日本の城郭石垣の地震時挙動および安定性に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550504
• Research Institution: Kisarazu National College of Technology
• Principal Investigator: 田中 邦煕 木更津工業高等専門学校, 環境都市工学科, 教授 (90342469)
• Keywords: 城郭石垣 / 石垣模型振動実験 / 相似則 / 実験計画法 / 数値解析実験 / FEM-3D / 仮想間詰め材 / 腹み出し

Research Abstract

1.石垣模型振動実験 発表論文11.
振動台上に固定した木製土槽上に模型石垣を構築して加振し、石垣の変状、崩壊状況などを計測した。
実験は相似則を考慮して、積石寸法を実大比1/10に設定し6.0cmx5.0cmのテーパ付積石を作成したが、重力相似10を得る工夫として、積石材質を花崗岩、鉄および鉛と変化させた。積石材質Sの他に、高さH(=30,40,50cm)、石垣勾配θ(=60,70,80°)および石積技法T(=芋積み,レンガ積み,落し積み)の4要因を取り上げ、それらを上述の3水準に変化させて、実験計画法L9に組み込んで実験した。結果は次の通りである。
(1)石垣の腹み出しに対しては、石垣角度θによる影響力が支配的であり、地震時抵抗力は石垣角度により大きく影影響される。(2)石垣下部から伝播してくる振動は上部ほど増幅され、加速度では50%程度大きくなる。これは阪神淡路地震時に、明石城の石垣天端石が数m離れた位置に投げ出されていたことを証明している。
2.FEM-3Dによる3次元動的解析 発表論文11.
石垣断面の数値解析にあたり、断面のモデル化が難しく、また連続体として扱えないので、FEMをそのまま適用できない。個別要素法はその原理から石垣解析には不適当である。そこで積石間に仮想の間詰め材を挿入する手法を考案し、本手法によりFEMを適用して石垣の常時、地震時の解析を行うことが出来ることを示した。石垣の形状寸法を標準規模のH=10.0m、θ=70°の一定とし、積石S、間詰めM、裏込Bおよび原地盤Gの4要因の物性値を3水準に変化させ、L9に組み込んで数値実験した。結果は次の通りである。
(1)入力加速度を100〜300〜500galと増大させると、腹みだし量は指数関数的に増大し、石垣の安定性は急速に失われる。(2)石垣の地震時安定には裏込Bと原地盤Gの物性値が大きく影響する。

Research Products

• [Publications] 田中邦煕, 新谷洋二, 小林善勝, 木村真也, 谷優作: "石垣模型の振動実験-石垣安定における形状寸法の影響-"土木学会土木史研究. No.23. 6 (2003)
• [Publications] 田中邦煕, 新谷洋二, 小林善勝, 木村真也, 谷優作: "石垣断面のFEM-3Dによる数値解析実験-構成要素の物性値の影響-"土木学会土木史研究. No.23. 8 (2003)
• [Publications] 浅利智也, 綾部裕一, 田中邦煕, 小林善勝: "石垣模型の振動実験"土木学会関東支部技術研究発表会講演概要集. No.30. 2 (2003)
• [Publications] 木村真也, 谷優作, 田中邦煕, 小林善勝: "石垣断面のFEM3Dによる数値実験解析"土木学会関東支部技術研究発表会講演概要集. No.30. 2 (2003)