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斜面表層の地震時挙動に与える樹木の影響に関する数値解析Numerical Analysis of the Influence of the Tree on the Seismic Behavior of the Slope Surface

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Academic year: 2021

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D105

斜面表層の地震時挙動に与える樹木の影響に関する数値解析

Numerical analysis of the influence of the tree on the seismic behavior of the slope surface

〇田中宣多・上田恭平・渦岡良介

〇Yoshikazu TANAKA, Kyohei UEDA, Ryosuke UZUOKA

On the 2018 Hokkaido Eastern Iburi Earthquake, a slope failure accompanied by standing trees was confirmed from the middle of the hill, leaving a ridge. Trees were distributed in the remaining part of the ridge and the collapsed part. Trees may have affected the collapse. The effect of trees on slopes during an earthquake is not well understood. Therefore, this study assumed the slope with a tree in order to clarify the response on the slope at the time of the earthquake. The linear total stress analysis was performed to achieve our purpose. As a result, the tree behaviour affected the slip layer when the natural frequency of the ground was close to that of the tree in the tree-ground system. It was suggested that the slope during the earthquake might have some conditions affected by the tree. 1.はじめに 平成 30 年北海道胆振東部地震では、北海道胆振 地方に位置する厚真町において、斜面崩壊が同時 多発的に発生した。崩壊斜面は、尾根を残して斜 面中腹から立木を伴って崩れる形が多くみられた。 被害地域の斜面は、概ね同じ地質条件であるが、 植生分布は均質では無かった。崩壊斜面は、崩壊 分布図と植生分布図を比較すると、針葉樹人工林 が 主 に 分 布 す る 箇 所 が あ る こ と が 分 か っ た (Tanaka ら、2020)。本研究は、樹木植生が崩壊 の誘因として影響を及ぼす可能性を明らかにする ために、数値解析を行った。 2.全応力解析の概要 本研究は、全応力解析を実施した。解析メッシ ュを図1に示す。解析は、傾斜角 35 度の無限長斜 面を模擬した仮想斜面を線形弾性体としてモデル 化した。樹木は、高さ 12m を想定し、直径 0.3 m と 0.7 m の線形の杭としてモデル化した。なお、 根系抵抗力を粘着力として考慮していない。樹木 根系は、2.0 m 深さまで到達すると仮定し、根入 れ深さは 2.0 m とした。地盤の解析メッシュは、 縦 0.5 m、横 0.6 m の平行四辺形を表層で 8 要素、 すべり層で 2 要素、基盤層で 10 要素とした。地盤 モデルの諸元を表1に示す。表層地盤は N 値が 10 の地盤とし、すべり層は緩い地盤とした。基盤層 は、文献値(吉中ら、2012)を用いた。樹木の解 析メッシュは、29 節点、28 要素とした。樹木モデ 樹木 12 m 表層 2.0 m すべり層 0.5 m 基盤層 2.5 m 図1 解析メッシュ 表1 地盤モデルの諸元 項目 表層 すべり層 基盤層 ポアソン比 0.33 0.33 0.37 湿潤密度(g/cm3) 2.0 2.0 2.6 せん断弾性係数(kN/m2 59403 20318 1.26×107

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ルの諸元を表2に示す。樹木根入れ部分の境界条 件は、地盤と同一節点を同一自由度とした。斜面 地表面より同一深度に位置する節点ペアの x 方向、 y 方向自由度がそれぞれ同一であると仮定した。 メッシュ底面は節点自由度を拘束し、固定境界と した。入力波は、K-net HKD127 追分観測点におけ る 2018 年北海道胆振東部地震の観測波(EW 成分) の振幅を調整し 200 cm/s2を用いた。 3.無限長斜面における樹木の影響 線形全応力解析の結果、地盤の固有振動数と樹 木の固有振動数は、離れており、本解析条件では すべり層における樹木振動の影響は見られなかっ た。直径 0.7 m 樹木―地盤系のフーリエ振幅スペ クトル比の比較を図2に示す。直径 0.7 m 樹木の 条件において、表層地盤の応答は、樹木の成分を 含むことがわかった。解析条件において直径 0.7 m 樹木は、直径 0.3 m 樹木に比べて樹木の固有振動 数が地盤の固有振動数に近くなっているためと考 えられる。地盤の固有振動数と樹木の固有振動数 が一致する場合、樹木振動はすべり層の加速度応 答に影響する可能性がある。すべり層におけるせ ん断応力―せん断ひずみ関係の比較を図3に示す。 すべり層のせん断応力は、樹木を有する斜面の方 が樹木なし斜面よりも大きくなった。今後は,樹 木を有する斜面について非線形条件下での解析を 実施する予定である。 謝辞:本研究は、京都大学防災研究所共同研究 (2019H-02)、京都大学教育研究振興財団、防災研 究協会の助成を受けて行った。また、防災科学技 術研究所 K-NET 強震記録を使用した。ここに記し て、謝意を表す。 引用文献

1)Tanaka Y., Ueda K., and Uzuoka R.: The characteristics of the vegetation distribution related to the slope failure caused by the earthquake, Understanding and Reducing Landslide Disaster Risk, 2020 (accepted). 2)吉中龍之進,岩田直樹,佐々木猛:大型構造物 基盤岩盤の地震挙動における複合降伏モデルの適 用性,土木学会論文集 C(地圏工学)68(3), pp.451-465,2012. 表2 樹木モデルの諸元 項目 直径 0.3 m 直径 0.7 m 樹木高(m) 12 12 ポアソン比 0.3 0.3 密度(g/cm3 0.53 0.53 質量(t) 0.45 2.45 断面 2 次モーメント (kN m2 3.98×10-4 1.18×10-2 せん断弾性係数(kN/m2 1.70×106 1.70×106 ばね定数(kN/m) 3.05 90.3 固有振動数(Hz) 0.41 0.97 0 3 6 9 0 1 2 3 0 5 10 15 20 25 表層 のフ ーリ エ 振幅 スペ クト ル比 樹木 のフ ーリ エ 振幅 スペ クト ル比 振動数(Hz) 樹木上端/底面 表層/底面 図2 直径 0.7m 樹木―地盤系のフーリエ振幅ス ペクトル比の比較 -6 -4 -2 0 2 4 6 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 -6 -4 -2 0 2 4 6 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 樹木なし 直径0.3 m 樹木なし 直径0.7 m せん断ひずみ(%) せん断応 力( kN /m 2) すべり層 すべり層 図3 すべり層におけるせん断応力―せん断ひ ずみ関係の比較

参照

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