが地震による影響であるか慎重に議論する必要がありますが、少なくとも築造当初の形状からは何らかの変状が⽣じているものと予想されます。

宇⼟櫓⻄⽯垣の3Dレーザースキャン
宇⼟櫓zx≒-27.57m
0
宇⼟櫓の計測は加藤神社⿃居前から実施しyました。境内の植⽣により計測範囲が限られたため、北⽯垣は法⾯左下の座標データは⽋落しています。まずは⻄⽯垣の分析結果について解説します。

x≒27.57m
x宇⼟櫓⻄⽯垣：断⾯ごとの⽯垣形状｜x=0.0m（中央の断⾯）z

右図は宇⼟櫓⻄⽯垣の中央の断⾯の⽯垣形状です。城郭⽯垣は法尻から直線的に打ち出し、天端で鉛直になるよう徐々に反りx≒-27.57mを持たせて構築されますが、計測では下部した。

0z [m]が不⾃然にふくらんだ⽯垣形状が得られまy

地震前からこのような⽯垣形状であった
か、⼒学的な観点から⾒た補修の必要性、上部構造物（宇⼟櫓）の存在下での⽯垣補修の可能性といった点について、今後、精査していくことが必要になるでしょう。

xx≒27.57m

明らかな孕み出し理想的な⽯垣曲線とは明らかに異なる

y [m]

30 (

31.

1.9 3cx4m)

=.
z

90 (

1c6.
x = -27.6m

40
9160.

y.
c86.

x x = 27.6m

x = 14.3m(熊本城⽯垣の調査のまとめ崩壊した⽯垣について
・4/16本震により多数の崩壊が発⽣しています。
・⽯積みの剥離だけでなく、内部の地盤も含むすべり破壊のメカニズムが確認されました。このような崩壊機構を解明するには⽯積みと地盤の⼒学的相互作⽤を考慮した評価⼿法が必要です。

崩壊を免れた⽯垣について・複数箇所で⽯垣の孕み出しや勾配の不⾃然な変化が認められました。
・地震前の⽯垣（桑原，1984）との⽐較では、地震後の⽯垣が前⽅に押し出されていることを確認しました。
補修の必要性の判断について①伝統的な⽯垣曲線や地震前の計測値との更なる⽐較②⼒学的安定性の検討が必要になると考えます。

最後に・熊本城⽯垣とあわせて、通潤橋や霊台橋といった⽯橋や道路トンネルの分析も進めています。いずれも構造物の変状の有無や変状の理由を特定することが重要だと考えています。調査・分析の結果は随時、公開していく予定です。
・地震による変状を特定するには、建設当時の諸元や地震前の計測値との⽐較が必須になります。平時に熊本城⽯垣の勾配を計測された桑原⽂夫先⽣の先⾒性に敬意を表するとともに、関係者の皆様には⽯垣や⽯橋の点検・計測データをご提供頂きますようお願い申し上げます。