ＢＲＩ－Ｈ２７講演会テキスト

工学的基盤の傾斜が地盤震動特性に与える影響に関する研究
構造研究グループ 主任研究員

中川 博人

解析を行った 6)。図 1 は沖積谷地盤における任意の方位角・Ⅰ はじめに1995 年の兵庫県南部地震で見られた「震災の帯」や、2007入射角を有する SV 波入射時の地表面応答であるが、図 1 を年の能登半島地震で見られた局所的な被害やゆれの大きさを見るとわかるとおり、本研究で開発した解析プログラムの結説明する理由のひとつとして、盆地構造や基盤傾斜構造など、果(線)は既往の結果 7) (○)とほぼ一致している。

いわゆる不整形地盤の影響が指摘されている例えば、1)2)。不整形Ⅲ 基盤傾斜サイトにおける観測記録との比較

例えば、3)が、次いで、工学的基盤が傾斜しているサイト(いわき市役所)

地盤調査結果のあるサイトにおける観測記録との比較・検証において観測記録との比較を行った。市役所敷地内では 2011は必ずしも十分に行われておらず、実際の基盤傾斜サイトに年東北地方太平洋沖地震の余震観測が実施されており、敷地おける検討事例の蓄積が必要であると考えられる。また数値の北側と南側(図 2 の GL-N と GL-S に相当)で卓越周期が異な解析に限っていえば、入射波動が方位角・入射角を有する場ることが確認されている 8)。著者らは敷地周辺のボーリング合(2.5 次元解析)や、3 次元的な効果(3 次元解析)等についてのデータおよび近傍の PS 検層結果に基づいて浅部地盤モデル

検討は少なく、基盤傾斜の影響を評価するにあたっては、こを作成し、微動観測記録との比較を行っている 9)。得られたれらの問題に対する基礎的な知見の蓄積が重要と考えられる。

浅部地盤モデルをもとに図 2 に示す解析モデルを作成し、以上より本研究では、実際の基盤傾斜サイトを対象に実測記

FEM 解析を実施した 6)。図 3 は中心周波数 4Hz の Ricker ウェ録との比較を行うとともに、2.5 次元および 3 次元解析に基づーブレットを鉛直下方から方位角 45°で入射した場合のスナ

き基盤の傾斜が地盤震動特性に与える影響について検討した。

ップショットである。傾斜層や基礎の存在により波動場が複Ⅱ 解析手法と解析プログラムの検証雑となっていることがわかる。図 4 は余震観測記録のスペク

地盤を対象にした研究・検討はこれまでに多くある

上述のとおり、不整形地盤を対象とした波動伝播問題に関トル比を解析結果(SV 波入射、方位角を 45°、入射角を 0°、する研究は古くよりなされているが、3 次元有限要素法（以10°および 20°とした)と比較したものである。図 4 を見ると、

例えば、4)

観測記録および FEM 解析結果の 3～4Hz 付近で 1 次元解析結下、FEM）による入射解析においては、解析対象を取り囲む遠方地盤自体に斜面や傾斜層などの不整形性を有するを有する地盤に対して 3 次元的に地震波が入射する問題について、理論的に厳密な数値解は見当たらない。これに対し、

Normalized Amplitude

報告は少なく、左右の地盤に違いのある 2 次元的な不整形性85)プログラムを作成した 。解析は切欠き型の動的サブストラ
クチャー法に基づき、解析対象を有限要素によりモデル化して、境界にインピーダンスを付加するとともに入射波によるNormalized Amplitude

本研究では新たに上記の問題を解くことのできる FEM 解析ーダンスとして側方には伝達境界を、底面にはダッシュポットを付加し、3 次元 FEM では側方および底面境界へのインピーダンスとしてダッシュポットを、ドライビングフォースとして 2.5 次元解析結果を利用している。作成した解析プログ

Normalized Amplitude

ドライビングフォースを入力する。2.5 次元 FEM ではインピ

8Ux

6644220-3 -2
4
Uy-1012Ux

Ψ=0°(Vert. Inci.)
Ψ=30°
Ψ=60°

Geometry ofvalley embedded
in a half-space03 -3 -2
12Uy-1012312Uy
Ψ=0°(Vert. Inci.)
Ψ=30°
9Ψ=60°

392661330-3 -28Uz-10

120
3 -3 -28Uz-103 -3 -28Uz
Ψ=0°(Vert. Inci.)
Ψ=30°
6
Ψ=60°
0

12664442220-3

ラムの検証のため、図 1 右上に示す沖積谷地盤を対象とした－ 111 －-2-10
1y /a20
3 -3-2-10
1y /a203 -3-27)

-1

0

1-10
1y /a

図 1 沖積谷地盤における地表面応答解 との比較

6)

2323

果には現れないピークが認められ、不整形性による影響を示唆しているものと考えられる。また、今回の解析条件においては入射角の違いによって、解析結果には若干の差違がある
ものの大局的には変わらないように見える。これについては表層地盤のパラメータ等についてさらなる検討が必要である。

謝辞：いわき市役所より地盤調査資料を、福島県より地震観測記録をご提供いただきました。余震観測・微動観測等の実施にあたり、いわき市役所、建築研究所の他、たくさんの方々にご協力をいただきました。記して謝意を表します。
参考文献：1) Kawase：SRL、Vol. 67、No. 5、pp. 25-34、1996 2) 清水・前田：
AIJ 構造系論文集、No. 648、pp. 269-277、2010 3) 纐纈：JSCE 論文集、I-17、pp. 1-18、1991 4) 吉村・前田：AIJ 構造系論文集、No. 564、pp. 55-62、2003
5) Nakai & Nakagawa：EURODYN、
pp. 551-557、2014 6) Nakagawa et al.：10PCEE、Paper No. 159、8pp.、2015 7) de Barros & Luco：SDEE、Vol. 14、pp. 163-175、

Ⅳ 基盤の傾斜角度の違いが地盤震動特性に与える影響

1995 8) 鹿嶋・他：JAEE 大会、pp. 294-295、2011 9) 中川・他：JAEE 論文集、最後に、工学的基盤の傾斜角度の違いが地盤震動特性に与Vol. 15、No.7、pp. 60-71、2015 10) Nakagawa & Nakai：2ECEES、7pp.、2014

える影響に関する検討を行った。図 5 に解析結果の一例とし地盤に対して S 波を鉛直下方から入射した場合の伝達関数を示す 10)。ここでは基盤傾斜角だけでなく入射波の振動方向(方44Amplitude ratioて、3 種類の基盤傾斜角(6.3°、18.4°および 45°)を有する二層位角)についても、0°、45°および 90°の 3 ケースを検討してい0º10º

22468Frequency [Hz]10より相対的に基盤傾斜の影響が小さくなっていることがわか

Amplitude ratioを配した場合の解析結果について見ると、入力の相互作用にあるため、実際の建設状況に即した検討が望まれる。

1002Incident angle,Ψ10º02002468
Frequency [Hz]10002468
Frequency [Hz]

1002

θ36m

63m
Underlying Layer (Bedrock)
200m

200m

9m

150

560

1800

120

1000

1600

200

1390

1800

410

1720

1900

0º

Y

Vibration
Direction

X45ºY

Vibration
Direction

Induced by inclined boundary
Scattered wave

2.5-D Analysis (w/o Foundation)

Vibration
Direction

3-D Analysis (with Foundation)

スナップショット 6) (中心周波数 4Hz の Ricker wavelet
を鉛直下方から方位角 45°で S 波として入射した)

90º

Transfer functionYθ

Vs=400m/s211w/o Foundation
246810w/o Foundation
246810Vs=400m/s

Horizontally Layeredθ = 45°
θ = 18.4°
θ = 6.3°002with Foundation
2468 10
Horizontally Layeredθ = 45°
θ = 18.4°
θ = 6.3°002with Foundation
2468 10
Horizontally Layeredθ = 45°
θ = 18.4°
θ = 6.3°

1100

Massless Foundation
20x20x10m
Vs=200m/s
24m

1

1002

X

12m

2002Damping Factor = 7.5 / Vs

図 2 実地盤を対象とした FEM 解析モデルの概要 6)
Induced by inclined boundary

XTransfer function

GL-STransfer functionGL-CGL-NDensity[kg/m 3]
1600

Vs=200m/s

12m

Soil Properties
Vp[m/s]560

10

図 4 解析結果と観測記録の比較 6) (GL-S 地点/GL-N 地点)

ZVs[m/s]120468Frequency [Hz](b) 3-D Analysis (with Foundation)

Z36m

1020º2

Embedded Rigid Foundation(30x60x9m)

Incident S-wave

468
Frequency [Hz]4X

X(NS dir.)

図3468
Frequency [Hz]0º2

Azimuth angle,φY(EW dir.)24る。構造物への入力という観点からすると、地盤と基礎の条件によっては高振動数側で入力損失効果が見込まれる場合も00(a) 2.5-D Analysis (w/o Foundation)4は違いが見られ、地盤の 1 次固有振動数付近よりも高振動数
一方で、図 5 右に示すように無質量の正方形埋込み剛基礎

200波の振動方向によって 1 次元解析により得られた伝達関数と側において地盤の不整形性による影響が見てとれる。

20º20る。図 5 左を見るとわかるとおり、基盤の傾斜角および入射4w/o Foundation
2468Frequency [Hz]1000with Foundation
2468Frequency [Hz]10

図 5 基盤の傾斜角と振動方向が伝達関数に与える影響 10)－ 112 －