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2017 年度 実績報告書

大規模地震においてすら粘性土地盤は安全か?:地震時地盤災害における粘性土の役割

研究課題

研究課題/領域番号 16H02362
研究機関茨城大学

研究代表者

安原 一哉  茨城大学, 地球変動適応科学研究機関, 特命研究員 (20069826)

研究分担者 小高 猛司  名城大学, 理工学部, 教授 (00252271)
村上 哲  福岡大学, 工学部, 教授 (10261744)
風間 基樹  東北大学, 工学研究科, 教授 (20261597)
兵動 正幸  山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授(特命) (40130091)
大塚 悟  長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (40194203)
仙頭 紀明  日本大学, 工学部, 准教授 (40333835)
松田 博  山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授(特命) (50136131)
磯部 公一  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70452084)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード大規模地震 / 粘性土 / 残留変形 / 地震時支持力 / 地震時土圧 / 地震後沈下 / 堆積構造 / 地震動増幅
研究実績の概要

1.粘性土層での過剰間隙水圧の上昇に伴う地盤の剛性の低下は、地震動増幅を引き起こし、直上の砂質土地盤の液状化を促進することを確認した。
2.不かく乱粘性土の繰返し中空ねじりせん断試験結果により、①ある閾値以上の大きなせん断応力履歴が加わると、せん断ひずみが急激に進展し脆性的な挙動を示すこと、②その原因は繰返しせん断による構造の低位化による、が分かった。
3.(1)石巻粘土の繰返し載荷試験から、過剰間隙水圧が発生するせん断ひずみの閾値を超えた繰返しせん断の履歴によって、繰返し履歴後に大きく体積圧縮することがわかった。(2)中空ねじり繰返しせん断実験の結果から、傾斜が無い平坦な造成地累加せん断ひずみが大きくなることから、熊本地震による地震動で造成宅地盛土下の火山灰質粘性土層は、残留せん断変形が大きく生じたと判断した。(3)繰返し履歴を与えた後の火山灰性粘性土の強度と剛性の劣化及び強度定数の低下特性を考慮した2つの方法による残留変形予測を行った。その結果両者による残留変形量はほぼ同等の値となることが確認された。
4.(1)数種類の粘土について得られた多方向繰返しせん断試験結果を利用した地震後沈下推定手法を実測記録のある地盤に適用して、本手法の信頼性を検証した。(2)中越沖地震による柏崎平野の地震後地盤沈下の広域沈下特性について調査し、地形・地質との相関関係を明らかにした。地震後の長期沈下は谷底平野で小さく、三角州で大きいことが分かった。 (3)いわき市平地区でサンプリングした軟弱粘性土について東日本大震災を想定した繰返しせん断試験結果から、この地域の地震後沈下は深部に堆積するシルト層が原因であることを明らかにした。
5.地震時粘性土基礎地盤を有する堤防の変状に対する事後対策(プレロード工法と矢板打設の併用による変状抑制工法)の有効性を現地試験と数値計算によって実証した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究の目的は、“大規模地震時においてすら、粘性土は安全である”という神話にチャレンジし、以下の課題を解決することによって、粘性土の動力学分野の学術と技術の一層の進展を目指すことにある。:(1)地震時における災害に粘性土の影響、(2)ネガティブな不安定事象(細粒分を多く含む砂の液状化、沈下、変形、破壊)の微視的・巨視的メカニズムの解明と地形・地質的特徴の関係性、(3)不安定事象の具体的な予測とその妥当性の評価、(4)上記を考慮した対策の提案。以上の課題にどの程度答えつつあるかと言う視点から進捗状況を判断すると、以下のように要約される。
1.上記課題(1)については、遠心載荷実験によって、粘性土の地震時増幅が砂地盤の液状化の拡大に関与しているという成果は特筆すべきである。2.課題(2)のうち、地震後沈下については、複数の研究分担者による取り組みが進んでいることもあって、具体的な地域を念頭に置いた、メカニズムの解明や予測の方法の提案が格段に進んでいる。3.課題(3)については、熊本地震時の宅地被害を念頭に置いた地震時残留変形の予測方法の適用性が明らかにされつつあり、初期せん断の影響を考慮した実験的成果を考慮すれば一層の進展が期待される。4.課題(4)については、2011年の東北太平洋沖地震においてダメージを受けた粘性土地盤上の河川堤防の復旧事例を再考察したが、数値実験によってさらに有効な技術の可能性を検証する課題が残されている。
4年間の研究計画のうち、2年目が過ぎただけということもあって、ここでの成果は十分に上がっているが、やや、成果が偏っている(たとえば、地震後の長期沈下に注目した取り組みが多いなど)といわざるを得ない。したがって、平成30年度以降は、最初の目的に戻って、取り組みを再構成し、成果の構造化を図ることによって、この分野の学術と技術の進展に貢献できる成果に繋げたい。

今後の研究の推進方策

1.粘性土地盤における地震動増幅が液状化に及ぼす影響のメカニズム解明(北大・磯部):本件は砂質土と粘性土で構成される層状地盤の動的遠心載荷実験によって明らかにする。なお、このことに関連して地震動に伴う粘性土地盤の非線形性とそれが地震時地盤や構造物の変状に及ぼす影響については研究協力者の協力を得て明かにする。2.地震動に伴う粘性土および砂・粘土混合土の骨格構造劣化、回復及び再構成のメカニズム解明(東北大・風間、山口大・兵動):不攪乱土と砂・粘土混合土についてそれぞれ検討する。3.地震後粘性土の不安定性評価(茨城大・安原、東北大・風間):熊本地震における住宅と擁壁の災害事例を念頭において、支持力低下と擁壁土圧増加のメカニズムを解明し、予測方法の提案を試みる(長岡科学技術大・大塚)。4.地震後粘性土の沈下予測:単純せん断試による不かく乱粘性土の沈下挙動とその定式化については、松田(山口大)が、ねじりせん断試験による検討は小高(名城大)が、また、不かく乱高有機質土とシルト質粘性土については、仙頭(日本大)が繰返し三軸試験よってそれぞれ検討を継続する。また、地形的・地質的な要因が粘性土の地震後変状(沈下)に及ぼす影響については、中越沖地震後の柏崎平野の広域沈下を念頭において数値シミュレーションを含めた検討を行う。5.粘性土のための動的構成式の構築とそれに基づく数値解析手法の開発:地震時粘性土基礎地盤と斜面の変状のメカニズムの解明(例えば、初期せん断の影響)と予測手法の提案を試みる。また、粘性土の動的非線形性を考慮した地震時変形解析モデルの構築を試みる。6.地震時粘性土地盤が関わる変状低減の対策工法の提案:地震時粘性土基礎地盤を有する堤防の変状対策:研究協力者の協力を得て、数値実験を実施する。とくに、事前対策として、矢板打設と深層改良壁の打設の効果の比較を行う。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Ultimate bearing capacity of footing under squeeze breakdown using rigid-plastic finite element method2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Kaneda, Masamichi Aoki, Tomohiro Tanikawa and Satoru Ohtsuka
    • 雑誌名

      International Journal on Geotechnique, Construction Materials and Environment

      巻: 30 ページ: in print

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Earthquake-induced settlement of a clay layer2018

    • 著者名/発表者名
      Hidemasa Sato, Tran Thanh Nhan, Hiroshi Matsuda
    • 雑誌名

      Soil Dynamics and Earthquake Engineering,

      巻: Vol.104 ページ: pp.418-431

    • DOI

      10.1016/j.soildyn.2017.11.006

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Instability of residences founded on volcanic cohesive soils during the 2016 Kumamoto Earthquake2018

    • 著者名/発表者名
      K. Yasuhara, H. Watanabe, K. Kobayashi, M. Yoshimi, Y. Arai, S. Hosoya, M., S. Tajiri,, and S.Murakami:
    • 雑誌名

      Lowland Technology International Journal

      巻: 19(3), ページ: 215-226

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Analysis of wide area landslides induced by 2004 Mid Niigata prefecture earthquake in Japan2017

    • 著者名/発表者名
      Surangani Bandara and Satoru Ohtsuka
    • 雑誌名

      Landslides

      巻: , Vol.14, No.6, ページ: 1877-1886

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s10346-017-0819-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparison of sheared granular soils: Same void ratio but considerably different fabric2017

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Fukumoto,Satoru Ohtsuka
    • 雑誌名

      Geotechnical Engineering Journal of the SEAGS & AGSSEA,

      巻: Vol.48, No.4, ページ: pp.32-39

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 擁壁の地震時主働土圧に関する解析的考察2017

    • 著者名/発表者名
      水野和憲,前田宗春,大塚悟,小林俊一
    • 雑誌名

      土木学会論文集A2(応用力学)

      巻: Vol.73, No.2 ページ: I_313-I_320

    • DOI

      https://doi.org/10.2208/jscejam.73.I_313

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Post-Cyclic Recompression of Clays Subjected to Undrained Cyclic Shear2017

    • 著者名/発表者名
      Tran T. Nhan and Hiroshi Matsuda
    • 雑誌名

      Geotechnical Frontiers 2017: Seismic Performance and Liquefaction, ASCE, Geotechnical Frontiers 2017: Seismic Performance and Liquefaction, ASCE, pp.109-120, March 30, 201717

      巻: - ページ: 109-120

    • DOI

      10.1061/9780784480489.012

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A model for multi-directional cyclic shear-induced pore water pressure and settlement on clays2017

    • 著者名/発表者名
      Tran Thanh Nhan, Hiroshi Matsuda, Hidemasa Sato
    • 雑誌名

      Bulletin of Earthquake Engineering,

      巻: Vol.15, No.7 ページ: pp.2761-2784

    • DOI

      10.1007/s10518-017-0086-x

    • 査読あり
  • [学会発表] 振動台模型実験による種々の地盤のせん断剛性のひずみ依存性と過剰間隙水圧の影響評価2018

    • 著者名/発表者名
      磯部公一、西井優、畑中佑太、門前史孝
    • 学会等名
      第58回地盤工学会北海道支部技術報告集,寒地土木研究所(札幌市)
  • [学会発表] 粘性土地盤が直上砂地盤の地震時挙動に及ぼす影響2018

    • 著者名/発表者名
      畑中佑太、磯部公一、鬼村果穂
    • 学会等名
      第58回地盤工学会北海道支部技術報告集,寒地土木研究所(札幌市)
  • [学会発表] 熊本地震における火山灰性粘性土基礎地盤の支持力低下と擁壁土圧増加に関する考察2018

    • 著者名/発表者名
      安原一哉、田尻雅則
    • 学会等名
      土木学会西部支部研究発表会
  • [学会発表] Seismic amplification of clay ground and long-term consolidation after earthquake2018

    • 著者名/発表者名
      Hatanaka, Y. and Isobe, K.
    • 学会等名
      9th International Conference on Physical Modelling in Geotechnics 2018,City University of London(London)
  • [学会発表] 益城町における火山灰質土地盤の層構造の空間分布推定2018

    • 著者名/発表者名
      野見山陽・村上哲・櫨原弘貴
    • 学会等名
      平成29年度土木学会西部支部研究発表会、宮崎市,宮崎大学
  • [学会発表] 遠心模型実験による粘性土地盤の地震波応答特性の検証2017

    • 著者名/発表者名
      畑中佑太,磯部公一
    • 学会等名
      第52回地盤工学研究発表会,名古屋国際会議場(名古屋市)
  • [学会発表] 東北地方太平洋沖地震の地震せん断履歴を用いた乱さない海成粘土の圧密・せん断挙動について2017

    • 著者名/発表者名
      泉谷聡志,風間基樹,河井正,金鍾官
    • 学会等名
      第52回地盤工学研究発表会,名古屋,名古屋国際会議場
  • [学会発表] 柏崎平野の地震後地盤沈下に関する地形・地質調査2017

    • 著者名/発表者名
      HO SY QUOC, 大塚 悟, 長谷川拓也
    • 学会等名
      土木学会関東支部新潟会研究調査発表会論文集,Vol.35
  • [学会発表] Settlement of river dykes and their adjacent residences on soft clay deposits, after the Tohoku-Pacific Ocean Earthquake in 20112017

    • 著者名/発表者名
      Yasuhara, K., Yang, X. S., Horikawa, T. and Yamane, H.
    • 学会等名
      SEAGS 50th Anniversary Symposium Proceedings:
    • 国際学会
  • [学会発表] 熊本地震時の益城町における住宅と擁壁の変状に関する考察2017

    • 著者名/発表者名
      安原一哉、渡邉大樹、田尻雅則、村上 哲、吉見雅行、荒井靖仁
    • 学会等名
      2017年地震工学研究発表会
  • [学会発表] 熊本地震における家屋被害に関わったと思われる火山灰性粘性土の動的変形特性2017

    • 著者名/発表者名
      安原一哉、渡邉大樹、小林 薫、吉見雅行、荒井靖仁
    • 学会等名
      第73回土木学会年次学術講演会
  • [学会発表] 地震時における粘性土地盤上の河川堤防の変状低減に対する対策工の効果2017

    • 著者名/発表者名
      安原一哉、楊 雪松、堀川太郎、山根秀嗣
    • 学会等名
      第52 回地盤工学研究発表会
  • [学会発表] 地震時における火山灰性粘性土上の小規模建築物の不安定性の簡易予測2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉大樹、安原一哉、小林 薫、吉見雅行、荒井靖仁、村上 哲
    • 学会等名
      第52 回地盤工学研究発表会
  • [学会発表] 多方向繰返しせん断を受けた粘性土の圧密係数について2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤秀政・Tran Thanh Nhan・松田 博
    • 学会等名
      第52回地盤工学研究発表会,名古屋市,国際会議場
  • [学会発表] 多方向繰返しせん断後の不撹乱粘土の再圧密特性について2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤 秀政,Tran Thanh Nhan,稗田 拓郎,松田 博
    • 学会等名
      土木学会第72回年次学術講演会, 福岡市,九州大学

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公開日: 2018-12-17  

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