津野聖悟

液状化地盤に対する等価線形解析手法の適用性に関する研究

池田隆明

近年発生した地震では地震動によって引き起こされる液状化の被害が多数報告されている．液状化の被害が発生することを防ぐために，液状化地盤の挙動を把握することが重要である．しかしながら液状化地盤の挙動を詳細に把握することは困難であり，地震応答解析を行う必要があるのが現状である．現状として液状化地盤の地震応答解析には地盤の非線形性や間隙水圧の発生を考慮する有効応力非線形解析が用いられている．しかしながら，必要なパラメータの設定が難しいことやパラメータ数も多いことから非常に難しく労力のかかる解析法である．ところで，より簡易な方法でありながら実務で一般的に用いられている地震応答解析の手法として等価線形解析がある．この解析手法を液状化地盤に適用することができるならば非常に有効であるが，液状化を引き起こすような大ひずみの地震には適応が難しいとされている．そのため，等価線形解析を液状化地盤に適用するため，求める解を設計等に用いるために重要な指標であるが経時的に変化しない最大加速度・最大速度に限定し検討を行う．本研究では，等価線形解析において重要なはたらきをするパラメータでありながら決定方法が曖昧である有効ひずみ係数に着目し，液状化時の最大加速度・速度を求めることができる値を決定することを目的とした．この検討を行うにあたり，実際に液状化した地点であり，解析に必要なデータがあることを条件に1995年の兵庫県南部地震におけるポートアイランドを対象とした．観測記録等より，地盤のモデルを作成し，入力地震動を決定した後，有効ひずみ係数を0.05刻みで0.3から1.0まで変化させながら解析を行った．
解析の結果，最大速度に関しては誤差が大きすぎたため有効ひずみ係数を決定することはできなかった．一方，最大加速度に関してはN-S方向で0.7E-W方向で0.55が誤差最少であった．2方向で異なる結果となったため，設計等に用いる際に安全側にするため相対誤差が正であることを条件に誤差が最少であった0.5を最適な有効ひずみ係数と決定した．また，有効ひずみ係数を0.5と設定した際の解析結果と観測記録の加速度波形の一致度についても確認したが，最大値を記録した地点など液状化の程度が小さいとされる区間においては当てはまりがよかった．この値はあくまでも最大加速度を求めることにおいて有効である．