階層型解析を利用した都市強震動シミュレータの開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11115207
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 堀 宗朗 東京大学, 地震研究所, 助教授 (00219205)
• Keywords: 強震動 / 数値解析 / 波動伝播 / 階層型解析 / 境界要素法 / 多重極展開法 / 有限要素法

Research Abstract

本研究では,階層型解析理論をもとに,高精度・高分解能の都市強震動シミュレータの開発を図った.このシミュレータは,都市の地盤・地殻構造に関する情報(GISを想定をインプットすると,10mの空間分解能と10Hzの時間分解能で,都市内各地点の強震動の上・下限をアウトプットするものである.シミュレータのプロトタイプをもとに,実用に耐えるよう,プログラムのチューンァップを行った.以下,具体的な成果の概要を示す.
階層型解析の第1階層であるマクロ解析では10km程度の大きさの都市全域を対象とした,表層地盤・基盤・地質構造を考慮してモデル化し,多重極展開法を用いた境界要素法で数値計算をする.階層型解析の第2階層であるミクロ解析では100m程度の大きさの領域を対象とする.並列化計算を組み込んだ有限要素法を用いることで,地盤構造の他,微小地形や非線形性も考慮することが可能である.シミュレータの開発には横浜市のデータを用いている.これは横浜市強震ネットワークによって計測された強震動であり,横浜市自体,多数のボーリング計測によって地盤構造に関する情報も利用できるため,開発には適している.10程度の中規模地震に対して,実際に計算を行い,シミュレータの上下限解が計測された最大速度をはさむことを検証した.特に,微地形や地盤構造の才によって,強震動計測地点の近辺でも,10mのオーダーで速度分布や加速度分布に非常に大きなばらつきがみられることを実証した.変位・速度の波形に関しても,実測波形との比較を行い,高周波数成分の再現には改良の余地があるものの,少なくとも数Hzのオーダーでは十分精度良く,数値計算による再現が可能であることを実証した.

Research Products

• [Publications] M. Hori and T. Koyama: "Proposal of two grout analysis methods"J. Geotech. Eng., JSCE. 624/3-47. 31-38 (1999)
• [Publications] M. Hori and T. Koyama: "Numerical simuoation of grouting by two grout analysis methdos"J. Geotech. Eng., JSCE. 624/3-47. 21-30 (1999)
• [Publications] M. Hori, T. Kaneda, and N. Hosokawa: "Formulation of identifying material property distribution based on equivalent inclusion method"Structural Eng./ Earthquake eng., JSCE. 16/1-1. 21-30 (1999)
• [Publications] M. Anders and M. Hori: "Stochastic finite element method for elasto-plastic byody"Internaltional Journal of Numerical Methods in Engineering. 46. 1897-1916 (1999)
• [Publications] M. Hori and K. Ichikawa: "Permeable flow analysis of cracked rock mass"International Journal of Soils and Foundation. 39/6. 1011-1018 (1999)
• [Publications] M. Hori, and S. Munashige: "Generalized Hashin-Shtrikman variational principle for boundary value problem of linear and non-linear heterogeneos body"Mechanics of Materials. 31. 471-486 (1999)
• [Publications] M. Hori and S. Nemat-Nasser: "On two micromechanics theories for detemining micro-macro relations in heterogeneous solid"Mechanics of Materials. 31. 667-682 (1999)
• [Publications] M. Hori and K. Oguni: "Bifurcation and stability analyses if initiation and evlolution of periodic defects"Localization and Bifurcation Theory for Soils and Rocks. -. 127-136 (1999)
• [Publications] M. Hori and T. Ichimura: "Macro-Micro analysis for prediction of stronge motion distribution in metropolis"New Frontieres & Challenges. -. 8-12 (1999)
• [Publications] K.H. Kim and M. Hori: "Identification of ground structure using ACROSS"International Conference of Advances is Structural Engineering and Mechanics. -. 1416-1466 (1999)
• [Publications] 市村強、堀宗朗: "都市強震動予測のためのマクロ・ミクロ解析手法の現状について"応用力学論文集. 2. 607-614 (1999)
• [Publications] 水谷俊夫、堀宗朗: "雁行状断層のモデル実験と応力場逆解析による構成則推定法"応用力学論文集. 2. 7-13 (1999)
• [Publications] M. Hori: "An Introduction, Mechanics of Granular Materials"Balkema. 40 (400) (1999)