Study on The Evaluation of Seismic Load Using Response Spectrum Method

Considering Soil Liquefaction

Faculty of Architecture and Structural Engineering Yosuke IZUMI

Abstract

The seismic design requirements in the Building Standard Law of Japan were revised in June 2000 to a performance-based design framework. A new seismic design method called the “Response and Limit Strength Calculation” (RLSC), which incorporates the effect of nonlinear amplification of surface strata and soil-structure interaction, was developed. The Nonlinear amplification Gs of the surface strata is computed by the response spectrum method, however, it is not applicable to the soil liquefaction. This paper describes the response spectrum method considering soil liquefaction using “Recommendations for design of building foundations” edited by Architectural Institute of Japan. The results of this extended response spectrum method is verified by the one-dimensional equivalent linear analysis SHAKE and the one-dimensional effective stress response analysis DESRA.

Key Words : soil liquefaction, response spectrum method, one-dimensional equivalent linear analysis,

one-dimensional effective stress analysis, seismic isolated structures

200082 5

12 1457

1) AIJ1995

2)

1

3) 1)

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泉:地盤の液状化を考慮した応答スペクトル法による地震荷重評価

1.0

0.8

0.6 0

'-' ¥、

'-' 0.4

0.2

0.0

0.001 0.01 0.1 Shear Stra i n (弛)

10

0.3

で0.20 .... U

'" LムbD c a E O 0.1

0.0

0.001 0.01 0.1 10 Shear Strain (%)

図2.2地盤の非線形特性モデルの比較

65

収束するまで計算を繰り返す.

SHAKEの特徴は以下のとおりである.

応答計算の間，岡Ij性 ・減衰は一定となる.

適用範囲は，最大せん断ひずみが O.l~l.O%の範囲

とされている.

SHAKEの結果を液状化判定に利用する場合は，計算

した最大せん断応力 Tmaxを用いて繰返しせん断応力比

(=0.65τmax /σz'ここで， 0.65は不規則な地粛苛重を

正弦波荷重に換算した係数である)を算定し，AIJ基礎

干旨針に基づいて行うことになる.この結果，FL値が 1.0

以下となる場合には，水平地盤反力係数の低減率Pを利

用して王町1.1)あるし、は式(1.2)によりせん断剛性またはせ

ん断波速度を修正し，このモデルに対して S礼状Eの線

形応答角特庁を実行し最大応答値を計算する.この線形応

答解析においては，各地層の減衰定数は等価線形解析時

で計算された値をそのまま用いる.

G;=sxGe; 、、'，l

• l

〆，.、、

内 i=Jsx内 el (l.2)

2.2液状化を考慮した一次元等価線形解析 6)

液状化を考慮、した一次元等価線形角軌庁CWELLは塩見

らによって開発されたものであるが，前述の SHAKEと

決定的に相違する点は，時間領域で解析を行うところで

あり，半波毎等価線形角特庁法 (CWELL) と名づけられ

ている.これは，半波区間毎に岡IJ性を変えることのでき

る逐次時間積分法 (半波毎地震応答解析法)と，半波区

間毎に変化する地盤材料の非線形性を考慮した等価線形

剛性 ・減衰の算定法(半波毎等価物性算定法)から構成

されている.ここで半波」とはせん断応力，せん断ひ

ずみの応答値がゼ、ロ線と交差してから次にゼロ線と交差

するまでの時刻歴の区間である.計算の流れを図 2.2に

図2.2 CWELLの計算手順 6)

66 呉工業高等専門学校研究報告 第72号(2010)

2.3一次元有効応力解析 7-9)

DESRA (Qynamic sffective .stress sI巴:sponseAnalysis)は

British Columbia大学の Finnらによって開発されたもの

で，有効応力角科斤としては一番初めのものである.非線

形全応力解析と有効応力解析が実行可能である.図 2.3

にDESRAの解析フローの概略を示す.

解析モデ、ルは，多質点せん断型振動モデ、ルが用いられ，

質点聞には土の応力一ひずみ関係(せん断応力一せん断

ひずみ関係)として双曲線開数が，履歴法則として

Masing員iJが設定される.応答角特庁は時間領域で行われ，

数値積分はNewmark-s法が採用されている

有効応力角特庁で比繰返しせん断力が加わっている問の

過剰間隙水圧の変化，すなわち有効応力の変化を応力

ひずみ関係に考慮に入れて解析が行われている.これに

は， 排水状態の繰返し単純せん断試験を行い， これによ

って生じるダ?イレタンシーによる体積ひずみのデータの

得ておき，これから非排水状態で、の過剰問隙水圧を推定

初期有効応力の算定.有効応力=水中重量×土被り.問静江|く圧=静水圧

運動方程式を解き加速度 ・速度 ・変位 ・応力・ 歪を算定

応力ー歪但ardin-Dmevich)モデ、ノレを

用いた岡IJ性の評価

過剰間隙水圧発生σ町1・Martinら)モデル

を用いて過剰間隙水圧を算定

過剰問陣司く圧=間隙水圧一静水圧

Terzaghiの一次元圧密方程式

を解き，間隙水圧の消散を考慮

有効応力の修正

・有効応力=全応力 間隙水圧

図2.3 DESRAの解析フロー

(一次元陪澗係数の導入)する方法が採られている.

さらに透水を考慮する場合には，応力の計算→ 間隙

水圧発生量の計算 → 間隙水圧消散 (Terzaghiの一次元

圧密方程式)の計算→有効応力の変化を考慮した応力

歪関係の再設定→応力の計算，の流れを地震刊主将L時間

繰返し演算することになる.

93液状化を考慮した応答スペクトル法

液状化発生の可能性のある表層地盤の増幅率は，それ

に起因するせん的桐IJ性の低下をどのように評価するかが

ポイントとなる.本算定手法 (RS法)では，以下の 2

点を基本方針としている.

i )告示法における表層地盤の増幅率の音刊面法を基本と

し，これで求まる有効せん断歪，有効せん断応力に

対応させて液状化判定を行うものとする.

並) 液状化判定は，AIJ基礎指針に従うものとする.

図3.1に液状化を考慮した表層地盤の増幅率の算定フ

ローを示す.算定フローの要点は以下のとおりである.

1) Step-l '" 12までの手順は，告示法での地盤増幅計算

と同一である.

2) Step-13， 14， 16"'19はAIJ基礎指針に従って行う.

3) Step-15のせん断歪Ye，等価せん断応力 Teは， 告示

法の表層地盤増幅の計算時 (Step-8，9)に求まる値

を用いる.

Step-17で求まる FL<1の地層のせん断弾性係数の低

減率。を Step-18で求める.ここで白はAIJ基礎指針

(1988年版)の水平地盤反力係数の低減率。を用し、

る.ただし，。がOの場合は0.01と評価する.

4) Step-9で告示法により求めた等価せん断弾性係数Geに低減率。を乗じた値を液状化時の等価せん断弾性

係数Ge'とする.ただし，sがG/Goより小さい場合

は，Ge'=s・Goとする.ここで，Goは初期せん断弾

性係数である.液状化による地層の減衰定数の変化

は考慮せずに，Step-9で求めた値をそのまま用いる.

5) Step-20"'23は，Step-20の液状化を考慮した時の地

盤定数 Ge'，heを有する表層地盤の増幅率の計算で

あり ，この増幅率の計算は告示法による.ただし，

Step-21での地盤の固有周期は固有値解析の結果を

用いるものとする.

94解析例

4.1解析

角平析で対象とした地盤は東京湾北部の地域で，その標

準貫入試験N値， PS検層による初期せん断波速度分布

およUマ夜状化判定結果 (M7.5，CXn四 =200cmls2) を図 4.1

に示す.工学的基盤位置は GL・2L5mで Vs=450mlsecで

ある.PS検層結果による地盤の I次固有周期は 0.37秒

で第 2種地盤に分類されるが，GL・2.25'"13.0m (層厚

1O.75m)の範囲の砂質土層のN値が小さいために液状化

対象層となっている.地下水位はGL・lJmである.

泉 :地盤の液状化を考慮、した応答スペクトル法による地震荷重評価

Step-1

地盤定数の設定，初期地盤モデノレ

固有働新

等価2層地盤へrr;置換恥)1e)

表層地盤の固有周期 1'，，1;

波動インピーダンスαの計算

等価2層地盤の増幅率GS"GSl

表層地盤の水平変位，せん断歪

等価Ge)1eの許可面，地盤モテノレ

会応力角平本市也盤モデノレ確定

減衰定数の低減O.8he

表層地盤増幅角勃庁

初期有効応力引'液状化抵抗比τdσ

せん断歪γ"等価せん漸応力てd

等価せん断繰返し応力比て，，/σ

F工{直てL/τd

FL値<1の地層広低減率。

F工値くlの地層の等価G'(!='sGe orG'(!=' sGo

地盤モテノレGe'，he

固有働斬九九

華割高2層地盤の増幅率GS"GSl

Step-23

出家面の加速即芯答スベクトノレ

図3.1 RS法のフローチャート

RS法による計算結果を検証する目的で、行った自由地

盤の地震応答解析は，水平地盤反力係数の低減値日を用

いた一次元等価線形解析 SHAKE，塩見らが提案してい

る半波区間ごとに地盤剛性および地盤物性値の変化を考

慮、した一次元等価線形角科rrCWELL，およびFinnらの一

次元有効応力解析 DESRAの 3種類である.RS法，

SHAKEおよび CWELLにおける土の非線形特性は大

崎・原モデルを用いている.工学的基盤への入力地震波

形は， 告示法において解放工学的基盤面で規定された加

速度応答スベクトルにフィッティングさせた模擬地震動

波形(位相は 1968年十勝沖地震八戸港湾NS，一様乱数)

2波と中央防災会議で公開されている東京湾北部地震の

l波の合計3波である.

百|。同~!3::5 5 +-----It----+-----1 -5

-10 -10 ー10

E -15 ー15~司工工十三工工斗 15

何百四 -20

-25 I I -T"" O--L -25 -25

-30 I I -~A -30 -30

-35 I -35 -35 。20 40 60 o 200 400 600

。SPTNi直 Vs (m/s) FL

図4.1地盤モテ、ル(EBR:工学的基盤)

4.2解析結果

図 4.2に RS法と地震応答角軌庁の最大相対変位，最大

せん断歪，およびせん断波速度の深度分布を示す.また，

参考として地震応答角平析による最大応答加速度，過剰間

隙水圧の深度分布も併記する これらから以下のような

傾向が見られる.

1) 地表面の最大相対変位は， CWELLが最も大きい応

答値を示し約25cmであるが， RS法との対応は良好

である.SHAKEとDES孔屯はほぼ同程度で10""-'15cm

である.

2) 最大せん断歪は RS法で約 2%，SHAKEで約 5%，

CWELLで約 7%，DESRAで約 2%となっている.

CWELLでは深度5mおよび7m付近でせん断歪が上

下層より極端に小さくなっており，これはこの深度

での補正N値が大きく液状化に至っていないためと

考えられる.

3) 最大応答加速度は， 3種類の地震芯答角特庁とも液状

化が発生する層境界から急激に減少する傾向が見ら

れ，これは一般的に認められているように液状化地

盤で、は地表面の加速度は小さくなることと整合して

いる.地表面では 150""-'200cmls2の範囲である.

4) CWELLとDES孔生 の液状化の範囲を見ると，前者

では 10mから，後者では 13mから過剰問区制t圧が

67

f一一一告示波ー1一一一一 ι 吾 ξ皮 2 O Eヨ-.、，。 。

5 |「|-5l.Pr I t;51 -5l-M ~I SHAKE

-10 -10 -10 宝五占 15 仙 過乗佐官蝕圧は適用外

-20 -20 -20 -20

68

-25

o 10 20 30 Relative Disp. (cm)

呉工業高等専門学校研究報告 第 72号(2010)

-25

200 400 600 0 200 400 600 Vs(m/sec) Acceleration (cm/s2)

-25 +---r-i 目て -25

o 2 4 6 8 0 Shear Strain (%)

日 量問 。 -1~-L 1-10」Ha =

o ~:: r I I I ~:: r I I I I;|茸ι|;-251 -251 て 1-251 ' l E -251 l-25 。10 20 30 。2 4 6 8 。200 400 600 。200 400 600 。 2 3

Relative Disp. (cm) Shear Strain (%) Vs (m/sec) Acceleration (cm/s2) PWPress.(kg/ cm内 2)

ziZE Er 。 。

-5 1-trl I -5 -5 -5

-10 ー10 ー10 -10

占ー151~

同lE-15 '[i ( ー15

20l -20 i I -20 -20 一 ←- -20

-25l -25 I -25 -25 -25 。10 20 30 。2 4 6 B 。200 400 600 。200 400 600 。 2 3

Re lative Disp. (c m) Shear Strain (%) Vs(m/sec) Acceleration(cm/ s 2) PWPre ss.(kg/ c m'、2)

(a) 最大相対変位 (b)せん断ひずみ (c)せん断波速度 (d)最大応答加速度 (e)過剰間隙水圧

(cm) (%) (mls) (mls2) (kglcm2)

1000

図4.2 最大応答値および地盤物性値の深度分布の比較

1000 1000

800

nu nu

no (N

〉¥E

O)

♂ 400

200

。0.1

800

n

u

n

u

n

u

n

u

a

u

a

u

守

(N

'‘ω¥E

O)mw的

200

。T(5) 0.1 T(5)

図4.3 地表面での加速度応答スペクトルの比較(h=O.05)

10

800

nu nu

nhv

(N

《

ω¥E

O)

♂ 400

200

。10 T(5) 0.1 10

泉 :地盤の液状化を考慮、した応答スペクトル法による地震荷重評価

有効応力レベルにまで、達して完全液状化となってい

る.両者の深さの差は DES孔屯 で設定した透水係数

の大きさが原因と考えられる.

図4.3に地表面の加速度応答スペク トノレ(減衰定数5%)

の比較を示す.S比ばEとCWELLでは 3波それぞれの

加速度ピーク値は異なるものの 2~4 秒の領域が卓越す

る傾向は共通に見られ，RS法による評価とほぼ対応した

結果を得た.一方， DESRAにおいてはこのような長周

期側へピークがシフトする傾向は現れていなし、.免震建

物の設計を対象とする場合，RS法による入力地震動の評

価は，構造計画時において免震層の応答を検討する場合

に有効なツールとなるものと考えられる.

~ 5 まとめ

以上，液状化地盤を対象として応答スベクトル法によ

る地震荷重評価の結果を，3種類の自由地盤の応答解析プ

ログラムを用いて検証した.その結果，液状化を考慮す

る手法の異なるSHAKEおよひ'tWELLとRS法との対応

は良好であることが石留君、できた.

吉見・ 福武が一次元等価線形角特斤の液状化地盤への適

用に関して指摘しているように3)最大加速度レベルや最

大振幅の把握に着目点を限定すれば，設計で女橡とする

建物のl次固有周期が概ね3~4秒程度の長周期側に限定

される免震建築物の場合においては，本研究で用いたRS

法による地震荷重の評価は，構造計画時において特に有

効であり，免震層の応答音刊面および杭基礎の設計応力評

価に関して有益な情報を得るためのツールとなるものと

考えられる.

参考文献

1) 日本建築学会:建築基礎構造設計十齢十， pp.61・72ラ2001

2) 時松孝次・鈴木康嗣.液状化の判定方法の実際と現

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8) 吉見吉昭:第二版砂地盤の液状化，技法堂出版，

182pp.， 1999.6

9) 安田進・液状化の調査から対策工まで，鹿島出版会，

243pp.， 1997.5

10) 日本道路協会:道路橋示方書 ・同解説， V 耐震設計

編， pp.83-97， 1996.12

付録1水平地盤反力係数の低減率Pの数値化

AlJ基礎指針の「図 4.5.l4水平地盤反力係数の低減率

(pp.69) Jは，縦軸に水平地盤反力係数の低減率，横軸

に補正N値 Naで表示されている.実務設計においてグ

ラフから数値をその都度読み取ることは不便であるため，

AlJ基礎指針のグラフを数値化し，これを付表 1.1に示す.

数値化はグラフから読み取った数値をスフ。ライン補聞に

より 3次式を設定し，さらに平滑になるように数値を微

調整したものである.これをグラフ化したものが付図1.1

である.なお，付表 1.1の各行は小数点以上，各列は小

数点以下 l桁を示している.例えば，付表 1.1 (1) 中の

太枠で示した補正N値Na=1O.5での水平地盤反力係数の

低減率は， s =0.l00であることを示している.

1.0

0.8

0.2

。。。 10 20

補正N値(Na)

付図1.1水平地盤反力係数の低減率P

付録2 DESRAによるシミュレーション解析例

30

OESRAによる角平析例として 1995年兵庫県南部地震に

おけるポー トアイランドの観測記録を採用する.このポ

ートアイランドの観測地震動のシミュレーション解析は

地震後に多数の研究者によって行われている.特徴とし

ては，透水係数の大きい磯質土であるまさ土 O前七花闘

岩)が液状化したことが挙げられている.付図 2.1~こ各

深度で観測された NS成分の加速度時刻歴波形の加速度

応答スベクトル(減衰定数 5%) を示す. 地中部では約

0.4秒付近で応答加速度のピークを示しているが，地表面

においては，液状化のためにそのピークは 1.0~1.4 秒に

シフトしておりかっ加速度値は約70%に低下しているこ

69

70 呉工業高等専門学校研究報告 第 72号(2010)

付表1.1(1)水平地盤反力係数の低減率s(Om豆zく10m)

Na 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

O 0.000 0.001 0.001 0.002 0.002 0.003 0.003 0.004 0.005 0.005

0.006 0.006 0.007 0.007 0.008 0.009 0.009 0.010 0.010 0.011

2 0.011 0.012 0.013 0.014 0.015 0.016 0.016 0.017 0.018 0.019

3 0.020 0.021 0.022 0.023 0.024 0.024 0.025 0.026 0.027 0.028

4 0.029 0.030 0.031 0.032 0.033 0.034 0.035 0.036 0.038 0.039

5 0.040 0.041 0.042 0.043 0.044 0.045 0.046 0.047 0.048 0.049

6 0.050 0.051 0.052 0.053 0.054 0.055 0.056 0.057 0.058 0.059

7 0.060 0.061 0.062 0.062 0.063 0.0ω 0.065 0.066 0.067 0.068

8 0.069 0.070 0.071 0.072 0.074 0.075 0.076 0.077 0.079 0.080

9 0.081 0.082 0.083 0.085 0.086 0.087 0.088 0.089 0.091 0.092

10 0.093 0.094 0.096 0.097 0.098 0.l00 0.l01 0.l03 0.104 0.l05

11 0.l07 0.l08 0.l09 0.111 0.112 0.113 0.115 0.116 0.117 0.119

12 0.l20 0.122 0.l23 0.125 0.l27 0.l28 0.l30 0.l31 0.133 0.l35

13 0.l36 0.138 0.l40 0.l41 0.l43 0.l44 0.l46 0.148 0.l49 0.l51

14 0.l53 0.155 0.l57 0.159 0.l61 0.l63 0.l65 0.l67 0.169 0.l71

15 0.l73 0.175 0.177 0.l80 0.l83 0.186 0.188 0.l91 0.l94 0.196

16 0.l99 0.202 0.205 0.208 0.211 0.214 0.217 0.220 0.223 0.226

17 0.229 0.232 0.235 0.239 0.243 0.247 0.250 0.254 0.258 0.262

18 0.265 0.269 0.274 0.278 0.283 0.288 0.292 0.297 0.302 0.307

19 0.311 0.316 0.322 0.327 0.333 0.339 0.345 0.350 0.356 0.362

20 0.368 0.374 0.380 0.387 0.393 0.399 0.405 0.412 0.419 0.426

21 0.434 0.441 0.449 0.457 0.464 0.472 0.479 0.487 0.495 0.503

22 0.511 0.519 0.527 0.535 0.543 0.553 0.563 0.573 0.583 0.594

23 0.605 0.617 0.629 0.641 0.653 0.666 0.681 0.695 0.709 0.724

24 0.740 0.761 0.783 0.804 0.825 0.846 0.868 0.904 0.945 l.000

付表1.1(2) 水平地盤反力係数の低減率s(10m孟zく20m)

Na 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

o 0.000 0.001 0.003 0.004 0.005 0.006 0.008 0.009 0.010 0.012

0.013 0.014 0.015 0.017 0.018 0.019 0.021 0.022 0.023 0.024

2 0.026 0.027 0.029 0.030 0.032 0.033 0.035 0.036 0.038 0.039

3 0.041 0.043 0.044 0.046 0.047 0.049 0.050 0.052 0.053 0.055

4 0.057 0.058 0.060 0.062 0.064 0.065 0.067 0.069 0.071 0.072

5 0.074 0.076 0.078 0.080 0.081 0.083 0.085 0.087 0.088 0.090

6 0.092 0.094 0.096 0.098 0.100 0.102 0.104 0.106 0.109 0.111

7 0.113 0.115 0.117 0.119 0.l21 0.l23 0.l25 0.l27 0.l30 0.132

8 0.134 0.136 0.l39 0.l42 0.l45 0.l48 0.l51 0.l54 0.l57 0.l60

9 0.163 0.166 0.170 0.173 0.176 0.180 0.183 0.187 0.190 0.193

10 0.197 0.200 0.204 0.208 0.212 0.215 0.219 0.223 0.227 0.230

11 0.234 0.238 0.242 0.247 0.251 0.256 0.260 0.265 0.269 0.274

12 0.278 0.283 0.287 0.291 0.296 0.300 0.305 0.309 0.314 0.318

13 0.322 0.327 0.332 0.337 0.343 0.348 0.353 0.358 0.363 0.368

14 0.374 0.380 0.386 0.392 0.397 0.403 0.409 0.415 0.421 0.427

15 0.433 0.440 0.447 0.454 0.461 0.468 0.475 0.482 0.489 0.496

16 0.503 0.511 0.519 0.527 0.535 0.544 0.553 0.562 0.570 0.579

17 0.588 0.597 0.606 0.617 0.628 0.639 0.649 0.660 0.671 0.682

18 0.693 0.706 0.718 0.730 0.742 0.755 0.769 0.784 0.800 0.815

19 0.830 0.848 0.867 0.886 0.905 0.926 0.948 0.969 0.991 l.000

(ω¥ω¥E

O)6的

泉 :地盤の液状化を考慮、した応答スペクトル法による地震荷重評価

1500

71

とが鞘敷である.

付図 2.2に観測波と DESRAによる応答加速度時刻歴

波形の比較を示す.DESRAでは 15秒付近のスパイク状

の加速度までは追跡できていないが，非線形性による地

表面での周期の伸びは再現している.

付図 2.3に地表面における加速度応答スペク トル

(h=0.05)を比較して示す.DES孔生 ではスベクトルのヒ。

ークが若干短周期側にシフトしている結果となっている.

付録3 簡易液状化判定用グラフの作成

実務設計においては実用的に，特定の繰返し回数に対

する液状化強度比が用いられている.すなわち，基礎指

針では 15回の繰返しに対するせん断応力比を，道路橋示

方書 l的では 20回の繰返しに対するせん断応力比を液状

化強度として用いている.ここで，細粒分含有率FcをO

および 35%，有効上載圧σ:を5および 10凶/ば とした

場合の AIJ基礎指針と道路橋示方書の液状化強度の比較

を付図 3.l[こ示す.縦軸はJ夜状化強度比 R，横軸は標準

貫入試験によるN値(以下， SPT-N値)としている

t(5)

t(5)

t(5)

40

t(5)

1500

NS |一一一ー観有効測l波応力解析|E

0.6

h=5% 庄

まま

グ句、¥れ樹君0.4

蝉ま手) 、UωE tO、E3 3 、

500 1 a111VノV y、 0.2

1000

500

2 T (8) 3

付図2.1観測波形NS成分の加速度応答ス

ベクトル(h=O.05)

600寸 NS-Componet.GL-Qm

毛3凹ω ¥、8 0

) 。。<(-300

600

10 15 20 25 30 35 40

600 i I NS-Componet. GL-16m

き3加的、、8 o 。<(-300

-600

o 10 15 20 25 30 35 40

600， N S-Componet. G七32m

宅300ω ¥

8 s <( -300

-600

10 15 20 25 30 35

600， I NS-Componet. GL -83m

~ 300 ¥ ω 、、8

) 。。<( -300

600

10 15 20 25 30 35 40

付図2.2加速度時刻歴波形の比較

。。 T (8) 3

付図2.3加速度応答スペクトル(h=O.05)の比較

0.8

0.6

江

主ヨ幽

雪0.4

若手幡

0.2 ーーーFc=O%(AIJ)

ーーーFc=35%(AIJ)

Fc=O%(道路橋)

Fc=35%(道路橋)。。 5 10 15 20 25

SPT制値30

0.8

。。 5 10 15 20

SPT判値25 30

付図3.1SPT-N値と液状化強度比の比較

72 呉工業高等専門学校研究報告 第 72号(2010)

両者を比較すると，液状化強度比がほぼ 0.4以下では，

同じN値であればAIJ基礎指針の方が液状化強度比は低

く評価され，また，液状化強度比が0.4以上の範囲では，

液状化強度比が急増し，また，この範囲でのN値はほぼ

同程度とみなせる，などの傾向がみられる.

付図 3.lを利用した設計初期段階における地盤の液状

化判定を概算する方法について考える.

地盤は20m程度まで砂層で構成されていると仮定し，

水位を GL-2.0m，単位体積重量を緩い砂として γ

= 17kN/m3，有効上載圧を正 =50凶 tlm2，10凶 1m2の2ケ

ースとする.有効上載圧 5kN/m2は深度 z= 4.3m に，

10凶 1m2はz=11.5m程度に対応する.

この条件のもとで，AIJ基礎指針に基づいて等価繰返

しせん断応力比 ('d/ σ~ )の深さ方向の分布を計算する

と付図3.2のようになる.地震マグ、ニチュードはM=7.5，

地表面最大加速度はα仰 =150，200， 350cm!S2の3ケース

としている.

。

-5

E

三一10" 0

-15

-20

。。 0.1 0.2 0.3 r d/σL

付図 3.2等価繰返しせん断応力比(τd/ a~)

の深さ方向

0.4

次に，AIJ基礎指針を用いて，有効上載圧に対して細

粒分含有率 FCをo(Fc=0'"'-'5%で、はムN戸 0)，6， 10， 20，

35%に変化させた場合の液状化強度比とSPT-N値の関係

を付図 3.3のように作成する.これに付図 3.2から有効上

載圧に対応する深度における等価繰返しせん断応力比

(τd /σ;)を併記 (図中，点線で示す)すれば，両者の

大小関係で液状化発生の判定を視覚的に行うことが可

能となる.

免震計蒔造において地盤の液状化は，免震層の応答変位

を増大させ，アイソレータおよび、ダンパーの性能に影響

を及ぼす最大要因である.また，建物を支持する杭体に

及ぼす地盤からの強制変位の影響も考慮する必用がある

もう一つ注意を要することは，設計の手続きに関する問

題で，大臣認定ルートか告示ルートかの選択がある.特

に告示第2009号に基づく免震構造の場合には，地盤の液

状化が発生しないことが成立条件の一つで、あり，したが

って，地盤の液状化判定は重要な検討項目となる.建設

地近傍の土質柱状図のみ，あるいは標準貫入試験の速報

値のみが提供されているなどの状況の下で，その建設地

での免震構造の設計手続きを判定する必要がある場合に

は，付図 3.3の方法は SPl二N値と細粒分含有率FCの概

略値を与えるのみで液状化判定の概算が可能となるもの

であり有効な一つの手法で、あると考える.

庄

近世

0.8

0.6

主0.4

岩手悩

z 封也H

0.2

。。

0.8

0.6

t男0.4

。

~ ・ ..

~ 脳

0.2

0.0

0

5

5

350Gal l マ

200Gal

150Gal

10 15 20 SPT-N値

25

10 15 20 25 SPT-N値

付図 3.3簡易液状化判定用グラフ

30

30