JP6887630B2 - Seismic motion estimation method - Google Patents
Seismic motion estimation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6887630B2 JP6887630B2 JP2019034662A JP2019034662A JP6887630B2 JP 6887630 B2 JP6887630 B2 JP 6887630B2 JP 2019034662 A JP2019034662 A JP 2019034662A JP 2019034662 A JP2019034662 A JP 2019034662A JP 6887630 B2 JP6887630 B2 JP 6887630B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ground
- seismic
- seismic motion
- transfer function
- point
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 title claims description 200
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 147
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 98
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 82
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 72
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 69
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 40
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 19
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 45
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 27
- 230000004044 response Effects 0.000 description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 9
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 7
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
本発明は地震動推定方法に関する。 The present invention relates to a method for estimating ground motion.
地震対策等のためには、地震が起こった場合どの程度の地震動が生じるかを推定することが必要となる。従来、このような地震動推定方法として、地下の基盤面上から地表面の間に存在する表層地盤の地質特性を把握し、その地盤データと基盤面上で計算された地震波から地表における地震動パラメタを算出する地震動推定方法が知られている(例えば、非特許文献1及び非特許文献2)。
For earthquake countermeasures, it is necessary to estimate how much seismic motion will occur in the event of an earthquake. Conventionally, as such a method for estimating ground motion, the geological characteristics of the surface layer existing between the underground base surface and the ground surface are grasped, and the seismic motion parameters on the ground surface are obtained from the ground data and the seismic waves calculated on the base surface. A method for estimating seismic motion to be calculated is known (for example, Non-Patent
こうした地震動推定方法を用いて広域的な地震動推定を行う場合、まず対象領域を一定区画(以下、「メッシュ」という)に分割し、各メッシュ内外にある地盤データから地盤モデルを作成する。しかし、上記従来の地震動推定方法では、同一メッシュ内での地盤データを単一の地盤モデルで代表するため、地震動パラメタの空間分布が無視され、正確な地震動推定マップを作成することはできない。 When performing wide-area seismic motion estimation using such a seismic motion estimation method, the target area is first divided into fixed sections (hereinafter referred to as "mesh"), and a ground model is created from the ground data inside and outside each mesh. However, in the above-mentioned conventional seismic motion estimation method, since the ground data in the same mesh is represented by a single ground model, the spatial distribution of the seismic motion parameters is ignored, and an accurate seismic motion estimation map cannot be created.
この問題を解決するため、地盤データの採取地点における地震動の指標となる推定特定地点地震動パラメタを算出し、クリギングの手法によって、任意地点又は任意領域において補間された補間地震動パラメタと、その補間精度とを算出するという地震動推定方法が提案されている(特許文献1)。この地震動推定方法によれば、任意の空間における地震動パラメタの分布推定及びその精度推定が可能となる。また、実際に起こった実地震において計測された地震動パラメタと、当該地震の震源推定や工学的基盤面やこれより深部に設置された地震計により実測された記録から再現された地震動パラメタとの、より有意な統計的キャリブレーションが可能となった。 In order to solve this problem, the estimated specific point seismic motion parameter, which is an index of the seismic motion at the point where the ground data is collected, is calculated, and the interpolated seismic motion parameter interpolated at an arbitrary point or an arbitrary area by the kriging method, and its interpolation accuracy. A method for estimating ground motion has been proposed (Patent Document 1). According to this seismic motion estimation method, it is possible to estimate the distribution of seismic motion parameters in an arbitrary space and estimate the accuracy thereof. In addition, the seismic motion parameters measured in the actual earthquake that actually occurred and the seismic motion parameters reproduced from the records actually measured by the epicenter estimation of the earthquake, the engineering base surface, and the seismograph installed deeper than this. More significant statistical calibration is possible.
しかし、上記特許文献1に記載の地震動推定方法では、次の1)〜4)の問題があった。すなわち、
1)将来発生する地震を対象としているため、推定される地震の震源を想定しなければならない。
2)震源から地下の基盤面まで伝播する地震波を計算しなければならない。
3)また、震源の想定や、想定した震源から基盤面までの地震波の計算が複雑で時間がかかるという問題があった。
「4)このため、将来発生するであろう想定地震に対する被害想定を行う場合と比較して、実際の地震発生直後に、迅速かつ高精度に、しかも建物ごとといった詳細に地震動を推定し、被害想定を求めることが困難であった。」
5)また、震源から地下の基盤面まで伝播する地震波を計算する過程で計算誤差が生じる可能性もあった。
However, the seismic motion estimation method described in
1) Since the target is earthquakes that will occur in the future, the epicenter of the estimated earthquake must be assumed.
2) Seismic waves propagating from the epicenter to the underground basement surface must be calculated.
3) In addition, there is a problem that the hypocenter assumption and the calculation of the seismic wave from the assumed epicenter to the basement surface are complicated and time-consuming.
"4) For this reason, compared to the case of estimating damage to an assumed earthquake that will occur in the future, the earthquake motion is estimated quickly and accurately immediately after the actual earthquake, and the damage is estimated for each building in detail. It was difficult to make assumptions. "
5) In addition, there is a possibility that a calculation error may occur in the process of calculating the seismic wave propagating from the epicenter to the underground basement surface.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、1)地震の震源を想定する必要がなく、2)震源から地下の基盤面まで伝播する地震波の計算をする必要もなく、3)現在発生している地震を基に迅速に地震動を推定できる方法を提供することを解決すべき課題としている。 The present invention has been made to solve the above problems, and 1) there is no need to assume the epicenter of an earthquake, 2) there is no need to calculate the seismic wave propagating from the epicenter to the underground basement surface, and 3) The issue to be solved is to provide a method that can quickly estimate the seismic motion based on the earthquake that is currently occurring.
第1発明の地震動推定方法は、地震発生時における地震波を観測する地震波観測工程と、観測された地震波から地表の観測地点での地震動パラメタを算出する観測地点地震動パラメタ算出工程と、該地表の観測地点での地震動パラメタから、地震動パラメタの空間分布を算出する地表面空間分布算出工程と、該地震動パラメタの空間分布から任意地点の地表面の地震動パラメタを算出する任意地表面地震動パラメタ算出工程と、該任意地点の地表面での地震動パラメタから該任意地点の地震動を算出する任意地表面地震動算出工程と、を備えることを特徴とする。
なお、本発明における地震動パラメタとしては、フーリエ振幅スペクトル、パワースペクトル、最大加速度、最大速度、計測地震動、スペクトル強さ等が挙げられる。
The seismic motion estimation method of the first invention includes a seismic wave observation process for observing seismic waves at the time of an earthquake, an observation point seismic motion parameter calculation process for calculating seismic motion parameters at an observation point on the ground surface from the observed seismic waves, and observation of the ground surface. A ground surface space distribution calculation process that calculates the spatial distribution of the ground motion parameter from the seismic motion parameter at the point, and an arbitrary ground motion parameter calculation process that calculates the seismic motion parameter of the ground surface at an arbitrary point from the spatial distribution of the seismic motion parameter. It is characterized by comprising an arbitrary ground surface seismic motion calculation step of calculating the seismic motion of the arbitrary point from the seismic motion parameter on the ground surface of the arbitrary point.
The seismic motion parameters in the present invention include a Fourier amplitude spectrum, a power spectrum, a maximum acceleration, a maximum velocity, a measured seismic motion, a spectral strength, and the like.
第1発明の地震動推定方法によれば、地震発生時における観測された地震波を基に地震動を推定するため、地震の震源を想定する必要がない。また、震源から地下の基盤面まで伝播する地震波の計算をする必要もない。このため、迅速に地震動の空間分布を推定することができる。 According to the seismic motion estimation method of the first invention, since the seismic motion is estimated based on the seismic wave observed at the time of the occurrence of the earthquake, it is not necessary to assume the epicenter of the earthquake. In addition, it is not necessary to calculate the seismic waves propagating from the epicenter to the underground basement surface. Therefore, the spatial distribution of seismic motion can be estimated quickly.
上記第1発明の地震動推定方法は、推定対象領域内とその周辺の地表に地震観測ができる地震計が自己相関距離に対して充分に密に設置されており、それらの地震計によって地震動を計測できる場合において、任意地点の地震動を精度良く推定することができる。 In the seismic motion estimation method of the first invention, seismographs capable of observing earthquakes in and around the estimation target area are installed sufficiently densely with respect to the autocorrelation distance, and the seismic motion is measured by these seismographs. If possible, the seismic motion at any point can be estimated accurately.
しかしながら、推定対象領域内とその周辺の地表に地震観測ができる地震計が自己相関距離に対して充分に密に設置されていない場合には、任意地点の地震動の推定精度が悪くなるおそれがある。この様な場合の地震動の推定方法として、発明者は、地表と比較して自己相関距離が長い基盤上の地震動の分布を利用することを考えた。その理由は次の通りである。 However, if seismographs capable of observing earthquakes in and around the estimation target area are not installed sufficiently densely with respect to the autocorrelation distance, the estimation accuracy of seismic motion at arbitrary points may deteriorate. .. As a method of estimating the ground motion in such a case, the inventor considered using the distribution of the ground motion on the basement having a long autocorrelation distance as compared with the ground surface. The reason is as follows.
ある地点における地震動を推定(強震動推定)するためには、震源から推定する地点までの距離や方向や地表付近の表層地盤の特性を考慮しなくてはならない。それらの中でも表層地盤は、それより深いところにある基盤と比べて同じ領域でも地震動の変動は大きい。なぜならば、地表面近くの表層地盤は、一般に基盤と比較して不均質であり、そこまで伝わってきた揺れが狭い領域でも大きく変化するからである(図1参照)。このため、強震動推定をする場合には、地盤の影響を大きく受けないところ(すなわち基盤面)までの地震動を、まず観測地点で観測した地震波から該観測地点の地表面の地震動を計算し、次に該観測地点の地表面の地震動から該観測地点の基盤面の地震動を、別の方法で評価した表層地盤の伝達関数(これを表層地盤の逆解析用伝達関数という)を利用して算出(これを逆解析という)し、次にこれらの計算値から基盤面での地震動パラメタの空間分布を計算し、次に任意地点の基盤面から該当任意地点の地表面の地震動を算出(これを順解析という)する表層地盤の伝達関数(これを表層地盤の順解析用伝達関数という)を別の方法で評価し、利用するという方法がとることが合理的である。基盤面での地震動は安定しておりそれほどの変化はないため、表層地盤による影響を正確に推定することが可能となり、推定計算も短時間でできるからである。また、この方法では、震源から地下の基盤面まで伝播する地震波を計算する必要がないため、計算時間や計算誤差を大きく減じされるという利点も生じる。 In order to estimate the ground motion at a certain point (strong ground motion estimation), it is necessary to consider the distance and direction from the epicenter to the estimated point and the characteristics of the surface layer near the ground surface. Among them, the surface ground has a large fluctuation in ground motion even in the same area as the basement deeper than it. This is because the surface layer near the ground surface is generally inhomogeneous compared to the basement, and the shaking transmitted to that point changes significantly even in a narrow area (see FIG. 1). For this reason, when estimating strong ground motion, the ground motion up to a place that is not significantly affected by the ground (that is, the basement surface) is first calculated from the seismic waves observed at the observation point, and the ground motion at the observation point is calculated. Next, the seismic motion of the basement surface of the observation point is calculated from the ground motion of the observation point using the transmission function of the surface layer ground (this is called the transmission function for inverse analysis of the surface layer ground) evaluated by another method. (This is called inverse analysis), then the spatial distribution of the seismic motion parameters on the basement surface is calculated from these calculated values, and then the seismic motion of the ground surface at the relevant arbitrary point is calculated from the basement surface at any point (this is called reverse analysis). It is rational to evaluate and use the transfer function of the surface ground (called the transfer function for forward analysis of the surface ground) by another method. This is because the seismic motion on the foundation surface is stable and does not change so much, so it is possible to accurately estimate the effect of the surface layer ground, and the estimation calculation can be done in a short time. In addition, this method does not need to calculate the seismic wave propagating from the epicenter to the underground basement surface, so that there is an advantage that the calculation time and the calculation error are greatly reduced.
すなわち、第2発明の地震動推定方法は、
調査地点における地震データ及び/又は地盤データから該調査地点における表層地盤において順解析および逆解析を実施できる伝達関数を算出する表層地盤伝達関数算出工程と、
該調査地点における表層地盤の伝達関数から表層地盤の順解析および逆解析を実施できる伝達関数の空間分布を算出する表層地盤伝達関数空間分布算出工程と、
該調査地点における表層地盤の順解析および逆解析の伝達関数及び該表層地盤の順解析および逆解析の伝達関数の空間分布から任意地点における表層地盤の順解析および逆解析を実施できる伝達関数の空間補間値を算出する空間補間関数算出工程と、
算出された該表層地盤の伝達関数の順解析および逆解析のための空間補間関数のデータベースを構築するデータベース構築工程と、
地震発生時における地震波を観測する地震波観測工程と、
該地震発生時における地震波から地表面での地震動パラメタを算出する地震動パラメタ算出工程と、
該地表面での地震動パラメタと、前記データベース構築工程において構築された表層地盤の逆解析のための伝達関数の空間補間関数のデータベースから基盤面の地震動パラメタを算出する基盤面地震動パラメタ算出工程と、
該基盤面の地震動パラメタの空間分布を算出する基盤面空間分布算出工程と、
該基盤面の地震動パラメタの空間分布算から任意地点の基盤面の地震動パラメタを算出する任意基盤面地震動パラメタ算出工程と、
該任意地点の基盤面での地震動パラメタと、前記データベース構築工程において構築された表層地盤の順解析のための伝達関数の空間補間関数のデータベースから、該任意地点の地表面での地震動パラメタを算出する任意地表面地震動パラメタ算出工程と、
該任意地点の地表面での地震動パラメタから該任意地点の地震動を算出する任意地表面地震動算出工程とを備えることを特徴とする。
That is, the seismic motion estimation method of the second invention is
A surface layer transfer function calculation process that calculates a transfer function that can perform forward and reverse analysis on the surface ground at the survey point from the seismic data and / or ground data at the survey point.
A surface ground transfer function spatial distribution calculation step for calculating the spatial distribution of the transfer function capable of performing forward and inverse analysis of the surface ground from the transfer function of the surface ground at the survey point.
From the spatial distribution of the transfer function of the forward and reverse analysis of the surface ground at the survey point and the transfer function of the forward and reverse analysis of the surface ground, the space of the transfer function that can perform the forward and reverse analysis of the surface ground at any point. Spatial interpolation function calculation process to calculate the interpolation value and
A database construction process for constructing a database of spatial interpolation functions for forward analysis and inverse analysis of the calculated transfer function of the surface layer, and
Seismic wave observation process for observing seismic waves at the time of an earthquake,
The seismic motion parameter calculation process for calculating the seismic motion parameters on the ground surface from the seismic waves at the time of the occurrence of the earthquake, and
The ground motion parameter calculation process for calculating the ground motion parameters of the basement surface from the database of the ground motion parameters on the ground surface and the spatial interpolation function of the transfer function for the inverse analysis of the surface layer constructed in the database construction process.
The base plane space distribution calculation process for calculating the spatial distribution of the seismic motion parameters of the base plane, and
Arbitrary basement surface seismic motion parameter calculation process for calculating the seismic motion parameter of the basement surface at an arbitrary point from the spatial distribution calculation of the seismic motion parameter of the basement surface,
From the database of the seismic motion parameters on the basement surface of the arbitrary point and the spatial interpolation function of the transfer function for forward analysis of the surface layer constructed in the database construction process, the seismic motion parameters on the ground surface of the arbitrary point are calculated. Arbitrary ground motion parameter calculation process and
It is characterized by including an arbitrary ground surface seismic motion calculation step for calculating the seismic motion of the arbitrary point from the seismic motion parameter on the ground surface of the arbitrary point.
第1発明及び第2発明の地震動推定方法では、さらに、任意地表面地震動算出工程によって算出した任意地点の地震動及び/又は地震動パラメタから建物の被害確率を算出する被害確率算出工程を備えることもできる。これにより、地震発生があった場合の任意地点での建物の被害確率を迅速に求めることができる。 The seismic motion estimation methods of the first invention and the second invention may further include a damage probability calculation step of calculating the damage probability of the building from the seismic motion and / or the seismic motion parameter of the arbitrary point calculated by the arbitrary ground surface seismic motion calculation step. .. This makes it possible to quickly determine the probability of damage to a building at any point in the event of an earthquake.
さらに、第2発明の方法、特にデータベースを活用すれば、将来生じる可能性のある震源想定から計算された基盤上の地震波から、直ちに地表における地震動を計算することも可能である。同時に、地表および基盤面上で、背景技術において示したキャリブレーションの実施が可能となり、地震発生毎に、地震動の推定精度を向上されることができる。 Furthermore, by utilizing the method of the second invention, particularly the database, it is possible to immediately calculate the seismic motion on the ground surface from the seismic waves on the basement calculated from the hypocenter assumption that may occur in the future. At the same time, it is possible to carry out the calibration shown in the background technology on the ground surface and the basement surface, and it is possible to improve the estimation accuracy of the seismic motion every time an earthquake occurs.
また、地震被害発生時の実際のデータによって前記被害確率算出工程における建物の被害確率を補正する実データ補正工程を備えることもできる。実データ補正工程を行うことによって、さらに地震被害確率推定の信頼性を高めることができる。 Further, it is also possible to provide an actual data correction step of correcting the damage probability of the building in the damage probability calculation step based on the actual data at the time of the occurrence of earthquake damage. By performing the actual data correction process, the reliability of the earthquake damage probability estimation can be further improved.
以下、本発明の地震動推定方法を具体化した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments that embody the seismic motion estimation method of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
実施形態1は第1発明の地震動推定方法であり、図2に示す工程図に従って説明する。
(Embodiment 1)
The first embodiment is the seismic motion estimation method of the first invention, and will be described with reference to the process diagram shown in FIG.
<地震波観測工程S1>
まず地震発生時における地震波を観測する。ここで、地震波が観測される場所としては、地震計等が設置された観測地点である。
<Seismic wave observation process S1>
First, observe the seismic waves when an earthquake occurs. Here, the place where the seismic wave is observed is the observation point where the seismograph or the like is installed.
<観測地点地震動パラメタ算出工程S2>
そして、観測地点で観測された地震波のスペクトル解析などを行うことによって、地表の観測地点での地震動パラメタを算出する。すなわち、地表の観測地点での地震波のフーリエ解析等により、地震動パラメタを算出する。
<Observation point seismic motion parameter calculation process S2>
Then, the seismic motion parameters at the observation points on the ground surface are calculated by performing spectral analysis of the seismic waves observed at the observation points. That is, the seismic motion parameters are calculated by Fourier analysis of seismic waves at observation points on the ground surface.
<地表面空間分布算出工程S3>
さらに、算出された観測地点での地震動パラメタから、地震動パラメタの空間分布を算出する。
<Ground surface space distribution calculation step S3>
Furthermore, the spatial distribution of the seismic motion parameters is calculated from the calculated seismic motion parameters at the observation point.
<任意地表面地震動パラメタ算出工程S4>
そして、地表の観測地点での地震動パラメタの空間分布から任意地点の地表面の地震動パラメタを算出する。
<Arbitrary ground motion parameter calculation process S4>
Then, the seismic motion parameter of the ground surface at an arbitrary point is calculated from the spatial distribution of the seismic motion parameter at the observation point on the ground surface.
<任意地表面地震動算出工程S5>
最後に、任意地点の地表面での地震動パラメタから任意地点の地震動を算出する。
<Arbitrary ground motion calculation process S5>
Finally, the seismic motion at an arbitrary point is calculated from the seismic motion parameters on the ground surface at the arbitrary point.
実施形態1の地震動推定方法では、推定対象領域内とその周辺の地表に地震観測ができる地震計が自己相関距離に対して充分に密に設置されており、それらの地震計によって地震動を計測できる場合において、任意地点の地震動を精度良く推定することができる。
しかしながら、推定対象領域内とその周辺の地表に地震観測ができる地震計が自己相関距離に対して充分に密に設置されていない場合には、任意地点の地震動の推定精度が悪くなるおそれがある。この様な場合には、次の実施形態2の地震動推定方法により、推定することが好ましい。
In the seismic motion estimation method of the first embodiment, seismographs capable of observing earthquakes in and around the estimation target area are installed sufficiently densely with respect to the autocorrelation distance, and the seismic motion can be measured by these seismographs. In some cases, the seismic motion at any point can be estimated accurately.
However, if seismographs capable of observing earthquakes in and around the estimation target area are not installed sufficiently densely with respect to the autocorrelation distance, the estimation accuracy of seismic motion at arbitrary points may deteriorate. .. In such a case, it is preferable to estimate by the following seismic motion estimation method of the second embodiment.
(実施形態2)
実施形態2は第2発明の地震動推定方法であり、図3に示す工程図に従って説明する。
(Embodiment 2)
The second embodiment is the seismic motion estimation method of the second invention, and will be described with reference to the process diagram shown in FIG.
<表層地盤伝達関数算出工程S11>
まず、調査地点における地震データ及び/又は地盤データから該調査地点における表層地盤の順解析、逆解析用の伝達関数を算出する。ここで地震データとは、地震計や微動計等で観測された地震に関するデータ(例えば、加速度波形、加速度波形から計算される地震動パラメタ、震源情報データ等)の全てを意味する。また、地盤データとは、N値やボーリングデータ(地層の種類、層厚、単位体積重量、微地形情報、せん断弾性波速度等)等、地震動との相関性を有する地盤データの全てを意味する。ボーリング調査は地盤に関する情報を採取しやすく、採取される情報は地震動を推定する上で有効な情報となるため地盤データとして好適である。また、測定が容易なN値をせん断弾性波速度の算出に利用することもできる。さらに、地盤データは、ボーリング調査や標準貫入試験の他、物理探査法やサウンディングによるデータ、微地形に関するデータ等であってもよい。また、技術者が適切と判断したその他の地盤データを採用することも可能である。各地点における地震観測記録(あるいは人工的な地震の観測記録)も含まれる。
<Surface ground transfer function calculation process S11>
First, the transfer function for forward analysis and inverse analysis of the surface layer ground at the survey point is calculated from the seismic data and / or the ground data at the survey point. Here, the seismic data means all the data related to the earthquake observed by the seismograph, the microtremor, etc. (for example, the acceleration waveform, the seismic motion parameter calculated from the acceleration waveform, the seismic source information data, etc.). In addition, the ground data means all the ground data having a correlation with the seismic motion, such as N value and boring data (type of stratum, layer thickness, unit volume weight, microtopography information, shear elastic wave velocity, etc.). .. Boring surveys are suitable as ground data because it is easy to collect information about the ground and the collected information is useful information for estimating seismic motion. Further, the N value, which is easy to measure, can be used for calculating the shear elastic wave velocity. Further, the ground data may be data by geophysical exploration method or sounding, data on microtopography, etc., in addition to boring survey and standard penetration test. It is also possible to adopt other ground data that the engineer deems appropriate. Seismic observation records (or artificial earthquake observation records) at each point are also included.
<表層地盤伝達関数空間分布算出工程S12>
そして、該調査地点における表層地盤の順解析、逆解析用の伝達関数から表層地盤の順解析、逆解析用の伝達関数の空間分布を算出する。空間分布および補間の方法については、クリギング法の他、スプライン方法、逆距離加重方法等を組み合わせて、あるいは単独で、利用することができる。ここでは、一例として、クリギング手法を用いる方法を示す。
すなわち、ここでは、一例として、地震動パラメタがフーリエ振幅スペクトルで、地表面のフーリエ振幅スペクトルがGs(f)、基盤面のフーリエ振幅スペクトルがBs(f)とするとき、順解析の伝達関数は次式で表せるものとする。
Then, the spatial distribution of the transfer function for the forward analysis and the inverse analysis of the surface layer is calculated from the transfer function for the forward analysis and the inverse analysis of the surface layer at the survey point. As for the spatial distribution and interpolation methods, in addition to the kriging method, a spline method, an inverse distance weighting method, and the like can be used in combination or independently. Here, as an example, a method using the kriging method is shown.
That is, here, as an example, when the seismic motion parameter is the Fourier amplitude spectrum, the Fourier amplitude spectrum of the ground surface is Gs (f), and the Fourier amplitude spectrum of the base surface is Bs (f), the transfer function of the forward analysis is as follows. It shall be possible to express it by an expression.
また、こうして同定されたバリオグラムをもとに、確率場モデルを利用して2点間距離hの関数で表現された共分散関数を同定する。ここで、確率場モデルとしては、指数共分散モデル(Exponential model)、ガウス型モデル(Gaussian model)、球型共分散モデル(Spherical model)、Hole-effect model、ナゲット効果型モデル(Nugget-effect model)、べき乗モデル(Power model、Linear model)等を用いることができる。確率場モデルの選択や各モデルのパラメタの決定にはAIC(赤池統計量基準)や最尤法等を利用することができる。 Further, based on the variogram thus identified, the covariance function expressed by the function of the distance between two points h is identified by using the random field model. Here, the random field models include an exponential model, a Gaussian model, a spherical covariance model, a Hole-effect model, and a Nugget-effect model. ), Power model, Linear model, etc. can be used. AIC (Akaike Statistic Criterion), maximum likelihood method, etc. can be used to select the random field model and determine the parameters of each model.
<空間補間関数算出工程S13>
さらに、調査地点における表層地盤の伝達関数及び該表層地盤の伝達関数の空間分布から、任意地点における表層地盤の伝達関数の空間補間値を算出する。
例えば、任意地点S0での表層地盤の伝達関数Z(S0)をn個の推定特定地点Siにおける表層地盤の伝達関数Z(Si)の加重平均で算出する。すなわち、次式で示される線形回帰推定量Z(S0)の変形式を導入する。ここで、μ(S0)およびμ(Si)は、それぞれZ(S0)およびZ(Si)の期待値である。
<Spatial interpolation function calculation process S13>
Further, the spatial interpolation value of the transfer function of the surface layer at an arbitrary point is calculated from the spatial distribution of the transfer function of the surface layer at the survey point and the transfer function of the surface layer.
For example, the transfer function Z (S0) of the surface layer ground at an arbitrary point S0 is calculated by the weighted average of the transfer function Z (Si) of the surface layer ground at n estimated specific points Si. That is, a modified equation of the linear regression estimator Z (S0) represented by the following equation is introduced. Here, μ (S0) and μ (Si) are expected values of Z (S0) and Z (Si), respectively.
また、λiは、Z(S0)を加重平均で算出する際のZ(Si)に対する重み係数で次式が成立する。 Further, λi is a weighting coefficient with respect to Z (Si) when Z (S0) is calculated by a weighted average, and the following equation is established.
この時、サイトバリオグラム算出工程S2で同定された共分散関数をもとに、推定量Z(S0)が不偏性を満足し、推定誤差分散σ2(S0)を最小化するという条件のもとでλiを決定し、任意地点S0における推定量Z(S0)の期待値E[Z(S0)]とその推定誤差分散σ2(S0)を算出する。すなわち、(4)式の条件下で、(5)式を最小化することによりλiを決定する。 At this time, based on the covariance function identified in the cytovariogram calculation step S2, the estimator Z (S0) satisfies the unbiasedness and the estimated error variance σ2 (S0) is minimized. λi is determined, and the expected value E [Z (S0)] of the estimator Z (S0) at the arbitrary point S0 and its estimated error variance σ2 (S0) are calculated. That is, under the condition of Eq. (4), λi is determined by minimizing Eq. (5).
この時、決定されたλiを次式に代入して算出した推定量の期待値E[Z(S0)]をS0における補間地震動パラメタとし、最小化された式(5)の推定誤差分散σ2(S0)をS0における補間精度とすることができる。 At this time, the expected value E [Z (S0)] of the estimator calculated by substituting the determined λi into the following equation is used as the interpolated seismic motion parameter in S0, and the estimated error variance σ2 (5) of the minimized equation (5) is used. S0) can be the interpolation accuracy in S0.
また、任意地点における補間地震動パラメタと補間精度を算出する手法を拡張することにより、任意領域における補間地震動パラメタと補間精度を算出することもできる。 Further, by extending the method of calculating the interpolated ground motion parameter and the interpolation accuracy at an arbitrary point, the interpolated ground motion parameter and the interpolation accuracy in an arbitrary region can be calculated.
なお、トレンド成分を考慮して解析を行うこともできる。例えば、トレンドが一定でかつ既知という条件で解析するシンプル(単純)クリギング、トレンドが未知という条件で解析を行うオーディナリー(通常)クリギング、トレンドを位置の関数の線形結合として解析するユニバーサル(普遍)クリギング、ノンリニア(非線形)等の手法を用いることができる。 The analysis can also be performed in consideration of the trend component. For example, simple (simple) kriging that analyzes the trend on the condition that it is constant and known, ordinary (normal) kriging that analyzes on the condition that the trend is unknown, and universal kriging that analyzes the trend as a linear combination of functions of position. , Non-linear (non-linear) and other methods can be used.
<データベース構築工程S14>
そして、算出された表層地盤の伝達関数の空間補間関数のデータベースをコンピュータの記憶部に格納する。
<Database construction process S14>
Then, the database of the calculated spatial interpolation function of the transfer function of the surface layer is stored in the storage unit of the computer.
<地震波観測工程S15>
そして、地震発生時において、地震波を観測する。
<Seismic wave observation process S15>
Then, when an earthquake occurs, the seismic wave is observed.
<地表面地震動パラメタ算出工程S16>
さらに、地表面地震動パラメタ算出工程S16として、地震発生時における観測地震波から地震動パラメタ(例えば、地震波のスペクトル解析を行うことによって地表面でのフーリエ振幅スペクトル)を算出する。
<Ground motion parameter calculation process S16>
Further, as the ground surface seismic parameter calculation step S16, the seismic motion parameter (for example, the Fourier amplitude spectrum on the ground surface by performing spectral analysis of the seismic wave) is calculated from the observed seismic wave at the time of occurrence of the earthquake.
<基盤面地震動パラメタ算出工程S17>
そして、基盤面地震動パラメタ算出工程S17として、地表面での地震動パラメタ対して、データベース構築工程において構築された表層地盤の逆解析用の伝達関数の空間補間関数のデータベースを利用して逆解析を行うことによって、基盤面の地震動パラメタを算出する。ここで、基盤面とは、地表近くの表層地盤の影響を大きく受けない境界面をいい、図1に示した基盤面や地震基盤面を含む概念である。以上のようにして地表面での地震動パラメタから基盤面での地震動パラメタが求められる。
<Base surface seismic motion parameter calculation process S17>
Then, as the basement surface seismic motion parameter calculation step S17, the seismic motion parameter on the ground surface is subjected to inverse analysis using the database of the spatial interpolation function of the transfer function for inverse analysis of the surface layer constructed in the database construction step. By doing so, the seismic motion parameters of the basement surface are calculated. Here, the basement surface refers to a boundary surface that is not significantly affected by the surface layer ground near the ground surface, and is a concept including the basement surface and the earthquake basement surface shown in FIG. As described above, the seismic motion parameter on the basement surface can be obtained from the seismic motion parameter on the ground surface.
<基盤面空間分布算出工程S18>
さらに、基盤面空間分布算出工程S18として、該地震波観測地点における基盤面の地震動パラメタからクリギング法などを利用し、地震動パラメタの空間分布を算出す。この時の空間分布計算には、クリギング法の他、スプライン方法、逆距離加重方法等を組み合わせて、あるいは単独で、利用することができる。
<Base surface space distribution calculation step S18>
Further, as the base surface spatial distribution calculation step S18, the spatial distribution of the seismic motion parameters is calculated from the seismic motion parameters of the base plane at the seismic wave observation point by using the kriging method or the like. In addition to the kriging method, the spline method, the inverse distance weighting method, and the like can be used in combination or independently for the spatial distribution calculation at this time.
<任意基盤面地震動パラメタ算出工程S19>
そして、任意基盤面地震動パラメタ算出工程S19として、算出された該地震波観測地点の基盤面での地震動パラメタと、前項で計算した基盤面での空間分布から、基盤面の任意地点における地震動パラメタを算出する。
<Arbitrary base surface seismic motion parameter calculation process S19>
Then, as the arbitrary base plane seismic motion parameter calculation step S19, the seismic motion parameter at the arbitrary base surface is calculated from the calculated seismic motion parameter on the base plane of the seismic wave observation point and the spatial distribution on the base plane calculated in the previous section. To do.
<任意地表面地震動パラメタ算出工程S20>
さらに、任意地表面地震動パラメタ算出工程S20として、任意地点の基盤面での地震動パラメタと、データベース構築工程において構築された表層地盤の順析用の伝達関数の空間補間関数のデータベースから、任意地点の地表面での地震動パラメタを算出する。
<Arbitrary ground motion parameter calculation process S20>
Further, as the arbitrary ground surface seismic motion parameter calculation step S20, from the seismic motion parameter on the base plane of the arbitrary point and the database of the spatial interpolation function of the transmission function for acclimatization of the surface layer constructed in the database construction process, the arbitrary point Calculate the seismic motion parameters on the ground surface.
<任意地表面地震動算出工程S21>
そして、最後に任意地点の地表面での地震動パラメタ等から該任意地点の地震動を算出する。
<Arbitrary ground motion calculation process S21>
Finally, the seismic motion at the arbitrary point is calculated from the seismic motion parameters on the ground surface at the arbitrary point.
以上のように、実施形態2の地震動推定方法では、1)観測地点における地震データから該観測地点における表層地盤の伝達関数を算出し、2)地表で観測された地震波から計算した地震動パラメタと表層地盤の伝達関数からデータベース構築工程において構築された表層地盤の伝達関数の空間補間関数のデータベースを用いた逆解析を行い、基盤面の地震動パラメタを算出し、3)基盤面の地震動パラメタから、基盤面における地震動パラメタの空間分布と基盤面の任意地点における地震動パラメタを計算し、4)データベース構築工程において構築された表層地盤の伝達関数の空間補間関数のデータベースを用いて任意地点の地震動パラメタを算出するというフィードバック方式によって地震動を推定するものである。基盤面での地震動は安定しておりそれほどの変化はないため、表層地盤による影響を正確に推定することが可能となり、推定計算も短時間でできるため、地震時における迅速に地震動推定が可能となる。また、推定される地震の震源を想定する必要がなく、震源から地下の基盤面まで伝播する地震波の計算をする必要もない。すなわち、震源から地下の基盤面まで伝播する地震波を計算する際に生じる計算誤差、計算時間、計算コストを0とすることができる。 As described above, in the seismic motion estimation method of the second embodiment, 1) the transmission function of the surface layer ground at the observation point is calculated from the seismic data at the observation point, and 2) the seismic motion parameters and the surface layer calculated from the seismic waves observed on the ground surface. Inverse analysis using the spatial interpolation function database of the surface ground transmission function constructed in the database construction process from the ground transmission function was performed to calculate the seismic motion parameters of the basement surface, and 3) the basement from the seismic motion parameters of the basement surface. Calculate the spatial distribution of the seismic motion parameters on the surface and the seismic motion parameters at any point on the basement surface, and 4) calculate the seismic motion parameters at any point using the spatial interpolation function database of the surface ground transmission function constructed in the database construction process. The seismic motion is estimated by the feedback method of doing. Since the seismic motion on the foundation surface is stable and does not change so much, it is possible to accurately estimate the effect of the surface layer ground, and the estimation calculation can be done in a short time, so it is possible to quickly estimate the seismic motion at the time of an earthquake. Become. Moreover, it is not necessary to assume the epicenter of the estimated earthquake, and it is not necessary to calculate the seismic wave propagating from the epicenter to the underground basement surface. That is, the calculation error, calculation time, and calculation cost that occur when calculating the seismic wave propagating from the epicenter to the underground basement surface can be set to zero.
さらには、空間統計解析を用いることにより、解析対象領域内の任意地点において、客観的に、低コストで推定することができる。また、各工程における作業は、電子化されたデータを計算機によって処理することにより実行できるため、人為的ミスが少なく、人件費も低廉となる。さらに、クリギング法を利用すれば精度付きの推定結果を算出することが可能である。 Furthermore, by using spatial statistical analysis, it is possible to objectively estimate at an arbitrary point in the analysis target area at low cost. Further, since the work in each process can be executed by processing the digitized data by a computer, there are few human errors and the labor cost is low. Furthermore, if the kriging method is used, it is possible to calculate the estimation result with accuracy.
また、地震波が観測されるたびに、また、地表層における地盤調査情報が追加されるにしたがって、表層地盤内において地震動が伝播される状況をより高精度に推定することが可能となる。 In addition, each time a seismic wave is observed, and as the ground survey information in the surface layer is added, it becomes possible to estimate the situation in which the seismic motion is propagated in the surface layer with higher accuracy.
さらに、実際に地表で地震が観測された場合に適用することを前提としており、しかも震源想定や震源から基盤面までの計算が不要であるため、これらの作業によって発生する推定誤差は生じない。したがって、地表層内の地震伝播の様子を高精度かつ詳細に掌握することにより、将来発生する地震に推定に対しても対応可能となる。このため、従来、国や自治体等で行われていたように、想定された震源と基盤内を伝播して表層の下面に到達する地震波の計算結果を用いることにより、最終目標である地表面での地震動を高精度かつ詳細に推定することも可能である。 Furthermore, it is assumed that it will be applied when an earthquake is actually observed on the surface of the earth, and since it is not necessary to assume the epicenter or calculate from the epicenter to the basement surface, there will be no estimation error caused by these operations. Therefore, by grasping the state of earthquake propagation in the surface layer with high accuracy and in detail, it is possible to respond to the estimation of future earthquakes. For this reason, by using the calculation results of seismic waves that propagate through the assumed epicenter and the basement and reach the lower surface of the surface layer, as was conventionally done by the national government and local governments, on the ground surface, which is the final target. It is also possible to estimate the seismic motion of the earthquake with high accuracy and detail.
また、地表面における地震動推定が、より高精度で、より詳細となるにしたがって、震源から地表面に到達するまでの地震動の伝播状況についても、より高精度で、より詳細に推定することができる。 In addition, as the ground motion estimation on the ground surface becomes more accurate and detailed, the propagation status of the ground motion from the epicenter to the ground surface can also be estimated with higher accuracy and more detail. ..
(実施形態3)
実施形態3では、上記実施形態2の地震動推定方法における各工程を行った後、さらに、任意地表面地震動算出工程20によって算出した任意地点の地震動にから建物の被害確率を算出する被害確率算出工程を行う。これにより、地震動による建物の被害確率を地震発生時後、迅速に行うことができる。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, after performing each step in the seismic motion estimation method of the second embodiment, a damage probability calculation step of calculating the damage probability of the building from the seismic motion at an arbitrary point calculated by the arbitrary ground surface seismic
(実施形態4)
実施形態4では、上記実施形態1の地震動推定方法における各工程を行った後、さらに、追加地盤情報及び追加地震観測情報による前記データベース構築工程S4のデータベース及び地震応答解析法に関する追加情報補正工程を行う。これにより、地震動推定の信頼性をさらに高めることが可能となる。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, after performing each step in the seismic motion estimation method of the first embodiment, an additional information correction step relating to the database of the database construction step S4 and the seismic response analysis method based on the additional ground information and the additional seismic observation information is further performed. Do. This makes it possible to further improve the reliability of seismic motion estimation.
(実施形態5)
実施形態5では、上記実施形態2の地震動推定方法における各工程を行った後、地震被害発生時の実際のデータによって前記被害確率算出工程における建物の被害確率を補正する実データ補正工程を行う。これにより、さらに地震動推定の信頼性を高めることができる。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment, after performing each step in the seismic motion estimation method of the second embodiment, an actual data correction step of correcting the damage probability of the building in the damage probability calculation step based on the actual data at the time of the occurrence of the earthquake damage is performed. As a result, the reliability of seismic motion estimation can be further improved.
(実施形態6)
実施形態6では、基盤面が地表に露出している解析領域において、基盤面での地震波の観測が可能である場合には、この観測地震波から、上記実施形態2の地震動推定方法における基盤面での地震動パラメタを計算し、以後の工程に利用することができる。これにより、さらに地震動推定の信頼性を高めること等ができる。
(Embodiment 6)
In the sixth embodiment, when the seismic wave can be observed on the basement surface in the analysis region where the basement surface is exposed on the ground surface, the basement surface in the seismic motion estimation method of the second embodiment is used from the observed seismic wave. Seismic motion parameters can be calculated and used in subsequent processes. As a result, the reliability of seismic motion estimation can be further improved.
実施例では、前述した実施形態2の地震動推定方法を愛知県尾張旭市地域において適用して地震動を推定した。
任意地点での伝達関数は、ボーリング地点での伝達関数に、拡張クリギング法を適用して補間推定した。ボーリング地点での伝達関数は、想定地震の基盤面における地震波を用いた地震応答解析(順解析)により評価した。実施例における地震動パラメタは加速度フーリエ振幅スペクトルとした。すなわち、あらかじめ解析対象領域内の全建物地点や地震観測地点を含めた任意地点の伝達関数を補間推定し、データベース化しておけば、地震発生後に地震応答解析をすることなく、観測地点での加速度フーリエ振幅スペクトルの計算後、基盤面を経て直ちに地表における任意地点での地震波の加速度フーリエ振幅スペクトルを計算した。
さらに具体的には、想定地震を用いたボーリング地点での伝達関数、および拡張クリギング法を用いた任意地点での同特性の評価方法を示し、対象地域とする愛知県尾張旭市(21.03 km2)における評価を行った。また、地震観測記録を用いて得られる疑似スペクトル強さをボーリング地点における応答解析によって直接得られる疑似スペクトル強さと比較した。以下詳述する。
In the embodiment, the seismic motion was estimated by applying the seismic motion estimation method of the second embodiment described above in the Owariasahi city area of Aichi prefecture.
The transfer function at an arbitrary point was interpolated and estimated by applying the extended kriging method to the transfer function at the boring point. The transfer function at the boring point was evaluated by seismic response analysis (forward analysis) using seismic waves on the base surface of the assumed earthquake. The seismic motion parameter in the example was an acceleration Fourier amplitude spectrum. In other words, if the transfer functions of all building points and seismic observation points in the analysis target area are pre-amplituded and estimated and stored in a database, acceleration at the observation points will not be performed after an earthquake occurs. Immediately after the calculation of the Fourier amplitude spectrum, the acceleration Fourier amplitude spectrum of the seismic wave at an arbitrary point on the ground surface was calculated via the basement surface.
More specifically, the transfer function at the boring point using the assumed earthquake and the evaluation method of the same characteristic at any point using the extended kriging method are shown, and the target area is Owariasahi City, Aichi Prefecture (21.03 km2). Evaluation was performed. In addition, the pseudo-spectral strength obtained by using the seismic observation record was compared with the pseudo-spectral strength directly obtained by the response analysis at the boring point. It will be described in detail below.
(解析手法)
1-1)ボーリング地点における伝達関数
表層地盤伝達関数算出工程として、ボーリング地点の伝達関数を次の方法によって求めた。地震応答解析手法については、時刻歴応答解析や等価線形解析等様々な方法が利用されているが、ここでは地表での観測地震動を基盤に引き戻す必要があるため等価線形解析を用いる。
(Analytical method)
1-1) Transfer function at the boring point As the surface layer ground transfer function calculation step, the transfer function at the boring point was obtained by the following method. As for the seismic response analysis method, various methods such as time history response analysis and equivalent linear analysis are used, but here, the equivalent linear analysis is used because it is necessary to return the observed seismic motion on the ground surface to the base.
さらに表層地盤伝達関数空間分布算出工程及び空間補間関数算出工程として、以下の計算を行った。すなわち、想定震源による基盤面における地震波を用いて等価線形解析より計算した当該地点での地表における加速度フーリエ振幅スペクトル、理想的な位置に配置した限られた数の仮想地震計での仮の地表観測記録から逆解析、順解析を伝達関数により計算した地表における加速度フーリエ振幅スペクトルとの比較を行うことが可能となる。ただし、この手法は地盤のひずみレベルが0.1%までの範囲内1)で想定結果は有効である。 Further, the following calculations were performed as a surface layer transfer function space distribution calculation step and a space interpolation function calculation step. That is, the acceleration Fourier amplitude spectrum on the ground surface at the relevant point calculated by equivalent linear analysis using the seismic waves on the basement surface by the assumed seismic source, and the provisional ground surface observation with a limited number of virtual seismographs placed at the ideal position. It is possible to compare the acceleration Fourier amplitude spectrum on the ground surface with the inverse analysis and forward analysis calculated from the record by the transfer function. However, this method is valid when the strain level of the ground is within the range of 0.1% 1).
求める加速度フーリエ振幅スペクトルAO(f)は、想定地震の基盤面における地震波を用いるため、(7)式2)で表現することができる。 The desired acceleration Fourier amplitude spectrum A O (f) can be expressed by Eq. (7) 2) because the seismic wave on the base surface of the assumed earthquake is used.
ここに、AE(f)は基盤面における地震波、AG(f)は観測地点の伝達関数である。(1)式より、任意地点でのAG(f)は、ボーリング地点での基盤面と地表における加速度フーリエ振幅スペクトルの比に基づき、拡張クリギング法を適用して補間推定することで求めることできる。ボーリング地点での地表における加速度フーリエ振幅スペクトルは、基盤面における地震波を入力とする、等価線形一次元地震応答解析により算定した。その際、周波数依存の等価ひずみ3)を用いた。応答解析の地盤モデルに用いるG-γ,h-γ関係についてはボーリングデータの土質区分を砂、粘性土、礫の3種類に分類し、今津・福武の式4)を用いて設定した((8)式)。 Here, A E (f) is the seismic wave on the basement surface, and A G (f) is the transfer function of the observation point. From Eq. (1), A G (f) at an arbitrary point can be obtained by interpolation estimation by applying the extended kriging method based on the ratio of the acceleration Fourier amplitude spectrum on the base plane and the ground surface at the boring point. .. The acceleration Fourier amplitude spectrum on the ground surface at the boring point was calculated by equivalent linear one-dimensional seismic response analysis using seismic waves on the basement surface as input. At that time, frequency-dependent equivalent strain 3) was used. Regarding the G-γ and h-γ relationships used in the ground model for response analysis, the soil classification of boring data was classified into three types: sand, cohesive soil, and gravel, and set using the Imazu-Fukutake equation 4) ((((). 8) Equation).
ここに、G/Gmaxはせん断剛性比、h は減衰定数、γはせん断ひずみ、a,b,c,dは表1に示す土質ごとのパラメータ5)である。またS波速度 Vs(m/s)は(9)式6)により算出した。 Here, G / G max is the shear rigidity ratio, h is the damping constant, γ is the shear strain, and a, b, c, and d are the parameters 5) for each soil shown in Table 1. The S wave velocity Vs (m / s) was calculated by Eq. 6) (9).
ここに、 Nは層ごとの平均N値、e、fは表1に示す土質ごとのパラメタである。なお、基盤面と地表における加速度フーリエ振幅スペクトルは、いずれもバンド幅0.4HzのParzenウィンドウを用いてスペクトルの平滑化を行った。 Here, N is the average N value for each layer, and e and f are the parameters for each soil type shown in Table 1. The acceleration Fourier amplitude spectra on the substrate surface and the ground surface were both smoothed using a Parzen window with a bandwidth of 0.4 Hz.
以上の計算結果をコンピュータの記憶部に記憶させてデータベースとして構築した(データベース構築工程)。 The above calculation results were stored in a computer storage unit and constructed as a database (database construction process).
そして、地震波観測工程として、地震発生時における地震波を観測し、そのデータから地表面でのフーリエ振幅スペクトルを算出し(地表面フーリエ振幅スペクトル算出工程)、地表面でのフーリエ振幅スペクトルと、データベース構築工程において構築された表層地盤の伝達関数の空間補間値のデータベースから基盤面のフーリエ振幅スペクトルを算出し(基盤面フーリエ振幅スペクトル算出工程)、基盤面のフーリエ振幅スペクトルの空間分布を算出し(基盤面空間分布算出工程)、該基盤面のフーリエ振幅スペクトルの空間分布算から任意地点の基盤面のフーリエ振幅スペクトルを算出した(任意基盤面フーリエ振幅スペクトル算出工程)。以下、1-2)で詳述する。 Then, as a seismic wave observation process, the seismic wave at the time of the occurrence of the earthquake is observed, the Fourier amplitude spectrum on the ground surface is calculated from the data (ground surface Fourier amplitude spectrum calculation step), and the Fourier amplitude spectrum on the ground surface and the database construction are constructed. Calculate the Fourier amplitude spectrum of the base plane from the database of spatial interpolation values of the transfer function of the surface layer constructed in the process (base plane Fourier amplitude spectrum calculation step), and calculate the spatial distribution of the base plane Fourier amplitude spectrum (base). Plane space distribution calculation step), the Fourier amplitude spectrum of the base plane at an arbitrary point was calculated from the spatial distribution calculation of the Fourier amplitude spectrum of the base plane (arbitrary base plane Fourier amplitude spectrum calculation step). Hereinafter, it will be described in detail in 1-2).
1-2)拡張クリギング法による任意地点での伝達関数
任意地点での伝達関数は、ボーリング地点でのサイト伝達関数を用いて拡張クリギング法によって周波数ごとに推定した。以下、拡張クリギング法の概要を示す。クリギング法を用いて空間データ予測をするためには、確率場モデルの共分散行列を規定するバリオグラム関数と空間内の全体的な傾向を表すトレンド関数の同定が最も重要な解析作業となる7)8)。地震動の空間分布に関する確率場モデル(バリオグラム関数とトレンド関数)は、(10)式に示す一般的な最尤法に基づく赤池統計量AIC9)を最小化する基準によって同定をした。
1-2) Transfer function at an arbitrary point by the extended kriging method The transfer function at an arbitrary point was estimated for each frequency by the extended kriging method using the site transfer function at the boring point. The outline of the extended kriging method is shown below. In order to predict spatial data using the Kriging method, the most important analysis work is to identify the variogram function that defines the covariance matrix of the random field model and the trend function that represents the overall tendency in space 7). 8) . The random field models (variogram function and trend function) for the spatial distribution of ground motion were identified by the criteria that minimize the Akaike statistic AIC 9) based on the general maximum likelihood method shown in Eq. (10).
ここで、zは解析対象地域内の観測点iで得られる地震動パラメタziで構成される変量ベクトル、mは(4)式中の確率場の説明変数の数である。p(z|・) はzの多変量同時確率密度関数であり、p(z|・)が対数正規分布の場合、(11)式により表される。 Here, z is a variable vector composed of the seismic motion parameter z i obtained at the observation point i in the analysis target area, and m is the number of explanatory variables of the random field in Eq. (4). p (z | ・) is a multivariate simultaneous probability density function of z, and when p (z | ・) is a lognormal distribution, it is expressed by Eq. (11).
ここで、μはln(z)のトレンドベクトルである。本研究では、μの要素μi=μ(ui)について、地点iでの位置uiの平面座標(xi,yi)によるnt次元のトレンド関数ベクトルf(ui)と係数ベクトルbの積である多項式を利用する10)こととした((12)式)。 Here, μ is the trend vector of ln (z). In this study, for the element μ i = μ (u i ) of μ, the n t- dimensional trend function vector f (u i ) and the coefficient vector based on the plane coordinates (x i , y i ) of the position u i at the point i. b of a polynomial of use 10) that the the product ((12)).
(11)式の次元nt とbの要素数mtの関係を(13)式に示す。
また、Cは説明変数θによって定まるln zの共分散行列であり、Cを構成する要素C(ui,uj)は、uiとujの2地点間の距離hのみに依存する共分散関数となることから、(14)式に示す一般的な指数型モデルを用いた。 C is a covariance matrix of ln z determined by the explanatory variable θ, and the elements C (u i , u j ) that make up C depend only on the distance h between the two points u i and u j. Since it is a variance function, the general exponential model shown in Eq. (14) was used.
ここで、σ2,λは、それぞれシル、レンジ(あるいは自己相関距離)と呼ばれるパラメタである。一般に、(8)式のC(ui,uj)はバリオグラム関数γ(ui,uj)との関係より、(15)式によって表される。 Here, σ 2 and λ are parameters called sill and range (or autocorrelation distance), respectively. In general, C (u i , u j ) in Eq. (8) is expressed by Eq. (15) in relation to the variogram function γ (u i , u j).
uiとujの2地点間の距離hは既知であり、Cはγによって規定されるので、Cのすべての要素はσ2とλによって定まる。
上記より、(4)式中のmは、μを定めるパラメタの数mtとCの説明変数θを定めるパラメタの数mcの和(m= mc+mt)となる。
一般的なクリギング解析の場合、zは確率場における実現値であると考える。ところが、ボーリングデータといった標本から地震動を推定する場合、推定地点における推定誤差を考慮する必要がある。
菅井、森らは、z の要素ziの計算誤差σi (以下、計算誤差標準偏差とする)の数学モデルとして、(16)式のように共分散行列Cの対角項に、計算誤差分散σi 2 を加えたC’を共分散行列として、p(z|・)を推定する方法を提案した11)。
Since the distance h between the two points u i and u j is known and C is defined by γ, all the elements of C are determined by σ 2 and λ.
From the above, m in Eq. (4) is the sum of the number m t of the parameters that determine μ and the number m c of the parameters that determine the explanatory variable θ of C (m = m c + m t ).
In the case of general Kriging analysis, z is considered to be the realization value in the random field. However, when estimating seismic motion from a sample such as boring data, it is necessary to consider the estimation error at the estimation point.
Sugai, Mori et al., As a mathematical model of the calculation error σ i (hereinafter referred to as the calculation error standard deviation) of the element z i of z, the calculation error in the diagonal term of the covariance matrix C as shown in Eq. (16). We proposed a method for estimating p (z | ·) using C'with the variance σ i 2 as the covariance matrix 11) .
ここで、σi 2 =σc 2 (i=1, ..., n)とした。このときC’の説明変数の数mcは、Cの説明変数σ2とλに、もう1つの説明変数σc 2を加えるので3となる。
Where σ i 2 = σ c 2 (i = 1, ..., n). At this time, the number m c of the explanatory variables of
そして、任意地点の基盤面でのフーリエ振幅スペクトルと、データベース構築工程において構築された表層地盤の伝達関数の空間補間値のデータベースから、任意地点の地表面でのフーリエ振幅スペクトルを算出し(任意地表面フーリエ振幅スペクトル算出工程)、該任意地点の地表面でのフーリエ振幅スペクトルから該任意地点の地震動を算出した(任意地表面地震動算出工程)。以下、1-3)で詳述する。 Then, the Fourier amplitude spectrum on the ground surface of the arbitrary point is calculated from the Fourier amplitude spectrum on the base plane of the arbitrary point and the spatial interpolation value database of the transfer function of the surface layer constructed in the database construction process (arbitrary ground). Surface Fourier amplitude spectrum calculation step), the seismic motion of the arbitrary point was calculated from the Fourier amplitude spectrum of the arbitrary point on the ground surface (arbitrary ground surface seismic motion calculation step). Hereinafter, it will be described in detail in 1-3).
1-3)任意地点での地表の加速度フーリエ振幅スペクトル
地震計観測記録に基づく任意地点での地表の加速度フーリエ振幅スペクトルは、2.2節で推定した任意地点での伝達関数を用いて下記のとおり推定した。
1)地震計観測記録から得られる同地点での地表における加速度フーリエ振幅スペクトルに、その地点での伝達関数の逆数を掛け合わせて基盤面におけるフーリエ振幅スペクトルを求めた。
2)すべての地震計地点での基盤面における加速度フーリエ振幅スペクトルを用いて(7)式で示される基盤面の曲面、すなわち同式中のパラメタベクトルbの値を最小二乗法によって周波数ごとに求めた。
1)及び2)で得られたベクトルbの値を用いた(6)式中に任意地点での緯度、経度を代入して得られる基盤面における加速度フーリエ振幅スペクトルに、その地点での伝達関数を掛け合わせることで同地点での地表における加速度フーリエ振幅スペクトルが得られる。
なお、データベース構築工程として、地震観測地点および任意地点における伝達関数をデータベースとして事前に用意しておくことで、解析時間を短縮することができる。
1-3) Acceleration Fourier amplitude spectrum of the ground surface at an arbitrary point The acceleration Fourier amplitude spectrum of the ground surface at an arbitrary point based on the seismograph observation record is estimated as follows using the transfer function at the arbitrary point estimated in Section 2.2. did.
1) The Fourier amplitude spectrum on the substrate surface was obtained by multiplying the acceleration Fourier amplitude spectrum on the ground surface at the same point obtained from the seismograph observation record by the reciprocal of the transfer function at that point.
2) Using the acceleration Fourier amplitude spectrum on the base plane at all seismograph points, find the curved surface of the base plane represented by Eq. (7), that is, the value of the parameter vector b in the same formula for each frequency by the least squares method. It was.
The transfer function at that point is applied to the acceleration Fourier amplitude spectrum on the base plane obtained by substituting the latitude and longitude at an arbitrary point into Eq. (6) using the values of the vectors b obtained in 1) and 2). By multiplying by, the acceleration Fourier amplitude spectrum on the ground surface at the same point can be obtained.
As a database construction process, the analysis time can be shortened by preparing the transfer functions at the seismic observation points and arbitrary points as a database in advance.
(愛知県尾張旭市地域における地震動の推定結果)
上記の解析手法によって愛知県尾張旭市地域における地震動を推定した結果を以下に述べる。
2-1)対象地域とデータ
対象地域となった愛知県尾張旭市内の伝達関数の評価に用いたボーリングデータは、同市が平成25年度事業において独自に収集し整理した676本と、周辺の市などから提供を受けた72本の計748本である。地震動データとしては、尾張旭市が平成26年に実施した被害想定において同市が独自の被害想定を行った猿投−高浜断層帯地震(以下、猿投−高浜地震)、愛知県が想定した東海・東南海連動地震(以下、2連動地震)、国が想定した東海・東南海・南海3連動地震(以下、3連動地震)、および愛知県が内閣府の検討を基に想定した南海トラフを震源とする3種の南海トラフ巨大地震20)(いわゆる「過去最大」、「理論最大・東側」、「理論最大・陸側」、以下、それぞれ過去最大地震、東側地震、陸側地震)の6震源による250mメッシュ(2連動、3連動地震は1kmメッシュ)ごとの基盤面における地震波(猿投−高浜地震は1成分、その他の震源は水平2成分(NS、EW方向)の計11種類の地震波)群を用いた。メッシュ毎に算定された基盤面における地震波をその中心地点での地震波と仮定し、各ボーリング地点での基盤面における地震波は、ボーリング地点から最も近い4つのメッシュの中心点での地震波の加速度フーリエ振幅スペクトルを距離の逆数の2乗で加重平均した加速度フーリエ振幅スペクトルと、最も近接するメッシュの中心点での地震波の位相を用いて評価した。
(Estimated results of earthquake motion in Owariasahi City, Aichi Prefecture)
The results of estimating the seismic motion in the Owariasahi city area of Aichi prefecture by the above analysis method are described below.
2-1) Target area and data The boring data used to evaluate the transfer function in Owariasahi City, Aichi Prefecture, which was the target area, was 676, which the city independently collected and organized in the 2013 project, and the surrounding cities. There are a total of 748 of the 72 provided by. As seismic motion data, the Sarutoshi-Takahama Fault Zone Earthquake (hereinafter referred to as the Sarutoshi-Takahama Earthquake), which the city made its own damage estimation in the damage estimation conducted by Owari Asahi City in 2014, and the Tokai / Tonankai earthquakes assumed by Aichi Prefecture. The source of the earthquake is the linked earthquake (hereinafter, 2 linked earthquakes), the Tokai, Tonankai, and
2-2)伝達関数の推定結果
748の各ボーリング地点において、「1-1)ボーリング地点における伝達関数」で述べた手法に基づき、「2-1対象地域とデータ」で述べた11種類の個々の地震波に対する基盤面と地表における加速度フーリエ振幅スペクトルの比(これをスペクトル比という)を求めた。一例として4つのボーリング地点(図4a〜dの●印地点)での各想定地震による地震動のスペクトル比を図5に示すが、猿投−高浜地震を除いた全地震のスペクトル比はほぼ一致している。猿投−高浜地震は他の震源と比較して地震動強さが大きい(計測震度6強程度、その他の震源は4〜6弱程度)ことから、それがスペクトル比に及ぼす影響を確認するため、猿投−高浜地震の地震波を2倍の大きさにして、他の地震と同様にスペクトル比を求めた(図5における太い実線)が、(a)は0.6〜4Hz,(b)は0.3〜6Hz,(c)0.6〜7Hz,(d)は1〜10Hzで元の猿投−高浜地震のスペクトル比の値と異なる部分が見られた。本研究では想定地震を用いた手法の提案を目的とするため、図5に示すような地震動強さの大きさによるスペクトル比の値の変化を伝達関数に考慮することは今後の課題とする。今回の尾張旭市内においては各ボーリング地点での11種類の地震波群から得られるスペクトル比の平均値(対数平均)をその地点での伝達関数とした。
図6にボーリング748地点での伝達関数の周波数ごとの平均値、最大値、最小値を示す。図5より、周波数が低いところではそれぞれのボーリング地点での伝達関数の大きさの差異はほとんど見られないが、0.5Hz以上では次第に最大値と最小値の差が大きくなることから、尾張旭市の場合、高周波数域での伝達関数の大きさが地点により異なると考えられる。
2-2) Estimated result of transfer function
At each 748 boring point, based on the method described in "1-1) Transfer function at the boring point", the acceleration on the basement surface and the ground surface with respect to the 11 types of individual seismic waves described in "2-1 Target area and data". The ratio of the Fourier amplitude spectrum (this is called the spectral ratio) was obtained. As an example, Fig. 5 shows the spectral ratios of the seismic motions of each assumed earthquake at the four boring points (points marked with ● in FIGS. 4a to 4d), but the spectral ratios of all earthquakes excluding the Sanage-Takahama earthquake are almost the same. There is. Since the Saruto-Takahama earthquake has a higher seismic intensity than other epicenters (measured
FIG. 6 shows the average value, the maximum value, and the minimum value of the transfer function at the boring point 748 for each frequency. From Fig. 5, there is almost no difference in the magnitude of the transfer function at each boring point at low frequencies, but the difference between the maximum and minimum values gradually increases above 0.5 Hz, so Owariasahi City In this case, it is considered that the magnitude of the transfer function in the high frequency range differs depending on the point.
2-3)伝達関数のバリオグラムに関する解析結果
ここでは一般的な構造物の被害想定を念頭に0.2〜6.0Hz(約0.16〜5s)の伝達関数を対象とする。この範囲内では0.003052Hz刻みに約2000のデータがあるが、今回は周波数を周期へ変換した際にデータ刻みが0.01秒以下程度となるように抽出した313の周波数について、任意地点における伝達関数をクリギング解析により行った。前述した(10)式の第1項は、(12)式のトレンド関数の次元が大きくなると小さくなるが、一方第2項は大きくなる。そのため、次元を増やしていくとある次元までは(10)式の第1項と第2項の和は減少するが、それ以降は増加する。そこで本研究では、すべての周波数に対して0次元から2次元まで計算を実施し、AICが最も小さくなる値を最適値と判断した。
2-3) Analysis results on the variogram of the transfer function Here, the transfer function of 0.2 to 6.0 Hz (about 0.16 to 5 s) is targeted with the damage assumption of general structures in mind. Within this range, there are about 2000 data in 0.003052Hz increments, but this time, the transfer function at any point is used for the 313 frequencies extracted so that the data increments are about 0.01 seconds or less when the frequency is converted to a period. It was performed by Kriging analysis. The first term of Eq. (10) mentioned above becomes smaller as the dimension of the trend function of Eq. (12) becomes larger, while the second term becomes larger. Therefore, as the number of dimensions increases, the sum of the first and second terms of Eq. (10) decreases up to a certain dimension, but increases thereafter. Therefore, in this study, calculations were performed from 0 to 2 dimensions for all frequencies, and the value with the smallest AIC was judged to be the optimum value.
図7は、0.2〜6.0Hzの周波数領域における伝達関数について(a) (10)式で評価されるAIC,(b) (a)のAICについてトレンド関数が1次元あるいは2次元の場合、0次元との差を示している(図7(b)の右軸)が、対象とした全ての周波数において、AICの値はトレンド関数を0次元とした場合に最小となっており、したがって尾張旭市では0次元のトレンド関数によって最適な確率場モデルを表すことができる。図8はレンジ、図9はシル+計算誤差分散を示したものであるが、トレンド関数による値の違いはほとんど見られない。
図10は0次元のトレンド関数を用いたバリオグラムの計算結果より、尾張旭市内の任意の建設地点での伝達関数を(a)0.6012,(b)1.001,(c)2.038,(d)4.065Hzについて示したものである。(a)周波数0.6012Hzの伝達関数は1.0〜1.2の値で分布しているのに対し、(b)1.001Hzは1.0〜1.4、(c)2.038Hzは1.0〜2.0、(d)4.065Hzは0.6〜2.6と周波数が大きくなるにつれて伝達関数の分布する値の幅が大きくなっている。
Figure 7 shows the AIC evaluated by Eqs. (a) and (10) for the transfer function in the frequency domain of 0.2 to 6.0 Hz, and 0-dimensional for the AIC of (b) and (a) when the trend function is one-dimensional or two-dimensional. Although the difference is shown (right axis in Fig. 7 (b)), the AIC value is the minimum when the trend function is 0-dimensional at all the target frequencies, and therefore in Owari Asahi City. The optimal probability field model can be represented by a zero-dimensional trend function. FIG. 8 shows the range, and FIG. 9 shows the sill + calculation error variance, but there is almost no difference in the values due to the trend function.
Figure 10 shows the transfer function at any construction site in Owariasahi City from the calculation results of the variogram using the 0-dimensional trend function (a) 0.6012, (b) 1.001, (c) 2.038, (d) 4.065Hz. It shows about. The transfer function of (a) frequency 0.6012Hz is distributed with values of 1.0 to 1.2, while (b) 1.001Hz is 1.0 to 1.4, (c) 2.038Hz is 1.0 to 2.0, and (d) 4.065Hz is. As the frequency increases from 0.6 to 2.6, the range of distributed values of the transfer function increases.
任意地点での地表の加速度フーリエ振幅スペクトルの計算結果
「2-3)伝達関数のバリオグラムに関する解析結果」で説明した方法を用い、伝達関数および仮想の地震観測記録を用いて、任意地点での地表の加速度フーリエ振幅スペクトルを求めた。地震計設置地点は、尾張旭市内外のボーリング地点748のうち文献12)より、およそ1km四方に1点以上となるような20地点(内市内13地点)を地震観測地点として選定し(図4の▲)、市内の13地点を除く642地点を検証に用いたボーリング地点とした。「2-1)対象地域とデータ」で述べた想定地震が生起し、この20の観測地点で一次元応答解析によって得られた地震波が観測されたものとして提案手法を用い、地震動強さ評価を行った。また、トレンド関数の次元については、地震発生直後に被害想定を行う場合、複数の次元での地震動強さの評価は時間がかかることを考慮し、曲面のパラメタベクトルbの要素数が地震計地点数より少ない3次元のみとしている。
Calculation result of the acceleration Fourier amplitude spectrum of the ground surface at an arbitrary point Using the method explained in "2-3) Analysis result on the variogram of the transfer function", the ground surface at an arbitrary point using the transfer function and the virtual seismic observation record. The acceleration Fourier amplitude spectrum of was obtained. From the 748 boring points inside and outside Owariasahi City, reference 12) , 20 seismograph installation points (13 points in the city) were selected as seismic observation points (Fig. 4). ▲), 642 points excluding 13 points in the city were used for verification. Assuming that the assumed earthquake described in "2-1) Target area and data" occurred and the seismic waves obtained by one-dimensional response analysis were observed at these 20 observation points, the proposed method was used to evaluate the seismic intensity. went. Regarding the dimension of the trend function, when the damage is estimated immediately after the occurrence of an earthquake, the number of elements of the parameter vector b of the curved surface is the seismograph, considering that it takes time to evaluate the seismic intensity in multiple dimensions. Only 3 dimensions less than the score.
図11は震源を過去最大地震(方向EW)とした時の市内のボーリング4地点(図5のa〜dと同じ地点)での提案手法によって推定される加速度フーリエ振幅スペクトルと各地点での基盤面における想定地震動の一次元応答解析によって得られる地震動の加速度フーリエ振幅スペクトルを示したもので、それぞれを周期にて0.1〜2.5sの範囲で積分し得られる擬似スペクトル強さも併せて示してある。同一地点での加速度フーリエ振幅スペクトルは、個々の周波数で見ると若干の差異はあるが、全体としては同程度の値となっており、これを積分した値である擬似スペクトル強さはほぼ同じ値となっている。 FIG. 11 shows the acceleration Fourier amplitude spectrum estimated by the proposed method at four boring points in the city (same points as a to d in FIG. 5) when the epicenter is the largest earthquake ever (direction EW), and at each point. The acceleration Fourier amplitude spectrum of the seismic motion obtained by the one-dimensional response analysis of the assumed seismic motion on the base plane is shown, and the pseudo-spectral strength obtained by integrating each in the range of 0.1 to 2.5 s in the period is also shown. .. The acceleration Fourier amplitude spectrum at the same point has a slight difference when viewed at individual frequencies, but the values are about the same as a whole, and the pseudo-spectral intensity, which is the integrated value of this, is almost the same value. It has become.
図12は、(a) 震源が猿投−高浜地震、(b) 2連動地震(方向NS)、(c) 過去最大地震(方向EW)の尾張旭市内のボーリング642地点での提案手法による地表の擬似スペクトル強さ(以下「推定値」、縦軸)と応答解析結果から得られる擬似スペクトル強さ(以下「観測値(仮)」、横軸)の散布図を示したものであるが、観測値(仮)に対する推定値の当てはまり具合を示す決定係数は、猿投−高浜地震は0.942,2連動地震NS方向は0.930,過去最大地震EW方向は0.849といずれの震源に対しても1に近い値を示している。図13は図12と同様の震源について地表の擬似スペクトル強さの推定値と観測値(仮)の比に対するヒストグラムを示しているが、(a) 猿投−高浜地震の平均値は1.001,変動係数は0.020,(b) 2連動地震NS方向の平均値は1.002,変動係数は0.064,(c) 過去最大地震EW方向の平均値は0.988,変動係数は0.045といずれの震源でも平均値は1に近い値で分布している。表2は全ての震源について、図12と同様の擬似スペクトル強さの比に対する決定係数(R2)、図13と同様の平均値(mean)、変動係数(C.o.v)を示しているが、決定係数は陸側地震を除いてどの震源においても1に近い値となっている。また、平均値は1に近く、変動係数は最大でも陸側地震NS方向の0.088と小さな値となっており、提案手法によって高い精度で擬似スペクトル強さを推定できている。 Figure 12 shows the surface of the earth using the proposed method at 642 boring points in Owari Asahi City, where (a) the epicenter is the Sarutoshi-Takahama earthquake, (b) the two-linked earthquake (direction NS), and (c) the largest earthquake ever (direction EW). A scatter diagram of the pseudo-spectral strength (hereinafter "estimated value", vertical axis) and the pseudo-spectral strength obtained from the response analysis results (hereinafter "observed value (tentative)", horizontal axis) is shown. The coefficient of determination indicating the fit of the estimated value to the value (provisional) is 0.942 for the Sarutoshi-Takahama earthquake, 0.930 for the 2-linked earthquake NS direction, and 0.849 for the record maximum earthquake EW direction, which are close to 1 for all epicenters. Is shown. Fig. 13 shows a histogram of the ratio of the estimated value of the pseudo-spectral strength of the ground surface and the observed value (provisional) for the same source as in Fig. 12, but (a) the average value of the Sarutoshi-Takahama earthquake is 1.001 and the coefficient of variation. 0.020, (b) 2 interlocking earthquakes The average value in the NS direction is 1.002, the coefficient of variation is 0.064, (c) The average value in the EW direction of the largest earthquake in the past is 0.988, and the coefficient of variation is 0.045. It is distributed with close values. Table 2 shows the coefficient of determination (R 2 ) for the ratio of pseudo-spectral intensity similar to that in FIG. 12, the mean value (mean) and the coefficient of variation (Cov) similar to those in FIG. 13, for all epicenters. The coefficient is close to 1 at all epicenters except for land-side earthquakes. In addition, the average value is close to 1, and the coefficient of variation is as small as 0.088 in the NS direction of the land-side earthquake, and the pseudo-spectral strength can be estimated with high accuracy by the proposed method.
この発明は上記発明の実施の態様及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。 The present invention is not limited to the embodiment of the above invention and the description of the examples. Various modifications are also included in the present invention as long as they do not deviate from the claims and can be easily conceived by those skilled in the art.
<参考文献>
1)吉田 望:地盤の地震応答解析,鹿島出版会,pp.197,2010.10
2)岩田 知孝, 入倉 孝次郎:観測された地震波から, 震源特性・伝播経路特性及び観測点近傍の地盤特性を分離する試み,地震2,第39巻,pp.579-593,1986.8
3)杉戸真太,合田尚義,増田民夫:周波数依存性を考慮した等価ひずみによる地盤の地震応答解析法に関する一考察,土木学会論文集,No. 493/II-27,pp. 49-58,1994.6
4)今津雅紀,福武毅芳:動的変形特性のデータ処理に関する一考察,第21回土質工学研究発表会講演集,pp. 533-536,1986.6
5)今津雅紀,福武毅芳:砂礫材料の動的変形特性,第21回土質工学研究発表会講演集,pp. 509-512,1986.6.
6)内閣府:地震防災マップ作成技術資料,2005.3
7)Krige, D.G.: A Statistical Approach to Some Mine Valuation and Allied Problems on the Witwatersrand, Master’s Thesis, University of Witwatersrand, South Africa, 1951.
8)Matheron, G.: Principles of Geostatistics, Economic Geology, Vol. 58, pp. 1246-1266, 1963.
9)Akaike, H.: Information Theory and an Extension of the Maximum Likelihood Principle, 2nd International Symposium on Information Theory, Edited by B.N. Petrov and F. Csaki, Akad. Kiado, Budapest, Hungary, pp. 267-281, 1973.
10)本多 眞:地質工学における時間及び空間系挙動の確率・統計学的予測に関する研究,博士論文,京都大学,2000.3
11)菅井径世,森 保宏,小川克郎:クリギング法による地震動分布推定の実用化に関する研究,日本建築学会構造系論文集,Vol. 80,No. 707,pp. 39-46,2015.1
12)水谷由香里,菅井径世,森 保宏:クリギング法を用いた工学的基盤における地震動推定に関する研究,日本建築学会東海支部研究報告書,第55巻,pp. 189-192,2017.2
<References>
1) Nozomu Yoshida: Ground seismic response analysis, Kajima Institute Publishing, pp.197, 2010.10
2) Tomotaka Iwata, Kojiro Irikura: An attempt to separate the epicenter characteristics, propagation path characteristics, and ground characteristics near the observation point from the observed seismic waves,
3) Shinta Sugito, Naoyoshi Goda, Tamio Masuda: A Study on the Seismic Response Analysis Method of the Ground by Equivalent Strain Considering Frequency Dependence, JSCE Proceedings, No. 493 / II-27, pp. 49-58, 1994.6
4) Masanori Imazu, Takeyoshi Fukutake: A Study on Data Processing of Dynamic Deformation Characteristics, Proceedings of the 21st Soil Engineering Research Presentation, pp. 533-536, 1986.6
5) Masanori Imazu, Takeyoshi Fukutake: Dynamic Deformation Properties of Gravel Materials, Proceedings of the 21st Soil Engineering Research Presentation, pp. 509-512, 1986.6.
6) Cabinet Office: Earthquake disaster prevention map creation technical data, 2005.3.
7) Krige, DG: A Statistical Approach to Some Mine Valuation and Allied Problems on the Witwatersrand, Master's Thesis, University of Witwatersrand, South Africa, 1951.
8) Matheron, G .: Principles of Geostatistics, Economic Geology, Vol. 58, pp. 1246-1266, 1963.
9) Akaike, H .: Information Theory and an Extension of the Maximum Likelihood Principle, 2nd International Symposium on Information Theory, Edited by BN Petrov and F. Csaki, Akad. Kiado, Budapest, Hungary, pp. 267-281, 1973.
10) Makoto Honda: Study on Stochastic and Stochastic Prediction of Temporal and Spatial Behavior in Geotechnical Engineering, Doctoral Dissertation, Kyoto University, 2000.3
11) Daiyo Sugai, Yasuhiro Mori, Katsuro Ogawa: Study on practical application of seismic motion distribution estimation by Kriging method, Architectural Institute of Japan Structural Papers, Vol. 80, No. 707, pp. 39-46, 2015.1
12) Yukari Mizutani, Daiyo Sugai, Yasuhiro Mori: Research on seismic motion estimation on an engineering basis using the Kriging method, Architectural Institute of Japan Tokai Branch Research Report, Vol. 55, pp. 189-192, 2017.2
本発明は将来地震が起きた場合に、どの地区でどのような被害を受けるかを想定したり、地区毎による建築物の耐震設計方針を検討したり、地震による被害軽減や地震時の緊急対策を計画したりすることに利用できる。 The present invention assumes what kind of damage will occur in which district in the event of an earthquake in the future, examines the seismic design policy of buildings for each district, reduces damage caused by an earthquake, and takes emergency measures in the event of an earthquake. It can be used for planning.
S1…地震波観測工程,S2…観測地点地震動パラメタ算出工程,S3…地表面空間分布算出工程,S4…任意地表面地震動パラメタ算出工程,S5…任意地表面地震動算出工程
S11…表層地盤伝達関数算出工程,S12…表層地盤伝達関数算出工程,S13…空間補間関数算出工程,S14…データベース構築工程,S15…地震波観測工程,S16…地表面地震動パラメタ算出工程,S17…基盤面地震動パラメタ算出工程,S18…基盤面空間分布算出工程,S19…任意基盤面地震動パラメタ算出工程,S20…任意地表面地震動パラメタ算出工程,
S21…任意地表面地震動算出工程
S1 ... Seismic wave observation process, S2 ... Observation point seismic motion parameter calculation process, S3 ... Ground surface space distribution calculation process, S4 ... Arbitrary ground motion parameter calculation process, S5 ... Arbitrary ground motion parameter calculation process S11 ... Surface ground transmission function calculation process , S12 ... Surface ground transmission function calculation process, S13 ... Spatial interpolation function calculation process, S14 ... Database construction process, S15 ... Seismic wave observation process, S16 ... Ground surface seismic motion parameter calculation process, S17 ... Base surface seismic motion parameter calculation process, S18 ... Base surface space distribution calculation process, S19 ... Arbitrary base surface seismic motion parameter calculation process, S20 ... Arbitrary ground surface seismic motion parameter calculation process,
S21 ... Arbitrary ground motion calculation process
Claims (4)
該調査地点における表層地盤の順解析および逆解析の伝達関数から表層地盤の順解析および逆解析を実施できる伝達関数の空間分布を算出する表層地盤伝達関数空間分布算出工程と、
該調査地点における表層地盤の順解析および逆解析の伝達関数及び該表層地盤の順解析および逆解析の伝達関数の空間分布から任意地点における表層地盤の順解析および逆解析を実施できる伝達関数の空間補間値を算出する空間補間関数算出工程と、
算出された該表層地盤の伝達関数の順解析および逆解析のための空間補間関数のデータベースを構築するデータベース構築工程と、
地震発生時における地震波を観測する地震波観測工程と、
該地震発生時における地震波から地表面での地震動パラメタを算出する地震動パラメタ算出工程と、
該地表面での地震動パラメタと、前記データベース構築工程において構築された表層地盤の逆解析のための伝達関数の空間補間関数のデータベースから基盤面の地震動パラメタを算出する基盤面地震動パラメタ算出工程と、
該基盤面の地震動パラメタの空間分布を算出する基盤面空間分布算出工程と、
該基盤面の地震動パラメタの空間分布算から任意地点の基盤面の地震動パラメタを算出する任意基盤面地震動パラメタ算出工程と、
該任意地点の基盤面での地震動パラメタと、前記データベース構築工程において構築された表層地盤の順解析のための伝達関数の空間補間関数のデータベースから、任意地点の地表面での地震動パラメタを算出する任意地表面地震動パラメタ算出工程と、
該任意地点の地表面での地震動パラメタから該任意地点の地震動を算出する任意地表面地震動算出工程と、
を備えることを特徴とする地震動推定方法。 A surface layer transfer function calculation process that calculates a transfer function that can perform forward and reverse analysis on the surface ground at the survey point from the seismic data and / or ground data at the survey point.
A surface ground transfer function spatial distribution calculation step for calculating the spatial distribution of the transfer function capable of performing the forward and reverse analysis of the surface ground from the transfer function of the forward and reverse analysis of the surface ground at the survey point.
From the spatial distribution of the transfer function of the forward and reverse analysis of the surface ground at the survey point and the transfer function of the forward and reverse analysis of the surface ground, the space of the transfer function that can perform the forward and reverse analysis of the surface ground at any point. Spatial interpolation function calculation process to calculate the interpolation value and
A database construction process for constructing a database of spatial interpolation functions for forward analysis and inverse analysis of the calculated transfer function of the surface layer, and
Seismic wave observation process for observing seismic waves at the time of an earthquake,
The seismic motion parameter calculation process for calculating the seismic motion parameters on the ground surface from the seismic waves at the time of the occurrence of the earthquake, and
The ground motion parameter calculation process for calculating the ground motion parameters of the basement surface from the database of the ground motion parameters on the ground surface and the spatial interpolation function of the transfer function for the inverse analysis of the surface layer constructed in the database construction process.
The base plane space distribution calculation process for calculating the spatial distribution of the seismic motion parameters of the base plane, and
Arbitrary basement surface seismic motion parameter calculation process for calculating the seismic motion parameter of the basement surface at an arbitrary point from the spatial distribution calculation of the seismic motion parameter of the basement surface,
From the database of the seismic motion parameters on the basement surface of the arbitrary point and the spatial interpolation function of the transfer function for forward analysis of the surface layer constructed in the database construction process, the seismic motion parameters on the ground surface of the arbitrary point are calculated. Arbitrary ground motion parameter calculation process and
An arbitrary ground surface seismic motion calculation process for calculating the seismic motion of the arbitrary point from the seismic motion parameters on the ground surface of the arbitrary point, and
A method for estimating ground motion, which comprises.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019034662A JP6887630B2 (en) | 2019-02-27 | 2019-02-27 | Seismic motion estimation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019034662A JP6887630B2 (en) | 2019-02-27 | 2019-02-27 | Seismic motion estimation method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020139808A JP2020139808A (en) | 2020-09-03 |
JP6887630B2 true JP6887630B2 (en) | 2021-06-16 |
Family
ID=72264732
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019034662A Active JP6887630B2 (en) | 2019-02-27 | 2019-02-27 | Seismic motion estimation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6887630B2 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003287574A (en) * | 2002-03-28 | 2003-10-10 | System Soft Corp | System, method and program for predicting earthquake damage |
JP2004240886A (en) * | 2003-02-07 | 2004-08-26 | Shimizu Corp | Risk management support program, risk management support device, and risk management support method |
JP4060784B2 (en) * | 2003-11-25 | 2008-03-12 | 径世 菅井 | Earthquake motion prediction method and evaluation method thereof |
JP2012251815A (en) * | 2011-06-01 | 2012-12-20 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | Earthquake motion prediction method and creation method for earthquake motion hazard map |
-
2019
- 2019-02-27 JP JP2019034662A patent/JP6887630B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020139808A (en) | 2020-09-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | Parametric models for 3 D t o p o g r a p h i c a m p l i f i c a t i o n o f ground motions considering subsurface soils | |
Lai et al. | Propagation of data uncertainty in surface wave inversion | |
Rezaei et al. | Site effect assessment using microtremor measurement, equivalent linear method, and artificial neural network (case study: Babol, Iran) | |
Moschetti et al. | 3D ground‐motion simulations of M w 7 earthquakes on the Salt Lake City segment of the Wasatch fault zone: Variability of long‐period (T≥ 1 s) ground motions and sensitivity to kinematic rupture parameters | |
Raghukanth et al. | Ground motion relations for active regions in India | |
McNamara et al. | Frequency‐dependent seismic attenuation in the eastern United States as observed from the 2011 central Virginia earthquake and aftershock sequence | |
Ren et al. | Five parameters for the evaluation of the soil nonlinearity during the Ms8. 0 Wenchuan Earthquake using the HVSR method | |
Vivek et al. | Probabilistic and spatial liquefaction analysis using CPT data: a case study for Alameda County site | |
DeBock et al. | Incorporation of spatial correlations between building response parameters in regional seismic loss assessment | |
Humire et al. | Combining active and passive multi-channel analysis of surface waves to improve reliability of V _ S, 30 VS, 30 estimation using standard equipment | |
Gallipoli et al. | The role of site effects in the comparison between code provisions and the near field strong motion of the Emilia 2012 earthquakes | |
Koufoudi et al. | Spatial variability of earthquake ground motions at the dam–foundation rock interface of Saint Guérin: experimental and numerical investigations | |
Mascandola et al. | New insights into long‐period (> 1 s) seismic amplification effects in deep sedimentary basins: A case of the Po Plain basin of northern Italy | |
Yang et al. | All-parameters Rayleigh wave inversion | |
Esmaeilzadeh et al. | 3D nonlinear ground‐motion simulation using a Physics‐based method for the Kinburn basin | |
Yazdani et al. | Near-field probabilistic seismic hazard analysis of metropolitan Tehran using region-specific directivity models | |
Raghu Kanth et al. | Stochastic finite fault modeling of subduction Zone Earthquakes in Northeastern India | |
Rahpeyma et al. | Frequency-dependent site amplification functions for key geological units in Iceland from a Bayesian hierarchical model for earthquake strong-motions | |
Armstrong et al. | Seismic inversion of soil damping and stiffness using multichannel analysis of surface wave measurements in the marine environment | |
Latečki et al. | 3D physics-based seismic shaking scenarios for city of Zagreb, Capital of Croatia | |
Sisman et al. | Evaluation of site response with alternative methods: A case study for engineering implications | |
JP6887630B2 (en) | Seismic motion estimation method | |
Berg et al. | Inversion of infrasound time series for seismoacoustic source parameters produced by a buried chemical explosion at the source physics experiment phase II: Dry alluvium geology | |
Dang et al. | Site amplification and rupture velocity in EXSIM and updated EXSIM during the 2017 M w6. 6 Jiuzhaigou, China earthquake | |
Karagoz et al. | Broadband ground-motion simulation of the 24 May 2014 Gokceada (North Aegean Sea) earthquake (Mw 6.9) in NW Turkey considering local soil effects |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200522 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210317 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210412 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210507 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210507 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6887630 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |