1 - 地盤工学会中部支部

微動(Microtremor）とは？
9 自然的・人工的要因により，地盤は微小ではあるが
常に震動している
9 微動の成分は実体波と表面波よりなり，空間的，時
間的に定常状態に近い振る舞いをする
微動H/Vスペクトル比の特性と
工学への応用
学
応用
9 微動は，その地盤における何らかの特性を反映して
おり，地盤の震動特性を知る上で有用と考えられる
（財)地震予知総合研究振興会
澤田 義博
中部地盤工学シンポジウム
1
微動研究の略史
中部地盤工学シンポジウム
2
微動の研究
9 1908
大森による最初の研究
9 ～1935
末廣，井上らの研究：微動の到来方向から台風位置の特定等
2つの大きな流れ
1 微動アレイ探査法
1．微動アレイ探査法
9 1950後半～1960前半
1950後半 1960前半
9 地盤構造の解明を目的とする
①金井らによる「地盤特性」の研究：建築基準法の「地盤種別」
の分類への利用 地表層内の実体波の重複反射による解釈
の分類への利用→地表層内の実体波の重複反射による解釈
9 微動に含まれる表面波（レイリー波）を利用
含 れ 表 波
波 を
②安芸による微動の確率過程の研究：時間スペクトルと空間スペ
クトルの関係 空間自己相関係数の物理的意味→微動を用いた
クトルの関係，空間自己相関係数の物理的意味→微動を用いた
2．微動H/V法（微動H/Vスペクトル比）
2．微動H/V法（微動H/Vス
クトル比）
地下構造探査の可能性
9 地盤の地震動特性の把握を目的とする
9 微動は表層における実体波の重複反射として解釈
9 1980代 中村による微動H/V法の提案
9 1990代 微動アレイ探査法の実用化（F-K法，SPAC法）
3
中部地盤工学シンポジウム
4
中部地盤工学シンポジウム
微動アレイ探査法
観測・解析法
¾ SPAC法（自己空間相関法）を用いる
原 理
¾ 仮定
微動中の表面波（レイリー波）を抽出し，その位相速度の分散特
性（周波数による速度の変化）を示す構造を逆解析により同定
①微動は平面波から構成されており、時間的にも空間
Phasse velocityy(Km/secc)
的 も ペク
的にもスペクトルが一定
が 定
②微動は表面波（ここではレイリー波）で構成されて
分散曲線
2.5
おり その中の基本モ ドが卓越している
おり、その中の基本モードが卓越している
2
ρ ( f 0 , r ) = J 0 (2π f 0 r ) / C0 ( f 0 )
15
1.5
ここで，
1
J 0 ( f 0 ) : 第1種0次
次ベッセル関数
ッ
関数
05
0.5
0
0.1
C0 ( f 0 ) = 2π f 0 r / x
1
Frequency(Hz)
中部地盤工学シンポジウム
5
ρ ( f 0 , r ) : 空間自己相関係数
但し C0 ( f 0 ) : 周波数 f 0におけるレイリ
但し，
におけるレイリー波の
波の 位相速度
中部地盤工学シンポジウム
6
観測・解析の流れ
①名古屋市南西部における適用
重力異常図
F=0.39 Hz V=1.350 Km/s
1
No.1
CORRELATION
No.3
No.4
No.5
No.6
190
200
210
(Sec)
Depth (K
Km)
1
DITANCE(Km)
2
レイリー波の分散曲線の計算
遺伝的アルゴリ
ズム(GA)を用い
た逆解析
2.5
2
1.5
1
0.5
中部地盤工学シンポジウム
0
01
0.1
0
南
北
測
線
結
果
平
成
12
年
度
SPAC係数の計算
2
7
S-Wave Velocity (km/s)
0
微動の観測（上下動）
S波速度構造モデルの推定
構
Vs(Km /s)
0
1 2 3
0
1
基盤深度
0
2
3
層
熱田層
0.2
東海層群上部
低重力域
0.4
東海層群下部
0.6
700m
0.8
1
Frequency(Hz)
8
1
海部・弥富累層
山王ボーリング
Depth (km)
円形アレイ(3重同心アレイ）
L-アレイ
L
アレイ
M-アレイ
S-アレイ
0
-0.5
0.5
-1
No.7
180
平成13年度
0.5
Phase velocity
y(Km/sec)
地震計
東西測線結果
深さ
No.2
深さ
1
中部地盤工学シンポジウム
中新統
花崗岩
探査位置
探査結果(1)
反射法地震探査結果との比較
S-Wave Velocity (km/s)
M01
NP7
M01
NP7
M01
NP8
横井山緑地
0
2
Depth(Km)
NP8
濃尾平
野
Velocity(Km//s)
2.5
1.5
1
0
1
2
3
1
0.5
微動アレイ探査地点
M02
M04
M13
M07
2
0
0.1
1
S-Wave Velocity (km/s)
NP8
荒子川公園
0
既往探査地点(愛知県)
NP3
M11
NP4
強震観測点
愛知県
2
0
1.5
NP2
山王ボーリング
1
S-Wave Velocity (km/s)
NP
2
2.5
M09
名古屋市
1.5
0
1
2
3
1
1000m
0.5
M14
M16
Depth(Km))
NP2
土古公園
Velocity
y(Km/s)
Sアレイ 半径 100m
M05
M15
M10
2
稲永東公園
M12
1
0
1
反射法測線（平成13年）
0
0.1
3
1
1700m
0
0.1
2
1
S-Wave Velocity (km/s)
NP7
2.5
0.5
反射法測線（平成12年）
2
Velocity(Km/s))
Mアレイ 半径 250m
M03
2
1
0
0
1
2
3
2
1.5
Depth(Km)
D
M06
Depth
h(Km)
M08
Velocity(Km/s)
2.5
Lアレイ 半径 1000m
1
0.5
0
0.1
Frequency (Hz)
1
1200m
2
1
Frequency (Hz)
中部地盤工学シンポジウム
M06
1
2
1
0.5
0
0.1
11
1450m
2
1
Frequency (Hz)
Depth (kkm)
1
2
3
B
1
A
’
940m
2
1 (Hz)
Frequency
S-Wave Velocity (km/sec)
M06
2.5
0
Depth (km
m)
2
1.5
1
0
1
2
2.5
Frequency (Hz)
S-Wave Velocity (km/sec)
0
2
1.5
1
0
1
2
1
1400m
0.5
0
0.1
2
1
東海層群下部層
東海層群
部層
1
B
’
1
M11
A’
東海層群上部層
0.5
中新統
6
8
10
12
3
0
A
S波速度 P波速度
密度
(km/sec) (km/sec) (g/cm3)
1.70
1.70
沖積～熱田層相当層 0.26
0.44
1.80
1.80
海部累層相当層
0.66
2.10
1.90
東海層群上部層
0.86
2.30
2.00
東海層群下部層
1.40
2.85
2.20
中新統相当層
3.00
5.50
2.60
基盤
海部累層相当層
B
14
16
18
20
22
Q値
20
20
20
20
50
100
12
沖積～熱田層相当層
B’
東海層群上部層
0.5
東海層群下部層
1
2
中新統
基盤
1.5
6
8
10
12
距離 (km)
(k )
Frequency (Hz)
中部地盤工学シンポジウム
基盤
距離 (km)
1
1400m
3
沖積～熱田層相当層
1.5
3
2
0
0.1
海部累層相当層
A
0
2
0.5
Phase Velocity(kkm/sec)
0
2
Depth (km
m)
Phase Velocity(kkm/sec)
0
1
1
0
0.5
S-Wave Velocity (km/sec)
2.5
1.5
1.5
Phase Velocity(kkm/sec)
M12
0
2
0
0.1
M11
S-Wave Velocity (km/sec)
M02
2.5
Depth (km
m)
Phase Velocityy(km/sec)
M02
M12
地盤構造断面図
Lアレイ Mアレイ探査結果
Lアレイ，Mアレイ探査結果
深度 (km)
探査結果(2)
中部地盤工学シンポジウム
10
深度
度 (km)
9
中部地盤工学シンポジウム
14
16
18
②豊橋平野における適用
豊川
反射法と微動アレイの比較（Sアレイ）
低重力域
深さ
T10
0
豊橋
500
1000
基盤
反射法探査
（愛知県、2003）
1500
T10
S-Wave
S
Wave Velocity(Km/s)
0
3
反射法探査
（愛知県 2004）
（愛知県、2004）
T09
T10
：微動アレイ探査地点
（愛知県 2002）
（愛知県、2002）
：微動アレイ探査地点
豊橋駅
1.5
1
1
2
3
微動アレイ
2
Depth (Km)
T08
2.5
Velocity(Km/ss)
V
T-2
0
微動アレイによる推
定地盤構造
1
反射法による推定
地盤構造
反射法
0.5
（澤田ほか、2004）
両者はよく対応
2
00.1
1
Frequency(Hz)
反射法と微動アレイの比較（L Mアレイ）
反射法と微動アレイの比較（L,Mアレイ）
0
Lアレイ Mアレイは高次モードを記録？
Lアレイ，Mアレイは高次モードを記録？
T10
0
2.5
2
1.5
1
15
1
2
3
反射法
微動アレイによる推
定地盤構造
1
0.5
00.1
0
微動アレイ
Depth (Km))
D
Velocity(Km//s)
3
S W
S-Wave
V l it (K / )
Velocity(Km/s)
2
T1 0L
T1 0M
T1 0S
2.5
Veloccity (Km/ss)
1500
相対振幅
3
500
1000
分散曲線
T10
深さ
T10
基盤
中部地盤工学シンポジウム
14
2
1次モード
1.5
基本モード
1
0.5
0
0 .1
反射法による推定
地盤構造
1
Frequency (Hz)
0.1
Relattive Ampllitude
中部地盤工学シンポジウム
13
0
0.0 1
0 00 1
0.00
0 .1
1
Frequency (Hz)
分散曲線で，基本モ
分散曲線で
基本モードと１次モードが近接する１Hz付近は
ドと１次モ ドが近接する１Hz付近は，１次モ
１次モー
ドの振幅が基本モードより大きい
微動アレイでは基盤の
深さが極端に浅い
Lアレイ，Mアレイは１次モードを記録している可能性あり
Lアレイ，Mアレイは１次モ
ドを記録している可能性あり
1
Frequency(Hz)
中部地盤工学シンポジウム
基本モード
1次モード
16
中部地盤工学シンポジウム
10
まとめ
9
微動H/Vスペクトル比の特性
濃尾平野における微動アレイ探査は，反射法，重力異デー
濃尾
野 おける微動
イ探査は
射法 重力異デ
タと整合した結果が得られた
9
豊橋平野では，LアレイとMアレイから推定される基盤深度
豊橋平野では
LアレイとMアレイから推定される基盤深度
は，反射法による基盤深度より浅く求まるのに対し、Sア
レイのみを用いると反射法とほぼ 致した結果が得られた
レイのみを用いると反射法とほぼ一致した結果が得られた
9
豊橋平野におけるL，Mアレイの分散曲線は，レイリー波の
高次
高次モードを検出している可能性がある
ドを検出している可能性がある
微動H/Vスペクトル比とは？
9 1986年に中村により提唱され，通称，中村の方法
9 地表における微動の水平成分と上下成分のスペク
トル比はその地盤における地震動のS波増幅特性
に近似する
9 一点3成分観測から容易に得られ，利便性が高い
問題点
高次モードが発生する地盤条件を検討し，微動アレイ探
査法の適用限界を明らかにする必要がある
中部地盤工学シンポジウム
17
検討の方法
9
微動H/Vが地盤のS波増幅特性に近似するのは本当か?
9
検証が十分とは言えない
9
しかし，世界的に適用されつつある
中部地盤工学シンポジウム
18
微動観測地点①
9 Kik-net観測地点：161地点
観測地点
地点
9
9
強地震観測地点で微動を観測し，微動H/Vスペク
トル比と，地震記録から得られる各種スペクトル
比と 地震記録から得られる各種 ペク
比の比較を行い，両者の対応を検討する
このため，KiK-net観測点，濃尾平野の強地震観
測点および反射法探査測線 東濃高密度強地震
測点および反射法探査測線，東濃高密度強地震
観測点で微動を観測
9 地表と地中で同時地震観測データが
得られている
●ＫｉＫ-ｎｅｔ：161
●Ｋ－ｎｅ ｔ：11
9 ＰＳ検層等の地盤データがある
9 地中のＳ波速度が１５００ｍ/ｓ以上，
かつ 予測される地盤の卓越周波数
かつ，予測される地盤の卓越周波数
が１０Ｈｚ程度以下である地点
9 K-net観測地点：11地点
9 １Ｈｚ付近のデータ補強
計172地点
KiK-net：全国に展開されている基盤強震観測網
K-net ：全国に展開した地表強震観測網（計測震度に利用）
19
中部地盤工学シンポジウム
20
中部地盤工学シンポジウム
微動観測地点②
9
9
9
9
微動観測地点③
濃尾平野：108地点
厚い堆積層地盤
自治体等の強地震観測点：深部ボーリングを含む54地点
反射法探査測線 54地点
反射法探査測線：54地点
総計280地点
9 東濃強地震観測網：53地点
9 比較的薄い表層
9 高密度観測点
N
EW1 Line
NS Line
Nagoya City
BYB
EW2 Line
▲ Deep borehole (3sites）
● Strong motion observation
ssites(44point)
tes( po t)
Seismic reflection survey
瑞浪市近辺
0
中部地盤工学シンポジウム
21
微動観測と解析
中津川市近辺
0
5km
5km
中部地盤工学シンポジウム
22
地震データと解析
地震観測データの選定
微動の観測
9 M≧3.0
9 固有周期5秒の3成分高感度速度計を用いる
9 Amax≧3.0gal
9 地震計を地表に設置し，出来るだけ交通等によるノ
イズが混入しない45秒または90秒間の微動記録を10
セット以上計測する
9 Δ≦200km，ｈ≧10km
微動の解析
9
KiK-netのデータではS波部分の5～10秒間
9 微動のNS，EW，UD成分のフーリエス解析
微動のNS EW UD成分のフーリエス解析
9
濃尾平野のデータでは30～40秒間
9 以下により，微動H/Vスペクトル比を求める
9
NS，EW，UD成分のスペクトル解析
9
微動と同じく 次式から地震動のH/Vスペクトル比を求める
微動と同じく，次式から地震動のH/Vスペクトル比を求める
(H / V )M =
23
9 良好なデータを最低5セット以上
地震観測デ タの解析
地震観測データの解析
1 n
∑ ( NSi × EWi / UDi )
n i =1
中部地盤工学シンポジウム
(H / V )E =
24
1 n
∑
n i =1
NSi × EWi
UDi
中部地盤工学シンポジウム
地震動の各種スペクトル比の定義
：地表における水平成分と上下成分の比（HS/VS）
② 伝達関数H/V：地表と基盤間の水平成分の伝達関数と上下成分
の伝達関数の比
(HS/HB)/(VS/VB)=(HS/VB)/(HB/VB)
F K S H1 2
F K S H1 7
10
1
1
1
10
1
基盤
10
1
10
Frequency (Hz)
9微動H/Vは表層における水平動と上下動の両方の応答特性を反映
9水平動の応答特性には対応しない
9微動は実体波としての解釈も可能
中部地盤工学シンポジウム
中部地盤工学シンポジウム
26
微動H/Vと地震動の近似度のランク分け
微動H/Vと理論値の対比
Specttral ratio
ランクA：微動H/Vが地震動H/V，伝達関数H/Vとよく対応する
ランクB：おおむね対応する
ク おおむね対応する
ランクC：対応しない
S波増幅特性
理論H/V
1
計 (%)
23
7
67 (30)
85
23
4
112 (51)
C
39
3
0
42 (19)
計
161
49
11
221 (100)
10
10
基盤における上下動／水平動
1
10
理論H/V＝S波増幅特性／P波増幅特性
2
81%：以後の検討
10
対象
101
約0.7
微動H/VはS波増幅特性より小さく，理論H/V
微動H/VはS波増幅特性より小さく
理論H/V
に近似する
100
10-1
10-2
中部地盤工学シンポジウム
レイリー波H/V
1
Frequency(Hz)
Spectral ratiio
K-net
微動H/V
10
1
濃尾平野
＜スペクトル形＞
FKIH02
1 10 FKSH13
ピ ク周波数 ピ ク振幅に関して
ピーク周波数，ピーク振幅に関して，
27
1
9 水平成分伝達関数 >> 微動H/V
HB, VB
25
B
10
HS, VS
地表
37
YMGH02
1
1
9 微動H/V ≒ 地震動H/V ≒ 伝達関数H/V
但し，Ｓ：地表，Ｂ：基盤
A
10
10
② 上下成分伝達関数：地表の上下成分と基盤の上下成分の比（VS/VB）
KiK-net
IS K H0 5
10
① 水平成分伝達関数：地表の水平成分と基盤の水平成分の比（HS/HB）
ランク
＜スペクトル形＞
微動H/V
水平成分伝達関数
地震動H/V
伝達関数H/V
Spectral R
Ratio
① 地震動H/V
微動H/Vと地震動の対比
28
1
10
Frequency(Hz)
中部地盤工学シンポジウム
0.1
1
10
100
1
0 96
y = 0.95x 0.96
R² = 0.96
0.1
0.1
1
水
水平伝達関数
数ピーク周波数
数 [Hz]
10
10
0.1
1
1
0 97
0.97
y = 1.12x
1 12
R² = 0.96
0.1
1
y = 2.56x 0.47
R² = 0.24
100
非常に高い相関性がある(ほぼ1:1)
0.1
1
微動H/Vピーク周波数 [Hz]
微動H/Vピーク周波数 [Hz]
10
100
100
10
微動H/Vのピーク周波数から，高い精度
で各伝達関数のピーク周波数を推定する
ことができる
10
微動H/Vピーク振幅
1
y = 1.00x 0.16
R² = 0.24
0.1
0.1
1
1
y = 1.25x -0.02
R² = 0.00
0.1
0.1
10
y = 5.27x 0.67
R² = 0.22
10
1
y = 0.94x -0.07
R² = 0.14
0.1
01
0.1
1
10
微動H/Vピーク周波数 [Hz]
中部地盤工学シンポジウム
10
1
y = 1.54x -0.21
R² = 0.28
0.1
0.1
1
10
微動H/Vピーク周波数 [Hz]
10
平均振幅比
標準偏差
1.21
1.32
3.84
0.56
0.56
2.29
地震動H/V
10
伝達関数H/V
水平伝達関数
1
0.1
01
0.1
1
10
中村の方法は実際の地震増幅特性を
過小評価する恐れがある
強度比（地
地震HV/微動H
HV）
100
スペクトル強度比は周波数特性を持つ
1
y = 1.64x -0.14
R² = 0.18
0.1
01
0.1
中部地盤工学シンポジウム
1
地震増幅特性の予測に，微動H/Vの
形状をそのまま用いることはできない
10
微動H/Vピーク周波数 [Hz]
微動H/Vピーク周波数 [Hz]
31
10
微動H/Vピーク振幅
10
微動H/Vピーク周波数 [Hz]
微動H/Vピーク周波数 [Hz]
振幅比（水平伝達関数/微動
動HV）
1
10
微動H/Vピーク振幅
微動H/Vと地震動の対比＜スペクトル強度比
＞
強度比（伝達
達関数HV/地震
震HV）
1
振幅比（伝
伝達関数HV/微
微動HV）
振幅比（地
地震HV/微動H
HV）
10
＜ピーク振幅比＞
0.1
01
0.1
30
10
y = 2.43x 0.56
R² = 0.33
ばらつきは大きいが，比例関係が
認められる
1
中部地盤工学シンポジウム
微動H/Vと地震動の対比
1
1
10
微動H/Vピーク周波数 [Hz]
29
10
100
水
水平伝達関数
数ピーク振幅
0.1
100
10
伝
伝達関数H/V
Vピーク振幅
y = 0.95x 0.99
R² = 0.98
微動H/Vと地震データの対比＜ピーク振幅＞
強度比（伝達
達関数HV/微動
動HV）
1
＜ピーク周波数＞
地震H/V
Vピーク振幅
10
伝
伝達関数H/V
ピーク周波数
数 [Hz]
地震H/V ピーク周波数 [Hz]
微動H/Vと地震動の対比
32
中部地盤工学シンポジウム
微動H/Vと基盤深度の関係
まとめ
10000
微動H/Vの卓越周波数は，地震動の各種伝達関数
微動H/Vの卓越周波数は
地震動の各種伝達関数
の卓越周波数と良く対応する
9
微動H/Vのピ ク振幅は，地震動の水平伝達関数や
微動H/Vのピーク振幅は
地震動の水平伝達関数や
理論によるS波増幅特性に比べ，かなり小さい．
9
したがって，微動H/Vが表層の地震増幅特性に近似
したがって
微動H/Vが表層の地震増幅特性に近似
するとする中村の方法は，実際のS波地震増幅特性
をかなり過少評価する恐れが大きい
KIK-net
1000
基盤深
深度h [m]
9
濃尾平野
100
10
h = 150 f p
− ( 0.85 + 0.1 / f p )
1
0.1
1
10
100
微動ピーク周波数fp [Hz]
微動H/Vを用いた地震増幅特性の
新たな推定法が必要
微動H/Vの卓越周波数と基盤深度は，大まかな相関がある
中部地盤工学シンポジウム
33
微動H/Vの工学への応用
34
中部地盤工学シンポジウム
1 地盤の地震増幅特性の簡易推定法
1.
これまでの検討結果から，
1.
地盤の地震増幅特性の簡易推定法
9
構造物の損傷事前評価への適用
9 微動H/Vから高い精度で地盤の卓越周
波数を推定できる
9 水平伝達関数と微動H/Vの振幅比は
ばらつきは大きいが約４倍程度
9 微動H/Vの卓越周波数と基盤の深度
の間には相関がある
35
中部地盤工学シンポジウム
36
中部地盤工学シンポジウム
水平伝達関
関数と微動の振
振幅比
振幅比（水平
平伝達関数/微動HV
V）
地震増幅特性の簡易推定法
h = 150 f p
− ( 0.85 + 0.1 / f p )
微動Ｈ/Ｖ
基盤深度h
h [m]
基盤深
深度 [m]
10000
KIK-net
1000
ピーク振幅
ＡＭ（ｆｈｐ）
卓越周波数ｆｈｐ
濃尾平野
簡易推定法の検証
100
10
簡易推定法の検証を以下の3ケ スで実施
簡易推定法の検証を以下の3ケースで実施
1
0.1
0.1
1
・ボーリングデータに基づくS波増幅特性との比較
( f < 2)
α = 1.5 f + 1　α = 4.0　( f ≥ 2)
基盤深度 ｈ
平均Ｓ波速度 Ｖｓ
10
(1)KIK-net強震観測網
10
微動H/Vピーク周波数
微動H/Vピ
ク周波数 [Hz][Hz}
微動H/Vピーク周波数
微動H/Vピ
ク周波数
100
・実地震入力による地表の応答波形の比較
1
1
10
100
水平成分伝達関数
と微動Ｈ/Ｖの振幅
の比α
微動ピーク周波数fp [Hz]
微動H/Vピーク周波数（Hz)
２層構造モデル
h
Vs
表層
ρ = 1.8
Q =30.0
平均的な増幅特性
ρ= 2.5
Q =50.0
=50 0
基盤
β=
振幅補正係数β
(2)東濃高密度強震観測網
(3)濃尾平野強震観測点
・観測データに基づくS波増幅特性との比較
AM
α
AT
・実地震入力による地表の応答波形の比較
(Q AT * β = T ≡ AM ∗ α )
中部地盤工学シンポジウム
37
検証結果
ボーリングによる入射応答
推定入射応答
1
10
0.1
1
推定値
観測値
10
40
20
0
-20
20
-40
0
5
10
15
20
SZOH25(新居)
40
tn16(短大)
16(短大)
Spectral
Ratio
SpeR
ctral ratio
10
1
推定値
観測値
KSRH10(浜中)
Acceleration
Accel[[gal]
leration [gal]
10
地表波形の例
tn45(苗木中)
45(苗木中)
10
10
1
1
20
10
0
-10
-20
0
5
10
15
20
Time [sec]
1
10
10
1
10
Frequency [Hz]
10
15
10
15
-40
0
5
10
1
最大
大加速度比
最大加速度比
（観測値／推定値）
AV.=0.90
S.D.=0.43
0.1
最大加速度比
（観測値／推定値）
1
AV.=1.14
S.D.=0.42
0.1
0
50
100
150
0
観測点番号
10
20
30
40
50
観測点番号
中部地盤工学シンポジウム
40
20
20
0
0.1
0.1
5
tn45　苗木中
-20
0.1
0.1
0
40
0
-40
推定値
観測値
tn16 短大
20
-20
Freqency [Hz]
39
東濃地域
地表波形の例
SZOH25(新居)
最大
大加速度比
SpectrumSpec
Ratictral
io
ratio
KSRH10(浜中)
中部地盤工学シンポジウム
38
KIK-net地点
検証結果
1
実地震入力として2004年紀伊半島沖地震(M7.4)の基盤観測波形を使用
※ATは平均的な入射
応答のピーク振幅値
答 ピ
振幅値
推定地震増幅特性
Acceleration
Acce[[gal]
leration [gal]
0.1
中部地盤工学シンポジウム
20
Time [sec]
検証結果
濃尾平野
検証のまとめ
推定値
観測値
地表波形の例
NGYC10(守山)
10
1
推定値
観測値
AIC30(岩倉)
Acceleration
[[gal] [gal]
Acceeleration
10
1
40
最大加速度比
20
0
-20
20
-40
0
5
10
15
20
(観測値/推定値) 標準偏差
1
10
0.1
0.1
1
10
Frequency [Hz]
東濃地域
濃尾平野
平均値
0.9
1.1
1.1
1.0
0 43
0.43
0 42
0.42
0 36
0.36
0 40
0.40
40
20
9 比較的表層の薄い地点から厚い表層を有する地点まで平
0
0.1
0.1
平均値
KIK-net
KIK
net
NGYC10(守山)
-20
-40
0
5
10
15
均値に着目すれば概ね妥当な結果
20
Time [sec]
10
最大加速度比
Spectral
Ratio ratio
R
Speectral
AIC30(岩倉)
9 標準偏差分を考慮して推定値の1.4倍をとることでほとん
最大加速度比
（観測値／推定値）
どの点で安全側に推定できる
1
AV.=1.05
S.D.=0.36
地震増幅特性の概査法として工学的に十分利用可能
0.1
0
10
20
30
40
観測点番号
41
中部地盤工学シンポジウム
2 構造物等の損傷事前評価への適用
2.
構造物の卓越周波数の把握
目 的
構造物全体系の固有周期
構造物の初期の卓越周波数を把握し，経年
劣化，地震などによる損傷の管理指標とし
て，利用する
地震荷重，経年劣化等
弾性係数等の低下
検討対象構造物
a. 学校建築物
b. 岩が池横断構造物
c. 高架道路高架橋
固有周期の長周期化
43
中部地盤工学シンポジウム
中部地盤工学シンポジウム
42
44
中部地盤工学シンポジウム
a 建築物への適用
a.
高層建物
×10 -2(cm)
1.5
大学校舎、地上16階、軒高58.4m、SRC・S造
■ 中層建物
大学校舎、地上8階、軒高30.1m、SRC造
短辺(NS)
長辺(EW)
NS(短辺)
EW(長辺)
1.0
UD
フーリエスペクトル
0.5
100
0.0
■ 低層建物
0
小学校校舎、地上3階、RC造
• フーリエスペクトル比（F/GL）
15F/GL
8
10
NS(短辺)
EW(長辺)
15F
NS(短辺)
80
EW(長辺)
60
40
H/Vスペクトル比
20
0
30
フーリエスペクトル比
20
0
2
4
6
Frequency(Hz)
8
10
10
• FにおけるH/Vスペクトル比
0
0
中部地盤工学シンポジウム
45
4
6
Frequency(Hz)
40
Spe
ectral Ratio
• フーリエスペクトル
B
2
50
求めるスペクトル，スペクトル比
F
GL
15F
建物
物H/V Spectrrum
Fourier Amplitude
■ 高層建物
2
4
6
Frequency(Hz)
8
10
中部地盤工学シンポジウム
46
中層建物
低層建物
-2
EW(短辺)
UD
0.4
フーリエスペクトル
フ
リエスペクトル
0.2
30
0
2
Spe
ectral Ratio
40
4
6
Frequency(Hz)
8F/GL
30
8
建物
物H/V Spectru
um
0.0
10
NS(長辺)
EW(短辺)
8F
フーリエスペクトル比
フ
リエスペクトル比
4
6
F
Frequency(Hz)
(H )
10
8
0
2
12
10
0
4
6
Frequency(Hz)
3F/GL
8
8
10
NS(短辺)
9
EW(長辺)
6
フーリエスペクトル比
3F
2
4
6
Frequency(Hz)
8
10
EW(長辺)
H/Vスペクトル比
4
2
0
0
2
4
6
Frequency(Hz)
3
中部地盤工学シンポジウム
0
48
2
4
6
Frequency(Hz)
8
NS(短辺)
6
0
0
47
フーリエスペクトル
0
10
2
UD
0.1
H/Vスペクトル比
0
EW(長辺)
0.2
EW(短辺)
20
短辺(NS)
長辺(EW)
NS(短辺)
0.3
NS(長辺)
0
20
3F
0.4
建物H/V Spectrum
建
0.6
×10 -2(cm)
0.5
短辺(NS)
長辺(EW)
NS(長辺)
Fourier A
Amplitude
8F
Specctral Ratio
Fourie
er Amplitude
×10 (cm)
0.8
10
中部地盤工学シンポジウム
8
10
b 岩ヶ池横断構造物への適用
b.
微動フーリエスペクトル
P1
9
9
9
9
9
9
Fourier S
Spectrum (kine*
*sec)
地方主要道名古屋岡崎線 (愛知県刈谷市)
プレキャスト部材による５連続ア チカルバ ト構造
プレキャスト部材による５連続アーチカルバート構造
全長
84m
全幅
26.3m
アーチ基部からの高さ
10m
アーチライズ
7m
アーチスパン
14m
基部のフーチング 深さ 10m (砂礫層)
P2
P3
3
P4
10-2
橋軸直角方向
0 44Hz
0.44Hz
10-2
3 2Hz 4.2Hz
3.2Hz
4 2Hz
10-3
10-4
10-4
-5
-5
0.1
10-2
1
10
橋軸方向
10-4
10-4
1
10
10-55
0.1
10-2
P4
10
1
10
1
10
鉛直方向
10-3
10-3
10-4
10-4
10-5
01
0.1
P2
P1
0.1
1
10-2 橋軸方向
10-33
鉛直方向
P1
10
10-33
10-55
0.1
10-2
P3
5.5Hz
0 44Hz
0.44Hz
10-3
10
P2
橋軸直角方向
1
10
10-5
01
0.1
Frequency (Hz)
中部地盤工学シンポジウム
49
微動フーリエスペクトル比
橋軸直角方向
5.6Hz
橋脚垂直方向
橋軸直角方向
5.7Hz
5.8Hz
1
01
0.1
橋軸方向
橋軸方向
橋軸方向
P2
P1
10
4.6Hz
5
10 0
5
10 0
P4
P3
5.6Hz
5.7Hz
0.1
1
10 1
10 1
10 1
10
5
構造物の卓越周波数
5.6~5.7Hz
この値を初期値とし，以後の管理上での指標とすることが可能
10
Frequency
q
y ((Hz))
51
5.6Hz
1
地盤の卓越周波数
4.6Hz
0
P1
Frequency (Hz)
1
0.1
P4
橋脚垂直方向
P1
10
P2
P4
H/Vスペクトル
ル比
H/H
Vスペクトル比
比
(橋軸直
直角方向/鉛直
直方向)
(橋軸
軸直角方向/鉛直
直方向)
Specttral Ratio
10
P2
P4/P1
P3/P1
P3
微動H/Vスペクトル比
P3
P2/P1
中部地盤工学シンポジウム
50
中部地盤工学シンポジウム
52
中部地盤工学シンポジウム
c 高速道高架橋への適用
c.
橋脚形式
支承形式
基礎形式
RCﾗｰﾒﾝ柱
（中間橋脚）
免震ｺﾞﾑ支承
（HDR）
場所打ち
杭
計測点
上部工形式
5径間連続非合成
鋼鈑桁（L=237.5ｍ）
場所
備考
名岐道路（S宮15C）
建設番号：P12－P17（S12C）
管理番号：宮15～宮20
管理番号：宮15
宮20
測定対象：
P13～P15
中部地盤工学シンポジウム
53
Y：橋軸直角方向
Z：上下方向
Fourier Spe
ectrum Ratio
o
微動H/Vスペクトル比
X：橋軸方向
F ourier Spectruum(kine*s)
中部地盤工学シンポジウム
54
微動フーリエスペクトル
10 0
10.0
Y/Z
1.0
宮16上り
宮17上り
宮18上り
宮
宮16上り
り
宮17上り
宮18上り
1x1 0 -4
1.0
1.0
10.0
Frequency(Hz)
1x1 0 -5
Frequency(Hz)
卓越周波数（Hz）
1x1 0 -6
1x1 0 -7
10 0
10.0
X/Z
1.0
X
1x1 0 -3
上り
下
下り
宮16上り
宮17上り
宮18上り
1.0
宮16上り
宮17上り
宮18上り
宮16上り
宮17上り
宮18上り
1x1 0 -8
Frequency(Hz)
(a) X 方向
10 .0
1.0
宮16
Frequency(Hz)
10.0
(b) Y 方向
1.0
X：橋軸方向
宮17
宮18
上り
下り
上り
中央
下り
上り
下り
2.22
2.20
2.20
2.20
2.20
2.17
2.20
Y：橋軸直角方向
Z 上下方向
Z：上下方向
10.0
Frequency(H z)
X/Z
(c) Z 方向
X/Zスペクトル比は 橋軸方向の卓越周波数を現すと言える
X/Zスペクトル比は，橋軸方向の卓越周波数を現すと言える
55
中部地盤工学シンポジウム
56
10.0
中部地盤工学シンポジウム
2 2Hzの振動モード
2.2Hzの振動モード
固有振動解析
宮 18 ， 測 点 ： 上
り
0.001
X
0
X：橋軸方向
橋軸方向
Y
-0.001
Y：橋軸直角方向
Z
80
90
Time（Sec.）－変位
X：橋軸方向
モデル1-1（道路橋示方書に準拠）
Y：橋軸直角方向
モデル1-2（微小振動対応）
Z：上下方向
Z：上下方向
(cm)
110
100
全体系モデル
0.003
0
X
-0.003
Y
Z
(cm)
80
90
100
•
•
•
•
5径間連続鈑桁および宮15（P12）～宮20（P17）をモデル化
上部構造，橋脚とも梁要素
支承および基礎はバネ要素
ゴム支承
「モデル1 1」：バイリニヤ型構成則の1次剛性バネ
「モデル1-1」：バイリニヤ型構成則の1次剛性バネ
「モデル1-2」：モデル1-1のバネ剛性を10倍
• 基 礎
「モデル1-1」：レベル1地震動の杭基礎の静的地盤バネ
「モデル1-2」：橋脚と地盤の境界を固定（剛結）
110
Time（Sec.）
Time（Sec ）
(Band pass filterを掛けた変位波形、fc=2.2Hz)
0.002
X
0
Y
-0.002
Z
(cm)
83
84
85
Time（Sec.）
掛
変
中部地盤工学シンポジウム
57
中部地盤工学シンポジウム
58
固有振動解析結果
実測値と解析値の比較
モデル1-1
モード 固有
次数 振動数
（Hz)
1
0 9150
0.9150
3
1.2778
4
1.4081
6
1.4816
有効質量比
X
Y
Z
方向 方向 方向
61 6%
61.6%
0 0%
0.0%
0 0%
0.0%
2.5%
0.0%
0.0%
0.0% 28.5%
0.0%
0.0% 44.7%
0.0%
1次 0.92Hz
0 92Hz
振動モード
X：橋軸方向
橋軸方向
振動モード
Y：橋軸直角方向
全体構造・橋軸方向水平変位（1次）
全体構造
橋軸方向水平変位（1次）
P12脚・橋軸方向水平変位
P15－P17脚・橋軸直角方向水平変位
P12－P15脚・橋軸直角方向水平変位
X：橋軸方向
Y 橋軸直角方向
Y：橋軸直角方向
全体系モデル
Z：上下方向
モデル1-2
モード 固有
次数 振動数
（Hz)
3
2.3154
4
2.3613
6
2.6581
7
2.8768
59
有効質量比
X
Y
Z
方向
方向
方向
23.2%
0.0%
0.1%
26.7%
0.0%
0.1%
0.0%
5.7%
0.0%
0.0%
0.0%
1.3%
振動モード
X方向卓越
周波数（Hz）
解析モデル
橋脚単体モデル
3次 2.3Hz
上部構造・鉛直（2次）+（P13-16橋軸変位）
上部構造・鉛直（3次）+（P13-16橋軸変位）
上部構造ねじれ+P17橋直変位
上部構造・鉛直（4次）
中部地盤工学シンポジウム
実測結果（
実測結果（X/Z）
）
60
モデル1-1
0.92
モデル1-2
2.3
2.4
モデル2 1
モデル2-1
10
1.0
モデル2-2
2.1
2.2
中部地盤工学シンポジウム
Z：上下方向
損傷モデルによる固有振動数の変化
`
損傷モデルによる固有振動数の変化
`
橋脚の弾性係数の低下に伴う固有振動数の変化
基礎の地盤バネの低下に伴う固有振動数の変化
レベル1地震動に対する地盤バネを基準
中部地盤工学シンポジウム
まとめ
地震増幅特性推定法
`
地盤の微動H/Vスペクトル比から，表層地盤の地震増幅特性を
簡易に推定する手法を提案した
`
本手法により比較的岩盤に近い地盤から厚い堆積層の地盤ま
で，おおよその地震増幅特性を推定することができる
損傷事前評価等への適用
`
微動H/Vは，構造物全体系の損傷に対する事前評価の指標とな
りうる
`
橋脚の橋軸方向の卓越周波数が1割程度以上低下した場合，弾
性係数の低下や基礎部の損傷等の可能性がある
中部地盤工学シンポジウム
62
倍
倍
倍
0.1
0.5*Ec
0.5
0.6*Ec
1.0
0.7*Ec
00
0.8*Ec
倍
0.20
1, 0
0.9*Ec
損傷レベル
63
0 30
0.30
固
1.0Ec
61
X方向
Y方向
Z方向
方向
0.40
定
0.60
0.50
2倍
X方向
Y方向
Z方向
0.70
見落とす可能性がある損傷レベル
0.60
倍
0.80
0.70
10
見落とす可能性がある損傷レベル
0.80
0倍
0.90
10
測定データの読取り誤差
測定データの読取り誤差
0.90
0倍
1.00
1.00
50
固有振
振動数/（基礎 バネ固定時固
固有振動数）
固有振動
動数/（1.0E c時固有振 動数）
EC：橋脚の弾性係数の初期値
基礎の損傷レベル
中部地盤工学シンポジウム