国総研 土研東日本大震災報告会 2012 年 3 月 13 日 M9 地震を踏まえた設計地震動と液状化判定法 国土技術政策総合研究所危機管理技術研究センター ( 独 ) 土木研究所地質 地盤研究グループ 東日本大震災を踏まえた 道路橋示方書の設計地震動改定 液状化判定法 (FL 法 ) の実証的検証 1
M9 地震を踏まえた設計地震動の改定 道路橋示方書の改定 (H24.2.16) に反映 震源域の連動による巨大地震の影響を考慮 継続時間の長い地震動特性の影響を考慮 2
課題 1: 考慮されていなかった震源域の連動 三陸沖中部 ~ 茨城県沖 の震源域が連動し M9 巨大地震となった 主な海溝型地震の長期評価 ( 地震調査研究推進本部 ) 3
加速度 [gal] 加速度 [gal] 加速度 [gal] 課題 2: 継続時間が長い地震動 開北橋周辺地盤上の強震記録 1978 年宮城県沖地震 (M7.4) 500 250 周期ごとに振幅調整 道路橋の耐震設計 ( 動的照査 ) に用いる加速度波形 500 250 0 0-250 -250-500 500 0 20 40 時間 [s] -500 0 20 40 時間 [s] 250 0-250 -500 2011 年東北地方太平洋沖地震 (M9.0) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 時間 [s] 4
タイプ I の地震動の標準加速度応答スペクトル S I0 (gal) 道路橋の設計地震動 ( 道路橋示方書に規定 ) 標準加速度応答スペクトル 地域別補正係数 Cz 3000 2000 1000 700 500 300 200 100 70 50 I 種地盤 II 種地盤 III 種地盤 30 0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 1 2 3 5 固有周期 T (s) Cz = 1.0 Cz = 0.85 Cz = 0.7 5
地域別補正係数 地域区分 ( 改定前 ) 東海 東南海 南海地震を考慮できているか? Cz = 1.0 Cz = 0.85 Cz = 0.7 6
発生を想定したプレート境界型地震の震源域 m 1000km 従来繰返し発生すると考えられていた宮城県沖の地震 東北地方太平洋沖地震 7
計測震度 M が大きくなると地震動はどこまで大きくなる? 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 2011 年東北地方太平洋沖地震 (Mw9.0) 距離減衰式 2003 年十勝沖地震 (Mw9.0) (Mw8.0) 距離減衰式 (Mw9.0) 距離減衰式 (Mw8.0) 地震計 NW, 防災科研 K-NET, KiK-net 0.0 10 10 100 1000 断層面までの距離 [km] 2011.4.26 東日本大震災調査報告会発表資料より 8
最大加速度応答 [cm/s 2 ] (h=5%) 最大加速度応答 [cm/s 2 ] (h=5%) M が大きくなると地震動はどこまで大きくなる? 東北地方太平洋沖地震の強震記録と距離減衰式を比較 10000 短周期 ( 周期 0.6 秒 ) 長周期 ( 周期 3 秒 ) 1000 1000 100 100 10 10 観測値 ( 補正前 ) 観測値 ( 補正後 ) Mw8.2 Mw9.0 1 10 100 1000 断層面最短距離 [km] 観測値 ( 補正前 ) 観測値 ( 補正後 ) Mw8.9 Mw9.0 10 100 1000 断層中心線投影最短距離 [km] 短周期 長周期の地震動はそれぞれマグニチュード 8.2, 8.9 の地震と同等 9
最大加速度応答 (cm/s 2 ) 内閣府推定の地震動も平均値は Mw8.2 程度で飽和 最大加速度応答 (cm/s 2 ) 東南海 南海地震等に関する専門調査会の推定地震動を分析 1000 周期 T=0.20s 秒 1000 周期 1 秒 T=1.00s 100 100 東海 S-1(Mw7.96) 東海 S-2(Mw7.96) 東南海 (Mw8.2) 東海 東南海 (Mw8.3) 東海 東南海 南海 (Mw8.7) 10 100 断層最短距離 (km) 東海 S-1(Mw7.96) 東海 S-2(Mw7.96) 東南海 (Mw8.2) 東海 東南海 (Mw8.3) 東海 東南海 南海 (Mw8.7) 10 10 100 断層最短距離 (km) 10
プレート境界型地震による地震動推定結果 連動型巨大地震については 短周期の地震動は M8.3 長周期の地震動は M9.0 として推定 短周期 ( 周期 0.6 秒 ) 長周期 ( 周期 3 秒 ) 11
改定後の地域別補正係数と地域区分 H24.2.16道路橋示方書の改定 従来のＡ地域 Ｂ地域をそれぞれ ２つに分割 cz ( ccz ciz, Iz, c IIz cii A1 A2 B1 B2 Ｃ 0 1.0 (1.0, 1.2 1.0 A1 1.2, 1.0 2.20 ( cz, ciz, ciiz) 1.0 1.0 1.0 B1(0.85, 1.2, 0.8 A1 (1.0, 1.2, 1.0) 2.05 2.20 B1(0.85, 1.2, 0.85) 0.85 0.85 1.2 2.05 A2 (1.0, 1.0, 1.0 A2 (1.0, 1.0, 1.0) 2.00 2.00 B2(0.85, 1.0, 0.85) 1.85 0.85 1.0 0.85 0.8 B2(0.85, 1.0, C (0.7, 0.8, 0.7) 1.50 1.85 0.8 0.8, 0.7 0.7 C0.7 (0.7, 1.50 200km 12
タイプ I の地震動の標準加速度応答スペクトル S I0 (gal) タイプ I の地震動の標準加速度応答スペクトル S I0 (gal) 3000 2000 標準加速度応答スペクトル S I0 の改定 近年の豊富な強震記録の分析結果をもとに改定 ( 地盤の非線形挙動を考慮 ) 改定前 3000 2000 改定後 1000 700 500 300 200 1000 700 500 300 200 100 70 50 I 種地盤 II 種地盤 III 種地盤 30 0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 1 2 3 5 固有周期 T (s) 100 70 50 I 種地盤 II 種地盤 III 種地盤 30 0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 1 2 3 5 固有周期 T (s) 13
加速度 [gal] 加速度 [gal] 加速度 [gal] 動的照査には時刻歴波形が必要 開北橋周辺地盤上の強震記録 1978 年宮城県沖地震 (M7.4) 500 250 周期ごとに振幅調整 道路橋の耐震設計 ( 動的照査 ) に用いる加速度波形 500 250 0 0-250 -250-500 500 0 20 40 時間 [s] -500 0 20 40 時間 [s] 250 0-250 -500 2011 年東北地方太平洋沖地震 (M9.0) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 時間 [s] 14
動的照査に用いる加速度波形 (Ⅰ 種地盤 ) 加速度 (gal) 加速度 [gal] 2003 年十勝沖地震清水道路維持出張所構内 いままでの波形の例 500 250 0-250 -500 0 時間 20 40 時間 (s) [s] 2011 年東北地方太平洋沖地震開北橋周辺 2011 年東北地方太平洋沖地震新晩翠橋周辺 15
動的照査に用いる加速度波形 (Ⅱ 種地盤 ) 2003 年十勝沖地震直別観測点 2011 年東北地方太平洋沖地震仙台河川国道事務所 2011 年東北地方太平洋沖地震阿武隈大堰管理所構内 16
動的照査に用いる加速度波形 (Ⅲ 種地盤 ) 2003 年十勝沖地震大樹町生花観測点 2011 年東北地方太平洋沖地震山崎震動観測所 2011 年東北地方太平洋沖地震土浦出張所 17
設計地震動まとめ 道路橋示方書の改定に反映 〇震源域のさらなる連動を考慮 東海 東南海 南海地震が日向灘まで連動し M9 巨大地震と なる可能性等を考慮し 地域別補正係数と地域区分を改定 〇長い継続時間を考慮 動的解析に用いる入力地震動を最大 240 秒の波形に 同一地域内でも観測された地震動特性には大きな違いがあることから さらに調査研究を進め 東北地方太平洋沖地震や内閣府検討中の南海トラフ巨大地震に関する最新の知見に基づくプレート境界型巨大地震による地震動予測の高精度化 長大活断層地震(M8~) による地震動予測の高精度化を目指す 18
M9 地震を踏まえた液状化判定法の検証 観測事実をもとに FL 法の妥当性を確認 ( 国土交通省液状化対策技術検討会議 H23.5~8) 観測事実と液状化判定結果の対比 継続時間の長い地震動特性の影響等 19
加速度 (gal) 加速度 (gal) 課題 : 長い継続時間や余震の連続が液状化を助長? 液状化の発生状況 関東地方の極めて広い範囲( 震源から遠い地域でも ) で液状化現象が発生し 特に 東京湾岸部 利根川下流域で集中して発生 検証目的 液状化判定法の検証 長い継続時間 強い余震 見逃しがあったのではないか? 小見川出張所 200 100 0-100 東北地方太平洋沖地震 (M9.0) -200 小見川出張所 200 100 0-100 -200 0 50 100 150 200 250 300 千葉県東方沖地震千葉県東方沖地震 (M6.7) 関東地方整備局 地盤工学会の調査結果 0 50 100 150 200 250 300 時間 ( 秒 ) 20
現行の液状化判定法 (FL 法 ) 液状化の発生の予測や液状化対策を実施する上で最も基本となる技術 一般に 液状化に対する抵抗率 FL を下の式により求め この値が 1.0 以下のとき すなわち 地震によって作用する力の大きさが土の液状化に対する強さを上回るとき 液状化するとみなす FL = R / L FL: 液状化に対する抵抗率 R: 土の液状化に対する強さを表す L: 地震によって作用する力の大きさを表す FL 法は 道路橋 河川施設 下水道施設 建築 鉄道等の設計で用いられている ( 詳細は各設計基準類により若干異なる ) ここでは 道路橋示方書 V 耐震設計編に示された方法に従って液状化判定を実施 土層構成 地下水位 標準貫入試験結果 細粒分含有率が分かれば 深度ごとのFL 値を求めることができる 21
1) 液状化判定法の検証 検討内容関東地方の194 箇所で液状化判定実際の液状化発生状況と比較検討結果 FL 値液状化あり液状化なし FL 1 (62 箇所 ) (76 箇所 ) FL>1 (0 箇所 ) (61 箇所 ) 液状化した箇所はすべて 液状化する と判定 が多い 造成年代の影響等? 比較的地盤の良い地域に分布 0 5 10 15 20 22 [km 40
構成率 % Ratio (%) 2)PL( 液状化による影響を示す指標 ) の検討 検討内容 〇 PL 値と実際の液状化発生状況を比較 100 80 60 40 20 0 Liquefaction F L > 15 5 < F L <= 15 0 < F L <= 5 F L = 0 Not liquefaction 15 < PL 液状化した箇所 液状化しなかった箇所 検討結果 液状化の有無とPL 値は概ね整合 液状化した個所で小さなPL 値も 細粒分の影響や地下水位の影響が考えられる 液状化しなかった箇所で大きな PL 値となる箇所も 造成年代の影響が考えられる 5< PL 15 PL 5 PL 値 液状化あり液状化なし 15 < PL 0 5 10 15 20 5< PL 15 PL 5 23 40
地震時せん断応力比, L 3)N 値 ( 地盤の強さ ) と地震時せん断応力比の関係 調査内容 10m 以浅の液状化判定対象深度の中から2 番目に小さい換算 N 値となる深度を抽出し 換算 N 値とその深度の地震時せん断応力比の関係を整理 検討結果 液状化した箇所は全て黒い曲線より上 現行の液状化判定法と整合 N 値 20 以上で液状化したところはほとんどない せん断応力比 0.2 以下で液状化したところはほとんどない 合理化の余地は大きい 液状化 1.2 しやすい 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 液状化あり液状化なし道路橋示方書の式 (FC = 0-10%) 0.0 0 10 20 30 40 換算 N 値 液状化した箇所 ( ) と液状化しなかった箇所 ( 〇 ) の境界が重要 液状化しにくい 24
加速度 (gal) 加速度 (gal) 4) 地震動継続時間の影響 ( 判定結果の比較 ) 検討内容 今回の地震と千葉県東方沖地震の液状化に対する影響を比較 同一地点 ( 小見川出張所 ) で観測された強震記録の比較 200 100 0-100 -200 小見川出張所 東北地方太平洋沖地震 東北地方太平洋沖地震 (M9.0) 0 50 100 150 200 250 300 200 100 0-100 -200 千葉県東方沖地震 千葉県東方沖地震 (M6.7) 0 50 100 150 200 250 300 時間 ( 秒 ) 25
4) 地震動継続時間の影響 ( 判定結果の比較 ) 地震時せん断応力比 L の計算に必要な最大加速度分布の推定 東北地方太平洋沖地震 千葉県東方沖地震 26
地震時せん断応力比, L 4) 地震動継続時間の影響 ( 判定結果の比較 ) 1.2 1.0 東北地方太平洋沖地震 1.2 1.0 液状化あり液状化なし道路橋示方書の式 (FC = 0-10%) 千葉県東方沖地震 0.8 0.8 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0.0 0.0 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 換算 N 値 検討結果 液状化した個所の分布に 千葉県東方沖地震との違いは確認できず 液状化後の変形や液状化範囲には継続時間が大きく影響したと考えられる 27
Cw 5) 地震動継続時間の影響 ( 地震動特性を考慮する係数 ) 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 タイプ Ⅰ の地震動 タイプ Ⅱ の地震動 佐原 NS 佐原 EW 浦安 NS 浦安 EW 千葉 NS 千葉 EW 波崎 2NS 波崎 2EW 横浜 NS 横浜 EW 久喜 NS 久喜 EW 砂町 NS 砂町 EW 久慈川下流 NS 久慈川下流 EW 千葉国道 NS 千葉国道 EW 荒川河口橋 NS 荒川河口橋 EW 石油開発 ( 美浜区 )NS 石油開発 ( 美浜区 )EW 古川 NS 古川 EW 石巻 NS 石巻 EW 岩沼 NS 岩沼 EW 角田 NS 角田 EW 山崎震動観測所 NS 山崎震動観測所 EW 赤は宮城県内の観測点 0.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 RL 検討結果 波形によるばらつきが大きい 東北 (2 山 ) が関東 (1 山 ) より小さめ 液状化しやすい地盤 (RL<0.4) に対しては概ね従来の係数と整合 28
地震時せん断応力比, L 地震時せん断応力比, L 6) 細粒分の影響 検討内容細粒分含有率別に換算 N 値 N 1 と地震時せん断応力比 Lとの関係を整理 1.2 1.0 液状化あり液状化なし道路橋示方書の式 (FC = 0-10%) 1.2 1.0 FC 0% 道路橋示方書の式 (FC = 0-10%) 1.2 1.0 FC 20% 道路橋示方書の式 (FC = 20%) 1.2 1.0 FC 30% 1.2 1.0 液状化あり液状化なし FC 40% 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.4 0.2 0.4 0.2 0.4 0.2 (FC = 0-10%) 0.4 0.2 道路橋示方書の式 (FC = 30%) (FC = 0-10%) 0.4 0.2 道路橋示方書の式 (FC = 40%) (FC = 0-10%) 0.0 0 10 20 30 40 換算 N 値 0.0 0.0 0.0 0.0 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 0 5 10152025303540 換算 N 値 検討結果 液状化した箇所の分布が細粒分含有率に応じて変化する傾向は 液状化強度推定式と調和的〇細粒分の性質や量が液状化に及ぼす影響について詳細に分析が必要 29
液状化判定法まとめ FL 法の妥当性を検証 〇液状化した箇所で 液状化しない と判定される 見逃し はなかった 〇液状化の有無とPLの値は概ね整合 〇今回の地震と過去の短い地震と比較した結果 せん断応力比とN 値の関係に差は認められなかった いずれにせよ 見逃し が生じるものではなかった 細粒分含有率について現行の液状化判定法と調和的である 〇造成年代の新しい地盤が 古い地盤より液状化しやすい傾向あり 〇液状化しなかった個所で 液状化する と判定される 空振り が多く見られた 以上のようなことから 現行 FL 法は直ちに見直す必要性は低い 一方 液状化しなかった個所で 液状化する と判定される 空振り が相当数 みられたことから更なる研究を進め 液状化判定法等の高精度化を目指す 液状化判定法に関する検討は 国土交通省 液状化対策技術検討会議 に資することを目的に 土研 国総研が実施した結果をまとめたものである http://www.mlit.go.jp/report/press/kanbo08_hh_000154.html 30