JP2000257054A - 地盤の地震応答解析方法及び地盤の液状化判定方法 - Google Patents

地盤の地震応答解析方法及び地盤の液状化判定方法

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JP2000257054A
JP2000257054A JP11064943A JP6494399A JP2000257054A JP 2000257054 A JP2000257054 A JP 2000257054A JP 11064943 A JP11064943 A JP 11064943A JP 6494399 A JP6494399 A JP 6494399A JP 2000257054 A JP2000257054 A JP 2000257054A
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earthquake response
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Harukazu Shimizu
治和 清水
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  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボーリング等の掘削を必要とすることなく簡
単な手法で建設場所の地盤物性値を正確に把握して地盤
の地震応答解析を行い、また地盤の液状化を判定する。 【解決手段】 調査対象の地盤の振動データを計測し
て、振動データと調査対象の地盤の近隣に関する既存の
データに基づいて調査対象の地盤の地震応答解析を行
う。また、調査対象の地盤の振動データを計測して、振
動データと調査対象の地盤の近隣に関する既存のデータ
に基づいて地盤の液状化を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、構造物等の耐震設
計に必要な地盤の地震応答解析方法、及び地盤の液状化
判定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】構造物等の耐震設計を行う場合には、表
面地盤の設計用入力地震波を規定して設計する必要があ
る。従来の方法では、過去に発生して地震計に記録され
た大地震波を利用していた。例えば1940年米国カリ
フォルニア州エル・セントロにおいて記録されたインペ
リアル・バレー地震(地震波名:エル・セントロ194
0NS)、1952年米国カリフォルニア州タフトにお
いて記録されたカーン・カントリー地震(地震波名:タ
フト1952NS)、1968八戸港湾において記録さ
れた十勝沖地震(地震波名:八戸1968NS)、最近
では1995年神戸海洋気象台において記録された阪神
大震災等がある。
【0003】ところで、地震は一般に、地下深い活断層
で発生し、その地震波は地中を伝搬し、表層地面で観測
されるので、記録された場所の地盤特性を含む。また、
地中の地震基盤において発生した地震であっても、硬い
地盤と軟弱な地盤では表層で観測される地震波の特性が
異なり、軟弱な地盤の場合の地震波は長周期成分を多く
含んだものとなる。したがって、構造物等の耐震を設計
する場合には、建設場所の地盤特性を反映した設計用入
力地震波を生成する必要がある。このため、建設場所の
地盤物性値を正確に把握して地盤の地震応答解析を行う
ことが重要であり、また、地盤の状況を把握するために
は建設場所の近隣の地盤データを把握することも必要で
ある。このような地盤の特性把握のために、地盤データ
ベースを利用することが特開平9−237262号公報
に記載されている。
【0004】また、日本建築学会の「建築基礎構造設計
指針」によれば、 1)飽和地盤の細粒土(0.074mm以下の粒径の土
粒子)含有率が低いほど 2)飽和地盤のN値が小さいほど 3)地下水位面が地表面に近いほど 4)地震入力が大きいほど 地盤の液状化が発生しやすいことが指摘されている。ま
た、これに基づいて、液状化発生に対する安全率として
Fl値を算出する手法が示され、Fl値が「1」より大
きい土層は液状化発生の可能性はないものと判定し、逆
に「1」以下となる土層はその可能性があり、値が
「1」より小さくなるほどその土層の液状化発生の危険
度が高いと判定する。
【0005】上記の「建築基礎構造設計指針」に従うた
めには、現地盤において標準貫入試験を行ってN値と地
下水位を求め、更に各土層毎にサンプリングを行い、室
内においてその粒度試験を行って、各土層における単位
体積重量と細粒分含有量を求める必要がある。そして、
これを20mの深さまで行うことが要求される。また、
他の従来の液状化判定方法としては、例えば特許第27
43875号に示されるように、地盤の常時微動を水平
方向成分と鉛直方向成分について測定し、水平方向成分
フーリエスペクトルに対する鉛直方向成分フーリエスペ
クトルのスペクトル比を算出し、このスペクトル比が広
い周波数帯域において「1」を下まわる地盤を、液状化
が発生する可能性が高い地盤と判定する方法がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、構造物
等の建設場所の地盤物性値を正確に把握するためには、
標準貫入試験等の原位置試験と室内試験を行う必要があ
るので、多大な労力と時間を要し、そのためコストもか
かるという問題点がある。なお、特開平9−23726
2号公報の方法では地盤データベースを利用して地震被
害の推定はデータベースより可能であるが、建設場所の
地盤物性値の取得方法が不明である。
【0007】また、上記の「建築基礎構造設計指針」に
そのまま従って地盤の液状化を判定しようとすると、現
位置試験と室内試験を行う必要があるので、多大な労力
と時間を要し、そのためコストもかかるという問題点が
ある。また、上記の特許第2743875号に示すよう
に地盤の常時微動に基づいて液状化を判定する方法は、
ボーリングを要しない現位置試験ではあるが、常時微動
は地盤全体の特性であるので、軟らかい砂地盤において
局所的に発生する液状化現象との相関性や、入力地震波
のレベル設定が不明であるという問題点がある。
【0008】本発明の第1の目的は、上記従来技術の問
題点に鑑み、ボーリング等の掘削を必要とすることなく
簡単な手法で建設場所の地盤物性値を正確に把握して地
盤の地震応答解析を行うことができる地盤の地震応答解
析方法を提供することにある。本発明の第2の目的は、
ボーリング等の掘削を必要とすることなく簡単な手法
で、しかも日本建築学会の「建築基準構造設計指針」に
沿った地盤の液状化判定方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記第1の目的を達成す
るために、調査対象の地盤の振動データを計測する第1
のステップと、前記第1のステップにより計測された振
動データと調査対象の地盤の近隣に関する既知のデータ
に基づいて調査対象の地盤の地震応答解析を行う第2の
ステップと、を有することを特徴とする。前記既知のデ
ータは、土質と単位体積重量のデータを含むことができ
る。また、調査対象の地盤の地盤物性値は前記既知のデ
ータから内挿して求めることができる。
【0010】上記方法によれば、既存のデータベースに
基づいて調査対象の地盤の地震応答解析を行うので、ボ
ーリング等の掘削を必要とすることなく簡単な手法で建
設場所の地盤物性値を正確に把握して地盤の地震応答解
析を行うことができる。前記第2の目的を達成するため
に、本発明は、調査対象の地盤の振動データを計測する
第1のステップと、前記第1のステップにより計測され
た振動データと調査対象の地盤の近隣に関する既存のデ
ータとに基づいて調査対象の地盤の液状化を判定する第
2のステップと、を有することを特徴とする。
【0011】前記既知のデータは、土質と地下水位のデ
ータを含むことができる。また、調査対象の地盤の液状
化判定に必要なデータは前記既知のデータから内挿する
ことによって求めることができる。この方法によれば、
既存のデータベースに基づいて地盤の液状化を判定する
ので、ボーリング等の掘削を必要とすることなく簡単な
手法でかつ確実に地盤の液状化を判定することができ
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。地盤のN値とS波速度Vsの相関
性は多方面で研究されており、例えば日本道路協会の道
路橋示方書V耐震設計編では次式により規定されてい
る。 粘性土層の場合 Vs=100N-3/1 (1≦N≦25) 砂質土層の場合 Vs=80N-3/1 (1≦N≦50) 地盤のS波速度Vsは、非貫入で計測可能な手法が提案
されており、したがって、地盤を貫入することなくN値
を推定することができる。また、他の地震応答解析に必
要な地下水位、土質、単位体積重量は、対象地盤の近隣
の既知データベースに基づいて推定することができる。
更に、そのデータベースに基づいて推定する方法として
は、対象地盤の近隣の既知データから内挿する場合と、
最も近い近隣のデータベースの値を利用する場合が考え
られる。
【0013】また、近年では、表面地盤から観測される
微動を振動センサにより検出し、その計測データを解析
することにより、地盤の層構造、性質等の特性を判定す
る地盤構造・解析判定方法が提案されている(例えば、
物理探査第50巻第2号93−106頁「短周期微動ア
レイ観測による盛岡市域の地下速度構造の推定」)。し
たがって、このような手法を利用することにより、地盤
のS波速度構造を非開削で計測することができる。次に
土質等を推定することが必要になる。阪神大震災以降、
震度計とその震度計設置地盤構造をデータベース化した
広範囲な監視体制が組まれ、そのデータベースの1つと
して科学技術庁防災科学技術研究所により公開されてい
るK−NETは、全国約25km間隔に1000箇所の
データを有する。
【0014】以下、実例に従い、本発明による地盤の地
震応答解析方法及び液状化判定方法を説明する。図1は
表面地盤において観測される微動を振動センサにより計
測し、その計測データを解析して得たS波速度構造(深
さ毎のS波速度Vs)を示している。縦軸は深度
(m)、横軸はVs(m/s)である。対象地盤の位置
は、緯度36.1675、経度140.0556の地点
である。次に、対象地盤近隣のデータベースをK−NE
Tより探索する。図2は対象地盤近隣(茨城県)のデー
タベース所在位置(○印)を示しており、図2より対象
地盤近隣のデータベースとして、IBR010(下妻)
とIBR011(つくば)を採用することにする。
【0015】図3はIBR010(下妻)とIBR01
1(つくば)の地盤データを示し、この地盤データは詳
しくは、深さ毎のP,S波速度と、単位体積重量と、土
質及び地下水位を含む。土質データにおいて、Flは埋
土、Vは火山灰質粘性土、Sは砂、Mはシルトを表す。
この2地点のデータは、図3から明らかなようにほぼ同
様なデータであり、また、対象地盤は図2から明らかな
ようにこのIBR010(下妻)とIBR011(つく
ば)の中間に位置するので、その地盤データもほぼ同様
なデータと推定することができる。複数の振動センサを
正多角形の頂点や中心にアレイ状に配置して振動データ
を計測した。また、対象地盤の微動は1Hzから30H
zに主たるピークを有する振動である。そして、この振
動データをもとにF−K方を用いてS波速度構造を求め
る。
【0016】図4は、対象地盤で計測して得た図1に示
すS波速度構造と、図3に示すIBR010(下妻)と
IBR011(つくば)の地盤データから得られる2地
点のS波速度構造を比較して示したものである。この図
から対象地盤のS波速度構造は、2地点のS波速度構造
を線形補間することで推定できることがわかる。したが
って、対象地盤の土質は図5に示すように、2地点の土
質を線形で内挿することにより推定することができる。
また、2地点の土の単位体積重量と地下水位は大きな相
違がないので、一例としてIBR011(つくば)のデ
ータを採用することにする。以上により、対象地盤の地
盤構造は図6に示すように推定することができる。
【0017】なお、上記方法では、対象地盤が既存デー
タベースの中間位置に存在する場合を例にして説明した
が、既存データベースに近接している場合にはその既存
データベースをそのまま利用してもよい。更に、既存デ
ータベースとしてK−NETを例にして説明したが、他
の公のデータベースや独自に作成したデータベースを利
用してもよい。
【0018】<第1の実施形態>以上のようにして得た
対象地盤のデータに基づいて地盤の地震応答解析を行
う。地震応答解析手法としては、重複反射理論により波
動方程式を定式化した解析手法(コード名:SHAK
E)が知られ、これにより地盤の非線形性を考慮するこ
とができる。計測されたS波速度Vsの適当な層(通常
はVs=400m/s)を工学的基礎として、基盤波を
設定・解析して表層地盤における応答波を算出する。こ
の際、各土質のひずみ依存特性を設定する必要がある
が、不覚乱試料を採取して室内試験を行う必要はなく、
すでに公表されているデータを利用すればよい。
【0019】図7は、構造物等の建設場所において地盤
特性を考慮した表面地盤の設計用入力地震波を生成する
ための処理を示している。まず、計測した振動データか
らの解析値(地盤のS波速度分布)を得(ステップ
1)、次いで既存のデータベースから推定値(地盤の土
質、地盤の単位体積重量)を得(ステップ2)、次いで
各土質毎にひずみ依存特性を決定し(ステップ3)、次
いで地震工学基盤と基盤波を設定し(ステップ4)、次
いで地震応答解析を行い(ステップ5)、次いで表面地
盤の設計用入力地震波を生成する(ステップ6)。
【0020】<第2の実施形態>前述した対象地盤のデ
ータを基に、対象地盤の液状化判定を日本建築学会の
「建築基礎構造設計指針」に準じて実施する。ここで、
N値の推定は、前述したN−Vsの相関式を利用し、ま
た細粒含有量Fcはその土質名の定義から安全側にとっ
て、砂:0%、砂質土:15%、シルト:50%、粘
土:100%とする。
【0021】図8及び図9は、地表面加速度が250g
alの場合と500galの場合の液状化判定を示して
いる。地表面加速度が250galの場合にはFl値が
「1」以上であって液状化が発生しないことを示し、地
表面加速度が500galの場合にはFl値が「1」以
下の層(G.L.−9m〜−12m、−18m〜−20
m)があり、局部的な液状化が考えられる。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、既存のデータベースに
基づいて調査対象の地盤の地震応答解析や液状化判定を
行うので、ボーリング等の掘削を必要とすることなく簡
単な手法で建設場所の地盤物性値を正確に把握して地盤
の地震応答解析あるいは液状化判定を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】S波速度構造を示す説明図。
【図2】対象地盤と近隣位置のデータベースの一例を示
す説明図。
【図3】近隣位置の地盤データを示す説明図。
【図4】対象地盤と近隣位置の各S波速度構造を比較し
て示す説明図。
【図5】対象地盤の土質の推定データを示す説明図。
【図6】対象地盤の地盤構造の推定データを示す説明
図。
【図7】地盤の地震応答解析方法の一例を説明するため
のフローチャート。
【図8】本発明による地盤の液状化判定の一例を示す説
明図。
【図9】本発明による地盤の液状化判定の一例を示す説
明図。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 調査対象の地盤の振動データを計測する
    第1のステップと、 前記第1のステップにより計測された振動データと調査
    対象の地盤の近隣に関する既知のデータに基づいて調査
    対象の地盤の地震応答解析を行う第2のステップと、を
    有することを特徴とする地盤の地震応答解析方法。
  2. 【請求項2】 前記既知のデータは、土質と単位体積重
    量のデータを含むことを特徴とする請求項1記載の地盤
    の地震応答解析方法。
  3. 【請求項3】 調査対象の地盤の地盤物性値を前記既知
    のデータから内挿して求めることを特徴とする請求項1
    記載の地盤の地震応答解析方法。
  4. 【請求項4】 調査対象の地盤の振動データを計測する
    第1のステップと、 前記第1のステップにより計測された振動データと調査
    対象の地盤の近隣に関する既存のデータとに基づいて調
    査対象の地盤の液状化を判定する第2のステップと、を
    有することを特徴とする地盤の液状化判定方法。
  5. 【請求項5】 前記既知のデータは、土質と地下水位の
    データを含むことを特徴とする請求項4記載の地盤の液
    状化判定方法。
  6. 【請求項6】 調査対象の地盤の液状化判定に必要なデ
    ータを前記既知のデータから内挿することによって求め
    ることを特徴とする請求項4記載の地盤の液状化判定方
    法。
JP11064943A 1999-03-11 1999-03-11 地盤の地震応答解析方法及び地盤の液状化判定方法 Withdrawn JP2000257054A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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