福島・茨城県境に位置する塩ノ平断層,車断層の活動性評価研究

青木 和弘; 今井 宏太朗; 瀬下 和芳; 木村 恵; 桐田 史生; 中西 龍二

JAEA-Research 2024-005, 177 Pages, 2024/10

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塩ノ平断層は福島・茨城県境付近に位置し、2011年4月11日に発生した福島県浜通りの地震(Mw6.7)によって出現した。一方、その南方延長上の車断層ではこの地震による地表変状は認められなかった。上載層が存在しない場合や断層との切断関係を検討できる鉱物脈・岩脈が見つからない場合の断層の活動性評価について、破砕帯の性状に着目した新たな手法の開発を目的に塩ノ平断層(塩ノ平地点、別当地点)と車断層(水上北地点)の3箇所で地質調査、試錐調査、化学分析、水理・力学試験を実施し、評価すべき物性データの抽出・分析を行った。回転せん断式低速高速摩擦試験機を用い、断層ガウジのすべり速度Vと摩擦係数との関係を調べた。塩ノ平地点と別当地点の試料ではがにほとんど依存しない低速域、がの増加とともに増加する中速域、がすべりとともに劇的に低下する高速域に区分された。一方、水上北地点の試料では速度に対する依存性は認められなかった。地下の割れ目に高圧注水を行うことで断層の三次元変位(mmm)を測定するSIMFIP法による断層スリップ試験を実施した。塩ノ平地点では断層すべりはクーロン破壊としてモデル化でき、すべり速度に対して摩擦の依存性を示した。一方、水上北地点では断層すべりはクーロン破壊で表現できず、複数の亀裂やすべり面を利用した複雑な応答が確認された。水圧モニタリング孔での水圧応答から、断層部を挟む領域の水理特性をGRFモデル(Barker、1988)により評価し、透水係数、比貯留量、流れ次元などを明らかにした。透水係数および比貯留量は塩ノ平が水上北よりも大きく、流れ次元は塩ノ平が概ね三次元流であり、水上北が二次元フラクショナル流となった。塩ノ平地点と水上北地点のコア試料からせん断面の姿勢やせん断センスなどの断層スリップデータを取得し、多重逆解法による応力解析を行った。破砕帯を形成した運動と応力履歴を分析した結果、塩ノ平地点において5つ、水上北地点において2つの活動ステージが復元された。本研究では断層ガウジの摩擦特性、断層破壊モードや破砕部の水理特性、断層の活動ステージなどで、塩ノ平地点と水上北地点で顕著な違いが確認された。当該断層内での調査地点を増やすだけでなく、他地域の断層への適用を通じて断層活動性評価手法としての信頼性向上を計る必要がある。

平成23年東北地方太平洋沖地震後の東海再処理施設の健全性に係る点検・評価の結果について

中野 貴文; 佐藤 史紀; 白水 秀知; 中西 龍二; 福田 一仁; 立花 郁也

日本原子力学会誌ATOMO, 57(1), p.14 - 20, 2015/01

https://doi.org/10.3327/jaesjb.57.1_14

平成23年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震では、日本原子力研究開発機構核燃料サイクル工学研究所再処理施設(東海再処理施設)のある茨城県東海村において震度6弱の地震を観測した。本地震では、東海再処理施設の設計時の想定を超える地震動が観測されたが、建物・構築物及び設備に与えた影響について詳細な点検や地震応答解析及び両者の結果を踏まえた総合評価を行った結果、本地震後の東海再処理施設の健全性について問題ないと判断した。その結果について報告する。

天然ゴム系積層ゴムの基本物性について,1; 低面圧下における積層ゴムの応力分布特性

中西 龍二; 瓜生 満; 山崎 敏彦

日本建築学会2005年度大会学術講演梗概集, p.757 - 758, 2005/09

これまでの実験結果から、積層ゴムの剛性は、単純な直列バネのモデルでは説明できないこと、体積弾性率Ebは層数によって大きく変化することが分かっている。今回、一次形状係数S1=10とし、層数をパラメータとした試験体を用いて、圧縮時の積層ゴムの応力分布を測定した。測定結果は中央から最外縁まで、ほぼ2次曲線上に分布しており、ほぼ理論通りの応力分布となっていることを確認した。

平成23年東北地方太平洋沖地震を経験した免震建物の鉛ダンパーに関する性能評価,3; 過去約10年間における鉛ダンパーの累積疲労損傷比の推定

小嶋 慶大; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 橋村 宏彦; 中西 龍二; 桐田 史生

no journal, , 

平成23年東北地方太平洋沖地震後の点検において、機構が所有する茨城県那珂郡東海村に建設された免震建物の基礎免震層に設置されている鉛ダンパーに微細な表面亀裂を確認した。表面亀裂は微細であるため、鉛ダンパーは継続使用可能と考えられるが、疲労損傷を定量的に把握するための研究は少ない。本報では、鋼構造物の疲労寿命の定量的な評価に使用される累積疲労損傷比を使用し、竣工(2003年1月)から2013年2月までの約10年間における本建物の鉛ダンパーのD値の総和を推定し、継続使用性の定量的な評価を試みた。評価の結果、以下の知見を得た。(1)3.11地震による亀裂のD値が1を超過し、本建物の鉛ダンパーに亀裂が発生する結果となり、3.11地震後の点検結果と整合した。(2)約10年間における破断のD値の総和は、保守性を見込み推定して0.087となり、本建物の鉛ダンパーは破断に対し十分な残存性能があると推定された。(3)破断のD値の総和の約75%は3.11地震によるものであり、中小地震の割合は小さい。

平成23年東北地方太平洋沖地震を経験した免震建物の鉛ダンパーに関する性能評価,5; 鉛ダンパーの剛性変動が免震建物の固有振動数に与える影響

瓜生 満; 桐田 史生; 山崎 敏彦; 橋村 宏彦; 中西 龍二; 小嶋 慶大

no journal, , 

平成23年の東北地方太平洋沖地震を経験した茨城県東海村に建設された免震建物については、既報において3.11地震前後の振動特性の変動について報告を行った。本報では、その変動の原因を鉛ダンパーの剛性変動によるものと考え、影響評価を行った。検討の結果、以下のことが把握した。(1)3.11地震を経験した本建物の固有振動数は微小振幅領域で1割程度小さくなっている。(2)その主要な原因は、鉛ダンパーの既存品と新規品の基本性能試験の結果からわかるように、鉛ダンパーの水平剛性低下に起因するものと推定される。(3)鉛ダンパーの水平剛性低下の原因は、大振幅の繰り返し加力による材料の塑性化及び金属粒子の並び替えによるものと推定される。

地震観測記録による免震建物積層ゴムの経年変化特性の分析

北澤 勇希; 山崎 敏彦; 中西 龍二; 小嶋 慶大

no journal, , 

日本原子力研究開発機構(以下、JAEAという)が所有する免震建物では維持管理の観点から積層ゴム別置き試験体による定期点検を実施し、経年による積層ゴムの剛性変動を確認している。これに加えて、地震観測により得られる免震層の伝達関数から、対象建物の水平及び鉛直方向の1次固有振動数を算定し、積層ゴムの経年による剛性変動を直接的に求める検討を行った。本報ではJAEAが所有する免震建物のうち、核燃料サイクル工学研究所(茨城県東海村)内に建設された免震建物を対象に、2003年3月3日から2019年7月28日の地震観測記録を用いて1次固有振動数を算定し、積層ゴムの経年変化が、鉛直方向の固有振動数に着目することで確認できることを示した。

免震建家の地震時損傷確率評価,1; 擁壁との衝突を考慮した地震応答解析

中西 龍二; 山崎 敏彦; 瓜生 満; 遠藤 学*; 今塚 善勝*; 吉田 伸一*

no journal, , 

免震建家では入力地震動の増加に伴い免震層の変形が大きく進み、一方、上部構造物の応答増幅が少ないことから、損傷度評価においては一般に免震層の評価が重要となる。しかし、既往の研究でも指摘されている通り、免震建家の周囲に設けられているクリアランスの設定によっては免震層が損傷に至る前に免震層周囲の擁壁と衝突し、建家が損傷する可能性がある。そこで、免震建家の損傷確率評価に資するため、(その1)では擁壁との衝突を考慮した地震応答解析を実施し、擁壁特性が免震建家の応答に与える影響を検討した。検討結果、本ケースでは、擁壁との衝突が生じる地震動レベルは建家の損傷(層間変形角1/60)が生じるレベルより小さく、上部建家が損傷に至るより早く擁壁との衝突が生じた。また、擁壁と衝突した場合でも、擁壁剛性をある程度確保すれば免震層(積層ゴム)の最大応答変位を抑制できること,建家1階の層間変形角が擁壁剛性が非常に小さい場合を除き、擁壁剛性の影響を受けないことがわかった。

平成23年(2011年)東北地方太平洋沖地震における免震建物の固有振動数の変動評価

桐田 史生; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 橋村 宏彦; 中西 龍二; 小嶋 慶大

no journal, , 

2011年3月11日に発生した平成23年(2011年)東北地方太平洋沖地震とその余震により、原子力機構が所有する免震建物において数多くの強震動記録が得られた。これらの地震記録に対して、筆者らが開発した適応回帰型カルマンフィルタを適用し、地震時における免震建物の固有振動数の変動を把握するとともに、本震及び余震前後の弱震動記録を用いて固有振動数の変化に関する考察を行った。その結果、免震部材の特性について、本震及び余震における経時変化を評価することができ、さらに本震及び余震前後での弱震動記録による固有振動数の評価結果から、本震及び余震による免震部材の特性変化について把握することができた。

免震構造物の地震応答特性に関する研究; 平成23年東北地方太平洋沖地震における地震観測シミュレーション,1

橋村 宏彦; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 中西 龍二; 桐田 史生; 小嶋 慶大

no journal, , 

免震構造物の上下動地震応答特性に関して、これまで中小地震観測結果の分析・解析を中心に検討を進めてきたが、平成23年東北地方太平洋沖地震により大地震時の地震観測記録が得られたので、大地震時の免震構造物の応答特性を把握するため、シミュレーション解析を実施し、免震構造物の地震応答特性の検討を行った。(その1)では、対象建物及び地震観測システムの概要を述べるとともに水平方向の観測記録の報告を行い、水平方向において、解析結果は観測結果の傾向をよく表現できており、設計時の諸元は適切であることを確認した。

地震継続中における免震建物の固有振動数の変動評価

桐田 史生; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 中西 龍二

no journal, , 

筆者らは、構造ヘルスモニタリングに資するために、地震継続中における建築物の固有振動数の変動を評価する適応回帰型カルマンフィルタを開発した。これまで、本手法の有効性を数値解析においては示したが、実建築物での適用事例が乏しく、実測記録を用いた解析においてその有効性を示せていなかった。本論文では、原子力機構内の建築物で得られた地震観測記録に対して適応回帰型カルマンフィルタを適用し、地震継続中における固有振動数の変動を評価した事例を示した。その結果、地震継続中における対象建物の固有振動数の変動を捉え、加速度振幅に応じた固有振動数の応答振幅依存性を確認した。さらに、伝達関数を用いた手法で算出した評価結果と比較することで、実建築物への適用に関する適応回帰型カルマンフィルタの有効性を示した。