液状化被害の損失評価法に関する基礎的研究

液状化被害の損失評価法に関する基礎的研究

－東北地方太平洋沖地震による

浦安市の液状化地盤の被害に基づく事例研究－

平成 26 年 3 月

日本大学大学院理工学研究科博士後期課程 建築学専攻

太 田 宏

目 次

第 1 章 序論 1.1 研究背景

1.2 既往の研究および文献の概要 1.2.1 地震リスク評価に関する文献

1.2.2 建築物の地震リスク評価に関する既往の研究

1.2.3 二次部材および建築設備の地震リスク評価に関する既往の研究 1.2.4 液状化リスクに関する既往の研究

1.2.5 GIS を用いた地震リスク評価に関する既往の研究

1.3 米国における既往のリスク評価法の概要 1.3.1 ATC-13

1.3.2 HAZUS MR-4

1.4 本研究の構成および概要 第 1 章の参考文献

第 2 章 液状化判定法の概要

2.1 本論文で用いた液状化の程度に関する指標

2.2 地表面動的水平変位 D

cy

と液状化指数 P

L

の関係 2.3 2011 年東北地方太平洋沖地震に対する適用性 2.4 本章のまとめ

第 2 章の参考文献

第 3 章 液状化被害における損失評価法の提案 3.1 液状化被害の概要

3.1.1 2011 年東北地方太平洋沖地震による液状化被害の概要

3.1.2 千葉県浦安市内における公共施設の被害状況 3.1.3 各施設の外構被害に要した補修費用の検討 3.2 液状化被害における損失評価法

3.2.1 建物外周面積当たりにおける外構の補修費用の検討 3.2.2 液状化地盤の損失評価法の提案

3.3 本章のまとめ 第 3 章の参考文献

第 4 章 液状化被害における損失評価法の適用性の検討 4.1 概説

4.2 液状化対策工による物的損失の低減に関する適用性の検討 4.2.1 千葉県浦安市入船における検討

4.2.2 東京都江東区辰巳における検討

1 1 4

12

13 18

21 21 26 27 28 29

30 30

41

54 55

56

56

57

4.3 施設群に対する液状化による損失評価法の適用性 4.3.1 損失評価の概要

4.3.2 浦安市内の 3 地域における液状化に対する損失評価

4.4 本章のまとめ 第 4 章の参考文献 第 5 章 結論

65

69

70

71

1

第 1 章 序 論

1.1 研 究 背 景

日 本 に お い て 地 盤 の 液 状 化 は 、

1964

年 新 潟 地 震 に よ り 生 じ た 液 状 化 に よ る 構 造 物 の 被 害 が 甚 大 だ っ た こ と か ら 注 目 を 浴 び る よ う に な っ た 。

1987

年 の 千 葉 県 東 方 沖 地 震 や

1995

年 の 兵 庫 県 南 部 地 震 、

2000

年 の 鳥 取 県 西 部 地 震 な ど の 地 震 に お い て も 液 状 化 被 害 が 報 告 さ れ て お り 、特 に 兵 庫 県 南 部 地 震 で は 都 市 部 の 埋 立 地 に お い て 甚 大 な 液 状 化 被 害 が 生 じ た 。こ れ ら の 液 状 化 被 害 に よ り 、液 状 化 は 地 盤 お よ び 基 礎 関 連 に お け る 耐 震 設 計 上 の 重 要 な 課 題 の 一 つ と さ れ 、地 盤 、基 礎 関 連 の 指 針 な ど に よ り 液 状 化 被 害 に 基 づ い た 液 状 化 が 発 生 す る 危 険 度 の 予 測 法 が 提 案 さ れ て き た

^{例 え ば}, 1 .1), 1.2 )

。 さ ら に

2001

年 に 改 定 さ れ た 日 本 建 築 学 会 「 建 築 基 礎 構 造 設 計 指 針 」で は 液 状 化 が 発 生 す る 危 険 度 の 予 測 法 の み な ら ず 、液 状 化 に 伴 う 地 盤 変 形 を 簡 易 に 予 測 す る 手 法

^{1 . 3 )}

も 示 さ れ て い る 。

液 状 化 が 生 じ た 際 は 躯 体 被 害 や 設 備 被 害 に と ど ま ら ず 、噴 砂 な ど に よ る 建 物 周 辺 の ア プ ロ ー チ あ る い は 外 構 の 被 害 や 地 盤 の 沈 下 に よ る 建 物 と 周 辺 地 盤 に 段 差 な ど の 被 害 が 予 想 さ れ 、上 部 構 造 の 補 修 費 用 と は 別 に こ れ ら の 被 害 に 対 す る 補 修 費 用 が 生 じ る 。

2011

年 に 発 生 し た 東 北 地 方 太 平 洋 沖 地 震 で は 、 関 東 地 方 の 埋 立 地 を 中 心 に 液 状 化 が 生 じ た が 、 特 に 千 葉 県 浦 安 市 で は 甚 大 な 液 状 化 被 害 が 生 じ 、 浦 安 市 内 に お け る 被 害 額 は

300

億 円 に も 上 っ て い る と 報 告 さ れ て い る

^{1 . 4 )}

。 ま た 浦 安 市 を は じ め と す る 各 公 共 団 体 で 公 開 さ れ て い る 液 状 化 マ ッ プ に よ る と 、埋 立 地 以 外 の 緩 い 砂 地 盤 な ど に お い て も 強 い 地 震 動 が 入 力 さ れ る と 液 状 化 す る 可 能 性 が あ る た め 、 こ れ ら の 地 域 に お い て も 液 状 化 に 伴 っ た 被 害 が 懸 念 さ れ て い る 。 そ の た め 、浦 安 市 な ど の 公 共 施 設 で は 液 状 化 の 防 止 、抑 制 を 行 う た め 既 に 液 状 化 対 策 工 が 施 工 さ れ て き て い る 。

地 震 に よ る 被 害 を 予 測 す る 手 法 の 一 つ と し て 地 震 リ ス ク 評 価 法 が あ り 、地 震 リ

ス ク 評 価 法 で 扱 わ れ る 指 標 に

DF

（

Damage Factor

： 損 失 率 ） や

PML

（

Probable Maximum Loss

：予 想 最 大 損 失 ）な ど が あ る 。

DF

は 建 物 の 補 修 費 用 と 新 築 費 用（ 再

調 達 価 格 ）の 比 率 で あ り 、地 震 リ ス ク と し て 扱 う 上 で は 地 震 に よ る 建 物 の 損 失 率

を 表 し 、 建 物 を 補 修 も し く は 建 替 え を 行 う 場 合 の 判 断 材 料 と な る 。

PML

は 建 物

の 耐 震 性 能 を 表 現 す る 指 標 と し て も 扱 わ れ る 一 方 、異 な る 定 義 の 基 で 既 に 実 用 化

2

さ れ て い る が

^{1 . 9 )}

、 地 震 に よ る 物 的 損 失 の 被 害 額 や 再 調 達 価 格 に 対 す る 被 害 額 の 割 合 で あ る こ と が 多 い 。 し た が っ て 、

PML

に よ り 地 震 リ ス ク を 評 価 す る た め に は 、建 物 の 補 修 費 用 に つ い て 検 討 し て お く 必 要 が あ る 。現 状 の 建 物 の 補 修 費 用 に 関 す る 研 究 お よ び 地 震 リ ス ク 評 価 法 で は 、振 動 に よ る 建 物 お よ び 建 築 設 備 の 物 的 損 失 を 対 象 と し た 研 究 お よ び 評 価 法 が 多 い 。 た と え ば 、 諏 訪 ・ 関

^{1 . 5 )}

は 、

1995

年 兵 庫 県 南 部 地 震 に よ り 被 災 し た 建 物 の 補 修 費 用 に つ い て 調 査 を 行 い 、各 建 物 の 所 在 地 に お け る 最 大 地 表 面 加 速 度 と 建 物 の 躯 体 被 害 お よ び 設 備 の 被 害 な ど を 対 象 に 各 補 修 費 用 の 関 係 に つ い て 検 討 し た 。ま た 、金 子・神 原

^{1 . 6 )}

は

1995

年 兵 庫 県 南 部 地 震 に よ る 建 築 設 備 の 被 害 に つ い て ま と め 、地 表 面 最 大 速 度 お よ び 震 度 と 被 害 率 の 関 係 に つ い て 示 し た 。米 国 で は

1985

年 に

ATC

（

Applied Technology Council

： 応 用 技 術 協 議 会 ）が カ リ フ ォ ル ニ ア 地 震 に よ る 建 築・土 木 構 造 物 の 被 害 を ま と め 、 建 築 ・ 土 木 構 造 物 の 種 類 を 詳 細 に 分 類 し 、 各 構 造 物 の 種 類 ご と に

PML

な ど の 地 震 に よ る 物 的 損 失 の 算 出 に 用 い る 損 失 関 数 と し て 示 し て い る

^{1 . 7 )}

。 さ ら に 近 年 で は 、FEMA（

Federal Emergency Management Agency of the United States： ア メ リ カ

合 衆 国 連 邦 緊 急 事 態 管 理 庁 ）が 地 震 や 津 波 な ど の 自 然 災 害 に よ る 被 害 の 軽 減 、緊 急 時 の 対 応 お よ び そ の 準 備 、復 旧 計 画 な ど を 行 う 場 合 に 必 要 と な る 災 害 リ ス ク の 評 価 法（

HAZUS MR-4）^{1 . 8 )}

を 示 し て い る 。こ の 評 価 法 で は 、施 設 の 用 途 、建 物 規 模 、 敷 地 条 件 な ど を 詳 細 に 分 類 し 、 施 設 の 機 能 損 失 の 程 度 を 評 価 す る と と も に

GIS

（

Geographic Information System

：地 理 情 報 シ ス テ ム ）を 活 用 す る こ と に よ り 、 地 域 の 経 済 的 、 社 会 的 損 失 を 評 価 す る こ と が 出 来 る 。 さ ら に 、

1990

年 代 後 半 の 不 動 産 証 券 化 を 背 景 に 個 々 の 建 物 の リ ス ク 評 価 が な さ れ る

1 . 9 ) , 1 . 1 0 )

と と も に 、 地 震 保 険 や 不 動 産 投 資 信 託 の 分 野 や 企 業 お よ び 地 方 自 治 体 の 防 災 計 画 に お い て は 複 数 建 物 を 対 象 と し た 地 震 リ ス ク の 評 価 が 重 要 で あ る

^{1 . 11 )}

。一 方 、液 状 化 に 関 す る リ ス ク 評 価 に お い て は 近 年 で は

GIS

を 用 い て

250m

メ ッ シ ュ に よ る 微 地 形 区 分 に 基 づ い て 過 去 の 液 状 化 履 歴 か ら 各 微 地 形 区 分 の 液 状 化 危 険 度 が 示 さ れ て い る

例 え ば, 1 .12), 1 .13)

。 ま た 、 地 方 自 治 体 に よ っ て は 液 状 化 危 険 度 の 地 図 上 で 示 し 、 液 状 化 に 対 す る 情 報 公 開 お よ び 注 意 喚 起 を 行 っ て い る 。し か し 、既 往 の 文 献 に よ る と 、 地 液 状 化 お よ び 液 状 化 に 伴 う 被 害 に よ る 損 失 を 定 量 的 に 評 価 し た 研 究 は 少 な く

1 . 9 )

、ま た 地 盤 改 良 技 術 を 取 り 入 れ た 被 害 損 失 の 算 定 精 度 は 低 い

^{1 . 1 4 )}

と さ れ て い る 。

3

こ の よ う な 観 点 か ら 、本 研 究 は 液 状 化 に よ る 地 盤 被 害 の 損 失 評 価 に つ い て 検 討

を 行 う た め 、

2011

年 東 北 地 方 太 平 洋 沖 地 震 に よ り 大 規 模 な 液 状 化 被 害 を 受 け た

千 葉 県 浦 安 市 に お け る 公 共 施 設 を 対 象 に 、各 施 設 の 被 害 状 況 に つ い て の 資 料 を 精

査 し 、各 公 共 施 設 の 補 修 費 用 な ど に つ い て 浦 安 市 に 対 し て ヒ ア リ ン グ 調 査 を 行 っ

た 。各 施 設 の 被 害 状 況 に つ い て 液 状 化 の 程 度 と の 関 連 に つ い て 検 討 を 行 う と と も

に 、液 状 化 に よ る 影 響 が 大 き い と 思 わ れ る 外 構 の 補 修 費 用 を 液 状 化 被 害 の 損 失 と

し て 捉 え 、液 状 化 の 程 度 ご と に 液 状 化 被 害 の 損 失 を 算 出 す る 手 法 を 提 案 す る も の

で あ る 。提 案 し た 液 状 化 被 害 の 損 失 の 算 出 法 か ら 算 出 さ れ る 外 構 の 補 修 費 用 と 液

状 化 対 策 工 の 工 費 の 比 較 に つ い て 、実 際 に 液 状 化 対 策 工 が 施 工 さ れ た 事 例 を 用 い

て ケ ー ス ス タ デ ィ を 行 っ た 。さ ら に 、液 状 化 被 害 の 損 失 の 算 出 法 を 用 い て 浦 安 市

内 の

3

地 域 を 対 象 と し た 液 状 化 被 害 の 損 失 率 の 比 較 を 行 っ た 。

4

1.2 既 往 の 研 究 お よ び 文 献 の 概 要 1.2.1 地 震 リ ス ク 評 価 に 関 す る 文 献

1.2.1.1 地 震 リ ス ク 評 価 と リ ス ク コ ミ ュ ニ ケ ー シ ョ ン

^{1 . 9 )}

(日 本 建 築 学 会 ,2011.3) 本 書 の 特 徴

1

章 で は 、設 計 者 、構 造 設 計 者 が リ ス ク を 踏 ま え た 意 思 疎 通 を 図 る う え で 、リ ス ク コ ミ ュ ニ ケ ー シ ョ ン を 行 う に 当 た っ て 留 意 す べ き 点 を 取 り ま と め て い る 。さ ら に 現 在 あ る 資 料 の 提 示 方 法 や 他 分 野 の 事 例 を 示 し 、耐 震 安 全 性 に 関 す る コ ミ ュ ニ ケ ー シ ョ ン 手 法 に つ い て 概 説 し て い る 。

現 在 、多 く の 機 関 が リ ス ク 評 価 を 行 う よ う に な り 、評 価 費 用 の 削 減 や 期 間 の 短 縮 化 な ど 、評 価 そ の も の が 簡 素 化 の 傾 向 に あ る が 、各 機 関 の 評 価 ノ ウ ハ ウ は 詳 細 に 開 示 し て い る 機 関 が な く 、機 関 に よ っ て 結 果 に 差 異 が 生 じ る 可 能 性 が あ る 。そ こ で 本 書 で は 、 地 震 リ ス ク 評 価 手 法 の ガ イ ド ラ イ ン 案 を

2

章 で 示 し て い る 。

1.2.1.2 不 動 産 投 資 ・ 取 引 に お け る

エ ン ジ ニ ア リ ン グ ・ レ ポ ー ト 作 成 に 関 す る ガ イ ド ラ イ ン

^{1 . 1 0 )}

(公 益 社 団 法 人 ロ ン グ ラ イ フ ビ ル 推 進 協 会 ，

社 団 法 人 日 本 ビ ル デ ィ ン グ 協 会 連 合 会 ， 2011.11) 本 ガ イ ド ラ イ ン の 特 徴

不 動 産 証 券 化 や 売 買 お よ び 資 産 査 定 等 に お け る エ ン ジ ニ ア リ ン グ ・ レ ポ ー ト

(以 下 、ER)

の 作 成 に 関 し 、業 務 内 容 、前 提 条 件 、作 成 者 の 資 質 、責 任 及 び 倫 理 並 び に 業 務 遂 行 上 の 留 意 点 の 必 要 事 項 に つ い て 明 確 に 示 し て お り 、公 正 な 不 動 産 取 引 の 促 進 を 資 す る こ と を 目 的 と し て い る 。

証 券 化 を 含 む 不 動 産 流 動 化 や 一 般 の 不 動 産 販 売 お よ び 資 産 査 定 等 に お い て 適 用 で き る と し て い る 。ま た 、不 動 産 管 理 に お い て も 参 考 資 料 と し て 使 用 さ れ る レ ベ ル の も の で あ る と し て い る 。さ ら に 、計 画・設 計 中 お よ び 施 工 中 の 建 築 物 を 直 接 対 象 と し て い な い が 、 考 え 方 を 参 考 に で き る と し て い る 。

本 ガ イ ド ラ イ ン は 、標 準 的 な

ER

の 全 容 を 明 ら か に し た も の で 、委 託 者 よ り 調

査 項 目 の 選 択 や 内 容 の 追 加 ま た は 変 更 を 制 約 す る も の で は な い 。

5

工 学 的 な 観 点 か ら 再 調 達 価 格 、緊 急・短 期 並 び に 長 期 の 修 繕 更 新 費 用 、地 震 に

よ る 予 想 損 失 額 等 の 経 済 的 要 素 に つ い て リ ス ク の 定 量 化 を 行 う と し て い る 。

6

1.2.2 建 築 物 の 地 震 リ ス ク 評 価 に 関 す る 既 往 の 研 究

1.2.2.1 建 築 物 の 地 震 予 測 最 大 損 失 (PML)分 析 プ ロ グ ラ ム

1 . 1 5 )

(村 地 ら ， 日 本 建 築 学 会 技 術 報 告 集 ， No.22， pp.487-490， 2005.12)

不 動 産 証 券 化 市 場 の 拡 大 に 伴 い 、 投 資 対 象 で あ る 建 築 物 の

PML

算 出 に 対 す る ニ ー ズ が 高 ま り 、計 算 手 法 お よ び 使 用 デ ー タ を 整 理 し 、評 価 法 を 確 立 す る こ と が 課 題 に 挙 げ ら れ て い る 。 こ の よ う な 背 景 の も と で 、 著 者 ら は

PML

算 出 に 必 要 な 地 震 活 動 情 報 、距 離 減 衰 、地 盤 情 報 、建 物 被 害 モ デ ル な ど 入 力 デ ー タ に 関 し て 最 新 の 情 報 を 与 え 、

PML

分 析 プ ロ グ ラ ム を 作 成 し た 。 本 論 文 で は 、 作 成 し た

PML

分 析 プ ロ グ ラ ム の 構 成 に つ い て 示 す と 共 に 、本 プ ロ グ ラ ム を 用 い た 評 価 事 例 を 示 し て い る 。

1.2.2.2 限 界 耐 力 計 算 法 を 活 用 し た 簡 易 地 震 LCC 分 析 プ ロ グ ラ ム の 開 発

^{1 . 1 6 )}

(坪 田 ら ， 日 本 建 築 学 会 技 術 報 告 集 ， No.24， pp.67-72， 2006.12)

地 震 に よ る 建 物 被 害 を 軽 減 す る た め に は 事 前 に 適 切 な 防 災 対 策 を 施 し て お く

必 要 が あ る が 、防 災 対 策 を 施 さ れ た 建 物 は ま だ 多 く な い 。こ の 理 由 の 一 つ と し て

防 災 対 策 に よ る メ リ ッ ト が 明 確 に 示 さ れ て い な い こ と が 考 え ら れ 、建 物 の 所 有 者

に 対 し て 防 災 対 策 に 投 資 す る 事 の メ リ ッ ト を わ か り や す く 提 示 す る 技 術 の 確 立 、

普 及 が 望 ま れ て い る 。 本 論 文 で は 高 橋 に よ る

Capacity Spectrum

法 に 基 づ く シ ナ

リ オ 解 析 を 利 用 し た 地 震 リ ス ク 評 価 手 法 を 用 い て 、建 物 供 用 期 間 中 に 発 生 す る 地

震 に よ る 損 傷 費 用 を 加 え た 供 用 期 間 中 の キ ャ ッ シ ュ フ ロ ー で あ る 建 物 の 期 待 地

震

LCC

を 簡 便 に 評 価 す る プ ロ グ ラ ム の 開 発 を 行 っ て い る 。 こ の プ ロ グ ラ ム は 、

時 刻 歴 応 答 解 析 を 伴 わ な い 簡 便 な シ ナ リ オ 解 析 を 実 行 す る こ と で 、簡 便 な が ら も 、

地 震 学 、地 盤 工 学 、構 造 工 学 に お け る 最 新 の シ ュ ミ レ ー シ ョ ン・モ デ ル を 導 入 す

る こ と で 、 解 析 結 果 の 合 理 性 を 追 求 し て い る 。

7

1.2.2.3 1995 年 兵 庫 県 南 部 地 震 に お け る RC 造 建 物 群 の 耐 震 性 能

1 . 1 7 )

(林 ら ， 日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集 ， No.528， pp.135-142， 2000.2) 林 ら は 、地 震 動 強 さ と 建 物 被 害 の 関 係 に つ い て シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 解 析 を 行 う 際 に 、解 析 対 象 に お け る 個 別 の 条 件 を 無 視 す る こ と が で き な い 以 上 、建 物 を 群 と し て 取 り 扱 い 、 よ り マ ク ロ な 視 点 か ら の 検 討 ・ 考 察 が 必 要 で あ る と い う 考 え か ら 、 兵 庫 県 南 部 地 震 に お い て 比 較 的 被 害 の 多 か っ た

6

階 建 て 以 上 の 建 物 を 含 む

RC

造 建 物 被 害 調 査 結 果 と 最 大 地 動 速 度 分 布 の 推 定 結 果 よ り 、

RC

造 建 物 の 被 害 と 地 震 動 強 さ の 関 係 お よ び 被 災 建 物 の 耐 震 性 能 に つ い て 検 討 を 行 っ て い る 。さ ら に 、新 耐 震 設 計 法 に よ る

8

～

12

階 建 て 建 物 の 被 害 率 曲 線 と 、仮 想 建 物 の 応 答 解 析 を 基 に 、 新 耐 震 設 計 法 に よ る 建 物 群 の 変 形 レ ベ ル と 被 害 率 の 統 計 的 な 関 係 を 推 定 し て い る 。

1.2.2.4 構 造 物 の 地 震 損 傷 度 評 価 手 法 の 検 討

^{1 . 1 8 )}

(大 井 ら ， 防 災 科 学 技 術 研 究 所 研 究 資 料 ， No.273， 2003.2) 本 研 究 で は 、震 災 被 害 予 測 シ ス テ ム に 用 い る 地 震 損 傷 度 曲 線 に 関 し て 、信 頼 性 解 析 技 術 の 最 新 の 知 見 に 基 づ き 、地 震 被 害 デ ー タ を 最 大 限 に 利 用 し た 評 価 手 法 の 開 発 を 目 的 と し て い る 。検 討 結 果 か ら 、現 在 利 用 さ れ て い る 建 物 被 害 関 数 は 多 様 で あ る こ と か ら 地 震 被 害 関 数 を 評 価 す る 場 合 は 、そ こ に 関 わ る 不 確 定 要 因 の 影 響 を 明 確 に す る 必 要 が あ る と し て い る 。ま た 、地 震 損 傷 度 曲 線 に は 、地 震 動 推 定 の 不 確 定 性 も 大 き く 作 用 す る た め 、地 震 動 評 価 を 含 め た 標 準 的 な 建 物 被 害 推 定 手 法 を 確 立 す る べ き と し て い る 。

1.2.2.5 建 物 耐 力 と 変 形 性 能 の ば ら つ き を 考 慮 し た 被 害 関 数 の 作 成 手 法

^{1 . 1 9 )}

(宮 腰 ら ， 構 造 工 学 論 文 集 ， Vol.51B， pp.105-110， 2005.3)

地 震 被 害 調 査 結 果 を 基 に 、 解 析 に よ り 建 物 の 被 害 関 数 を 推 定 す る 手 法 と し て 、

建 築 物 耐 力 特 性 分 布 を 加 え た 変 形 ク ラ イ テ リ ア の ば ら つ き も 考 慮 す る 手 法 を 提

案 し て い る 。兵 庫 県 南 部 地 震 の 実 被 害 デ ー タ か ら 鉄 筋 コ ン ク リ ー ト 構 造 物 の 被 害

関 数 を 推 定 し 、被 害 レ ベ ル に 対 応 す る 変 形 ク ラ イ テ リ ア を 決 め て い る 。ま た 木 造

建 築 と

RC

造 建 築 の モ デ ル を 作 成 し 、耐 力 分 布 は 対 数 正 規 分 布 と し て 地 震 応 答 解

8

析 を 行 っ て お り 、応 答 結 果 か ら 被 害 関 数 を 作 成 す る 際 に 変 形 成 分 の ば ら つ き を 考 慮 す る と 、 既 往 の 被 害 関 数 と よ い 対 応 と な っ た こ と を 示 し て い る 。

1.2.2.6 地 盤 増 幅 特 性 を 考 慮 し た

建 築 物 ポ ー ト フ ォ リ オ の 地 震 リ ス ク 評 価 手 法

^{1 . 1 1 )}

（ 清 水 ら ， 日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集 Vol.73， No.626， pp.511-518， 2008.4）

企 業 の リ ス ク 管 理 や 地 方 自 治 体 の 防 災 計 画 に お い て 、複 数 の 建 築 物 全 体（ 建 築

物 ポ ー ト フ ォ リ オ ）を 総 合 的 に 扱 う 地 震 リ ス ク 評 価 が 重 要 で あ る が 、建 築 物 ポ ー

ト フ ォ リ オ の 地 震 リ ス ク を 評 価 す る 場 合 、個 々 の 建 築 物 に お け る 地 震 リ ス ク 評 価

の 精 度 に 加 え 、各 建 築 物 に 作 用 す る 入 力 地 震 動 の 相 関 性 な ど を 設 定 す る 必 要 が あ

る 。既 往 の 研 究 で は 建 築 物 群 の 地 震 リ ス ク を 評 価 す る に あ た り 、地 点 間 距 離 な ど

を 考 慮 す る こ と で 地 震 動 の 空 間 的 な 相 関 性 を 考 慮 し て い る 研 究 が み ら れ る が 、地

震 動 の 空 間 的 な 相 関 性 に は 地 盤 の 増 幅 特 性 の 空 間 的 な 分 布 も 影 響 す る と 考 え ら

れ る 。そ こ で 、本 論 文 で は 地 盤 増 幅 特 性 を 考 慮 し た 建 築 物 ポ ー ト フ ォ リ オ の 地 震

リ ス ク 評 価 手 法 を 提 案 す る と と も に 、仙 台 地 域 に 立 地 す る 仮 想 建 物 に 対 す る ケ ー

ス ス タ デ ィ を 行 う こ と で 本 提 案 手 法 の 特 徴 に つ い て 示 し て い る 。本 提 案 手 法 で は 、

地 盤 増 幅 特 性 の 影 響 が 少 な い 地 震 基 盤 に お い て 地 震 動 の 相 関 性 を 与 え 、深 部 地 盤

お よ び 浅 部 地 盤 の 増 幅 特 性 を 考 慮 し て お り 、本 論 文 で の ケ ー ス ス タ デ ィ で は 地 震

動 の 伝 搬 経 路 特 性 、地 盤 構 造 モ デ ル 、地 盤 応 答 解 析 、建 築 物 モ デ ル 、建 築 物 応 答

解 析 お よ び 損 失 評 価 な ど に つ い て は 確 定 的 に 評 価 す る 事 で 地 盤 増 幅 特 性 を 考 慮

し た 入 力 地 震 動 の 関 係 を 考 察 し て い る 。

9

1.2.3 二 次 部 材 お よ び 建 築 設 備 の 地 震 リ ス ク 評 価 に 関 す る 既 往 の 研 究 1.2.3.1 ア ン ケ ー ト 調 査 に 基 づ く

建 物 の 非 構 造 部 材 被 害 と 地 震 動 強 さ と の 関 係

^{1 . 2 0 )}

(神 原 ら ， 日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集 ， No.578， pp.155-161， 2004.4) 地 震 に よ り 建 築 物 に 構 造 的 な 被 害 が 生 じ な い 場 合 で も 、非 構 造 部 材 や 設 備 に 被 害 が 生 じ る こ と が あ る 。こ の よ う な 被 害 は 、大 地 震 に お い て 広 域 で 発 生 す る だ け で な く 、発 生 頻 度 が 比 較 的 高 い 中 規 模 の 地 震 に お い て も 生 じ る 可 能 性 が あ る 。そ こ で 筆 者 ら は 、構 造 的 被 害 が 少 な か っ た が 、非 構 造 部 材 や 設 備 の 被 害 が 広 域 で 発 生 し た

2000

年 鳥 取 県 西 部 地 震 と

2001

年 芸 予 地 震 に お け る 建 物 被 害 と 地 震 動 強 さ の 関 係 を 調 査 し て 、非 構 造 部 材 や 設 備 に 関 し て 、地 震 動 強 さ と 被 害 の 様 相 の 関 係 に つ い て 検 討 し て い る 。調 査 結 果 よ り 、非 構 造 部 材 の 被 害 の 多 く は 震 度

5

以 上 の 地 域 で 発 生 し て お り 、非 構 造 部 材 の 被 害 率 は 建 設 年 代 が 古 い ほ ど 高 く 、非 構 造 部 材 に 被 害 を 受 け た 建 物 で は 、被 害 が 複 数 の 部 位 で 発 生 し て い た こ と 、建 築 設 備 に つ い て 大 き な 被 害 を 受 け た 建 物 は な か っ た こ と が 分 か っ て い る 。ま た 今 後 の 課 題 と し て 、機 能 損 害 や 経 済 的 な 被 害 に 関 す る 調 査 を 行 う と 共 に 、建 物 特 性 や 地 震 動 特 性 に よ る 影 響 に つ い て 検 討 す る 必 要 が あ る と し て い る 。

1.2.3.2 兵 庫 県 南 部 地 震 の 地 震 被 害 デ ー タ を 用 い た 建 築 設 備 の 被 害 率 曲 線

^{1 . 2 1 )}

(諏 訪 ら ，日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集 ，Vol.73，pp.1935-1941，2008.11)

諏 訪 ら は 、 建 物 の 機 能 性 に 着 目 し 、

1995

年 兵 庫 県 南 部 地 震 で 被 災 し た

156

棟

の 建 物 を 対 象 と し た 建 築 設 備 の 地 震 被 害 デ ー タ を 用 い て 、建 築 設 備 の 耐 震 性 能 を

被 害 率 曲 線 に 基 づ き マ ク ロ 的 に 評 価 し て い る 。対 象 と し て い る 設 備 の 種 類 は 、空

調 設 備 、衛 生 設 備 、電 気 設 備 お よ び 防 災 設 備 と し て お り 、建 築 年 代 別 、構 造 形 式

別 お よ び 建 物 階 数 な ど の 被 害 曲 線 か ら 検 討 を お こ な い 考 察 を 行 っ て い る 。さ ら に 、

RC

構 造 物 を 対 象 に 応 答 解 析 を 行 い 、 応 答 値 を 用 い た 被 害 率 曲 線 を 再 評 価 し て い

る 。

10

1.2.4 液 状 化 リ ス ク に 関 す る 既 往 の 研 究

1.2.4.1 モ ン テ カ ル ロ ・ シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る 液 状 化 リ ス ク 分 析 手 法

^{1 . 2 2 )}

(陳 ら ， 土 木 学 会 論 文 集 ， No.792/Ⅲ -71， pp.61-73， 2005.6)

地 震 時 に 発 生 す る 地 盤 の 液 状 化 は 、 構 造 物 や 地 盤 の 変 形 、 破 損 、 倒 壊 に 加 え 、

埋 設 構 造 物 の 浮 き 上 が り な ど 様 々 な 被 害 を 引 き 起 こ す 。こ の よ う な 被 災 事 例 の 研

究 に よ り 各 種 の 液 状 化 予 測・対 策 手 法 が 開 発 、提 案 さ れ て き た が 、現 行 の 液 状 化

の 予 測・判 定 手 法 は 主 に 確 率・統 計 的 な 見 地 で 規 定 さ れ た 地 域 や 地 盤 種 別 ご と の

想 定 地 震 動 に 対 す る も の で あ り 、か つ 深 度 ご と に 判 定 さ れ る 。本 論 文 は 、現 行 の

液 状 化 判 定 で は 液 状 化 の 有 無 と い う 二 者 択 一 的 評 価 と な り 液 状 化 に よ る 構 造 物

な ど の 経 済 的 損 失 が 考 慮 さ れ て い な い こ と か ら 液 状 化 対 策 の 必 要 性 を 定 量 的 に

判 断 で き な い こ と 、確 定 的 な 大 き さ の 外 力 お よ び 地 盤 特 性 の み を 用 い た 判 定 で は

起 こ り う る 任 意 の 大 き さ の 外 力 と そ れ に 対 応 し た 損 失 程 度 や 地 盤 特 性 な ど の 不

確 定 性 が 評 価 さ れ て い な い こ と か ら 、リ ス ク の 概 念 を 現 行 基 準・指 針 の 液 状 化 予

測 に 導 入 し 、外 力 や 土 質 条 件 の 不 確 定 性 を 考 慮 し た 液 状 化 危 険 度 評 価 の 手 法 を 提

案 し て い る 。

11

1.2.5 GIS を 用 い た 地 震 リ ス ク 評 価 に 関 す る 既 往 の 研 究 1.2.5.1 GIS を 活 用 し た 地 震 損 害 評 価 シ ス テ ム の 構 築

^{1 . 2 3 )}

（ 小 檜 山 ら ， 日 本 建 築 学 会 技 術 報 告 集 ， No.7， pp.187-191， 1999.2）

著 者 ら は 地 震 に よ る 建 物 の 損 害 評 価 を 行 う た め に 、日 本 全 国 を 対 象 と し た 歴 史 地 震 お よ び 活 断 層 の デ ー タ ベ ー ス か ら

GIS

の 機 能 を 活 用 し て 想 定 す る 地 震 の パ ラ メ ー タ を 設 定 で き る 地 震 損 害 評 価 シ ス テ ム を 開 発 し た 。当 シ ス テ ム で は 地 震 動 の 評 価 に 加 え 、液 状 化 危 険 度 の 評 価 を 行 う こ と で 地 震 動 お よ び 液 状 化 に よ る 建 物 被 害 の 評 価 を 行 っ て い る 。地 震 動 お よ び 液 状 化 に よ る 建 物 被 害 は 建 物 の 構 造 を 木 造 お よ び 非 木 造 に 分 類 し 、被 害 レ ベ ル を 全 損 、半 損 、一 部 損 の

3

種 に 分 類 し た 建 物 被 害 率 に よ る 評 価 を し て い る 。 建 物 被 害 率 は

1995

年 兵 庫 県 南 部 地 震 な ど の

6

地 震 に よ る 建 物 被 害 デ ー タ を 基 に 求 め た フ ラ ジ リ テ ィ 曲 線 を 用 い る こ と で 算 出 さ れ る 。な お 、当 地 震 損 害 評 価 シ ス テ ム は 地 震 動 お よ び 液 状 化 に よ る 建 物 被 害 の 評 価 に 加 え 、火 災 に よ る 建 物 被 害 の 評 価 も 行 う こ と が で き 、そ の 評 価 方 法 に つ い て も 本 論 文 に て 示 さ れ て い る 。

1.2.5.2 微 地 形 区 分 デ ー タ を 用 い た 広 域 の 液 状 化 危 険 度 と

液 状 化 に よ る 建 物 被 害 率 の 予 測 に 関 す る 研 究

^{1 . 2 4 )}

(山 本 ら ， 地 域 安 全 学 会 論 文 集 ， No.11， pp.275-285， 2009.11)

地 域 の 地 震 危 険 度 を 総 合 的 に 予 測 し て お く こ と は 、地 震 防 災 対 策 計 画 や 災 害 復

興 計 画 を 合 理 的 に 進 め る 上 で 重 要 で あ る と 考 え ら れ る こ と か ら 、既 存 手 法 を 整 理

し 、新 し い 広 域 の 液 状 化 危 険 度 予 測 手 法 の 考 え 方 に つ い て 提 案 し て い る 。過 去 に

起 き た 大 き な 地 震 に よ る 液 状 化 状 況 と 建 物 被 害 を 調 査 し 、広 域 を 対 象 と し た 微 地

形 区 分 デ ー タ を 用 い た 新 し い 液 状 化 危 険 度 お よ び 建 物 被 害 率 の 予 測 手 法 の 検

討 ・ 提 案 を 行 っ て い る 。

12

1.3 米 国 に お け る 既 往 の リ ス ク 評 価 法 の 概 要 1.3.1 ATC-13

^{1 . 7 )}

（

Applied Technology Council

（

ATC

）：

Earthquake damage evaluation data for California

（

ATC-13

），

1985

） 本 リ ス ク 評 価 法 は 、地 震 に よ り 生 じ た カ リ フ ォ ル ニ ア 州 に お け る 建 築・土 木 構 造 物 の 被 害 デ ー タ を 基 に し て 、地 震 に よ る 構 造 物 の 損 失 を 算 出 す る 事 を 目 的 に し た 地 震 リ ス ク 評 価 法 で あ る 。 建 築 物 （

40

区 分 ） や 土 木 構 造 物 （

38

区 分 ） を 躯 体 の 構 造 、材 料 な ど に 基 づ い て 詳 細 に 区 分 す る と と も に 、施 設 の 用 途 に よ り 区 分 し 、 過 去 に 生 じ た 改 正 メ ル カ リ 震 度 階 と 各 区 分 に お け る 地 震 動 に よ る 物 的 損 失 お よ び 人 的 被 害 の 関 係 に つ い て 検 討 さ れ て い る 。特 に 、施 設 の 被 害 状 況 を 示 す 指 標 と し て

(1.1)

式 の 様 な

DF

（

Damage Factor

、損 傷 率 ）の 概 念 や

PML

（

Probable Maximum Loss、予 想 最 大 損 失 ）を 求 め る た め の 損 失 関 数 が 示 さ れ て お り 、後 発 の 確 率 論 的

地 震 リ ス ク 評 価 法 の 貴 重 な 資 料 と な っ て い る 。

Damage Factor DF _{再 調 達 価 格} ^{補 修 費 用} （ 1.1）

1.3.2 HAZUS MR-4

^{1 . 8 )}

（ Federal Emergency Management Agency（ FEMA）：

HAZUS Technical Manual MR-4， 2009）

HAZUS

は 、災 害 リ ス ク の 評 価 手 法 と し て 米 国 の

FEMA

が 体 系 化 し た シ ス テ ム

で あ る 。リ ス ク 評 価 を 行 う 災 害 と し て は 地 震 の み で な く 津 波 や 噴 火 な ど が 含 ま れ

て い る 。地 震 に よ る 災 害 リ ス ク の 評 価 に 関 す る 算 定 フ ロ ー が 示 さ れ て お り 、当 フ

ロ ー で は 直 接 的 な 物 的 被 害 の 確 率 評 価 を 行 う の み で な く 、直 接 的 な 物 的 被 害 に よ

る 経 済 的・社 会 的 損 失 評 価 や 地 震 に よ り 誘 発 さ れ る 洪 水 や 火 災 な ど に よ る 物 的 被

害 の 評 価 な ど も 評 価 対 象 と な っ て い る 。

13

1.4 本 研 究 の 構 成 お よ び 概 要

現 在 、日 本 で は 地 震 に よ る 物 的 、人 的 、経 済 的 被 害 を 軽 減 す る た め の 対 策 が 講 じ ら れ て い る 。

1995

年 の 兵 庫 県 南 部 地 震 を 契 機 に 、 土 木 施 設 や 建 築 物 の 耐 震 性 が よ り 重 要 視 さ れ 、構 造 物 の 耐 震 性 を 判 断 す る た め の 耐 震 診 断 な ど が 普 及 す る こ と と な っ た 。一 方 、適 切 な 地 震 対 策 を 行 う た め に は 地 震 の 発 生 危 険 度 と 地 震 に よ る 構 造 物 の 物 的 損 失 を 関 連 付 け た 地 震 リ ス ク が 重 要 で あ る 。地 震 リ ス ク の 指 標 の 一 つ で あ る

PML

（

Probable Maximum Loss

： 予 想 最 大 損 失 ） は 、 リ ス ク 評 価 を 行 う 機 関 な ど に よ り 定 義 が 異 な り 、 文 献

^{1 . 9 )}

で は 現 在 よ く 使 用 さ れ て い る 定 義 と し て「

50

年 間 で の 超 過 確 率

10

％ の 損 失 を 生 じ る 地 震 に よ る

90%

非 超 過 損 失 」や「

50

年 間 で の 超 過 確 率

10%

の 地 震 動 強 さ に よ る

90%

非 超 過 損 失 」、あ る い は「

50

年 間 で の 超 過 確 率

10%

の 損 失 」が 示 さ れ 、各 々 の 特 徴 が 示 さ れ て い る 。い ず れ の 定 義 に よ る

PML

に お い て も そ れ ぞ れ の 定 義 に 対 応 し た 損 失 関 数 を 用 い て 損 失 を 算 出 し て い る 。 一 般 的 に 用 い ら れ て い る 損 失 関 数 の 概 念 図 を 図

1.4.1

に 示 す 。 損 失 関 数 は 損 失 を 確 率 変 数 と し た 確 率 分 布 関 数 が 用 い ら れ る こ と が 多 く 、

PML

で よ く 用 い ら れ る 超 過 確 率

10%

の 損 失 は 累 積 相 対 度 数 が

0.9（90%

） の と き の 損 失 に 相 当 す る 。地 震 に よ る 損 失 を 算 出 す る に は 地 震 動 の 評 価 と 地 震 動 に よ る 建 物 の 応 答 の み で な く 、地 震 に よ る 建 物 の 応 答 の 程 度 に 対 応 し た 損 失 関 数 を 定 義 す る 必 要 が あ る 。地 震 や 地 震 動 の 評 価 や 建 物 お よ び 地 盤 被 害 の 損 失 に 関 す る 既 往 の 研 究 の 一 例 を 図

1.4.2

に 示 す 。 地 震 に よ る 建 物 や 土 木 構 造 物 の 損 失 関 数 に つ い て は 、 前 節

図 1.4.1 損 失 関 数 の 概 念 図

確 率 変 数

（ 損 失 ） 累 積 相 対 度 数

(CDF)

100%(1.0) 90%(0.9)

小 破の と き の 90%非 超 過 確 率 に

お け る 損 失

中 破の と き の 90%非 超 過 確 率 に

お け る 損 失

大 破の と き の 90%非 超 過 確 率 に

お け る 損 失

50%(0.5) 中 央 値

小 破 中 破 大 破

14

ま で に 示 し た 様 に 既 往 の 研 究 や 損 失 評 価 法 で 示 さ れ て い る も の の 、日 本 建 築 学 会 か ら 出 版 さ れ て い る 「 地 震 リ ス ク 評 価 と リ ス ク コ ミ ュ ニ ケ ー シ ョ ン 」 に よ る と 、

「 液 状 化 と 建 物 被 害 の 関 係 や 液 状 化 と 建 物 損 失 の 関 係 に つ い て 定 量 的 に 評 価 し た 文 献 は ほ と ん ど な い 。」

^{1 . 9 )}

と さ れ て い る こ と か ら も わ か る よ う に 、 地 盤 被 害 に 関 す る 損 失 関 数 お よ び 損 失 評 価 法 に つ い て は ほ と ん ど 文 献 が な い の が 現 状 で あ る 。

こ の よ う な 背 景 を も と に 、本 研 究 は 液 状 化 に よ る 地 盤 被 害 の 損 失 評 価 手 法 を 提 案 す る も の で あ る 。そ の た め に 、

2011

年 東 北 地 方 太 平 洋 沖 地 震 に よ り 大 規 模 な 液 状 化 被 害 を 受 け た 千 葉 県 浦 安 市 に お け る 公 共 施 設 を 対 象 に 、各 施 設 の 被 害 状 況 に つ い て 資 料 調 査 お よ び ヒ ア リ ン グ 調 査 を 行 っ た 。各 施 設 の 被 害 状 況 と 液 状 化 の 程 度 と の 関 連 に つ い て 検 討 を 行 う と と も に 、液 状 化 に よ る 影 響 が 大 き い と 思 わ れ る 外 構 の 補 修 費 用 に 関 し て 統 計 的 に 検 討 を 行 い 、地 盤 被 害 に 関 す る 損 失 関 数 を 求 め た 。 さ ら に 、 図

1.4.3

に 示 す 様 な 現 行 の 液 状 化 判 定 法 に よ り 得 ら れ る 液 状 化 程 度 の 推 定 値 で あ る 地 表 面 動 的 水 平 変 位

Dc y

お よ び 液 状 化 指 数

PL

が 地 盤 被 害 の 程 度 を ど の 程 度 説 明 し う る か を 検 討 し た う え で 、外 構 の 補 修 費 用 を 評 価 す る 手 法 を 提 案 す る と と も に 、 そ の 適 用 性 の 検 討 を 行 っ て い る 。

図 1.4.2 地 震 リ ス ク 評 価 に 用 い る 既 往 の 知 見 の 一 例

■

陳 ら （

2005

）

モ ン テ カ ル ロ ・ シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る 液 状 化 リ ス ク 分 析 手 法

^{1 . 2 2 )}

な ど

■金 子 ， 神 原 （2010

）

兵 庫 県 南 部 地 震 の 被 害 調 査 に 基 づ く 建 築 設 備 の 被 害 関 数

^{1 . 2 0 )}

■諏 訪 ， 関 （2005

）

兵 庫 県 南 部 地 震 に お け る 建 物 の 補 修 費 用 に 関 す る 統 計 的 評 価

^{1 . 2 1 )}

な ど 建 物 に 関 連 す る 損 失 評 価 に 関 す る 既 往 の 研 究 の 一 例

■

石 井 、 佐 藤 （

1994

）

建 設 地 に お い て 考 慮 す る 地 震 象 に 基 づ く 設 計 用 地 震 動 策 定 法

^{1 . 2 5 )}

■司 、 翠 川 （1999

）

断 層 タ イ プ 及 び 地 盤 条 件 を 考 慮 し た 最 大 加 速 度 ・ 最 大 速 度

^{1 . 2 6 )}

■壇 ら （2013）

マ グ ニ チ ュ ー ド ９ ク ラ ス の プ レ ー ト 境 界 地 震 に よ る 強 震 動 予 測 の た め の

断 層 モ デ ル の 設 定 方 法

1 . 2 7 )

な ど 地 震 （ 動 ） の 設 定 に 関 す る 既 往 の 研 究 の 一 例

地 盤 被 害 に 関 連 す る 損 失 評 価 に 関 す る 既 往 の 研 究 の 一 例

15

本 論 文 は 全

5

章 で 構 成 さ れ て お り 、 本 論 文 の 章 構 成 を 図

1.4.4

に 示 す 。

第

1

章「 序 論 」で は 、地 震 損 失 リ ス ク 評 価 に 関 す る 既 往 の 研 究 お よ び 既 往 の 評 価 手 法 に つ い て ま と め る と 共 に 、 本 研 究 の 概 要 に つ い て 示 し て い る 。

第

2

章「 液 状 化 判 定 法 の 概 要 」で は 、本 論 文 で 提 案 す る 液 状 化 被 害 の 損 失 評 価 法 に お い て 液 状 化 の 程 度 の 予 測 に 用 い る 液 状 化 判 定 に つ い て 示 し て い る 。本 損 失 評 価 法 で 用 い た 液 状 化 判 定 法 と し て は 主 に 建 築 分 野 で 用 い ら れ る 日 本 建 築 学 会

「 基 礎 構 造 設 計 指 針 」に よ る 方 法 お よ び 、主 に 土 木 分 野 で 用 い ら れ る 日 本 道 路 協 会「 道 路 橋 示 方 書 」に よ る 方 法 で あ り 、本 章 で は こ の

2

つ の 方 法 に つ い て ま と め て い る 。さ ら に 、各 判 定 法 で 得 ら れ る 液 状 化 に よ る 地 盤 の 沈 下 量 の 予 測 値 お よ び 液 状 化 指 数 の 関 係 に 関 す る 既 往 の 研 究 に つ い て も ま と め る と と も に 、

2011

年 の 東 北 地 方 太 平 洋 沖 地 震 の 際 に 生 じ た 液 状 化 被 害 と 各 予 測 法 の 対 応 を 検 討 し た 既 往 の 知 見 に つ い て も 示 し て い る 。

図 1.4.3 既 往 の 地 震 リ ス ク 評 価 の 概 念 と 本 研 究 の 位 置 付 け 外 構 被 害 も 考 慮 し た

建 物 損 失 費 用

震 源 情 報 地 震 動 敷 地 ・ 地 盤 情 報

入 力 地 震 波 建 物 情 報 ・ 条 件

（ 建 物 モ デ ル ）

建 物 の 応 答 損 失 関 数

( 躯 体・設 備 等 )

想 定 さ れ る 建 物 被 害 の 損 失

液 状 化 判 定 法 (

D_{c y}

，

P_L

法 な ど )

液 状 化 に よ る 地 盤 被 害 の 損 失 関 数

液 状 化 に よ る 地 盤 被 害 の 損 失 既 往 の リ ス ク 評 価 手 法

本 研 究 の 検 討 内 容

16

第

3

章「 液 状 化 被 害 に お け る 損 失 評 価 法 の 提 案 」で は 、本 論 文 で 提 案 す る 液 状 化 被 害 の 損 失 評 価 法 を 構 成 す る 液 状 化 程 度 の 分 類 、各 液 状 化 程 度 の 分 類 に お け る 損 失 関 数 の 提 案 、 液 状 化 被 害 の 損 失 の 評 価 フ ロ ー を 説 明 し て い る 。 具 体 的 に は 、 最 初 に 、 外 構 の 補 修 費 用 に つ い て 統 計 的 に 検 討 す る に あ た り 、

2011

年 の 東 北 地 方 太 平 洋 沖 地 震 に よ る 千 葉 県 浦 安 市 の 公 共 施 設 を 対 象 に 行 っ た 被 害 調 査 の 結 果 に つ い て 、各 施 設 の 総 補 修 費 用 の 約

8

割 が 外 構 の 補 修 費 用 で あ っ た こ と 、液 状 化 程 度 と 建 物 外 周 面 積 当 た り に お け る 外 構 の 補 修 費 用 に 正 の 相 関 が み ら れ た こ と を 示 し た 。つ ぎ に 、液 状 化 被 害 の 損 失 評 価 法 で 用 い る 液 状 化 被 害 の 損 失 関 数 を 求 め る た め 、日 本 建 築 学 会 建 築 基 礎 構 造 設 計 指 針 に 示 さ れ て い る 地 表 面 動 的 水 平 変 位

Dc y

お よ び 液 状 化 指 数

PL

に 基 づ い て 液 状 化 程 度 を

3

分 類 と し 、 建 物 外 周 面 積 当 た り に お け る 外 構 の 補 修 費 用 を 確 率 変 数 と し た 確 率 分 布 モ デ ル を 評 価 し た 。な お 、確 率 分 布 モ デ ル と し て 用 い る モ デ ル と し て は 正 の 領 域 に の み 分 布 す る こ と か ら 対 数 正 規 分 布 お よ び ガ ン マ 分 布 の 適 用 を 検 討 し 、液 状 化 程 度 の 各 分 類 に お け る 確 率 分 布 の パ ラ メ ー タ を 推 定 し た 。推 定 し た パ ラ メ ー タ を 用 い た 確 率 分 布 モ デ ル と 実 測 沈 下 量 に 基 づ い た 液 状 化 程 度 の 分 類 に お け る 累 積 相 対 度 数 分 布 と の 比 較 お よ び 検 定（

K-S

検 定 ）を 行 っ た 。最 後 に 、現 行 の 液 状 化 判 定 法 お よ び 液 状 化 程 度 の 各 分 類 に お け る 確 率 分 布 モ デ ル を 用 い た 液 状 化 被 害 の 損 失 評 価 法 に つ い て 示 し て い る 。

第

4

章「 液 状 化 被 害 に お け る 損 失 評 価 法 の 適 用 性 の 検 討 」で は 、第

3

章 で 提 案 し た 液 状 化 被 害 の 損 失 評 価 法 を 用 い て 、千 葉 県 浦 安 市 入 船 地 区 お よ び 東 京 都 江 東 区 辰 巳 地 区 を 対 象 と し た 液 状 化 対 策 の 費 用 対 効 果 の 検 討 お よ び 浦 安 市 内 の

3

地 域 を 対 象 と し た 液 状 化 に よ る 損 失 評 価 の 適 用 事 例 に つ い て 示 す 。そ の 結 果 、本 損 失 評 価 法 を 用 い た 液 状 化 対 策 の 費 用 対 効 果 に 関 す る 検 討 お よ び 液 状 化 被 害 の リ ス ク 評 価 と し て の 有 用 性 を 示 し た 。

第

5

章 「 結 論 」 で は 、 本 研 究 の 総 括 を 行 っ て い る 。

17

図 1.4.4 本 論 文 の 章 構 成

序 論 第 1 章

結 論 第 5 章

液 状 化 対 策 工 に よ る 物 的 損 失 の 低 減 に 関 す る 適 用 施 設 群 に 対 す る 液 状 化 に よ る 損 失 評 価 法 の 適 用 性

第 4 章

液 状 化 に お け る 損 失 評 価 法 の 適 用 性 の 検 討

① 液 状 化 程 度 と 損 失 の 関 係

② 液 状 化 判 定 結 果 に よ る 分 類 に 対 応 し た 損 失 関 数 の 提 案

③ 液 状 化 に よ る 地 盤 の 損 失 評 価 法 の 提 案 第 3 章

液 状 化 被 害 に お け る 損 失 評 価 法 の 提 案

日 本 建 築 学 会「 建 築 基 礎 構 造 設 計 指 針 」 ・日 本 道 路 協 会「 道 路 橋 示 方 書 」

液 状 化 安 全 率 F

_L

液 状 化 危 険 度 P

_L

地 表 面 動 的 水 平 変 位 D

第 2 章

液 状 化 判 定 法 の 概 要

18

－ 第 1 章 の 参 考 文 献 －

1.1)

日 本 建 築 学 会 ： 建 築 基 礎 構 造 設 計 指 針 ，

pp.61-65

，

2001.10 1.2)

日 本 道 路 協 会 ： 道 路 橋 示 方 書 Ⅴ 耐 震 設 計 編 ，

pp.136-141

，

2012.3 1.3)

日 本 建 築 学 会 ： 建 築 基 礎 構 造 設 計 指 針 ，

pp.66-67

，

2001.10

1.4)

中 山 高 樹：

3.11

か ら

1

年 、浦 安 、液 状 化 被 害 と の 戦 い ，

UED

レ ポ ー ト

2012.

夏 号 （ 第

9

号 ），

pp.36-43

，

2012.9

1.5) J.Kanda

，

H.Shah

：

Engineering role in failure cost evaluation for buildings

，

Structural Safety

，

Vol.19

，

No.1

，

pp.79-90

，

1997.5

1.6)

諏 訪 仁 ，関 松 太 郎：兵 庫 県 南 部 地 震 に お け る 建 物 の 補 修 費 用 に 関 す る 統 計 的 評 価 ， 日 本 建 築 学 会 構 造 工 学 論 文 集 ，

Vol.51B

，

pp.143-148

，

2005.3 1.7)

諏 訪 仁 ，神 田 順：兵 庫 県 南 部 地 震 の 被 害 デ ー タ を 用 い た 建 築 設 備 の 被 害 率

曲 線 ， 日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集 ，

Vol.73

，

pp.1935-1941

，

2008.11 1.8)

金 子 美 香 ，神 原 浩：兵 庫 県 南 部 地 震 の 被 害 調 査 に 基 づ く 建 築 設 備 の 被 害 関

数 ， 日 本 建 築 学 会 学 術 講 演 梗 概 集 ，

D-2

，

pp.1333-1334

，

2010.7

1.9) Applied Technology Council

（

ATC

）：

Earthquake damage evaluation data for California

（

ATC-13

），

1985.

1.10) Federal Emergency Management Agency

（

FEMA

）：

HAZUS Technical Manual MR-4

，

2009.8

1.11)

日 本 建 築 学 会 ： 地 震 リ ス ク 評 価 と リ ス ク コ ミ ュ ニ ケ ー シ ョ ン ，

p.133

，

2011.3

1.12)

公 益 社 団 法 人 ロ ン グ ラ イ フ ビ ル 推 進 協 会・社 団 法 人 日 本 ビ ル デ ィ ン グ 協 会 連 合 会 ： 不 動 産 投 資 ・ 取 引 に お け る エ ン ジ ニ ア リ ン グ ・ レ ポ ー ト 作 成 に 関 す る ガ イ ド ラ イ ン ，

2011.11

1.13)

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1993.10 1.15)

松 岡 昌 志 ，若 松 加 寿 江 ，橋 本 光 史 ： 地 形 ・ 地 盤 分 類

250m

メ ッ シ ュ マ ッ プ

19

に 基 づ く 液 状 化 危 険 度 の 推 定 方 法 ， 日 本 地 震 工 学 会 論 文 集 ， 第

11

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坪 田 正 紀 ， 村 地 由 子 ， 高 橋 雄 司 ， 浅 野 美 次 ， 安 野 郷 ， 藤 井 中 ， 泉 田 伸 二 ， 中 川 太 郎 ， 山 岸 邦 彰 ， 竹 内 貞 光 ， 穴 原 一 範 ， 平 松 剛 ， 小 田 聡 ： 限 界 耐 力 計 算 法 を 活 用 し た 簡 易 地 震

LCC

分 析 プ ロ グ ラ ム の 開 発 ， 日 本 建 築 学 会 技 術 報 告 集 ，

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を 活 用 し た 地 震 損 害 評 価 シ ス テ ム の 構 築 ，日 本 建 築 学 会 技 術 報 告 集 ，

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20

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ル の 設 定 方 法 ， 日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集 ，

No.692

，

2013.10

21

第 2 章 液 状 化 判 定 法 の 概 要

2.1 本 論 文 で 用 い た 液 状 化 の 程 度 に 関 す る 指 標

現 行 の 液 状 化 判 定 法 と し て 、 主 に 建 築 の 分 野 で 用 い ら れ て い る 日 本 建 築 学 会

「 建 築 基 礎 構 造 設 計 指 針 」 に よ る 方 法

^{2 . 1 )}

と 土 木 の 分 野 で 用 い ら れ て い る 日 本 道 路 協 会 「 道 路 橋 示 方 書 」 に よ る 方 法

^{2 . 2 )}

が あ る 。 前 者 の 液 状 化 判 定 法 は 室 内 試 験 と 地 震 応 答 解 析 結 果 を 基 に 時 松 ・ 吉 見

^{2 . 3 )}

に よ っ て 提 案 さ れ た も の で 、 任 意 の 深 さ に あ る 層 の 液 状 化 安 全 率

FL

を 求 め る 方 法 が 示 さ れ て い る 。 さ ら に 、 液 状 化 に よ る 地 盤 の 変 形 量 で あ る 地 表 面 動 的 水 平 変 位

Dc y

を 求 め る 方 法 も 示 さ れ て い る 。 後 者 の 道 路 橋 示 方 書 に よ る 方 法 は 、 液 状 化 安 全 率

FL

を 求 め る こ と で あ る 層 の 液 状 化 の 安 全 率 を 求 め る と と も に 、

FL

に 基 づ い た 液 状 化 に よ る 構 造 物 へ の 被 害 程 度 を 予 測 す る た め の 手 法 と し て 液 状 化 指 数

PL

を も と め る 方 法 が 示 さ れ て い る 。 本 論 文 で は 地 盤 の 液 状 化 程 度 の 指 標 と し て

D_{c y}

お よ び

P_L

を 用 い る た め に 、 日 本 建 築 学 会「 建 築 基 礎 構 造 設 計 指 針 」に よ る 方 法 に 準 じ て 液 状 化 判 定 を 行 い 、浦 安 市 内 に お け る 公 共 施 設 の 液 状 化 程 度 を 推 定 し て い る 。以 下 に 液 状 化 判 定 法 の 概 要 に つ い て 示 す 。

a)液 状 化 安 全 率

F_L

a-1)液 状 化 判 定 を 行 う 条 件

液 状 化 判 定 を 行 う に あ た り 、日 本 建 築 学 会「 建 築 基 礎 構 造 設 計 指 針 」で は 液 状 化 判 定 を 行 う 地 盤 条 件 が 設 定 さ れ て い る 。当 指 針 で 示 さ れ て い る 液 状 化 判 定 を 行 う 地 盤 条 件 を 表

2.1.1

に 示 す 。

a-2)繰 返 し せ ん 断 応 力 比 L

図

2.1.1

に 示 す よ う に 対 象 地 盤 を 単 位 面 積 当 た り の 土 柱 に 置 換 し た 剛 体 モ デ ル を 想 定 す る 。 土 柱 が 地 表 面 加 速 度

αm a x

と 同 じ 加 速 度 で 水 平 方 向 に 剛 体 運 動 し て

表 2.1.1 液 状 化 判 定 を 行 う 地 盤 条 件

・ 地 表 面 か ら

20m

程 度 以 浅 の 沖 積 層

・ 細 粒 分 含 有 率

F_C

が

35%以 下 の 土

・ 粘 土 分 含 有 率 が

10%以 下 、 ま た は 塑 性 指 数 IP

が

15%以 下 の 埋 土 あ る い は 盛 土

地 盤

・ 細 粒 土 を 含 む 礫 や 透 水 性 の 低 い 土 層 に 囲 ま れ た 礫

22

い る 場 合 、 土 柱 の 底 面 に 働 く 最 大 せ ん 断 力

τ_{m a x}

は 次 式 よ り 与 え ら れ る 。

α

max

τ

_d

 m

γ α

_max

g

 z

(2.1.1)

こ こ に 、

m

は 土 柱 の 質 量 、

αm a x

は 地 表 面 最 大 加 速 度

(m/s²)

、

g

は 重 力 加 速 度

(9.8m/s²)

、

γ

は 土 の 単 位 体 積 重 量

(kN/m³)

、

z

は 地 表 面 か ら の 深 度

(m)

で あ る 。

実 地 盤 に お い て 土 柱 は 必 ず し も 剛 体 と は み な せ な い た め 、深 度

z

が 深 く な る に つ れ て こ の 値 は 減 少 す る 。 そ こ で 、 深 度 方 向 に 補 正 係 数

rd

を 導 入 す る と 次 式 が 与 え ら れ る 。

α

max

τ γ

g r

_d

z

d



z

d

g

r α

_max

σ



(2.1.2)

こ こ に 、

σ_z

は 上 載 圧

(kN/m²)

、 地 盤 が 剛 性 で な い こ と に よ る 低 減 係 数

r_d

は 次 式 か ら 与 え ら れ る 。

z

r

_d

 1  0 . 015

(2.1.3)

ま た 、 地 震 動 の 等 価 な 繰 り 返 し 回 数 に 関 す る 補 正 係 数 と し て

r_n

が 次 式 か ら 与 え ら れ る 。

) 1 ( 1 .

0 

 M

r_n

(2.1.4)

こ こ に 、

Ｍ

は マ グ ニ チ ュ ー ド で あ る 。

図 2.1.1 剛 体 モ デ ル

αm a x

τ_d G.L.

Z

地 震 波

23

よ っ て 、液 状 化 判 定 に 用 い る 外 力 と し て 繰 返 し せ ん 断 応 力 比

L

は 次 式 で 与 え ら れ る 。

d z z

n

r

r g

L

^max _'

σ σ

 α

(2.1.5)

こ こ に 、 σ

^'_z

は 有 効 上 載 圧

(kN/m²)

で あ る 。

a-3)液 状 化 抵 抗 比 R

対 応 す る 深 度 の 補 正

N

値

Na

を 次 式 か ら 求 め る 。 N C

N

₁



_N

・

(2.1.6)

/

'

98

_Z

C

N

 σ

(2.1.7)

f

a

N N

N 

₁

 ⊿

(2.1.8)

こ こ に 、

N1

は 換 算

N

値 、

CN

は 拘 束 圧 に 関 す る 補 正 係 数 、 ⊿

Nf

は 細 粒 含 有 率 に 応 じ た 補 正

N

値 増 分 で 建 築 基 礎 構 造 設 計 指 針 で は 図

2.1.2

が 示 さ れ て い る 。

N

値 は 標 準 貫 入 試 験

(SPT

試 験

)

等 で 得 ら れ る 実 測

N

値 で あ る 。

(2.1.8)

式 で 求 め ら れ る 補 正

N

値

Na

を 用 い て 、 図

2.1.3

の せ ん 断 ひ ず み 振 幅

5%

曲 線 か ら 補 正

N

値

Na

に 対 応 す る 飽 和 土 層 の 液 状 化 抵 抗 比

R

を 求 め る 。

以 上 よ り 求 め た 繰 返 し せ ん 断 応 力 比

L

と 液 状 化 抵 抗 比

R

か ら 各 深 さ に お け る 液 状 化 安 全 率

F_L

が 次 式 に よ り 与 え ら れ る 。

補 正

N

値 (

N_a

) 液状 化抵 抗比

R

また は 等価 な繰 返し せん 断応 力 比

L

図 2.1.3 補 正

N

値 と 液 状 化 抵 抗 比 お よ び 動 的 せ ん 断 ひ ず み の 関 係

^{2 . 4 )}

細 粒 分 含 有 率

F_C

(%)

補正 N 値 増分( ⊿

Nf

)

図 2.1.2 細 粒 分 含 有 率

F_c

と

N

値 の 補 正 係 数

^{2 . 4 )}

24

L

F

_L

 R

(2.1.9)

(2.1.9)

式 に お い て 、各 層 に 対 し て

FL

＜

1

で あ れ ば 、そ の 土 層 は 液 状 化 す る 可 能 性 が あ る と 判 定 さ れ る 。逆 に 、

FL

＞

1

で あ れ ば そ の 土 層 は 液 状 化 し な い と 判 定 さ れ る 。 ま た 、

FL

の 値 が 小 さ く な る ほ ど 液 状 化 の 発 生 危 険 度 が 高 く 、

FL

の 値 が

1

を 切 る 土 層 が 厚 く な る ほ ど 、 危 険 度 が 高 く な る と 判 断 さ れ る 。

b)液 状 化 指 数

P_L

液 状 化 指 数

PL

は 液 状 化 に よ る 構 造 物 へ の 被 害 程 度 を 予 測 す る 手 法 と し て 提 案 さ れ た も の で 、道 路 橋 示 方 書 で は 、側 方 流 動 力 の 補 正 係 数 と し て 用 い ら れ て い る 。

PL

は

FL

＜

1

の 土 層 に お け る

FL

と 対 応 す る 深 度 に 対 す る 重 み 係 数 を 乗 じ た 次 式 か ら 与 え ら れ る 。



^{ }

 ²⁰

0(1 )(10 0.5 )

　 F z dz

P_{L L}

(2.2.1)

こ こ に 、

z

は 地 表 面 か ら の 検 討 深 さ

(m)

で あ る 。

(2.2.1)式 か ら 得 ら れ た P_L

を 用 い て 、 岩 崎 ら

^{2 .5 )}

に よ り 示 さ れ た 表

2.1.2

の

P_L

と 液 状 化 の 危 険 度 の 関 係 か ら 対 象 地 盤 に お け る 液 状 化 の 危 険 度 を 求 め る こ と が で き る 。

c)

地 表 面 動 的 水 平 変 位

D_{c y}

日 本 建 築 学 会 「 築 基 礎 構 造 設 計 指 針 」

^{2 . 1 )}

で は 、 液 状 化 の 程 度 お よ び そ の 被 害 程 度 は 土 の 密 度 に よ り 大 き く こ と な り 、緩 い 砂 で は 強 度 や 剛 性 が 小 さ い ま ま 変 形 が 進 行 す る こ と に よ り 甚 大 な 被 害 に つ な が り 、密 な 砂 で は 変 形 が あ る 程 度 生 じ る

液状化指数　 P

L

液状化の危険度

P

_L

＝0 かなり低い

0＜ P

L

≦5 低い

5＜ P

L

≦15 高い

15＜ P

_L

極めて高い

表 2.1.2 液 状 化 指 数

P_L

と 液 状 化 の 危 険 度 の 関 係

^{2 . 5 )}

25

と 強 度 が 回 復 す る た め 被 害 も 比 較 的 軽 微 と な る こ と 、さ ら に 液 状 化 の 程 度 は 液 状 化 層 厚 の 厚 さ に よ っ て 異 な る と 考 え 、液 状 化 の 程 度 の 違 い を 評 価 す る 指 標 と し て 、 液 状 化 層 の せ ん 断 変 形 に よ り 生 じ る 地 表 面 動 的 水 平 変 位

Dc y

を 用 い て い る 。

Dc y

は 、 繰 返 し せ ん 断 応 力 比

L

と 補 正

N

値

Na

の 関 係 か ら 、 図

2.1.4

に 示 す よ う に 各 層 の 繰 返 し せ ん 断 ひ ず み

γc y i

を 推 定 し 、

γc y

が 同 一 方 向 に 発 生 す る と 仮 定 し 、こ れ を 各 層 の 層 厚 に 乗 じ た も の を 鉛 直 方 向 に 積 分 し て 算 出 さ れ る

(

図

2.1.5)

。 ま た 、

Dc y

は 液 状 化 に よ る 地 盤 の 沈 下 量

S

に 相 当 す る と さ れ て い る 。液 状 化 の 程 度 は

Dc y

の 値 に よ り 、 表

2.1.3

の よ う に 評 価 す る 。

補 正

N

値

N_a

せん 断応 力比

L

図 2.1.4 補 正

N

値

Na

お よ び 繰 返 し せ ん 断 ひ ず み の 関 係

^{2 . 6 )}

液 状 化 層 ② 液 状 化 層 ①

液 状 化 層 ③ 非 液 状 化 層

γc y①

γc y②

γc y③

Dc y③ Dc y② Dc y①

∑D_{c y i}=D_{c y}

図 2.1.5 地 表 面 動 的 水 平 変 位

Dc y

の 概 念 図

地表面動的水平変位　 D

_cy

液状化の程度

D

_cy

＝0 無し

0＜ D

_cy

≦5 軽微

5＜ D

_cy

≦10 小

10＜ D

_cy

≦20 中 20＜ D

_cy

≦40 大

40＜ D

_cy

甚大

表 2.1.3 地 表 面 動 的 水 平 変 位

Dc y

と 液 状 化 程 度 の 関 係

^{2 . 1 )}