【研究分野】地盤工学

【研究領域課題番号】15H02631 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地盤陥没 / 表面波探査 / ＵＡＶ / 動的コーン貫入試験 / 液状化 / 現場調査 / 地盤浸食 / UAV / 地中音計測 / 動的貫入試験 / 地盤調査 / 地震 / 豪雨 / 地盤災害 / 陥没

【研究成果の概要】

本研究では、ネパール・ポカラ地域の地理特性に起因する地盤災害リスクの評価を目的とし、現場調査技術を活用して調査を実施した。調査対象は、アルマラ地区の地盤陥没、および市街地の液状化リスク評価である。アルマラ地区の地盤陥没の要因として、当該地は浸食されやすい地盤で構成されている事、および水みちとなる旧河道が存在していることが示された。また、表面波探査と簡易動的貫入試験から将来の陥没発生個所を評価できる可能性を示した。ポカラ市街地では、液状化発生の可能性が高いと懸念されていた地区の踏査と原位置試験を行った。その結果、当該地区は地下水面との比高が高く、液状化のリスクは非常に低いことが判った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】39,910千円 (直接経費: 30,700千円、間接経費: 9,210千円)

【研究分野】地盤工学

【研究領域課題番号】24656283 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

液状化 / 地震 / 衛星画像 / 現地調査 / 室内実験

【研究成果の概要】

地震前後に撮影した高解像度の衛星画像(GeoEye1)を分析し、液状化により噴砂・噴水が発生した箇所とその範囲を精度良く判別する手法を開発した。液状化発生を現地確認してある地点の情報をトレーニングデータとして用いることで、被災後の衛星画像から類似の地点を抽出し、この抽出結果を現地調査で検証した。また、実際の噴砂試料を用いて地表面に噴出した後の乾燥過程を室内で再現し、画像スペクトルの変化をスペクトルメータで計測した。さらに、解像度は劣るが撮影頻度が高い衛星画像(RapidEye)を対象とした分析を行い、数県にまたがる広域な範囲を対象とした液状化範囲の推定を比較的短期間で実施できることを示した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2012-04-01 - 2014-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】地盤工学

【研究領域課題番号】22656106 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地盤防災 / 河川堤防 / 地盤工学 / 地震 / 液状化 / 模型実験 / 数値解析 / 現地調査

【研究成果の概要】

液状化性地盤上の堤防中央部に必要最小限の壁を設けて複合構造とし、高水時における堤防としての本来の性能を飛躍的に向上させながら、地震時には液状化地盤の免震効果を積極的に活用して被害を低減する工法の効果を、模型実験結果の分析により明らかにした。また、2011年東北地方太平洋沖地震で発生した津波の影響を受けた海岸堤防・仮締切堤防等を現地調査し、二重締切矢板を用いた仮設の締切堤防が、津波の越流を受けてもねばり強い挙動を示したことを明らかにした。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2010 - 2011

【配分額】3,650千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 450千円)

【研究分野】地盤工学

【研究領域課題番号】21360221 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

土質力学 / 液状化 / 地盤工学 / 地震 / 室内土質試験 / モデル化 / 砂質土 / 大ひずみ / 中空ねじり試験 / 単純せん断試験 / 砂

【研究成果の概要】

初期せん断を与えた飽和豊浦砂の非排水繰返し中空ねじりせん断試験を実施し、初期せん断が液状化時の大変形特性に及ぼす影響を明らかにした。また、これらの試験結果を合理的に再現できるように、これまでに開発してきた液状化1要素モデルを拡張した。さらに、リング単純せん断試験装置を新規に製作し、等体積繰返し載荷試験を同一の供試体に対して複数回実施することで、再液状化特性に及ぼす液状化履歴の影響を明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円)

【研究分野】地盤工学

【研究領域課題番号】20560468 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地盤防災 / 液状化 / 地下水位低下 / 表層改良 / 柱状改良 / ベタ基礎 / 被災度 / 地下水位 / 対策工法 / 耐液状化基礎 / 液状化指数 / 数値解析 / 地震 / 基礎 / 被害 / 地すべり / 降雨量 / 季節変動 / スウェーデン式サウンディング / 不撹乱試料 / 液状化解析

【研究成果の概要】

地震時の地盤の液状化による建物の傾斜と基礎の不同沈下、および使用限界の関係を調べた。液状化した地盤の地下水位について、季節変動量や降雨との関係を明らかにした。液状化によって大きな被害を受けた家屋と、液状化対策のお陰で被害を免れた家屋の数値解析的ケーススタディの援用を得て、地震時に地盤が液状化しないための地盤改良工法や、地盤が液状化しても建物が傾斜せず不同沈下しないための基礎の選定方法を提案した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】地盤工学

【研究領域課題番号】19656117 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

三軸試験 / 飽和土 / 液状化 / 繰り返しせん断 / 砂質土 / 盛土 / 地震 / 降雨

【研究成果の概要】

2004年の新潟県中越地震では、自然斜面と盛土に多大な被害が生じた。この大被害は、作用した地震動が大きかったことに加えて、地震が発生する数日前より大量の降雨があったことが関与していると考えられている。一方で、これまでの設計においては、大きな地震動と大量の降雨の影響を同時に考慮することは行われていない。これは、大地震と豪雨のような異常事象が同時に生起する確率が無視できるほど小さいことを前提としている。しかしながら、1968年の十勝沖地震において青森県三戸郡の目時で生じた道路盛土と鉄道盛土の大規模な崩壊も直前の豪雨の影響を受けたと考えられており、中越地震だけが例外なわけではない。
以上の背景のもとで、本研究においては、豪雨と地震の同時期生起による盛土のマルチハザードを対象に、豪雨による飽和度の変化とその後の地震荷重が盛土の安定性におよぼす影響を定量的に評価することを目的とした検討を実施する。
最終年度である本年度は、三軸試験時にセル圧の制御を行って地震時の応力状態の変化をより正確に再現するとともに、供試体の非排気状態もより厳密に再現した条件下で、稲城砂の繰り返しせん断強度変形特性に及ぼす飽和度の影響を明らかにした。さらに、セル圧の制御を行うことにより、三軸伸張側のみにひずみが累積する傾向を低減できるとともに、非排気状態のより厳密な再現が、繰り返しせん断強度特性に顕著な影響を及ぼすことを明らかにした。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】2,500千円 (直接経費: 2,500千円)

【研究分野】自然災害科学

【研究領域課題番号】18404005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ネパール / 地震 / カトマンズ盆地 / 地盤データベース / 世界文化遺産 / 防災教育 / 地震防災 / 地すべり / 液状化

【研究成果の概要】

ネパールの予想される直下型地震に関わる防災検討を行い、次の成果を得た。住民の地震防災意識アンケート調査により甚大な被害が予想される古い町並みに住む人々の防災意識が乏しく、被害の増加に繋がることが確認された。カトマンズ盆地の電子地盤データベースを構築し、動的解析の基礎資料を得た。世界文化遺産であるチャングナラヤニ寺院の立つ丘陵地の地すべり調査の結果、寺院の敷地近くまで崩壊前線が迫っていることが明らかになった。カトマンズ盆地の5箇所に加速時計を設置し、地震動観測データが収録されつつあり、また、カトマンズに繋がる主要国道の地震時の地すべり危険箇所を明らかにした。地すべり危険箇所については3000km^2に渡るエリアについてGISデータベースとして整理している。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】15,430千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 2,430千円)

【研究分野】地盤工学

【研究領域課題番号】14350250 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シルト / 地震 / 側方流動 / 模型実験 / 傾斜地盤 / 過剰間隙水圧 / 時間依存性 / タイヤチップスドレーン / 液状化 / 剛性劣化 / 排水履歴 / 側方変位 / 鉛直変位 / 対応策 / グラベルドレーン / シルト質土 / 剛性低下 / 変状低減

【研究成果の概要】

本研究では、地震時におけるシルト地盤の液状化及び側方流動のメカニズムを解明するために傾斜地盤を想定した模型試験を行ったまた、併せて砂地盤との比較も行なって考察を加え、シルト質土の液状化と液状化後挙動の変形特性を明らかにした.その結果、以下のようなことが明らかになった.
1.模型実験によるシルトの液状化特性
1)新たに開発した振動負荷型堆積装置(ホッパー)により、シルトの液状化挙動を調べるための必要な緩く均質な模型地盤を作製することが可能になった.
2)シルト地盤の液状化後の側方変位と鉛直変位は傾斜角の増加に伴い大きくなるが、その絶対量は砂に比べると小さい.
3)シルト地盤の液状化後の側方変位と鉛直変位は長期的に変化する特徴がある.この点が砂の液状化後挙動と異なる点である.
2.数値解析による検証
液状化前後の変形係数(剛性)の低下を関係づけることのできる間隙水圧モデルの定式化を行ない、これを取り入れ液状化後の変形予測FEMプログラムを構築した。また、これを用いた数値計算を行なって、実験結果と対応させたところ両者に良い一致が見られた.
3.シルトの液状化および液状化後変状に対する対応策
1)液状化および液状化後の変形の対応策としてタイヤチップスドレーン工法の効果を模型試験で検証した結果、(1)側方・鉛直変位量の低減に有効であること、また、(2)通常用いられているグラベルドレーン工法と同等の効果があることが確認できた.このことから、タイヤチップスドレーン工法は経済的な液状化対策工法であることが分った。
2)上記の数値解析によれば、グラベルドレーンを敷設したシルト地盤の側方変位の予測が可能となることが明らかになった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2002 - 2004

【配分額】11,400千円 (直接経費: 11,400千円)

【研究分野】構造工学・地震工学

【研究領域課題番号】13555135 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

液状化 / 側方流動 / ライフライン / 地震 / 防災 / 地震災害 / 被害予測

【研究成果の概要】

液状化地盤の側方流動は,一般的に100m四方の広範囲の地域にわたって生ずることから,地盤・地形条件および護岸条件などの大量の情報を効率的かつ統一的に処理してデータベースを構築し,これをもとに広域に及ぶ地盤変位を精度よく推定することが必要である.
本研究では,1)既存の研究成果を発展させて地盤変位の予測手法と側方流動が構造物や埋設管路に与える影響の予測手法の確立を図るとともに,2)地盤変位の予測およびライフライン施設の予測に向けて広域に亘る地盤・地形情報,護岸構造に関する情報および構造物や埋設管路等の位置と種別に関する情報の統一的データベースの構築方法に関する研究を行った.さらに神奈川県防災局の協力を得て川島市の埋立人工島3島の地盤条件と護岸構造情報のデータベース化を行い,液状化と側方流動の予測を行った.
地盤変位の予測手法に関しては,傾斜地盤における流動および護岸移動に起因する流動の双方について側方流動発生のメカニズムを重力場および遠心載荷場における模型地盤の流動実験により明らかにした.既往地震における流動地震における流動事例に分析結果と実験結果を統合することにより,側方流動量の予測手法を開発した.
側方流動による地盤変位と地盤ひずみに対する埋設管路の被害予測システムを開発した.兵庫県南部地震等の既往地震において実測された地盤変位と分布および水道管路の被害状況と予測システムによる推定結果を比較することによりシステムの有効性を検証した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2003

【配分額】10,400千円 (直接経費: 10,400千円)

【研究分野】地盤工学

【研究領域課題番号】12750442 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

液状化 / 既設構造物 / 固化工法 / 地震 / 遠心模型実験 / 有限要素解析

【研究成果の概要】

臨海部に多く存在する既設石油タンクの液状化対策工法として薬液注入固化工法を取り上げ,遠心模型実験並びに有限要素解析により、その地震時沈下挙動について調べた.模型実験並びに数値解析では,改良地盤の強度,改良幅は一定とし,改良深さをパラメータとした.
実験モデルは試験装置の制約上2次元とし,幅440mm×奥行150mmせん断土槽内に作成した.厚さ150mm相対密度約50%の硅砂8号砂層上に模型タンクを設置した.地盤改良を施すケースでは、予めコンテナ内で硅砂に特殊シリカ系水ガラスを注入して作成したもの(一軸強度約150kPa)を所定の大きさに切りだしたものをタンク直下に設置した.改良幅は160mm一定とした.模型タンクは,厚さ0.7mmアルミ製枠(幅140mm,実物換算で7m)で作成した.その中に50G場でタンク接地圧が100kPaとなるように鉛散弾を入れた.このようにして作成した模型地盤に対して,50Gの遠心加速度場において実物換算で2Hzの正弦波(最大加速度約0.34G)を20波入力することにより,振動実験を行った.
数値解析には橋口らが提案してしてる拡張下負荷面モデルを用いた.薬液注入により改良された地盤は,土粒子骨格については未改良のものとほとんど変わらないと考えられることから,ほとんどのパラメータは未改良砂と同じとし,過圧密比と透水係数の2つのパラメータのみ変更した.
模型実験・数値解析の結果,1.タンク直下の地盤改良は改良幅が小さくても,沈下抑制に対して効果的あること,2.タンク直下地盤に改良を施すと,その側方への変形は抑制されるものの,周辺地盤はかえって液状化しやすくなること,3.地震動後の改良地盤自体の変形が非常に小さい場合,沈下のほとんどはその直下の未改良砂地盤の圧縮沈下と未改良砂地盤の側方変形により発生し,沈下量は未改良率に比例することなどがわかった.

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】2000 - 2001

【配分額】2,300千円 (直接経費: 2,300千円)

【研究分野】地盤工学

【研究領域課題番号】08650570 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

液状化 / 模型実験 / 砂 / 杭 / 地震 / 裏込め / 杭基礎 / 動的

【研究成果の概要】

従来地震に対して無被害であった杭式桟橋が兵庫県南部地震では被害を受けた.調査から液状化による地盤の側方流動により,桟橋の被害が拡大したと推定されている.本研究では,このような側方流動を受ける杭式桟橋の挙動を実験的に調べるため,実際に兵庫県南部地震の際に被災した直杭式の桟橋とその周辺地盤を対象とした,遠心模型振動実験を行った.杭は比較的強固な支持層に根入れされていたが,捨石とこの支持層の間にある薄い砂層の液状化が地盤の側方流動を助長し,被害を拡大したと推定されている.そこで本研究では,実験により実際の被災のシミュレートし,その発生過程について検討し,更に桟橋の位置する地盤条件や桟橋と背後の護岸をつなぐ渡板等の影響についても調べた.

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1996 - 1997

【配分額】2,300千円 (直接経費: 2,300千円)

【研究分野】地盤工学

【研究領域課題番号】06302046 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

軟弱地盤 / 地震時変形 / 液状化 / 永久変位 / 側方流動 / 地震 / 水平変位

【研究成果の概要】

本研究では、まず三陸はるか沖地震・釧路沖地震・兵庫県南部地震などで発生した地盤変状被害に対し事例研究を施した。次に、三軸圧縮試験・中空ねじりせん断試験・リングせん断試験装置を用いて砂質土の変形メカニズム解明のための実験を行った。その結果、それぞれの土構造物ごとに変形を支配する特有のメカニズムが存在し、解析を行う際それらを的確に抽出し対処することが望ましいことがわかった。特に、兵庫県南部地震で被害を受けた神戸ポートアイランドで採取されたレキ粒径を含む砂質土に対しては三軸圧縮試験を実施した結果、堆積構造によって変形特性が異なること、5%程度の大きなひずみを与えた後で除荷をすると一挙に間隙水圧が上昇し容易に液状化が発生すること等が判明した。地盤の動的挙動に関しては振動台による模型実験を実施し、特に埋設菅の浮き上がりについてはその量が周辺地盤のまわりこみに大きく依存していることを見い出し、それを抑制するための工法を案出しモデル実験でその検証を行った。地盤の側方流動の変形解析法については、一般式をエネルギー原理に基づいて誘導し、種々の境界条件を有する問題に適用できるようにした。この解析法により、矢板で防御された河川敷が盛土荷重によってどのように変形するのかを考察した。その結果、地盤の広い範囲を網羅した地盤の流動についてこの解析法の有効性が検証された。

【研究種目】総合研究(A)

【研究期間】1994 - 1995

【配分額】14,500千円 (直接経費: 14,500千円)

【研究分野】建築構造・材料

【研究領域課題番号】02555125 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

レ-リ-波 / 物理探査 / 災害予測 / S波速度 / 液状化 / 表面波 / 地震 / 被害予測 / 地盤災害予測

【研究成果の概要】

地表面の1点に置いた定常鉛直振動源および不規則鉛直振動源から発生するレ-リ-波を離れた地点で計測し、その分散曲線、回転軌跡をリアルタイムで計算することが可能な計測解析システムを作成、その有効性を現場実験を行なって検討した。この結果、レ-リ-波が卓越した波をとらえるためには、起振源から測定波長の少なくとも1/4以上離れた地点で計測する必要のあること、及び計測波には高次モ-ド成分が含まれていることが示された。次に波動論より高次モ-ドの影響を考慮した理論分散曲線と回転軌跡の算定方法を提示し、その有効性を現場実験より確認した。次にパラメトリックスタディを行ない、高次モ-ドが発生しやすい地盤条件と観測条件を明らかにした。さらに、この算定法と最適化手法を組合せて、観測された分散曲線からレ-リ-波の高次モ-ドと回転軌跡を考慮して、表層地盤のせん断波速度構造を同定する逆解析プログラムを作成し、その有効性をPS検層結果と比較し検討した。これらの結果に基づいて、さらに短周期微動のアレイ観測により、レ-リ-波分散曲線を得る手法を開発し、その有効性を原位置調査により確認した。
一方、室内試験結果から、拘束圧と間隙比で正規化したせん断波速度(S波速度)と液状化強度の間に高い相関のあることを明らかにし、正規化したせん断波速度を用いて砂地盤の液状化強度が予測できる可能性を示し、その妥当性を現場実験を行なって検討した。また、開発したレ-リ-波探査に基づいて地盤の応答特性を考慮して簡便に液状化危検度の予測を行う方法を提案した。その有効性を新潟地震および日本海中部地震で被害を受けた地区の現地調査から明らかにした。

【研究種目】試験研究(B)

【研究期間】1990 - 1991

【配分額】5,000千円 (直接経費: 5,000千円)

【研究分野】基礎・土質工学

【研究領域課題番号】62460156 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

液状化 / ライフライン / 地震 / 耐震設計

【研究成果の概要】

3年間行ってきた研究成果の概要をまとめると以下のようになる。
まず、新潟地震や日本海中部地震など、過去の地震時に液状化に起因してライフラインが被害を受けた例を調べた。そして、それをもとにライフライン、特に埋設管が液状化により被害を受けるメカニズムについて検討したところ、地震動継続中の動的変位のみならず、地震動終了後に発生する永久変位によっても被害を受けることが明らかにされた。
そこで、次に、永久変位発生のメカニズムおよびその解析方法について研究を行った。これには振動台を用いた模型実験を数多く行った。その結果、永久変位はある面ですべって生じるのではなく、液状化層のせん断変形によって生じることが明らかにされた。この考察にもとづいて、有限要素法を用いて永久変位を解析する手法を考案した。また、この解析には液状化にともなう変形係数の低減割合が必要なため、ベ-ンせん断試験および繰返しねじりせん断試験を行って、この値を求めた。試験の結果得られた値を解析に用い、新潟地震での事例を解析して、手法の妥当性を確かめた。
次に、動的変位や永久変位が発生する時点における、埋設管に対する地盤の拘束力について実験を行った。これには振動台にのせた模型地盤中に埋設管を設置し、液状化を生じさせたところで管を押し引きして拘束力を求めた。その結果、永久変位発生時点では拘束力は1/20程度にも減少することなどが明らかにされた。そこで、この値を利用し、応答変位法により、動的変位および永久変位発生時点での埋設管に加わる応力を試算してみた。その結果、どちらの時点で埋設管が破断するかは管種により異なることなどが明らかにされた。
これらをまとめて、地盤の液状化がライフラインに与える被害について総合的な評価を行った。

【研究種目】一般研究(B)

【研究期間】1987 - 1989

【配分額】4,100千円 (直接経費: 4,100千円)