地震動の加速度振幅と継続時間が河川堤防の変形に ... - 日本地震工学会

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地震動の加速度振幅と継続時間が河川堤防の変形に ... - 日本地震工学会

日 本 地 震 工 学 会 論 文 集 第 9 巻 、 第 5 号 、2009地 震 動 の 加 速 度 振 幅 と 継 続 時 間 が 河 川 堤 防 の 変 形 に 及 ぼす 影 響余 川 弘 至 1) 、 田 辺 晶 規 2) 、 八 嶋 厚 3) 、 杉 戸 真 太 4) 、沢 田 和 秀 5) 、 久 世 益 充 6) 、 中 山 修 7) 8)、 星 加 泰 央1) 学 生 会 員 岐 阜 大 学 工 学 研 究 科 修 士e-mail: m3812104@edu.gifu-u.ac.jp2) 非 会 員 建 設 技 術 研 究 所 、 修 士3) 正 会 員 岐 阜 大 学 工 学 部 、 教 授 工 博4) 正 会 員 岐 阜 大 学 流 域 圏 科 学 研 究 センター、 教 授 工 博5) 非 会 員 岐 阜 大 学 流 域 圏 科 学 研 究 センター、 准 教 授 博 ( 工 )6) 非 会 員 岐 阜 大 学 流 域 圏 科 学 研 究 センター、 助 教 博 ( 工 )7) 非 会 員 ( 財 ) 国 土 技 術 研 究 センター、 次 長8) 非 会 員 東 洋 建 設要 約これまで、 大 きな 地 震 が 発 生 するたびに、 河 川 堤 防 の 被 害 が 報 告 されている。これは、自 然 に 形 成 されてきた 河 道 を 改 修 してきた 治 水 事 業 の 歴 史 的 要 因 によるところも 多 く、 河川 堤 防 の 主 な 目 的 である 洪 水 防 御 機 能 を 優 先 し、 基 礎 地 盤 の 土 質 工 学 的 な 検 討 に 基 づいて構 築 位 置 を 選 び、 地 盤 改 良 を 行 うなどの、 耐 震 対 策 がさほど 行 われてこなかったことも 一因 である。しかしながら、 河 口 近 くの 下 流 部 周 辺 には 都 市 域 が 発 達 していることが 多 く、地 震 に 伴 い 津 波 や 高 潮 の 襲 来 する 危 険 性 も 大 きいことから、 河 川 堤 防 の 耐 震 性 向 上 の 必 要性 が 高 まっている。1995 年 兵 庫 県 南 部 地 震 では、 堤 防 直 下 の 地 盤 が 液 状 化 したことによる、堤 体 の 沈 下 や 変 形 が 多 く 見 られた。 過 去 に 発 生 した1964 年 新 潟 地 震 、2004 年 新 潟 県 中 越 地震 、2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 においても、 河 川 堤 防 で 様 々な 被 害 が 報 告 されている。 信 濃川 中 流 域 は、 厚 く 堆 積 した 沖 積 砂 層 地 盤 上 に、 河 川 堤 防 が 構 築 されており、 液 状 化 による被 害 が 想 定 される。 本 研 究 では、 信 濃 川 中 流 域 を 対 象 として2 次 元 有 効 応 力 解 析 プログラムLIQCAにより、 過 去 の 被 害 事 例 の 再 現 を 試 み、 河 川 堤 防 の 被 災 メカニズムの 推 定 を 行 った。さらに、1964 年 新 潟 地 震 、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 、2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 の 推 定 地 震 動波 形 を 用 いて、 地 震 動 の 継 続 時 間 や 加 速 度 振 幅 の 大 きさが、 液 状 化 発 生 による 河 川 堤 防 の被 害 にどのような 影 響 を 及 ぼすかについて 検 討 を 行 った。その 結 果 、 液 状 化 に 伴 う 河 川 堤防 の 変 形 は、 地 震 動 の 加 速 度 振 幅 だけではなく、 地 震 動 の 継 続 時 間 にも 大 きな 影 響 を 受 けることを 明 らかにした。キーワード: 液 状 化 、 河 川 堤 防 、 有 効 応 力 解 析 、 地 震- 1 -


1. はじめに地 震 時 の 地 盤 の 液 状 化 により、 社 会 基 盤 に 甚 大 な 被 害 がもたらされることが 認 識 されたのは 1964 年 の新 潟 地 震 や 同 年 に 発 生 したアラスカ 地 震 以 降 である。 現 在 に 至 るまで、 液 状 化 現 象 ついて、 世 界 中 で 精力 的 に 研 究1) が 継 続 されている。これらの 研 究 によって 得 られた 工 学 上 の 知 見 は、 液 状 化 発 生 危 険 度 の判 定 や、 各 種 の 液 状 化 対 策 工 法 に 生 かされ、 社 会 に 大 きく 寄 与 してきた。しかし、 河 川 堤 防 などの 土 構造 物 は、 大 きな 地 震 が 発 生 するたびに、 液 状 化 による 被 害 を 受 けてきた 2) 。河 川 堤 防 の 地 震 による 被 害 事 例3)~7) から、その 被 害 形 態 はいくつかのパターンに 分 けることができる。図 1 に 河 川 堤 防 の 代 表 的 な 被 害 形 態 を 示 す。1 型 の 被 害 は 堤 防 の 法 面 が 崩 壊 する 形 態 、2 型 は1 型 より大 きな 堤 体 のすべり 破 壊 形 態 である。3 型 の 被 害 は、 堤 体 を 支 える 基 礎 の 破 壊 により 堤 体 の 破 壊 が 生 じる 形 態 で、4 型 は 堤 体 全 体 が、 外 形 をとどめながら 全 体 的 に 陥 没 した 形 態 である。すべり 面非 液 状 化 層非 液 状 化 層液 状 化 層1 法 面 崩 壊 型2 盛 土 すべり 型液 状 化 層3 盛 土 沈 下 型盛 土 変 形 前非 液 状 化 層4 盛 土 分 断 崩 壊 型盛 土 変 形 後図 1 地 震 時 の 河 川 堤 防 の 被 害 形 態 パターン1 型 の 被 害 の 場 合 には、 法 面 が 崩 壊 するのみで、 堤 体 の 大 部 分 は 残 存 するため、 堤 防 としての 機 能 は保 たれる。しかし、2~4 型 の 場 合 には、 天 端 が 沈 下 するため、 堤 防 の 機 能 である 洪 水 防 御 機 能 が 損 なわれる 場 合 があり、 注 意 しなければならない。 既 往 の 研 究2) によると、3 型 の 破 壊 形 態 を 示 す 場 合 は、他 の 形 態 に 比 べて、 天 端 の 沈 下 量 が 大 きくなることが 指 摘 されている。3 型 の 破 壊 形 態 を 示 した 河 川 堤防 を、 写 真 1 に 示 す。この 写 真 は、1995 年 の 兵 庫 県 南 部 地 震 直 後 に 撮 られた 淀 川 下 流 左 岸 酉 島 地 区 の 写真8) である。 堤 体 が 崩 壊 し、 大 きく 沈 下 している 様 子 がわかる。このような 被 害 は、この 地 区 を 含 めて1.8km に 渡 って 見 られた。この 地 区 では、 厚 い 沖 積 砂 層 と 沖 積 粘 土 層 が 堆 積 しており、 沖 積 砂 層 の N 値は、 上 層 部 で 2~5、 下 層 部 で 11~14 であった。また 地 下 水 位 が、GL-1m と 非 常 に 浅 いため、 液 状 化 しやすい 地 区 であったことが 推 測 される。 図 2 に、この 地 区 の 地 盤 構 成 を 示 す。洪 積 砂 層8)写 真 1 淀 川 河 口 部 左 岸 酉 島 の 堤 防 崩 壊8)図 2 淀 川 河 口 部 の 地 盤 構 成- 2 -


この 淀 川 堤 防 の 崩 壊 メカニズムを 解 明 するために、さまざまな 手 法 により 再 現 解 析 が 行 われた 9)~11) 。これらの 再 現 解 析 によると、 地 震 動 によって、 盛 土 周 辺 の 砂 質 地 盤 に 液 状 化 が 発 生 すると、 砂 層 地 盤 の側 方 拘 束 が 弱 まり、 地 盤 が 側 方 に 流 動 するため、 堤 体 が 沈 下 したと 結 論 づけている。これらの 研 究 や 調査 により、 地 下 水 位 が 高 く、 緩 く 厚 く 堆 積 した 砂 層 の 液 状 化 は、 堤 体 の 大 沈 下 を 引 き 起 こす 大 きな 原 因となることがわかった。本 研 究 で 対 象 とした 信 濃 川 中 流 域 にある 河 川 堤 防 も、 過 去 に 発 生 した 1964 年 新 潟 地 震 、2004 年 新 潟県 中 越 地 震 および 2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 で、 堤 体 の 沈 下 被 害 が 報 告 されている。この 地 域 は、 信 濃 川の 氾 濫 に 伴 って 生 成 されたため、 砂 層 が 厚 く 堆 積 している 12) 。 堆 積 した 砂 層 上 に 河 川 堤 防 が 構 築 されているため、 淀 川 の 河 川 堤 防 と 同 じ 破 壊 メカニズムで 被 災 したと 考 えられる。さらに、 新 潟 県 にはいくつもの 活 断 層13) が 存 在 しているため、 今 後 大 きな 地 震 が 発 生 する 可 能 性 がある。これらの 条 件 が 重 なっている 地 域 であるため、 地 震 による 河 川 堤 防 の 耐 震 性 評 価 や、 被 害 を 低 減 するための 適 切 な 対 策 を 講 じることが 求 められている。現 在 、 河 川 堤 防 の 耐 震 性 評 価 方 法 については、「 河 川 構 造 物 の 耐 震 性 能 照 査 指 針 ( 案 ) 14) 」にまとめられている。この 指 針 により、 大 きな 地 震 に 対 して、 河 川 の 越 流 を 防 止 する 機 能 が 損 なわれなければ、 堤 体にある 程 度 の 損 傷 を 許 容 するという 性 能 設 計 の 概 念 が 取 り 入 れられた。 地 震 時 の 堤 防 の 変 形 量 や 沈 下 量が 重 視 されたため、 耐 震 性 能 の 照 査 方 法 も 変 更 された。 従 来 のように、 円 弧 すべり 法 により 算 出 された安 全 率 と 経 験 的 な 堤 体 の 沈 下 量 の 関 係 により、 堤 体 の 沈 下 量 を 評 価 する 方 法 ではなく、 有 限 要 素 法 を 用いた 静 的 解 析 法 などの 変 形 を 直 接 算 定 する 方 法 が 取 り 入 れられた。しかしこれらは、 直 接 堤 防 の 変 形 を算 定 することのできる 解 析 手 法 であるが、 液 状 化 層 を 仮 定 する 点 や、 地 盤 の 応 力 状 態 と 間 隙 水 圧 が 考 慮することができない 点 から、 得 られる 結 果 は、 実 現 象 を 詳 細 に 再 現 したものではないという 指 摘 もある。また、 地 震 時 の 外 力 を、 地 震 動 の 最 大 加 速 度 で 与 えるため、 最 大 加 速 度 が 大 きな 地 震 ほど、 堤 体 の 変 形量 や 沈 下 量 が 大 きく 評 価 される。しかし、 実 際 の 地 震 動 では、 地 震 動 の 継 続 時 間 が 長 いほど、 堤 体 の 変形 量 や 沈 下 量 が 大 きくなる 場 合 もある 7) 。以 上 より、 本 研 究 では、 地 震 時 の 地 盤 の 応 力 状 態 や 間 隙 水 圧 を 考 慮 した 上 で 河 川 堤 防 の 変 形 状 態 を 表現 でき、 地 震 動 の 加 速 度 振 幅 の 大 きさや、 継 続 時 間 の 影 響 を 考 慮 できる 2 次 元 有 効 応 力 解 析 プログラムLIQCA 15) により、 過 去 の 被 害 事 例 の 再 現 を 試 みた。さらに、 地 震 動 の 加 速 度 振 幅 の 大 きさや 継 続 時 間 が、河 川 堤 防 の 被 害 に 与 える 影 響 について 検 討 するために、 地 震 動 の 最 大 加 速 度 と 継 続 時 間 の 異 なる、1964年 新 潟 地 震 、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 および 2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 の 推 定 地 震 動 波 形 を 用 いて 解 析 を行 った。それぞれの 解 析 では、 河 川 堤 防 の 変 形 量 や 沈 下 量 を 含 めた 耐 震 性 能 の 評 価 だけではなく、 時 々刻 々と 変 化 する 地 盤 内 の 応 力 状 態 や 過 剰 間 隙 水 圧 から、 被 災 メカニズムの 推 定 も 行 った。2. 検 討 断 面 概 要2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 で、 被 害 の 大 きかった 信 濃 川 堤 防 右 岸 2.0km( 中 条 地 区 )の 河 川 堤 防 を 解 析 の 対象 とした。 図 3 に、 検 討 断 面 の 概 要 図 と 地 盤 の 分 布 状 況 を 示 す。 検 討 断 面 では、3 点 でボーリング 調 査が 行 われている。ボーリング 調 査 は、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 の 後 に 行 われており、 天 端 川 表 側 法 肩 ( 図 3中 のボーリング No.Ⅱ)は 2004 年 11 月 に、 川 裏 側 小 段 ( 図 3 中 のボーリング No.Ⅲ)および、 河 川 敷 ( 図 3中 のボーリング No.Ⅰ)は、2005 年 11 月 行 われたものである。いずれのボーリング 結 果 も、 被 災 後 のボーリング 調 査 結 果 であるため、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 以 前 のものではない。このボーリング 調 査 から 得られた 物 性 値 および 室 内 試 験 から 推 定 された 粘 着 力16) 、 内 部 摩 擦 角16) 、 透 水 係 数 を 表 1 に 示 す。 堤 体 中央 の 地 盤 分 布 は、 地 表 から、 盛 土 層 (Bc3、Bc2)、 粘 性 土 層 (Ac1)、 砂 質 土 層 (As1)、 粘 性 土 層 (Ac2)、 砂 質土 層 (As2)、 粘 性 土 層 (Ac3)、 砂 質 土 層 (As2)、 粘 性 土 層 (Ac3)、 砂 質 土 層 (As3)の 互 層 からなっている。Ac2以 深 地 盤 では、N 値 が 大 きい 良 質 な 地 盤 が 分 布 している。 一 方 、それ 以 浅 では、 盛 土 層 を 含 めて N 値 が小 さい 緩 い 地 盤 が 分 布 している。 地 下 水 位 は、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 発 生 直 後 (2004 年 10 月 21 日 18時 00 分 )の 河 川 水 位 である 標 高 12.7m に 設 定 した。- 3 -


標 高 TP(m)19.9m 11.1m 6.8m 25.7m2015105.1m102030TsBc2As1(1)102030Bc3102030Bc3Ac1Ac250-5Ac2As2As1(2)ボーリングNo.ⅡボーリングNo.Ⅲ-10-15ボーリングNo.ⅠAs2As3Ac3Ac3図 3 検 討 断 面 の 概 要 図 と 地 盤 の 分 布 状 況表 1 地 盤 定 数 (2004 年 ~2005 年 時 点 )地 層 区 分土 質 分 類湿 潤 重 量γ t (kN/m 3 )N 値細 粒 分 含 有 率Fc (%)平 均 粒 径D 50 (mm)粘 着 力c (kN/m 2 )内 部 摩 擦 角φ (°)透 水 係 数k (cm/sec)Ts盛 土 (シルト)187290.304802.0×10 -4Bc3盛 土 ( 細 砂 )184480.354802.0×10 -4Bc2盛 土 ( 砂 質 シルト)184750.314808.0×10 -4Ac1粘 性 土143810.036901.0×10 -6As1(1)砂 質 土181060.330304.0×10 -3As1(2)砂 質 土182080.350304.0×10 -3Ac2粘 性 土17101000.015901.0×10 -6As2砂 質 土1940180.250477.0×10 -4Ac3粘 性 土17151000.018801.0×10 -6As3砂 質 土1950100.250477.0×10 -43. 初 期 応 力 解 析地 震 前 の 地 盤 内 の 応 力 状 態 を 適 切 に 把 握 するため、 自 重 解 析 を 行 った。 自 重 解 析 の 拘 束 条 件 は、メッシュの 下 端 面 でx-y 固 定 、 解 析 領 域 の 側 方 両 端 をx 固 定 ( 鉛 直 ローラー)とした。 図 4に、 初 期 応 力 解 析 で得 られた 平 均 有 効 応 力 σ' m のコンター 図 を 示 す。UNIT: kPaYX図 4 初 期 応 力 解 析 後 の 平 均 有 効 応 力 σ' m のコンター 図- 4 -


4. 入 力 地 震 動 の 算 定本 研 究 の 対 象 とした 地 震 動 は、1964 年 新 潟 地 震 、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 および2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地震 である。それぞれ、 工 学 的 基 盤 (Vs=500 (m/sec))における 地 震 動 をEMPR( 非 定 常 スペクトル 合 成 法 による 強 震 動 予 測 モデル 17) )を 用 いて 算 定 した。 対 象 とした3つの 地 震 の 断 層 パラメータを 表 2に、 断 層 位 置 ならびに 震 源 位 置 を 図 5に 示 す。表 2 断 層 パラメータ地 震 動1964 年 新 潟 地 震18)2004 年 新 潟 県 中 越 地 震19)2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震20)地 震 モーメント(dyne・cm)3.02×10 271.20×10 261.62×10 26断 層 面 の 大 きさ幅深 さ(km)(km)80.030.042.024.030.024.0破 壊 伝 播 速 度(km/sec)2.502.502.50地 震 波 伝 播 速 度(km/sec)3.00表 3 入 射 基 盤 での 最 大 加 速 度 および 地 震 動 継 続 時 間 t 90地 震 名1964 年 新 潟 地 震2004 年 新 潟 県 中 越 地 震2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震最 大 加 速 度 (gal)243.3182.2129.4継 続 時 間 t 90 (sec)26.568.7019.38( 基 盤 のせん 断 波 速 度 は Vs=295 (m/sec)を 想 定 )1964 年 新 潟 地 震2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震2004 年 新 潟 県 中 越 地 震図 5 震 源 および 断 層 モデル ( 赤 丸 は 震 源 位 置 、 星 印 は 検 討 断 面 位 置 )本 検 討 で 対 象 とした3つの 地 震 のうち、2004 年 と2007 年 の 地 震 では、KIK-net 観 測 点 において 多 くの 強震 記 録 が 得 られている。そこで、 新 潟 県 内 の 観 測 点 で 得 られたいくつかの 記 録 に 基 づき、それぞれの 地震 特 有 のスペクトル 特 性 を 反 映 した 基 盤 波 形 シミュレーションを 行 った 21) 。 各 地 震 による 当 該 地 点 での基 盤 地 震 動 の 算 定 について、それぞれ 下 記 の(1)~(3)に 示 す。図 6(a)~(c)に、 本 解 析 で 得 られた 当 該 地 点 での3つの 地 震 による 解 放 基 盤 (Vs=295 (m/sec) 相 当 )での加 速 度 波 形 (2E 波 )を 示 す。また、 本 論 文 では、 地 震 動 継 続 時 間 の 定 義 としてt 90 を 用 いる。t 90 とは、 加 速度 パワーの90%が 集 中 する 継 続 時 間 t 90 (パワーの 累 積 5%~95%までの 時 間 )である。 図 7に、 地 震 動 継 続 時間 t 90 の 定 義 を 示 す。- 5 -


Acceleration (gal)3002001964 年 新 潟 地 震1000-100-200-3000 10 20 30 40 50 60Time (sec)Acceleration (gal)3002002004 年 新 潟 県 中 越 地 震1000-100-200-3000 10 20 30 40 50 60Time (sec)(a) 1964 年 新 潟 地 震(b) 2004 年 新 潟 県 中 越 地 震Acceleration (gal)3002002007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震1000-100-200-3000 10 20 30 40 50 60Time (sec)(c) 2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震図 6 解 析 基 盤 (Vs =295 (m/sec))の 加 速 度 波 形Accumulation ofacceleration power (%)100150Accumulation of acceleration power801005060040-5020t -100090Acceleration-1500 5 10 15 20 25 30Time (sec)図 7 地 震 動 継 続 時 間 t 90 の 定 義Acceleration (gal)(1)1964 年 新 潟 地 震 における 地 震 動 の 算 定この 地 震 における 強 震 記 録 としては、 地 盤 の 液 状 化 により 周 波 数 特 性 が 急 激 に 変 化 している 加 速 度 波形 が1 地 点 で 得 られているのみである。したがって、 表 2の 断 層 パラメータの 情 報 に 基 づいて 非 定 常 スペクトル 合 成 法 により 当 該 地 点 での 基 盤 波 形 を 算 出 した。 震 源 が 断 層 の 中 央 下 部 に 位 置 しており、 当 該 地域 に 対 して 断 層 の 南 部 は 破 壊 が 近 づく 方 向 に、 断 層 の 北 部 は 破 壊 が 遠 ざかる 方 向 に 伝 播 するタイプとなり、 図 6(a)に 示 した 加 速 度 波 形 にはそれらの 特 徴 が 反 映 されている。 断 層 が 大 きいため 強 震 部 の 継 続 時間 は40 秒 程 度 と 長 い。なお、 地 震 動 の 最 大 加 速 度 と 地 震 動 継 続 時 間 t 90 の 値 を 表 3に 示 した。この 地 震 では、それぞれ243.3gal、26.56 秒 と 算 定 された。(2)2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 における 地 震 動 の 算 定この 地 震 の 断 層 規 模 は、 表 2に 示 されるように 比 較 的 小 さい。これらの 震 源 パラメータの 情 報 に 加 え、KIK-net 観 測 点 で 得 られた 強 震 記 録 より 当 該 地 震 特 有 のスペクトル 特 性 に 関 する 情 報 を 推 定 し、この 結 果を 地 震 動 の 算 定 に 活 用 した。 具 体 的 には、KIK-net 観 測 点 での 地 中 記 録 からVs=500 (m/sec) 相 当 の 解 放 基盤 波 形 を 算 出 し、 各 地 点 での 解 放 基 盤 波 形 に 共 通 して 含 まれるスペクトル 特 性 と 等 価 なパラメータである、 非 定 常 スペクトルの 重 ね 合 わせ 数 を 地 震 固 有 の 特 性 とみなし、 非 定 常 スペクトル 合 成 法 に 取 り 入 れる 手 法 である。 図 8(a)における 黒 線 は、 非 定 常 スペクトル 法 におけるM=6クラスの 地 震 の 重 ね 合 わせ 数を 算 定 したものである。 同 図 の 細 い 緑 線 は、 同 地 震 の 各 KIK-net 観 測 点 での 工 学 的 基 盤 (Vs=500(m/sec)) 相当 での 波 形 から 算 定 された 重 ね 合 わせ 数 であり、 断 層 からの 距 離 減 衰 の 効 果 を 補 正 したものである。これらの 周 波 数 軸 上 での 平 均 値 ( 同 図 における 赤 線 )をもって、この 地 震 特 有 のスペクトル 特 性 とみなし、地 震 動 の 算 定 に 用 いた。 同 図 (b)は、(a)における 黒 線 に 対 する 赤 線 の 値 を 示 したものであり、 断 層 のモデルから 得 られる 重 ね 合 わせ 数 に 対 する 当 該 地 震 の 補 正 係 数 を 示 している。この 地 震 の 場 合 、1Hz 以 上 の高 振 動 数 領 域 において、 平 均 的 にスペクトル 強 度 が 小 さい 傾 向 にあることを 示 している。- 6 -


また、 図 5に 示 される 震 源 断 層 と 当 該 地 点 との 関 係 から、 断 層 破 壊 が 当 該 地 点 に 向 かって 進 行 するタイプとなり、 算 定 される 加 速 度 波 形 は 図 6(b)のように 強 震 部 が 集 中 したものとなっている。 地 震 動 の 最 大加 速 度 は182.2gal、 継 続 時 間 t 90 は8.70 秒 となっている。(a) 非 定 常 スペクトルの 重 ね 合 わせ 数 の 比 較 (b) EMPR の 重 ね 合 わせに 対 する 当 該 地 震 特 有の 重 ね 合 わせ 数図 8 M=6クラスの 地 震 による 非 定 常 スペクトルの 重 ね 合 わせ 数 の 比 較 (2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 )(3)2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 における 地 震 動 の 算 定この 地 震 の 断 層 規 模 は、2004 年 の 地 震 と 同 様 に 比 較 的 小 さい。 前 述 した2004 年 の 地 震 と 同 様 に、KIK-net観 測 点 における 強 震 記 録 に 基 づいて、この 地 震 特 有 のスペクトル 特 性 を 反 映 させた 強 震 動 シミュレーションを 行 った。 図 9には、この 地 震 動 固 有 のスペクトル 特 性 に 基 づく 補 正 係 数 を 示 した。 先 の2004 年 の 地震 動 と 同 様 に、 高 振 動 数 領 域 において 平 均 的 にスペクトル 強 度 が 小 さくなる 傾 向 を 示 している。算 定 される 地 震 動 は、 図 5に 示 される 震 源 断 層 と 当 該 地 点 との 関 係 から、 断 層 破 壊 が 当 該 地 点 から 遠 ざかる 方 向 に 進 行 するタイプとなり、 図 6(c)に 示 されるようにやや 継 続 時 間 の 長 い 特 徴 を 有 している。 地震 動 の 最 大 加 速 度 は129.4gal、 継 続 時 間 t 90 は19.38 秒 となっている。(a) 非 定 常 スペクトルの 重 ね 合 わせ 数 の 比 較 (b) EMPR の 重 ね 合 わせに 対 する 当 該 地 震 特 有の 重 ね 合 わせ 数図 9 M=6クラスの 地 震 による 非 定 常 スペクトルの 重 ね 合 わせ 数 の 比 較 (2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 )以 上 、それぞれの 地 震 による 当 該 地 点 での 解 放 基 盤 波 形 (Vs=295 (m/sec) 相 当 )の 算 定 の 手 順 ならびに得 られたシミュレーション 地 震 動 について 示 した。 通 常 、 非 定 常 スペクトル 合 成 法 によるシミュレーション 地 震 動 はVs=500 (m/sec) 相 当 の 基 盤 での 加 速 度 波 形 として 得 られる。Vs=295 (m/sec) 相 当 の 基 盤 波 形への 変 換 は、 翠 川 22) による 振 幅 と 基 盤 のせん 断 波 速 度 との 関 係 式 に 基 づき、 振 幅 に 補 正 係 数 を 乗 ずることにより 行 った。 翠 川 は、 地 震 基 盤 (Vs’ =3,000 (m/sec))の 層 に 対 する 地 表 地 震 動 の 最 大 速 度 振 幅 比 に 相 当- 7 -


ここに、 ρ は 土 の 密 度 、 u& & siは 固 相 の 加 速 度 、 σ ijは 全 応 力 、 b iは 物 体 力 、 ρ f は 液 相 の 密 度 、k は 透 水係 数 、 K f は 液 相 の 体 積 弾 性 係 数 、& s は 固 相 の 体 積 ひずみ 速 度 である。LIQCAでは、 土 のモデル 化 に 対ε& iiして1) 弾 性 モデル、2) 砂 の 繰 返 し 弾 塑 性 モデル 24) 、3)R-Oモデル、4) 粘 土 の 繰 返 し 弾 粘 塑 性 モデル 25) の4つの 構 成 式 が 準 備 されている。6. 動 的 解 析動 的 解 析 での 境 界 条 件 は、 地 盤 底 面 を 粘 性 境 界 とした。 最 左 ( 右 ) 端 の 節 点 ( 図 11 中 青 丸 )と 1 つ 内 側 の節 点 ( 図 11 中 赤 丸 )を x-y 方 向 の 等 変 位 境 界 ( 図 11 中 (a))とした。さらに、 両 端 で 高 さが 同 じ 節 点 に、x-y方 向 の 等 変 位 境 界 ( 図 11 中 (b))を 設 けた。 地 下 水 位 面 を 排 水 境 界 とし、その 他 の 面 では、 非 排 水 境 界 とした。また 地 震 動 が 終 了 した 直 後 より、 圧 密 解 析 を 行 った。図 12 に、 数 値 解 析 で 用 いた 有 限 要 素 メッシュを 示 す。 節 点 数 は 2498、 要 素 数 は 2431 である。 解 析 対象 地 盤 は、 横 幅 300.0m であり、 盛 土 は 堤 防 高 5.1m、 幅 63.5m である。 図 12 中 の Bc3 層 、Bc2 層 、As1(1) 層 、As1(2) 層 、As2 層 、As3 層 、Ts 層 には、 砂 の 繰 返 し 弾 塑 性 モデルを 用 い、Ac1 層 、Ac2 層 、Ac3 層 には、 粘 土 の 繰 返 し 弾 粘 塑 性 モデルを 用 いた。 兵 庫 県 南 部 地 震 では、 沖 積 粘 土 層 の 剛 性 低 下 の 違26)、いにより、 液 状 化 による 被 害 に 差 異 が 生 じることが 報 告27) されているため、 砂 層 だけではなく、 粘土 層 も 過 剰 間 隙 水 圧 の 上 昇 を 考 慮 するため、 粘 土 の 繰 返 し 弾 粘 塑 性 モデルを 用 いた。 砂 の 繰 返 し 弾 塑 性モデルの 数 値 パラメータについては、N 値 から 推 定 された 繰 返 し 三 軸 強 度 比 (R L20 )にフィットするように、要 素 シミュレーションを 行 い 決 定 した。 粘 土 の 繰 返 し 弾 粘 塑 性 モデルのパラメータについては 既 往 の 研究25) より 決 定 した。 表 4 に、 決 定 したパラメータを 示 す。 図 13(a)、(b)に As1(1)の 要 素 シミュレーションで 得 られたせん 断 応 力 ―せん 断 ひずみ 関 係 と、 有 効 応 力 経 路 の 一 例 を、 図 13(c)に、 液 状 化 強 度 曲 線 を示 す。N 値 から 推 定 された 繰 返 し 三 軸 強 度 比 (R L20 )も 合 わせて 示 す。等 変 位 境 界 (a)等 変 位 境 界 (b)Y最 端 の 節 点1つ 内 側 の 節 点X図 11 等 変 位 境 界 条 件 の 概 略 図19.9m 11.1m 6.8m 25.7mTs5.1mAs1(1)Bc2Bc3Ac1Ac2Ac2As1(2)Y24.9m解 析 基 盤 面 (Vs=295(m/sec))As2As2As3Ac3Ac326.5mX300.0m図 12 有 限 要 素 メッシュ- 9 -


表 4 有 効 応 力 解 析 にパラメータ 一 覧Bc3 Bc2 Ts As1 (1) As1 (2) As2 As3 Ac1 Ac2 Ac3パラメータ 名密 度 ρ (g/cm 3 ) 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.9 1.9 1.4 1.7 1.7透 水 係 数 k (m/sec) 2.0E-06 2.0E-06 2.0E-06 2.0E-05 4.0E-05 7.0E-06 7.0E-06 1.0E-08 1.0E-08 1.0E-08せん 断 波 速 度 Vs (m/sec) 158 158 191 172 217 273 273 158 215 246弾 塑 性 モデル・ 弾 粘 塑 性 モデル圧 縮 指 数 λ 0.0005 0.0005 0.0008 0.0057 0.0012 0.0460 0.0011 0.0057 0.3280 0.3280膨 潤 指 数 κ 0.0002 0.0002 0.0001 0.0001 0.0005 0.0005 0.0006 0.0006 0.0629 0.0629擬 似 過 圧 密 比 OCR 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1 1 1無 次 元 初 期 せん 断 係 数 G 0 /σ ' m 4300.0 4300.0 5000.0 1183.4 1431.4 1468.6 3020.5 1183.4 287.0 287.0変 相 応 力 比 M * m 0.909 0.909 0.909 0.909 0.909 0.909 0.909 1.130 1.130 1.130破 壊 応 力 比 M * f 1.150 1.150 1.150 1.150 1.150 1.579 1.579 1.310 1.310 1.310硬 化 関 数 中 のパラメータ B * 0 11000 11000 12000 4000 5000 3500 10000 30 30 30硬 化 関 数 中 のパラメータ B * 1 100 100 100 100 200 100 200 0 0 0硬 化 関 数 中 のパラメータ C f 100 100 100 1000 1500 1000 1000 0 0 0基 準 ひずみ( 塑 性 剛 性 ) γ p* r 0.004 0.004 0.004 0.001 0.002 0.002 0.001 - - -基 準 ひずみ( 弾 性 剛 性 ) γ e* r 0.008 0.008 0.008 0.002 0.005 0.004 0.003 - - -異 方 性 消 失 パラメータ C d 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 - - -粘 塑 性 パラメータ C * 01 - - - - - - - 5.54E-06 5.54E-06 5.54E-06粘 塑 性 パラメータ C * 02 - - - - - - - 7.76E-07 7.76E-07 7.76E-07粘 塑 性 パラメータ m * 0 - - - - - - - 14 14 14第 二 せん 断 弾 性 係 数 比 粘 塑 性 G/G 2 - - - - - - - 0 0 0Shear stress τ xy(kPa)20151050-5-10-15-20-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03Shear strain ε xyShear stress τ xy(kPa)20151050-5-10-15-200 10 20 30 40Mean effective stress σ' m(kPa)(a) せん 断 応 力 -せん 断 ひずみ 関 係(b) 有 効 応 力 経 路Cyclic stress ratio q/2p' 00.60.50.40.30.2Model performanceExperiment (R L20 )0.11 10 100Number of loading cycles N(c) 液 状 化 強 度 曲 線図 13 要 素 シミュレーションの 結 果7. LIQCA による 再 現 解 析本 節 では、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 で 比 較 的 大 きな 被 害 にあった 信 濃 川 堤 防 右 岸 2.0km( 中 条 地 区 )を 対象 に 再 現 解 析 を 行 った。はじめに、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 で 被 災 した 地 区 の 被 災 状 況 を 整 理 しておく。図 14 に、 被 災 後 の 現 地 調 査 で、 折 敷28) や 大 作 ら 29) が 得 た 2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 での 堤 体 天 端 の 被 災 状況 を 示 す。 折 敷28) と 大 作 ら 29) の 現 地 調 査 で、やや 異 なった 被 災 状 況 が 報 告 されているが、 共 通 して 以 下のことが 示 されている。・ 堤 外 側 法 肩 が 大 きく 陥 没 した( 沈 下 量 約 50cm)こと。・ 天 端 には 縦 断 亀 裂 が 多 数 発 生 したこと。・ 堤 外 側 法 先 で 墳 砂 跡 がみられたこと。・ 堤 外 側 法 面 では、 護 岸 に 亀 裂 があり、はらみ 出 すように 折 れて 変 形 していたこと。- 10 -


堤 外 側沈 下 量 50cm堤 内 側180cm140cm240cm変 形 前変 形 後28)(a) 折 敷 による 報 告 (b) 大 作 ら 29) による 報 告図 14 2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 での 被 災 状 況図 15 に、 堤 体 天 端 の 最 終 変 形 図 を 示 す。2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 での 河 川 堤 防 の 被 災 状 況 報 告 ( 図 14)と、LIQCA で 行 った 解 析 結 果 ( 図 15)を 比 較 する。堤 外 側沈 下 量 47cm堤 内 側変 形 前変 形 後図 15 LIQCA による 再 現 解 析 結 果図 15 より、 堤 外 側 の 法 肩 で 約 50cm の 沈 下 が 見 られ、 堤 外 側 の 法 面 ではらみが 見 られた。これは、 図14 と 酷 似 しており、 数 値 解 析 により 被 災 状 況 を 概 ね 再 現 することができた。 一 方 、 堤 内 側 の 法 肩 の 変 形を 比 較 すると、 実 際 の 堤 防 では、 変 状 が 見 られない。しかし 数 値 解 析 によるシミュレーションでは、 堤外 側 と 同 様 に 沈 下 している。この 原 因 として、 解 析 では、 図 14 にあるような、クラックを 表 現 できないためである。そのため 解 析 では、 液 状 化 層 の 変 形 により、 堤 体 自 体 が 堤 外 側 に 引 きずられるように 沈 下したと 考 えられる。ここで、 堤 防 の 天 端 に 発 生 したクラックについて 検 討 する。クラックの 発 生 する 天 端 には、 水 平 方 向の 引 張 り 応 力 が 大 きく 作 用 していることが 考 えられる。 図 16 に、 地 震 動 開 始 12 秒 後 の 数 値 解 析 で 得 られた 水 平 方 向 の 引 張 り 応 力 σ x のコンター 図 を 示 す。 図 中 のコンターで、 負 の 値 は 要 素 に 作 用 する 引 張 り応 力 を 示 し、 正 の 値 は 要 素 に 作 用 する 圧 縮 の 応 力 を 示 している。YXσ ' x(kPa)-20 -10 0 10 20図 16 水 平 方 向 に 作 用 する 応 力 のコンター 図 ( 地 震 動 開 始 12 秒 )図 16 と 図 14(b)を 比 較 すると、 大 作 ら 29) による 現 地 調 査 の 報 告 で 見 られたクラック 発 生 地 点 に、 大 きな 引 張 り 応 力 が 作 用 していることを 確 認 した。この 引 張 り 応 力 は、 地 震 開 始 12 秒 の 時 点 で 見 られることから、 実 際 の 堤 防 に 見 られたクラックは、 地 震 発 生 直 後 から 発 生 したものと 推 測 される。次 に 被 災 メカニズムの 検 討 を 行 う。 大 作 ら 29) は、 地 震 後 の 被 災 状 況 から、 被 災 メカニズムを 以 下 のように 推 定 している。 地 震 動 により、 堤 外 側 直 下 の 砂 層 が 液 状 化 し、 堤 外 側 へ 側 方 移 動 したため、 堤 体 が堤 外 側 に 向 かい 移 動 しながら 沈 下 した。さらに 地 震 後 に、 液 状 化 した 砂 層 が 再 圧 密 したために 堤 体 全 体が 沈 下 したと 推 定 している。これを 踏 まえ、 再 現 解 析 の 結 果 をまとめる。 図 17 に、 解 析 メッシュと 変 形- 11 -


における 着 目 節 点 を 示 す。 図 18 に、それぞれの 節 点 での 水 平 方 向 変 位 を、 図 19 に 鉛 直 方 向 変 位 を 示 す。図 20 に、 有 効 応 力 減 少 比 (1-σ' m /σ' m0 )のコンターと 変 形 図 ( 変 形 倍 率 5.0)を 合 わせて 示 す。それぞれ 地 震 動開 始 0 秒 、10 秒 、20 秒 および 約 1 日 後 の 図 である。 図 20 中 には、 点 線 で 地 震 前 の 堤 体 の 形 状 を 示 す。表 5 に、 各 時 刻 区 分 の 天 端 の 沈 下 量 、 法 尻 の 水 平 方 向 の 変 位 量 とその 割 合 を 示 す。node 1071node 748node 2010YX図 17 解 析 メッシュと 着 目 節 点X-Displacement (m)0.20.10-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5-0.6dx- 748dx- 1267dx- 20100.01 0.1 1 10 100 1000 10 4 10 5Time (sec)Y-Displacement (m)0.20.10-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5-0.6dy- 748dy- 1267dy- 20100.01 0.1 1 10 100 1000 10 4 10 5Time (sec)図 18 着 目 節 点 の x 方 向 変 位図 19 着 目 節 点 の y 方 向 変 位(a) 震 動 開 始 0.0 秒(b) 震 動 開 始 10.0 秒(c) 震 動 開 始 20.0 秒 (d) 震 動 後 約 1 日 (27 時 間 後 )Decrease ratio of effective stress図 20 有 効 応 力 減 少 比 のコンターと 変 形 図- 12 -


表 5 各 時 刻 区 分 の 堤 体 変 形 量 とその 割 合天 端 の 沈 下 量 (m) 全 沈 下 量 に 対 する 割 合 (%) 水 平 の 変 位 量 (m) 全 水 平 量 に 対 する 割 合 (%)時 刻0.00 秒 ~5.72 秒 0.01 1.22 0.01 0.805.72 秒 ~14.42 秒 t 90 0.19 40.89 0.26 40.7014.42 秒 ~30.00 秒 0.22 46.81 0.32 49.8530.00 秒 ~ 圧 密 0.05 11.08 0.06 8.65最 終 沈 下 量 0.47 100.00 0.64 100.00図 18 より、 堤 体 の 水 平 変 位 は、 主 に 震 動 中 ( 再 圧 密 開 始 直 前 まで)に 大 きくなり、 地 震 終 了 後 はさほど大 きな 変 位 は 見 られない。また 堤 外 側 法 尻 は 大 きく 堤 外 側 に 変 位 し、 堤 内 側 法 尻 は 堤 内 側 に 変 位 していることから、 堤 体 は 広 がるような 変 形 をしていると 考 えられる。図 19 より、 堤 体 天 端 と 堤 外 側 法 尻 の 沈 下 量 は、 主 に 震 動 中 ( 再 圧 密 開 始 直 前 まで)に 大 きくなり、 地 震終 了 後 はさほど 大 きな 変 位 は 見 られない。 一 方 、 堤 内 側 法 尻 では、 地 震 中 には 浮 き 上 がる 挙 動 を 示 した。これは、 堤 内 側 直 下 に 薄 い 液 状 化 層 しかないため、 加 振 中 の 堤 体 にはすべりモード 30) が 発 生 しているためと 考 えられる。図 20 より、 震 動 開 始 10 秒 で As1(1) 層 の 広 い 範 囲 で、 有 効 応 力 が 0 になる 箇 所 が 見 られるようになる。 堤 体 全 体 に、 大 きな 沈 下 や 移 動 は 見 られないが、As1(1) 層 の、メッシュが 堤 外 方 向 に 変 形 を始 める。 震 動 開 始 20 秒 で、 堤 体 を 支 える As1(1) 層 の 有 効 応 力 がほぼ 0 となり、Ac2 層 の 有 効 応 力 も減 少 する。この 時 間 を 境 にして、 堤 体 の 変 形 が 顕 著 に 見 られるようになる。表 5 より、 地 震 動 が 作 用 している 0 秒 から 30 秒 までは、 天 端 の 沈 下 量 ・ 水 平 の 変 位 量 ともに 大 きい。これは、 地 震 動 によるせん 断 を 受 け、 堤 体 の 支 持 地 盤 が 液 状 化 し、さらに 側 方 方 向 に 変 位 するため、 堤体 も 同 時 に 沈 下 すると 考 えられる。 一 方 、 地 震 動 終 了 後 の 30 秒 以 降 も 堤 体 の 変 形 は 見 られるが、さほど大 きくはない。それは、 液 状 化 層 の 過 剰 間 隙 水 圧 の 消 散 に 伴 う 再 圧 密 のためと 考 えられる。 地 震 終 了 後には、 地 盤 に 作 用 するせん 断 力 が 小 さいため、 側 方 方 向 への 変 形 は 発 生 しにくい。そのため 地 震 動 終 了後 には、 沈 下 による 変 形 が 卓 越 すると 考 えられる。2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 の 堤 防 の 被 災 状 況 と 被 災 メカニズムを 再 現 する 為 に 動 的 変 形 解 析 を 実 施 した結 果 、 被 災 状 況 は 折 敷 と 大 作 が 行 った 被 災 後 の 現 地 調 査 の 結 果 と 概 ね 一 致 し、さらに 被 災 メカニズムについては、 大 作 らの 推 定 した 結 果 とほぼ 同 じ 結 果 を 再 現 することができた。8. 地 震 波 形 が 河 川 堤 防 の 変 形 に 与 える 影 響本 節 では、 入 力 地 震 動 の 違 いが 河 川 堤 防 の 変 形 挙 動 に 与 える 影 響 について 検 討 を 行 った。 入 力 地 震 動や 特 徴 については、4 節 で 前 述 した。 初 期 応 力 解 析 や 動 的 解 析 の 境 界 条 件 については、7 節 と 同 様 である。河 川 堤 防 の 変 形 で 着 目 する 項 目 は、 堤 防 の 天 端 の 沈 下 量 と 堤 体 法 尻 の 水 平 変 形 量 とした。これらに 着目 した 理 由 を 以 下 に 示 す。(1) 天 端 の 沈 下 量河 川 堤 防 は、 一 般 に、 河 川 の 流 水 が 河 川 外 に 流 出 することを 防 止 するために 設 けられるものであり、治 水 上 重 要 な 機 能 を 有 している。 堤 内 地 盤 高 が 外 水 位 よりも 低 い 地 域 では、 地 震 により 被 災 した 堤 防 を河 川 の 流 水 が 越 流 した 場 合 、 二 次 的 に 浸 水 被 害 を 引 き 起 こす 可 能 性 もある。そのため、 耐 震 性 能 の 評 価指 標 の 1 つとして、 天 端 の 沈 下 量 を 取 り 上 げた。(2) 盛 土 法 尻 の 水 平 変 形 量地 震 により 堤 防 が 変 形 し、クラックが 発 生 すると、 変 形 箇 所 及 びクラック 周 辺 では、 堤 体 土 の 締 固 め度 が 低 下 し、 緩 んだ 状 態 となることが 予 想 される。その 緩 みの 生 じた 堤 体 が、 侵 食 浸 透 により 破 壊 に 至ることで、 浸 水 などの 二 次 災 害 を 引 き 起 こす 可 能 性 もある。そのため、 堤 外 側 の 法 尻 と 堤 内 側 の 法 尻 の水 平 変 形 量 を 加 算 したストレッチング 量 も 耐 震 性 能 の 評 価 指 標 の 1 つとして 検 討 した。解 析 メッシュと 変 形 の 着 目 節 点 は、 図 21 に 示 すとおりである。7 節 では、 盛 土 天 端 の 沈 下 量 を、 堤外 側 法 肩 で 評 価 を 行 ったが、ここでは、 堤 内 側 法 肩 で 評 価 することとした。 水 平 変 形 量 については、7節 と 同 じ 節 点 で 評 価 することとした。 図 22 にそれぞれの 地 震 動 での、 堤 体 天 端 の 沈 下 量 の 比 較 を 示 し、- 13 -


図 23 に、As1(1) 層 の 過 剰 間 隙 水 圧 比 の 時 刻 歴 を 示 す。 図 24(a)、(b)にそれぞれの 地 震 動 での 堤 外 側法 尻 の 水 平 変 位 と、 堤 内 側 法 尻 での 水 平 変 位 の 比 較 を 示 す。node 748node 1267node 2010elem 1031図 21 解 析 メッシュと 着 目 節 点Displacement (m)0.20.10-0.11964 年 新 潟 地 震2004 年 新 潟 県 中 越 地 震2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震-0.2-0.3-0.4-0.5-0.60.01 0.1 1 10 100 1000 10 4 10 5Time (sec)Excess pore waterpressure ratio (∆u/σ' y0)1.210.80.60.40.20-0.21964 年 新 潟 地 震2004 年 新 潟 県 中 越 地 震2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震0.01 0.1 1 10 100 1000 10 4 10 5Time (s)図 22 堤 内 側 法 肩 の 鉛 直 変 位 (node1267)図 23 As1(1) 層 の 過 剰 間 隙 水 圧 比 (elem1031)Displacement (m)0.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1-1.21964 年 新 潟 地 震2004 年 新 潟 県 中 越 地 震2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震0.01 0.1 1 10 100 1000 10 4 10 5Time (sec)Displacement (m)0.80.60.40.201964 年 新 潟 地 震2004 年 新 潟 県 中 越 地 震2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震-0.20.01 0.1 1 10 100 1000 10 4 10 5Time (sec)(a) 堤 外 側 法 尻 (node748)(b) 堤 内 側 法 尻 (node2010)図 24 法 尻 の 水 平 変 位表 6 に、 地 震 終 了 直 後 の 各 地 震 動 での 堤 防 の 変 形 量 を 示 し、 表 7 には、 地 震 動 終 了 から 約 1 日 経 過 後の 変 位 量 を 示 す。 表 6 および 表 7 内 にあるストレッチング 量 とは、 堤 体 の 水 平 方 向 の 変 位 を 示 すもので、堤 外 側 法 尻 が 堤 外 方 向 へ 水 平 に 変 位 した 量 と、 堤 内 側 法 尻 が 堤 内 側 方 向 へ 水 平 に 変 位 した 量 を 加 算 したものである。地 震 動1964 年 新 潟 地 震2004 年 新 潟 県 中 越 地 震2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震天 端 沈 下 量 (m)表 6 地 震 動 終 了 直 後 の 堤 体 の 変 形 量1+21ストレッチング 量堤 内 法 尻 の 堤 内 方 向 への(m)水 平 変 位 量(m)0.501.000.780.310.590.500.280.610.432堤 外 法 尻 の 堤 外 方 向 への水 平 変 位 量(m)0.220.090.18表 7 地 震 動 終 了 から 1 日 経 過 後 の 堤 体 の 変 形 量地 震 動1964 年 新 潟 地 震2004 年 新 潟 県 中 越 地 震2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震天 端 沈 下 量 (m)0.540.360.331+2ストレッチング 量(m)1.020.640.671堤 内 法 尻 の 堤 内 方 向 への水 平 変 位 量(m)0.800.540.462堤 外 法 尻 の 堤 外 方 向 への水 平 変 位 量(m)0.220.100.21- 14 -


図 25~27 に、それぞれの 地 震 動 での 有 効 応 力 減 少 比 (1-σ' m /σ' m0 )のコンターと 変 形 図 ( 変 形 倍 率 5.0)を 合わせて 示 す。それぞれ 地 震 動 開 始 0 秒 、30 秒 、60 秒 および 約 1 日 後 の 図 を 示 す。また 点 線 で 地 震 前 の 堤体 の 形 状 を 示 す。(a) 震 動 開 始 0 秒(b) 震 動 開 始 30 秒(c) 震 動 開 始 60 秒 (d) 震 動 後 約 1 日 (27 時 間 後 )図 25 有 効 応 力 減 少 比 のコンターと 変 形 図 (1964 年 新 潟 地 震 )(a) 震 動 開 始 0 秒(b) 震 動 開 始 30 秒(c) 震 動 開 始 60 秒 (d) 震 動 後 約 1 日 (27 時 間 後 )図 26 有 効 応 力 減 少 比 のコンターと 変 形 図 (2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 )(a) 震 動 開 始 0 秒(b) 震 動 開 始 30 秒(c) 震 動 開 始 60 秒 (d) 震 動 後 約 1 日 (27 時 間 後 )図 27 有 効 応 力 減 少 比 のコンターと 変 形 図 (2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 )- 15 -


表 8 には、 各 地 震 動 の 時 刻 区 分 ごとの 天 端 沈 下 量 をまとめた。表 8 各 地 震 動 の 時 刻 区 分 ごとの 天 端 沈 下 量 (node1267)(a) 1964 年 新 潟 地 震時 刻 天 端 の 沈 下 量 (m) 全 沈 下 量 に 対 する 割 合 (%)0.00 秒 ~4.66 秒 0.00 0.434.66 秒 ~31.22 秒 t 90 0.34 62.1731.22 秒 ~60.00 秒 0.16 29.1960.00 秒 ~ 圧 密 0.04 8.22最 終 沈 下 量 0.54 100.00(b) 2004 年 新 潟 県 中 越 地 震時 刻 天 端 の 沈 下 量 (m) 全 沈 下 量 に 対 する 割 合 (%)0.00 秒 ~5.72 秒 0.00 1.255.72 秒 ~14.42 秒 t 90 0.15 42.3414.42 秒 ~30.00 秒 0.15 42.8630.00 秒 ~ 圧 密 0.05 13.56最 終 沈 下 量 0.36 100.00(c) 2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震時 刻 天 端 の 沈 下 量 (m) 全 沈 下 量 に 対 する 割 合 (%)0.00 秒 ~2.84 秒 0.00 0.872.84 秒 ~22.22 秒 t 90 0.21 63.3922.22 秒 ~30.00 秒 0.07 20.9030.00 秒 ~ 圧 密 0.05 14.85最 終 沈 下 量 0.33 100.00図 22~ 図 27 および 表 6~ 表 8 から、 各 地 震 動 で 得 られた 結 果 を 沈 下 量 と 水 平 変 位 に 着 目 して 示 す。(1) 堤 体 天 端 の 沈 下 量図 22 より、 河 川 堤 防 の 天 端 の 沈 下 量 は 大 きく 分 けると 2 段 階 と 見 られる。1 段 階 目 は、「 地 震 動 による 震 動 中 ( 再 圧 密 開 始 直 前 まで)」、2 段 階 目 は「 地 震 終 了 後 」である。 図 22、 図 23 および 図 25~ 図 27より、 沈 下 量 が 大 きく 変 化 するのは、 地 盤 が 液 状 化 した 後 の 震 動 中 であることがわかる。また 表 8 より、1964 年 新 潟 地 震 と 2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 では、 地 震 動 継 続 時 間 中 である t 90 の 間 に 天 端 の 沈 下 量 が 大きくなっていることが 分 かる。 表 6 および 表 7 から、 地 震 動 の 最 大 加 速 度 振 幅 が 大 きい 1964 年 新 潟 地 震 、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 、2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 の 順 に 天 端 の 沈 下 量 が 大 きくなる 傾 向 が 見 られた。しかし、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 、2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 を 比 較 してもそれほど 差 異 が 見 られない。2007年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 では、 最 大 の 加 速 度 振 幅 は 小 さいものの、 地 震 動 継 続 時 間 が 長 いため、 図 23 のように 支 持 基 盤 が 液 状 化 している 時 間 が 長 い。 液 状 化 している 地 盤 に 地 震 動 が 作 用 することで、 液 状 化 地 盤の 側 方 方 向 への 変 位 が 発 生 し、 堤 体 の 沈 下 を 助 長 したと 考 えられる。また 浦 野 ら 31) の 研 究 により、 長 周期 成 分 が 卓 越 する 入 力 地 震 動 においては、 盛 土 に 大 きな 沈 下 量 が 発 生 することが 指 摘 されている。 本 解析 においても、2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 の 方 が 2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 と 比 べて、 周 期 4 秒 以 上 の 長 周期 成 分 が 大 きい。このことも、2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 での 沈 下 量 を 大 きくした 1 つの 原 因 と 考 えられる。また、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 、2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 では 30 秒 、1964 年 新 潟 地 震 では 60 秒 付 近に、 上 に 凸 となる 時 刻 が 見 られる。これは、As1(1) 層 の 過 剰 間 隙 水 圧 消 散 が、Ac1 層 によって 一 時的 に 阻 まれるためである。その 後 、 過 剰 間 隙 水 圧 の 消 散 にともない、 堤 体 が 沈 下 することも 確 認 できる。- 16 -


(2) 堤 体 法 尻 の 水 平 変 位図 24(a)と 図 24(b)より、どの 地 震 動 でも 堤 外 側 法 尻 は、 河 川 方 向 に 向 かって 変 位 し、 堤 内 側 法 尻 は、堤 内 側 方 向 に 変 位 していることがわかる。また、 図 22、 図 23 および 図 25~ 図 27 より、 堤 体 の 水 平 変 位は 主 に 震 動 中 ( 再 圧 密 開 始 直 前 まで)、 特 に 地 盤 が 液 状 化 した 後 に 大 きく 発 生 し、 震 動 終 了 後 にはそれ 以上 の 水 平 変 位 の 増 加 はほとんど 見 られない。どの 地 震 においても、 堤 内 側 よりも 堤 外 側 に 大 きく 変 位 している。これは、 液 状 化 層 が 堤 体 中 心 よりも 堤 外 側 により 広 く 厚 く 分 布 しているためであると 考 えられる。 堤 体 の 基 盤 が 液 状 化 した 状 態 では、 小 さな 加 速 度 振 幅 でも、 堤 体 は 水 平 方 向 に 変 形 しやすいことが考 えられる。それは、 加 速 度 振 幅 の 大 きさが 比 較 的 小 さい 2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 のストレッチング 量は、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 のストレッチング 量 よりも 大 きくなることからも 見 て 取 れる。 表 6 と 表 7 より、1964 年 新 潟 地 震 、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 、2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 と 比 較 すると、 継 続 時 間 の 長い 1964 年 新 潟 地 震 、2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 の 順 にストレッチング 量 が 大 きくなった。これまでの 結 果 から、 地 震 動 の 加 速 度 振 幅 と 地 震 動 継 続 時 間 は、 支 持 基 盤 の 液 状 化 継 続 時 間 に 大 きく影 響 を 与 えており、それに 伴 い 堤 体 が 沈 下 量 していることを 確 認 した。また、 表 8 より 堤 体 の 沈 下 は、震 動 開 始 後 から 再 圧 密 開 始 までに 集 中 して 発 生 していることがわかった。この 点 についてさらに 詳 細 に検 討 するため、 震 動 開 始 から 60 秒 までに 着 目 する。 図 28 の(a)~(d)にそれぞれの 地 震 動 での 天 端 の 沈 下量 - 入 力 加 速 度 と 過 剰 間 隙 水 圧 比 の 時 刻 歴 を 示 す。さらに 図 中 には、 地 震 動 継 続 時 間 (t 90 )を 合 わせて 示 す。Acceleration (m/sec 2 )3002001000-100-200t入 力 地 震 動90-3001 10Time(sec)(a) 1964 年 新 潟 地 震0.1天 端 の 沈 下0-0.1-0.2-0.3-0.4-0.560Displacement (m)Acceleration (m/sec 2 )3002001000-100-200t 90入 力 地 震 動-3001 10Time(sec)天 端 の 沈 下(b) 2004 年 新 潟 県 中 越 地 震0.10-0.1-0.2-0.3-0.4-0.560Displacement (m)Acceleration (m/sec 2 )3000.11.2200天 端 の 沈 下01100-0.10.80.60-0.20.4-100-0.30.2-200t -0.4入 力 地 震 動90 0-3001 10-0.560-0.21 10Time(sec)Time (s)Displacement (m)Excess pore waterpressure ratio (∆u/σ' y0)(c) 2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震(d) 過 剰 間 隙 水 圧 比図 28 各 地 震 動 の 天 端 沈 下 量 - 入 力 加 速 度 と 過 剰 間 隙 水 圧 比 の 時 刻 歴1964 年 新 潟 地 震2004 年 新 潟 県 中 越 地 震2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震60図 28 より、 天 端 沈 下 の 変 化 を 時 刻 歴 で 見 ていくと、 主 要 動 が 開 始 してしばらくすると、 天 端 の 沈 下 が見 られ 始 める。 地 震 継 続 中 には、As1(1) 層 が 液 状 化 することや、 地 震 動 の 加 速 度 振 幅 が 大 きくなるため、 時 刻 歴 でプロットした 天 端 の 沈 下 量 が 描 く 曲 線 の 傾 きが、 徐 々に 急 勾 配 となっていく。 主 要 動 が終 了 し、t 90 を 過 ぎると、 時 刻 歴 でプロットした 天 端 の 沈 下 量 が 描 く 曲 線 の 勾 配 は 徐 々に 緩 くなり、 天 端の 沈 下 量 の 変 化 量 は 収 束 していく。2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 ( 図 28(b))と 2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 ( 図 28(c))を 比 較 すると、 天 端 の 沈 下 量 にそれほど 大 きな 違 いは 見 られない。しかし、2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 での 天 端 の 沈 下 量 は、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 に 比 べて、 比 較 的 緩 やかに 発 生 していることがわかる。これは、 加 速 度 振 幅 の 大 きさは 比 較 的 小 さいものの、As1(1) 層 の 液 状 化 継 続 時 間 が 長 いことが 影 響 しているものと 考 えられる。9. 結 論本 論 文 では、2 次 元 有 効 応 力 解 析 プログラム LIQCA により、 過 去 の 被 害 事 例 の 再 現 を 試 み、 河 川 堤 防の 被 災 メカニズムの 推 定 を 行 った。さらに、 地 震 動 の 加 速 度 振 幅 の 大 きさや 継 続 時 間 が 河 川 堤 防 の 変 形挙 動 に 及 ぼす 影 響 を 確 認 するために、1964 年 新 潟 地 震 、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 、2007 年 新 潟 県 中 越 沖- 17 -


地 震 における 当 該 地 点 での 推 定 地 震 動 波 形 を 用 いた 対 象 断 面 の 地 震 応 答 解 析 を 実 施 した。(1) 2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 の 推 定 地 震 動 波 形 を 用 いた 過 去 の 被 害 事 例 の 再 現 解 析解 析 の 対 象 とした 地 点 での 2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 の 地 震 動 波 形 を EMPR( 非 定 常 スペクトル 合 成 法 による 強 震 動 予 測 モデル)により 推 定 した。いくらかの KIK-net 観 測 点 において 得 られた 強 震 記 録 に 基 づき、この 地 震 特 有 のスペクトル 特 性 を 反 映 した 基 盤 波 形 のシミュレーションを 行 った。 対 象 断 面 に 対 して FEメッシュを 作 成 した。 地 震 応 答 解 析 に 用 いる 構 成 式 の 地 盤 定 数 やパラメータについては、ボーリング 調査 から 得 られた 物 性 値 および 室 内 試 験 を 基 に、 要 素 シミュレーションを 行 い 設 定 した。 得 られた 結 論 を以 下 に 示 す。(i) 地 震 応 答 解 析 の 入 力 条 件 である 加 速 度 、 地 盤 のパラメータ、および 境 界 条 件 を 適 切 に 設 定 することで、 堤 防 の 被 害 状 況 を 概 ね 再 現 することができた。(ii) 本 研 究 で 用 いた 解 析 プログラムでは、 実 際 の 被 災 状 況 の 様 にクラックを 表 現 することはできなかった。しかし、 解 析 結 果 から、クラックが 生 じた 箇 所 には、 大 きな 水 平 方 向 の 引 張 り 応 力 が 作 用 していることを 確 認 した。 解 析 結 果 から、 水 平 方 向 の 引 張 り 応 力 が 生 じた 箇 所 では、クラックが 発 生 することが 危 惧 されることを 示 した。(iii) 被 害 状 況 から 推 定 された 被 害 メカニズムを、 解 析 により 再 現 することができた。(2) 1964 年 新 潟 地 震 、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 、2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 の 3 つの 推 定 地 震 動 波 形 を 用 いた 地 震 応 答 解 析解 析 の 対 象 とした 地 点 での 1964 年 新 潟 地 震 、2004 年 新 潟 県 中 越 地 震 、2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 の 地震 動 波 形 を、 断 層 パラメータの 情 報 に 基 づいて 非 定 常 スペクトル 合 成 法 により 推 定 した。2004 年 新 潟 県中 越 地 震 、2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 の 場 合 は、KIK-net 観 測 点 における 強 震 記 録 が 得 られているため、この 記 録 に 基 づいてこの 地 震 特 有 のスペクトル 特 性 を 反 映 させた 強 震 動 シミュレーションを 行 った。FEメッシュや 構 成 式 の 地 盤 定 数 やパラメータ、 境 界 条 件 は 上 記 の 地 震 応 答 解 析 と 同 じ 条 件 で 行 った。 得 られた 結 果 を 以 下 に 示 す。(i) 堤 体 の 水 平 変 位 は、 地 盤 が 液 状 化 し 始 めることで 発 生 し、その 大 きさはおおよそ 地 震 動 の 継 続 時 間に 関 係 があると 考 えられる。この 結 果 より、 堤 体 の 基 盤 が 液 状 化 した 状 態 では、 小 さな 加 速 度 振 幅でも、 堤 体 は 水 平 方 向 に 変 形 しやすいことが 考 えられる。また 法 尻 の 水 平 変 位 は、 加 振 中 には 堤 体中 心 から 離 れるように 変 形 していたが、 地 震 後 では、 水 平 変 位 のさらなる 増 加 はほとんど 見 られなかった。(ii) 堤 体 の 鉛 直 変 位 は、 地 盤 が 液 状 化 している 状 態 で 生 じる。 地 震 動 の 加 速 度 振 幅 が 大 きいほどその 沈下 量 は 大 きくなる 傾 向 が 見 られ、 地 震 動 継 続 時 間 t 90 の 長 短 にも 大 きく 影 響 を 受 けることがわかった。また、 地 震 終 了 後 の 過 剰 間 隙 水 圧 消 散 時 にも 圧 密 沈 下 が 見 られたが、その 量 は、 地 震 中 と 比 較 して小 さい。(iii) 堤 体 の 沈 下 量 や 水 平 変 位 を 予 測 する 場 合 には、 地 震 動 の 加 速 度 振 幅 の 大 きさだけではなく、 地 震 動継 続 時 間 にも 十 分 注 意 を 配 る 必 要 があることがわかった。参 考 文 献1) 例 えば、 吉 見 吉 昭 : 砂 地 盤 の 液 状 化 ( 第 二 版 ), 技 報 堂 出 版 株 式 会 社 , 1991.2) 例 えば、 佐 々 木 康 : 河 川 堤 防 の 地 震 被 害 , 土 と 基 礎 , Vol.8, pp.25-30, 1980.3) 川 井 正 彦 , 小 野 寺 功 , 前 田 諭 : 兵 庫 県 南 部 地 震 による 河 川 堤 防 の 被 災 について, 第 31 回 地 盤 工 学 研 究発 表 会 , No.185, pp.369-370, 1996.4) ( 社 ) 土 質 工 学 会 :1993 年 釧 路 沖 地 震 ・ 能 登 半 島 沖 地 震 災 害 調 査 報 告 書 , ( 社 ) 土 質 工 学 会 , 1994.5) 金 子 正 之 , 田 村 圭 司 , 佐 々 木 康 , 勝 山 明 雄 , 佐 藤 謙 司 : 平 成 5 年 北 海 道 南 西 沖 地 震 による 河 川 堤 防 被 書について, 第 29 回 土 質 工 学 研 究 発 表 会 論 文 集 , No.367, pp.971- 972, 1994.6) 佐 古 俊 介 , 朝 日 向 猛 : 新 潟 県 中 越 沖 地 震 災 害 緊 急 調 査 の 報 告 , JICE REPORT, Vol.12, pp.46-54, 2008.- 18 -


7) ( 財 ) 国 土 技 術 センター: 木 曽 三 川 下 流 部 河 川 堤 防 , 水 門 ・ 樋 門 耐 震 性 評 価 手 法 のガイドライン, 2006.8) ( 社 ) 地 盤 工 学 会 : 阪 神 ・ 淡 路 大 震 災 調 査 報 告 書 ( 資 料 編 2), 1996.9) 石 原 克 治 , 角 南 進 : 河 川 堤 防 の 地 震 時 変 形 解 析 , 第 31 回 地 盤 工 学 研 究 発 表 会 , pp.1265-1267, 1996.10) 森 洋 , 小 川 好 , 曹 国 強 : 有 限 差 分 法 による 河 川 堤 防 の 液 状 化 解 析 , 第 43 回 地 盤 工 学 研 究 発 表 会 ,pp.1571-1572, 2008.11) 阿 部 博 , 森 洋 , 福 武 毅 芳 , 藤 川 智 : 兵 庫 県 南 部 地 震 で 被 災 した 河 川 堤 防 の 調 査 と 液 状 化 解 析 , 土 木 学会 論 文 集 , No568/Ⅲ-39, pp.89-99,1997.12) 鈴 木 忠 彦 , 渡 邊 昌 彦 , 北 沢 茂 樹 , 近 藤 拓 也 : 信 濃 川 下 流 における 河 道 変 遷 について, 北 陸 地 方 整 備 局管 内 事 業 研 究 会 , 2007.13) 活 断 層 研 究 会 : 新 編 日 本 の 活 断 層 分 布 図 と 資 料 , 東 京 大 学 出 版 会 , 1991.14) 国 土 交 通 省 河 川 局 治 水 課 : 河 川 構 造 物 の 耐 震 性 能 照 査 指 針 ( 案 )・ 同 解 説 , 2007.15) Oka, F., Yashima, A., Shibata, T., Kato, M. and Uzuoka, R.:FEM-FDM coupled liquefaction analysis of aporous soil using an elasto-plastic model, Applied Scientific Research, No.52, pp.209-245, 1994.16) 社 団 法 人 土 質 工 学 会 :N 値 およびc・φ - 考 え 方 と 利 用 法 -, 1992.17) Sugito, M., Furumoto, Y. and Sugiyama, T.:Strong motion prediction on rock surface by superposedevolutionary spectra, 12th World Conference on Earthquake Engineering, No.2111, 2000. (CD-ROM)18) 佐 藤 良 輔 , 岡 田 義 光 , 鈴 木 保 典 , 阿 部 勝 征 , 島 崎 邦 彦 : 日 本 の 地 震 断 層 パラメター・ハンドブック, 鹿島 出 版 会 , pp.242-243, 1997.19) 本 多 亮 , 青 井 真 , 関 口 春 子 , 森 川 信 之 , 功 刀 卓 , 藤 原 広 行 : 近 地 地 震 動 記 録 による 新 潟 県 中 越 地 震 の震 源 インバージョン, http://www.k-net.bosai.go.jp/k-net/topics/niigata041023/, (2009/07/10アクセス).20) 防 災 科 学 技 術 研 究 所 : 近 地 強 震 動 記 録 による2007 年 新 潟 県 中 越 沖 地 震 の 震 源 インバージョン,http://www.k-net.bosai.go.jp/k-net/topics/chuetsuoki20070716/inversion/, (2009/07/10アクセス).21) Furumoto, Y., Kuse, M., Kawade, S. and Sugito, M.:Simulation of non-stationary strong ground motionsduring past earthquakes based on the fault parameters and the spectral characteristics of recordedaccelerogram, 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, No.07-0182, 2008.22) 翠 川 三 郎 : 関 東 平 野 を 対 象 とした 震 度 分 布 予 測 , 構 造 工 学 論 文 集 , Vol.33B, pp.43-48, 1987.23) Biot, M. A.:Mechanics of deformation and acoustic propagation in porous media, Journal of Applied physics,Vol.33, No.4, pp.1482-1498, 1962.24) Oka, F., Yashima, A., Tateishi, A., Taguchi, Y. and Yamashita, S.:A cyclic elasto-plastic constitutive modelfor sand considering a plastic-strain dependence of the shear modulus, Geotechnique, Vol.49, No.5,pp.661-680, 1999.25) Oka, F.:A cyclic elasto-viscoplastic constitutive model for clay based on the non liner hardening rule,Proceedings of 4th International Symposium on Numerical Models in Geomechanics, Swansea, pp.105-114,1992.26) 古 田 竜 一 , 八 嶋 厚 , 渦 岡 良 介 , 竹 内 法 道 : 埋 立 層 直 下 の 粘 土 層 の 圧 密 進 行 度 が 人 工 島 液 状 化 特 性 に 及ぼす 影 響 , 土 木 学 会 論 文 集 , No.729/Ⅲ-62, pp.15-30, 2003.27) 風 間 基 樹 , 柳 沢 栄 司 , 稲 富 隆 昌 : 地 表 面 応 答 に 及 ぼす 中 間 軟 弱 粘 土 層 の 非 線 形 性 の 影 響 , 土 木 学 会 論文 集 , No.575/Ⅲ-40, pp.219-230, 1997.28) 折 敷 秀 雄 : 新 潟 県 中 越 地 震 による 信 濃 川 河 川 堤 防 被 害 調 査 について, JICE REPORT, Vol.8, pp.11-16,2005.29) 大 作 和 弘 : 丸 山 友 之 , 宗 琢 万 : 地 震 被 害 後 の 調 査 結 果 に 基 づく 信 濃 川 中 流 域 堤 防 の 液 状 化 対 策 工 の効 果 について, 国 土 技 術 発 表 会 , 2008.30) Yashima, A., Sugito, M., Yokawa, H., Tanabe, A., Nakayama, O., Hoshika, Y. and Sekizawa, M.:Countermeasures against liquefaction-induced settlement of river dike, 2nd US-Japan Workshop on GroundImprovement, No.3, 2008. (CD-ROM).31) 浦 野 和 彦 , 三 原 正 哉 , 足 立 有 史 , 渦 岡 良 介 : 液 状 化 時 の 盛 土 沈 下 量 に 及 ぼす 地 震 動 の 影 響 に 関 する 一検 討 , 地 震 工 学 研 究 発 表 会 講 演 論 文 集 , 25-1 巻 , pp.425-428, 1999.- 19 -


( 受 理 :2009 年 4 月 7 日 )( 掲 載 決 定 :2009 年 8 月 17 日 )Deformation analyses of river dike on liquefiable ground affected bydifferent earthquake motionsYOKAWA Hiroshi 1) , TANABE Akinori 2) , YASHIMA Atsushi 3) , SUGITOMasata 4) , SAWADA Kazuhide 5) , KUSE Masumitsu 6) , NAKAYAMA Osamu 7) andHOSHIKA Yasuo 8)1) Member, Graduate student, Department of Civil Engineering, Gifu University, M. Eng.2) Nonmember, CTI Engineering Co., Ltd, M. Eng.3) Member, Professor, Department of Civil Engineering, Gifu University, Dr. Eng.4) Member, Professor, River Basin Research Center, Gifu University, Dr. Eng.5) Nonmember, Associate Professor, River Basin Research Center, Gifu University, Dr. Eng.6) Nonmember, Assistant Professor, River Basin Research Center, Gifu University, Dr. Eng.7) Nonmember, assistant manager Japan Institute of Construction Engineering.8) Nonmember, Toyo construction Co., Ltd.ABSTRACTDamages of river dikes caused by liquefaction have been observed after earthquakes. In 1995 Hyogoken Nambuearthquake, it was reported that many river dikes were settled and deformed by the liquefaction. The river dike inthe middle region of Shinano River is built on the loosely deposited sandy layers. Therefore a large settlement anddeformation of the river dike by the liquefaction of the ground is expected. A large scale of damage was reported inthis region by the previous earthquakes such as 1964 Niigata earthquake, 2004 Niigataken Chuetsu earthquake,and 2007 Niigataken Chuetsu-Oki earthquake. Furthermore, as many active faults exist in this region, a bigearthquake is expected in near future. Therefore, it is very important to understand the deformation mechanism ofthe dike by liquefaction of the ground and to predict deformation and settlement of the dike after earthquakes.In this study, effective stress based finite element analyses are carried out by the program code “LIQCA” toreproduce the past damege and to predict the damage of the river dike. Three earthquake motions by the 1964Niigata earthquake, the 2004 Niigataken Chuetsu earthquake and the 2007 Niigataken Chuetsu-Oki earthquakehave different duration times and maximum accelerations. At first, an analysis was carried out to reproduce thepost damages by the 2004 Niigataken Chuetsu earthquake. As the result, the settlement and deformation are ingood agreement with the actual behavior after earthquake. Secondly, the comparisons among damages by threeearthquakes were carried out using three different earthquake motions. The duration time and the maximumacceleration motion are the key factors which affect the damage of the river dike by different earthquake. As theresult, it is confirmed that deformation of the river dike by liquefaction of the ground is not only influenced bymaximum acceleration but by duration time of the earthquake motion.Key Words: Liquefaction, River dike, Effective stress analysis, Earthquake- 20 -

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