| 研究課題/領域番号 |
19K15091
|
|---|
| 研究機関 | 東京電機大学 |
|---|
研究代表者 |
石川 敬祐 東京電機大学, 理工学部, 准教授 (00615057)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| キーワード | 液状化判定 / 地震波 / 不規則性 / 液状化強度 / 消散エネルギー |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究は，現行の液状化判定方法の高度化を目指し，南海トラフの巨大海溝型地震や首都圏などで想定される地震波荷重が液状化強度に及ぼす影響に関して実験的に解明し，地震波荷重のランダム性に関する補正係数を定量的に立証することを目的としている．
本研究での地震波荷重のランダム性に関する補正係数の定量的な立証は，繰返し中空ねじりせん断試験による．2019年度は，豊浦砂の緩い・中位・密な状態の3段階の供試体密度を選定した．地震波荷重は内閣府中央防災会議にて公開されている首都直下地震と東京都港湾局で公開されている大正関東地震想定波を選定し，各密度において最大加速度を数段階変化させた地震波形による中空ねじりせん断試験を実施した．各地震波の選定理由は，今後発生が危惧されている想定地震波形であることに加え，前者（内陸直下型タイプ）は最大加速度が大きく，且つ繰返し回数が少ない．一方，後者（海溝型タイプ）は最大加速度相当の波数と繰返し回数が多いといった特徴がある．
海溝型タイプの試験結果では，最大せん断応力の6割程度のせん断応力が作用する付近から過剰間隙水圧が上昇し始め，最大せん断応力が作用する付近において過剰間隙水圧が有効応力に達することがわかった．また，せん断ひずみの伸展は，過剰間隙水圧が有効拘束圧に達して有効応力が失われた状態でせん断応力が作用した際に生じる結果となっている．内陸直下型の試験結果では，入力せん断応力振幅は，海溝型タイプのそれに比べて大きい値となっている．過剰間隙水圧の上昇過程は，最大せん断応力が作用する付近で急激に上昇し，その後の数波の繰返しせん断を受けて，有効拘束圧に達している．せん断ひずみの伸展は，最大せん断応力が作用した以後に大きなせん断応力が数波生じる程度であるため，それ以降にせん断ひずみを増加させるような結果とはならないことがわかった．
|
| 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
本研究では，地震波荷重のランダム性に関する補正係数を定量的に求めることを目的としており，地震波荷重の特徴の評価が重要となる．したがって，様々な地震波荷重，様々な地盤材料を対象とした繰返しねじりせん断試験を行い，これまでに蓄積してきた既存の実験結果とともに地震波荷重のランダム性に関する補正係数を定量的に立証することで，現行の液状化判定方法の高度化に寄与すると考えている．
2019年度は，首都圏で想定されている異なるタイプの地震波形に対する実験を行い，既存の地震波形との液状化挙動の違いを従来の応力法と累積損失エネルギーを指標として考察した．その結果，地震波荷重の不規則性に関する補正係数は，最大せん断応力の0.6倍程度が作用する繰返し回数と相関があることがわかった．累積損失エネルギーを用いて液状化特性を評価することで，不規則波の形状特性による液状化し易さについて定量的に評価できることがわかり，継続時間や大きなせん断応力が多数回作用する地震波形は正弦波より液状化し易い可能性を有することが分かった．
以上のように，本研究は当初の計画通りにおおむね順調に進展していると考えられる．
|
| 今後の研究の推進方策 |
研究初年度の2019年度には豊浦砂を用いて，供試体の密度状態（緩い，中位，密詰め）を変化させ，内閣府中央防災会議にて公開されている首都直下地震と東京都港湾局で想定されている大正関東地震相当の地震波形に対する実験を行ってきた．2020年度は，海外における研究滞在のため，研究活動を停止する．2021年度以降は，粒度特性を変化させた地盤材料（東京湾浚渫土，まさ土，火山灰質土）に対する同種の実験を行う予定である．また，東海東南海南海地震の想定地震波に対しては，太平洋沿岸の主要都市（静岡，愛知，大阪，高知，広島）の波形特徴を比較検討して選定する．
これらの実験結果からは，本申請者がこれまでに実施してきたように地震動の波形特性が液状化強度にどの程度寄与するかを正弦波の液状化強度比と比較することで定量的に表す指標を得る（2021年度～2022年度：2.5ヵ年）．さらに，地震波形の形状，地震波荷重のランダム性に関する補正係数C2，液状化強度比をパラメータに定量的に評価できるチャート式を考案する（2022年度）．これらの成果は，現行の液状化判定方法の高度化に寄与することが期待できる．また，現在検討を試み始めたエネルギー的な解釈や累積損傷度理論とも比較し，同指標の妥当性を評価する．
また，波形形状の分析として，2019年度はK-NETで観測されている既往地震動記録に対して，マグニチュードや震央距離，最大加速度，地震波の波形形状（有効波数）などを抽出した．2021年度以降は，その結果を用いて各パラメータの相関分析を行い，マグニチュードや震央距離の違いによる有効波数の地域特性を解明する．
2022年度は，要素試験より得られた実験チャートと既存観測記録による有効波数の地域特性を関連させることで合理的な液状化判定方法となることを立証し，得られた結果を取りまとめ，成果の発表を関連する学会で行う．
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
2019年度の研究成果を国際会議(ICSMGE)へ投稿している．この会議論文は，国内審査（2019年3月～2020年4月）を経ての本論文の投稿となる．しかし，新型コロナウイルス禍において国内審査スケジュールが2020年5月中旬以降に延期となった．
従って，2019年度の研究成果を国際会議へ投稿するための論文投稿費として2020年度に計上する．
|
