1　概要

Geo-Stickにより得られた3成分の加速度時刻歴データよりH/Vスペクトル比を求め、これより地盤の液状化しやすさを評価する方法が、中村により提案されています。

2　H/Vスペクトル比と中村の方法

建物の1階の床や基礎部分にGeo-Stickが設置されている場合は、得られたデータよりH/Vスペクトル比を求め、これより表層地盤の固有周期や表層地盤における地震動の増幅倍率を推定できることが、中村^2),4)により示されています³⁾。 H/Vスペクトル比とは、水平成分の加速度時刻歴データより求めた振幅スペクトルと、鉛直成分の振幅スペクトルとの比を表しており、その最大値を示す周期T_pは表層地盤の固有周期、最大値A_pはその増幅倍率の推定値とされています。これは、「軟弱な地盤では水平動が上下動に較べて大きく、堅固な地盤では水平動と上下動が同程度の振幅で波形特性も類似している」との観測事実に基づいています。

中村は、表層地盤の厚さの推定値も提案しています。 上図のように、比較的堅固な基盤の上に、軟らかい表層地盤がのっている2層構造を考えます。 表層地盤のS波速度v_sが一様であれば、その厚さhは次のように求まります。

v_sは地盤により大きくばらつきますが、基盤層のS波速度v_bは、これに比べて場所を問わず一定であると考えられます。 また、表層地盤の増幅倍率は、表層地盤と基盤のインピーダンス比に等しいと近似できます。

基盤と表層地盤の密度の比を1と見なせば、

となり、表層地盤の厚さの推定値が求まります。

中村は、v_b=600m/sとすることで実測値と良い一致が見られるとしています。

さらに、中村は地盤の変形しやすさに関する指標も示しています¹⁾。 まず、表層地盤の平均的なせん断ひずみγを、基盤と地表面の相対変位を表層地盤の厚さhで除したもので近似します。

ここに、δは基盤の変位振幅です。いま、表層地盤の固有周期T_pに一致する卓越周期を持つ地震が発生した場合を考えると、δは基盤の加速度をaとして次のように求まります。

式(4)と式(6)を式(5)に代入すれば、せん断ひずみの大きさが求まります。

A_pとT_pは表層地盤の特性値であることから、

を表層地盤の変形しやすさの指標とすることができます。 中村は、Kがある値以上で地盤の液状化が発生する事例を示しており、K値は液状化の可能性を評価する指標となり得ることが示唆されています。

地震と建物のモニタリングサービスGeo-Seismoでは、1階に設置されたGeo-StickのデータからH/Vスペクトル比を算定し、地盤の液状化の可能性などを評価するための資料としてお客様にご提供します。