地震動のトランポリン効果の発生メカニズムの解明

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21310118
• 研究機関: 独立行政法人防災科学技術研究所
• 研究代表者: 青井 真 独立行政法人防災科学技術研究所, 観測・予測研究領域・地震・火山防災研究ユニット, 主任研究員 (80360379)
• 研究分担者: 功刀 卓 独立行政法人防災科学技術研究所, 観測・予測研究領域・地震・火山防災研究ユニット, 主任研究員 (70414414) ; 藤原 広行 独立行政法人防災科学技術研究所, 社会防災システム研究領域・災害リスク研究ユニット, 総括主任研究員 (80414407) ; 先名 重樹 独立行政法人防災科学技術研究所, 社会防災システム研究領域・災害リスク研究ユニット, 客員研究員 (90500447) ; 飛田 哲男 京都大学, 防災研究所, 准教授 (00346058) ; 井合 進 京都大学, 防災研究所, 教授 (20359780) ; 中村 洋光 独立行政法人防災科学技術研究所, 社会防災システム研究領域・災害リスク研究ユニット, 主任研究員 (60426004) ; 浅野 公之 京都大学, 防災研究所, 助教 (80452324)
• キーワード: 地震 / 自然現象観測・予測 / 非線形 / 地盤工学 / 固体地球物理学

研究概要

これまでに三回にわたり行ってきた予備実験を踏まえ、振動台土槽実験によるトランポリン効果の再現の本実験を行った。当初は、広い帯域にわたり極めて高精度な特性をもつバネ振り子による負帰還型の加速度センサを用いていたが、想定より大加速度を生じること、またセンサのサイズが大きいため実験結果に影響を与えている可能性があることが分かった。これらの問題を解決するため、より大加速度まで測定可能かつ小型な圧電素子タイプのセンサを用いることとした。圧電素子タイプは負帰還型の加速度計と比較して、センサ毎の感度や周波数特性のばらつきが大きいだけでなく、安定的に測定可能な周波数範囲が狭いため、適切な特性の補正やフィルタリングなどの後処理が重要となることが分かった。また、高加速度で振動させた場合に試供体が粒状化しセンサが転倒したり浮き上がることにより実験に大きな影響が出ていたが、これまでの経験を踏まえセンサ設置治具や結線方法を工夫することで、波形への影響を最小限にとどめることに成功した。これまでの実験を通じ、振動センサと高速カメラという二つの手法での実験手法を確立し、実際に大加速度時に観測されたトランポリン効果の再現に成功するとともに、トランポリン効果の再現には、試供体の粒状性のみならず弾性が重要な役割を果たしていることが新たに分かった。一方、1G場での実験では模型地盤の拘束圧が小さく定量的な再現が困難であることを踏まえ、地中の応力状態を実物に合わせることができる遠心力載荷装置を用いることを視野に入れ、通常用いられる縮尺よりも大きな縮尺で実験することができる「拡張型相似則」の提案と検証を行い、地盤強度・加速度・過剰間隙水圧・変位について相似則の適用性を示した。また、2011年東北地方太平洋沖地震においてK-NET築舘観測点をはじめ広範囲で実測された大加速度の地震動データを解析した。

現在までの達成度 (区分)

理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] 2011年東北地方太平洋沖地震の強震動 (2012)
  • 著者名/発表者名: 青井真、功刀卓、鈴木亘、森川信之、中村洋光、先名重樹、藤原広行
  • 雑誌名: 地震第2輯 巻: 64 ページ: 169-182
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strong localized asperity of the 2011 Tohoku-Oki earthquake, Japan (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kumagai, Nelson Pulido, Eiichi Fukuyama, and Shin Aoi
  • 雑誌名: Earth Planets Space 巻: 64 ページ: 649-654
  • 査読あり
• [雑誌論文] 東北地方太平洋沖地震で観測された強震動 (2011)
  • 著者名/発表者名: 青井真、功刀卓、鈴木亘、森川信之、中村洋光、藤原広行
  • 雑誌名: 日本地震工学会誌 巻: 15 ページ: 25-28
• [雑誌論文] Induced fabric under cyclic and rotational loads in a strain space multiple mechanism model for granular materials (2011)
  • 著者名/発表者名: Susumu Iai
  • 雑誌名: International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1002/nag.1091
  • 査読あり
• [雑誌論文] Finite strain formulation of a strain space multiple mechanism model for granular materials (2011)
  • 著者名/発表者名: Susumu Iai
  • 雑誌名: International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1002/nag.2084
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolution of fabric in a strain space multiple mechanism model for granular materials (2011)
  • 著者名/発表者名: Susumu Iai
  • 雑誌名: International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1002/nag.2087
  • 査読あり
• [学会発表] Strong motion characteristics of the 2011 Tohoku-oki earthquake from K-NET and KiK-net (2011)
  • 著者名/発表者名: Shin Aoi, Takashi Kunugi, Wataru Suzuki, Nobuyuki Morikawa, Hiromitsu Nakamura, Nelson Pulido, Katsuhiko Shiomi, and Hiroyuki Fujiwara
  • 学会等名: 2011 Annual Meeting of Seismological Society of America
  • 発表場所: Memphis, USA
  • 年月日: 2011-04-15
• [学会発表] Strong motion characteristics of the 2011 Tohoku-Oki earthquake observed by K-NET and KiK-net
  • 著者名/発表者名: Shin Aoi, Takashi Kunugi, Wataru Suzuki, Nobuyuki Morikawa,Hiroyuki Nakamura, Nelson Pulido, Hiroyuki Fujiwara
  • 学会等名: 2011 Fall Meeting of American Geophysical Union
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Strong motion characteristics of the 2011 Tohoku-Oki earthquake observed by K-NET and KiK-net
  • 著者名/発表者名: Shin Aoi, Takashi Kunugi, Wataru Suzuki, Nobuyuki Morikawa,Hiromitsu Nakamura, and Hiroyuki Fujiwara
  • 学会等名: 9th U.S.-Japan Natural Resources Panel on Earthquake Research
  • 発表場所: Denver, USA
• [学会発表] 東北地方太平洋沖地震の特徴
  • 著者名/発表者名: 青井真・功刀卓・鈴木亘・森川信之・藤原広行
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場（千葉市）
• [学会発表] 地震観測最前線 －震災軽減を目指して－
  • 著者名/発表者名: 青井真
  • 学会等名: 日本地学オリンピック とっぷ・レクチャー
  • 発表場所: 産業技術総合研究所共用講堂（つくば市）
  • 招待講演