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。

免震構造物の維持管理手法の検討,3; 再処理施設ユーティリティ施設における積層ゴムの静的変形傾向

山崎 敏彦; 瓜生 満; 中西 龍二; 川井 伸泰*; 橋村 宏彦*

日本建築学会2005年度大会学術講演梗概集, p.847 - 848, 2005/09

東海再処理施設 ユーティリティ施設建家(以下、再UC)に構築した地震観測及び免震層モニタリングシステムで観測された免震部材の変形データの整理を行った結果、水平・鉛直方向の変形は、免震層の環境温度依存性が大きいことが確認できた。また、クリープ変形量は、データ計測期間は短いものの再UCと既存建物とで同様な傾向を示した。但し、これら変形データの収集は長期間継続する必要があり、また、積層ゴム別置試験体の物性値の経年変化傾向とも比較して、免震建物の維持管理を行う上での一つの比較データとしていく必要がある。

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,1; 鉛ダンパー試験概要及び振動数依存性評価試験

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。

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。

30年経過した積層ゴムの経年変化に関する分析

山崎 敏彦; 中西 龍二; 桐田 史生; 小嶋 慶大; 高橋 黎

no journal, , 

原子力機構大洗研究所情報センターの積層ゴム別置き試験体の30年間の経年変化を報告するとともに、建物の地震観測記録から算出した1次固有振動数を用いて建物に実際に用いられている積層ゴムの経年変化を分析・考察した。別置き試験体の剛性評価結果から、積層ゴムの剛性は経年により初期値に対して30年で約1割程度増加しており、既往の研究(太田他)における予測式と概ね対応した増加傾向を示していることを確認した。また、地震観測の分析結果からは、3.11地震により1次固有振動数に減少が見られたものの、その後の約10年間(20112022)では大きな変化がないことを確認した。

茨城県沿岸部の地盤構造に起因するやや長周期地震動特性,4

永野 正行*; 武村 雅之*; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 中西 龍二

no journal, , 

長周期構造物の耐震性検討時には、建設サイトにおけるやや長周期地震動の評価が重要となる。地震動評価を行ううえでは、当該地域で想定される地震動と同じ震源域で発生した地震観測記録を分析・調査し、シミュレーション解析を行うことが有効である。そこで、本報(その4)では、想定される地震動と同じ震源域かつ規模が比較的大きい2005年10月19日茨城県沖の地震を対象に3次元波動伝播解析を行った。前報(その3)の地盤モデルをベースにモデルの修正を行うことで、茨城県沿岸部(東海・大洗)や周辺地域で観測されたやや長周期地震動がおおむね良好に再現できており、やや長周期地震動の評価を行ううえで有用な地盤モデルが得られた。

免震建物の地震時における固有振動数の振幅依存性に関する考察

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。

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。