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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
JAEA-Research-2024-005.pdf:12.02MB
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。
桐田 史生; 冨永 昌宏; 山崎 敏彦; 瀬下 和芳; 瓜生 満
JAEA-Research 2022-006, 61 Pages, 2023/02
JAEA-Research-2022-006.pdf:6.24MB
核燃料サイクル工学研究所(以下、サイクル研)では、1990年代より地震観測を行っている。内陸地殻内地震について、2011年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震(以下、3.11地震)までは、茨城県北部福島県において発生頻度が低い状況であったが、3.11地震後、この地域で余震が頻発するようになり、福島県浜通り付近で発生した地震(2011年4月11日福島県浜通りの地震等)では、サイクル研の地震観測記録に顕著な長周期成分が観測された。この地震の震源付近の観測地点の記録には長周期成分は含まれておらず、サイクル研までの伝搬過程で、長周期成分が生成されたものと考えられる。敷地周辺の地下構造探査結果から深部の地震基盤には、盆地状構造が確認されており、この基盤形状を起因とした長周期成分の生成と評価した。原子力施設の耐震設計に用いる地震動評価では、敷地で得られた観測記録を要素地震に用いた経験的グリーン関数法により評価を行っており、サイクル研の観測記録を要素地震に用いて地震動評価を行った場合、震源ではわずかな長周期成分を伝搬過程で増幅したものを震源に戻し波形合成することとなり、長周期成分が過度に増幅される結果となる。このため本検討では、地震動の長周期成分の評価を精緻化するために、震源及び敷地周辺を含む広域の深部地盤の形状を反映できる三次元地盤構造モデルによる地震動評価を実施した。モデルは、浜通り地震の震源域付近から茨城県北部沿岸域を範囲(幅約80km
長さ約110km)とし、本研究における長周期地震動評価を適切に行えるよう2秒以上の周期帯の精度を担保するようなメッシュサイズを調整した。三次元地盤構造モデル構築にあたっては、複数の観測記録や震源モデルを用いて、最適な三次元地盤構造モデルを作成し、複数の地震のシミュレーション解析、分析等を行い、その適切性、有用性を確認した。これらの研究成果を実際の許認可業務の基礎資料として活用した。
桐田 史生; 金澤 健司*; 北村 春幸*
Proceedings of 14th World Conference on Earthquake Engineering (WCEE-14) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10
建築物の構造健全性を評価する構造ヘルスモニタリングに関する研究の中で、地震継続中における建築物の固有振動数の変化を詳細に把握する適応回帰型カルマンフィルタを開発した。地震中における建築物の固有振動数の変化を詳細に把握することによって、その変化の傾向から建築物の地震の影響をより詳細に評価することができると考えられる。適応回帰型カルマンフィルタとは従来のカルマンフィルタに対して3つの点を改良したシステム同定手法である。3つの点とは、(1)忘却係数による固有振動数の変動追従性の向上,(2)時間軸に対して順方向及び逆方向の解析プロセスを繰り返すことによる固有振動数の初期値の修正と解析結果の平滑化,(3)変数列更新アルゴリズムの適用による解析精度の向上である。開発手法の精度を検証するために数値シミュレーションを行い、その妥当性を評価した。さらに、実建物で観測された地震観測記録に開発手法を適用し、地震中における建築物の固有振動数の変動を評価した。
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。
桐田 史生; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 中西 龍二
no journal, ,
建築物の構造健全性の評価指標として固有振動数が数多くの研究で用いられている。しかし、固有振動数には非線形性等に起因する振幅依存性があることが知られており、その性質を的確に把握しなければ、地震等により固有振動数の変動が生じた際に、その変動が損傷に由来するものかを適切に評価することが困難となる。本研究では免震建物で得た地震観測記録を用い、地震時における固有振動数の振幅依存性に関する評価・考察を行った。その結果、対象建物の固有振動数と加速度応答には相関性があることを確認し、さらに、加速度応答が低い場合では両者の相関が安定している一方で、加速度応答が増加するとその関係性が崩れ、固有振動数が大きく変化することを把握した。
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。
中西 龍二; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 橋村 宏彦; 桐田 史生; 小嶋 慶大
no journal, ,
本報(その1)に引き続き、平成23年東北地方太平洋沖地震において得られた大地震時の地震観測記録を用いて、上下方向の観測記録の分析及び地震観測シミュレーションを行い、大振幅時の免震構造物の上下動応答特性について検討を行った。上下方向の変位時刻歴の比較において、ロッキングの影響とも考えられる傾向を示しており、今後の分析・検討課題ではあるが、貴重なデータが得られた。また、免震構造物の上下方向減衰定数を検討した結果、免震層に約1020%程度とすれば、観測記録と整合する結果となり、これまで実施している中小地震観測記録による検討結果とおおむね整合的であった。
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。
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, ,
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ついて、基本性能(降伏荷重,水平剛性)及び残存性能を確認するために「基本性能評価試験」及び「エネルギー吸収量評価試験」を行った。また、水平剛性の振動数依存性を把握するために「振動数依存性評価試験」を実施した。本報では鉛ダンパーの試験概要及び振動数依存性評価試験の結果について整理し、振動数依存性評価試験の結果から、鉛ダンパーの水平剛性に関して振動数依存性があること、特に加力直後の水平剛性には明瞭な振動数依存性があることを確認した。さらに、設計用の水平剛性に比べて瞬間的に3倍から4倍程度の値になっていることを確認した。
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, ,
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ついて、基本性能(降伏荷重,水平剛性)及び残存性能を確認するために「基本性能評価試験」及び「エネルギー吸収量評価試験」を行った。また、水平剛性の振動数依存性を把握するために「振動数依存性評価試験」を実施した。本報では鉛ダンパーの基本性能評価試験及びエネルギー吸収量評価試験の結果について整理し、3.11地震を経験した鉛ダンパーに関して、降伏荷重については建設時に比べて特に変わりないが、水平剛性については13%程度低下している可能性がある。また、エネルギー吸収量については新規鉛ダンパーとほぼ同等の性能を持っていることを確認した。また、切欠きの有無による鉛ダンパーの性能においては、降伏荷重については切欠きの程度によって低下しているが、水平剛性については大きな変化は見られない。エネルギー吸収量については切欠きの程度によって大きく変化したことから、クラックの程度だけでなく、クラックの入り方で性能が大きく変わる可能性があることを確認した。
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。
桐田 史生; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 安田 昌宏; 藤原 了*; 河路 薫*
no journal, ,
平成23年(2011年)東北地方太平洋沖地震の発生に伴う応力場の変化に誘発される形で、内陸の地殻内において2011年4月11日福島県浜通りの地震(M7.0)が発生したと考えられている。浜通り地震の発生以降、震源断層と思われる井戸沢断層および湯ノ岳断層周辺では多数の余震が発生しており、これら浜通り地震およびその余震によって、茨城県北部沿岸域において、長周期地震動が観測された。3.11地震以前、この地域では内陸地殻内地震がほとんど発生しておらず、内陸地殻内地震と長周期地震動に関する地震動特性の知見は乏しかった。したがって、3.11地震以降得られた長周期地震動の特徴を正確に理解し、これらを踏まえた地震動評価を行うことは、この地域における耐震設計において重要である。本研究では、従前の一次元の平行成層を仮定した地盤構造モデルでは長周期地震動の発生を適切に表現することが困難であると考え、三次元地盤構造モデルによる地震動評価を実施した。本稿では、作成した三次元地盤構造モデルの妥当性について、最適化に用いた地震の規模と同等の中規模地震および大規模な地震である浜通り地震で検討した結果について説明する。
藤原 了*; 桐田 史生; 河路 薫*; 山崎 敏彦; 瓜生 満; 安田 昌宏
no journal, ,
平成23年(2011年)東北地方太平洋沖地震(Mw9.0)の発生以降、同年4月11日に発生した福島県浜通りの地震(Mj7.0)の他、茨城県及び福島県の県境付近で発生した内陸地殻内地震によって、茨城県沿岸域の幾つかの地震観測点において長周期成分を有する地震動が観測された。3.11地震以前、茨城県沿岸域については目立った内陸地殻内地震が発生しておらず、これらの地震による長周期地震動の発生要因や、その地震動特性については未知の領域が多い。したがって、これら内陸地殻内地震によって観測された地震観測記録を用いて長周期地震動の発生要因やその地震動特性を的確に把握することは、茨城県沿岸域における地震動評価を高度化させることができ、この地域における建家及び地盤の合理的な耐震安全性評価に繋がるものである。本研究においては長周期地震動の発生要因として茨城県沿岸域の基盤構造に着目し、茨城県沿岸域における三次元地盤構造モデルを作成した上で、長周期地震動の発生要因が地震観測点周辺の基盤構造に由来することと、三次元地盤構造モデルによる地震動評価の妥当性を確認した。
袴田 智哉*; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 桐田 史生
no journal, ,
茨城県北部沿岸域における長周期地震動評価の高精度化を目的として、2011年4月11日福島県浜通りの地震(M7.0、以下「浜通り地震」)の震源付近から茨城県北部沿岸域を範囲とする三次元地盤構造モデル(3Dモデル)を作成し、3Dモデルを用いた長周期地震動評価の有用性を確認した。3Dモデルによる評価をもとに、波数積分法に地形効果を組み込む手法を検討し、2地点間の観測記録から得られる応答関数を波数積分法の結果とコンボリューションすることで求まる予測波形の加速度振幅レベルや擬似速度応答スペクトルについて再現度が向上することが確認できた。しかしながら、時刻歴波形の位相の再現が課題となっていた。本検討では、応答関数に関して位相情報を保持するための手法を組み込み、位相を考慮した予測波形を作成することを試みた。地震観測記録からK1地点とJ1地点間の応答関数に群遅延時間を用いて位相情報を組み込む方法を検討し、J1地点の予測波形を作成した。その結果、母集団を大きく取るケースに比べ震源タイプの似た地震について平均化するか、単一の地震の位相を用いた方が位相の再現度が良いことを確認した。
中西 龍二; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 橋村 宏彦; 桐田 史生; 小嶋 慶大
no journal, ,
内部に重要機器を有する免震構造物の場合、設備の耐震性を評価するため、短周期の解析精度を向上させることが重要である。本報では、前報(その1,その2)で実施した鉛ダンパーの振動数依存試験等の結果を踏まえ、短周期の解析精度に影響を及ぼすと思われる鉛ダンパーの剛性についてパラメータスタディを実施し、免震構造物の短周期成分への影響検討を実施した。検討の結果、「設計モデルによる免震層の初期剛性は、長周期に着目して設定されているため、短周期成分は観測記録と合いにくく、解析結果が小さめの傾向にあること」、「短周期成分の解析精度を向上させるためには、鉛ダンパーの初期剛性を一般的な設計値より3倍から4倍程度大きく見込んだ方が良く、バイリニアの初期剛性を高めに設定することで短周期成分の解析と観測記録の整合性が向上すること」を確認した。
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。
湯沢 豊*; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 桐田 史生; 真下 貢*
no journal, ,
「平成23年(2011年)東北地方太平洋沖地震」の発生により、宮城県を中心とした太平洋沿岸では大きな地殻変動が起こり、東北日本弧の応力場が大きく変化した。そのため、九州等一部の地域を除き、国内では稀であった正断層型の地震が福島県と茨城県の県境を中心に発生している。この正断層型の内陸地殻内地震の地震動特性を評価することは、今後の強震動予測において重要である。本報告では、茨城地域を対象とし東北地方太平洋沖地震以降の地震記録を用い、震源・伝播経路・地盤増幅特性の分離を行いそれぞれの特性について評価する。検討の結果、次に示すことがわかった。(1)地盤増幅特性は、基盤の地震動と調和的。(2)伝播経路特性は低周波数領域では既往研究と調和的。高周波数領域では乖離する傾向であるが、震源距離を考慮するとおおむね調和的。(3)震源特性は既往研究とおおむね調和的。これらの結果は今後の強震動予測に対して既往研究と合わせて活用できると思われるが、さらなる精度の向上のために、今後は解析対象とする地震の数、及び観測点の面的な範囲を広げ、震源特性の地域性について分析・評価を行っていく予定である。
桐田 史生; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 藤原 了*; 河路 薫*
no journal, ,
2011年4月11日福島県浜通りの地震(M7.0、以下「浜通り地震」)の発生以降、震源断層とされる井戸沢断層および湯ノ岳断層周辺では多数の余震が発生し、内陸地殻内地震であるこれら浜通り地震およびその余震によって、茨城県北部沿岸域にある幾つかの地震観測点において長周期地震動が観測された。筆者らは、当該地域における長周期地震動評価の高精度化を目的として、浜通り地震の震源域付近から茨城県北部沿岸域を範囲とする三次元地盤構造モデルを作成し、中規模あるいは大規模な地震の実記録を用いたモデルの最適化および妥当性について検討し、三次元地盤構造モデルを用いた長周期地震動評価の有用性を確認した。本研究では、長周期地震動評価について更なる精度の向上のために三次元地盤構造モデルを改良するとともに、プレート間地震等、内陸地殻内地震以外の地震に対するモデルの適用性について検討を行った。本発表では、改良した三次元地盤構造モデルについて説明する。
藤原 了*; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 桐田 史生; 河路 薫*
no journal, ,
2011年4月11日福島県浜通りの地震(M7.0、以下「浜通り地震」)の発生以降、震源断層とされる井戸沢断層および湯ノ岳断層周辺では多数の余震が発生し、内陸地殻内地震であるこれら浜通り地震およびその余震によって、茨城県北部沿岸域にある幾つかの地震観測点において長周期地震動が観測された。筆者らは、当該地域における長周期地震動評価の高精度化を目的として、浜通り地震の震源域付近から茨城県北部沿岸域を範囲とする三次元地盤構造モデルを作成し、中規模あるいは大規模な地震の実記録を用いたモデルの最適化および妥当性について検討し、三次元地盤構造モデルを用いた長周期地震動評価の有用性を確認した。本研究では、長周期地震動評価について更なる精度の向上のために三次元地盤構造モデルを改良するとともに、プレート間地震等、内陸地殻内地震以外の地震に対するモデルの適用性について検討を行った。本稿では、最適化された三次元地盤構造モデルの妥当性を確認するため、最適化に用いた地震と同様の内陸地殻内地震のほか、太平洋プレートと陸のプレートの境界で発生したプレート間地震の観測記録を用いて検討した結果について説明する。
藤原 了*; 桐田 史生; 河路 薫*; 山崎 敏彦; 瓜生 満
no journal, ,
平成23年(2011年)東北地方太平洋沖地震(Mw9.0)の発生以降、同年4月11日に発生した福島県浜通りの地震(Mj7.0)の他、茨城県及び福島県の県境付近で発生した内陸地殻内地震によって、茨城県沿岸域の幾つかの地震観測点において長周期成分を有する地震動が観測された。3.11地震以前、茨城県沿岸域については目立った内陸地殻内地震が発生しておらず、これらの地震による長周期地震動の発生要因や、その地震動特性については未知の領域が多い。したがって、これら内陸地殻内地震によって観測された地震観測記録を用いて長周期地震動の発生要因やその地震動特性を的確に把握することは、茨城県沿岸域における地震動評価を高度化させることができ、この地域における建家及び地盤の合理的な耐震安全性評価に繋がるものである。過年度報告した内容に引き続き、観測された長周期地震動をより精度よく説明できる三次元地盤構造モデルを作成した。さらに、今後の地震動評価に幅広く活用するために、内陸地殻内地震以外の発生様式の地震について、三次元地盤構造モデルによる地震動評価の妥当性を確認した。