極低頻度巨大地震に対する重要構造物の地震応答解析手法高度化のための基礎的研究

• Project/Area Number: 14J08867
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Structural engineering/Earthquake engineering/Maintenance management engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 縣 亮一郎 東京大学, 地震研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 高詳細地殻変動解析 / 断層すべり逆解析 / 大規模有限要素解析 / 地震サイクルシミュレーション / 津波解析 / 高詳細有限要素モデル / 地殻変動解析 / ハイパフォーマンスコンピューティング

Outline of Annual Research Achievements

本年度は，申請書に記載のうち「断層状態推定の高度化」の内容として「高詳細な地殻変動解析手法を用いたアセノスフェア粘性率・断層変位同時推定手法の開発」を行った．海溝型巨大地震震源域の現在の固着状態等の情報を得るため，日々の地殻変動観測データを用いて，逆解析的に断層面上での変位を長期に渡りモニタリングすることが重要と考えられる．一方，解析の際に地中粘性率という物性値の設定が難しいことが知られている．高詳細な地殻変動解析と地殻変動観測データを用いた，断層変位と地中粘性率の同時推定により，より適切な粘性率の設定が可能であると期待されるため，そのような推定手法の開発に取り組んでいる．本年度は特に，適用例として取り組む東北地方太平洋沖地震を模した双子実験の問題設定をより現実的なものとし，観測点位置や地殻構造モデルの異なる様々なケースを調べ，計算性能についても詳細に検討した．次に，物理シミュレーションに基づいた適切な震源断層シナリオを提示するための手法として期待される「地震サイクルシミュレーション」の内容として，前年度までに開発してきた地殻変動の高速な粘弾性有限要素計算手法を地震サイクルシミュレーションに適用するための手法開発を行った．地震サイクルシミュレーションでは，断層面上でのすべり速度に対するせん断応力の時間微分値の計算が必要となる．すべりに対する応答の解析的表現を用いた応力計算が多用されてきたが，本研究では，地殻構造の三次元不均質性や粘弾性などの複雑な構成則を考慮するために，必要な応力を有限要素計算する手法を開発し，京コンピュータ上で実装した．規範的な問題設定にたいして地震サイクルシミュレーションを行ったところ，既往研究と整合する結果を得た．この手法を，実領域の地殻構造モデルに対して適用すれば，物理シミュレーションに基づいた震源断層シナリオの提示へ向けた大きな一歩となる．

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Earth Observatory of Singapore(Singapore)
• [Journal Article] GPUクラスタを用いたモンテカルロ地殻変動想定手法の開発 (2017)
  • Author(s): 山口 拓真・縣 亮一郎・市村 強・堀 宗朗・LALITH Wijerathne
  • Journal Title: 土木学会論文集A1（構造・地震工学） Volume: 印刷中
  • NAID: 130006088690
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Robust and portable capacity computing method for many finite element analyses of a high-fidelity crustal structure model aimed for coseismic slip estimation (2016)
  • Author(s): Ryoichiro Agata, Tsuyoshi Ichimura, Kazuro Hirahara, Mamoru Hyodo, Takane Hori, Muneo Hori
  • Journal Title: Computers & Geosciences Volume: 94 Pages: 121-130
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] An elastic/viscoelastic finite element analysis method for crustal deformation using a 3-D island-scale high-fidelity model (2016)
  • Author(s): Tsuyoshi Ichimura, Ryoichiro Agata, Takane Hori, Kazuro Hirahara, Chihiro Hashimoto, Muneo Hori, Yukitoshi Fukahata
  • Journal Title: Geophysical Journal International Volume: 206 Pages: 114-129
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Numerical Verification Criteria for Coseismic and Postseismic Crustal Deformation Analysis with Large-scale High-fidelity Model (2015)
  • Author(s): R. Agata, T. Ichimura, K. Hirahara, M. Hyodo, T. Hori, C. Hashimoto, M. Hori
  • Journal Title: Procedia Computer Science Volume: 51 Pages: 1534-1544
  • DOI: 10.1016/j.procs.2015.05.344
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Numerical verification criteria for coseismic and postseismic crustal deformation analysis with large-scale high-fidelity model (2015)
  • Author(s): R. Agata, T. Ichimura, K. Hirahara, M. Hyodo, T. Hori, M. Hori
  • Journal Title: Procedia Computer Science Volume: 未定
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Several Hundred Finite Element Analyses of an Inversion of Earthquake Fault Slip Distribution using a High-fidelity Model of the Crustal Structure (2014)
  • Author(s): R. Agata, T. Ichimura, K. Hirahara, M. Hyodo, T. Hori, M. Hori
  • Journal Title: Procedia Computer Science Volume: 29 Pages: 877-887
  • DOI: 10.1016/j.procs.2014.05.079
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Quasi-static earthquake cycle simulation based on large-scale viscoelastic finite element analyses (2017)
  • Author(s): Ryoichiro Agata, Tsuyoshi Ichimura, Mamoru Hyodo, Sylvain Barbot and Takane Hori
  • Organizer: JPGU-AGU Joint Meeting 2017
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2017-05-20
• [Presentation] Adjoint-based Simultaneous Estimation Method of Fault Slip and Asthenosphere Viscosity Using Large-Scale Finite Element Simulation of Viscoelastic Deformation (2016)
  • Author(s): R. Agata, T. Ichimura, T. Hori, K. Hirahara, C. Hashimoto, M. Hori
  • Organizer: American Geophysics Union Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, the U.S.
  • Year and Date: 2016-12-12
• [Presentation] 粘弾性変形の大規模有限要素解析を用いた地殻構造最適化手法の開発 (2016)
  • Author(s): 縣亮一郎，市村強，堀高峰，平原和朗，橋本千尋，堀宗朗
  • Organizer: 日本応用数理学会年会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場（福岡県北九州市）
  • Year and Date: 2016-09-12
  • Invited
• [Presentation] Simultaneous estimation method of viscosity and dislocation in a viscoelastic material using high-fidelity model aimed for application to subduction zone earthquake (2016)
  • Author(s): R. Agata, T. Ichimura, T. Hori, K. Hirahara, C. Hashimoto, M. Hori
  • Organizer: 12th World Congress on Computational Mechanics
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
  • Year and Date: 2016-07-24
• [Presentation] 高詳細な地殻変動解析手法を用いた断層変位量・アセノスフェア粘性率同時推定手法の検討 (2016)
  • Author(s): 縣亮一郎，市村強，堀高峰，平原和朗，橋本千尋，堀宗朗
  • Organizer: 土木学会応用力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2016-05-21
• [Presentation] Simultaneous Inverse Analysis Method of Fault Slip and Asthenosphere Viscosity Using Large Scale Finite Element Simulation of Postseismic Deformation (2015)
  • Author(s): R. Agata, T. Ichimura, T. Hori, K. Hirahara, C. Hashimoto, M. Hori
  • Organizer: AGU Fall Meeting
  • Place of Presentation: サンフランシスコ（アメリカ）
  • Year and Date: 2015-12-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 余効変動の高詳細有限要素シミュレーションを用いたアセノスフェア粘性率・断層すべり同時推定手法の開発 (2015)
  • Author(s): 縣亮一郎，市村強，堀高峰，平原和朗，橋本千尋，堀宗朗
  • Organizer: 日本地震学会秋季大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-10-26
• [Presentation] 高詳細な地殻変動シミュレーションに基づいた津波波高推定のための基礎的研究 (2015)
  • Author(s): 縣亮一郎，市村強，平原和朗，兵藤守，中野優，堀高峰，堀宗朗
  • Organizer: 計算工学講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-06-08
• [Presentation] 高詳細な地殻変動解析手法を用いたアセノスフェア粘性率推定手法の検討 (2015)
  • Author(s): 縣亮一郎，市村強，堀高峰，平原和朗，橋本千尋，堀宗朗
  • Organizer: 土木学会応用力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2015-05-16
• [Presentation] 地殻構造の高詳細な有限要素モデルを用いた震源断層すべりによる海底面鉛直変位推定手法について (2014)
  • Author(s): 縣亮一郎，市村強，平原和朗，兵藤守，堀高峰，堀宗朗
  • Organizer: 日本地震工学シンポジウム
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2014-12-04
• [Presentation] 高詳細モデルを用いた余効変動の大規模粘弾性有限要素シミュレーション (2014)
  • Author(s): 縣亮一郎，市村強，平原和朗，兵藤守，堀高峰，橋本千尋，堀宗朗
  • Organizer: 日本地震学会秋季大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ ： 新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2014-11-26
• [Presentation] 津波波源推定高度化を目指した高詳細地殻変動解析に関する基礎的研究 (2014)
  • Author(s): 縣亮一郎，市村強，平原和朗，兵藤守，中野優，堀高峰，堀宗朗
  • Organizer: 地震工学研究発表会
  • Place of Presentation: まちなかキャンパス長岡（新潟県長岡市）
  • Year and Date: 2014-10-09
• [Presentation] 地殻構造の高詳細有限要素モデルの導入が津波解析にもたらす影響の考察 (2014)
  • Author(s): 縣亮一郎，市村強，平原和朗，兵藤守，堀高峰，堀宗朗
  • Organizer: 土木学会第69回年次学術講演会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2014-09-10
• [Presentation] Large-scale finite element simulation of coseismic and postseismic crustal deformation using a high-fidelity model (2014)
  • Author(s): R. Agata, T. Ichimura, K. Hirahara, M. Hyodo, T. Hori, M. Hori
  • Organizer: Asia Oceania Geosciences Society
  • Place of Presentation: ロイトン札幌ホテル（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-07-30
• [Presentation] 高詳細モデルを用いた地震時・地震後地殻変動の大規模有限要素シミュレーション (2014)
  • Author(s): 縣亮一郎，市村強，平原和朗，兵藤守，堀高峰，堀宗朗
  • Organizer: 日本地球惑星連合大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-04-29