Transcript 2010-13JEES-Part1 - 久田研究室

強震動予測手法に用いる
ベンチマークテスト
その1：概要
○久田嘉章（工学院大学）
青井 真（防災科学技術研究所）
加藤研一（鹿島建設）、早川 崇（清水建設）
川辺秀憲・釜江克宏・上林宏敏（京都大学）
永野正行（東京理科大学）、吉村智昭（大成建設）
境 有紀（筑波大学）
背景：強震動予測結果のばらつき
想定南海地震による長周期地震動評価例
永野・吉村「長周期地震動と建築物の耐震性」日本建築学会（2007）
最大速度(cm/s)
大阪：KiK-Net 此花
60.8
釜江波2
37.9
鶴来波
28.4
関口波1
22.5
関口波8
27.6
関口波18
速度波形（NS成分）
釜江波2
鶴来波
関口波1
関口波18
関口波8
疑似速度応答スペクトル（NS成分）
→ レシピに準拠しているが、異なる震源・伝播・サイト地盤モデル・手法
はじめに
強震動予測手法が発展・実用化
 様々は計算コードはあるが、実例やマニュアル
の不備など、実務者には容易に使いこなせない
 同じ対象の地震・観測点でも結果のバラつきが
大きい場合があり、実務者に信頼されていない
 ベンチマークテストの必要性あり：
既往の研究、SCEC/PEER（数値解析手法：Day他、
2000, 2003）、The SPICE Code Validation、‥
 計算コード・実例・マニュアルなどの公開

研究の目的
代表的な強震動計算手法（理論・数値・統計的
手法）によるベンチマークテスト実施：
単純モデル(2009)→複雑なモデル(2010)
結果公開(2009, 2010)→予測手法チェック
のための標準的なモデルへ
 ブラインド・プレディクション（2011）
地殻内地震（小中地震）、海溝型巨大地震
 強震動のばらつき等が建物に及ぼす影響
 使用コード・実例・マニュアルの公開（2011）

2009・2010年度ベンチマークテスト
（代表的な３手法、２段階ステップ）

○３つの代表的な強震動計算手法：
・理論的手法（波数積分法、離散化波数法、薄層法など）
・数値解析手法（差分法、有限要素法など）
・統計的グリーン関数法に代表される統計的手法

○単純なモデルによる２段階ステップ：
・点震源と単純地盤：ステップ１（締切：2009/9/30-10/14）
・面震源と単純地盤：ステップ２（締切：2009/12/11-12/25）
・点震源と複雑地盤：ステップ３（締切：2010/9/1）
・面震源と複雑地盤：ステップ４（締切：2010/11/1）

○HPによる公開・結果の募集：

http://kouzou.cc.kogakuin.ac.jp/benchmark/index.htm
○結果比較の例を紹介
今回の発表
（講演論文は
ステップ２まで）
理論的手法：ステップ１（２００９年度）
モデル名
地盤
減衰(Q 値)
震源
有効振動数
出力点
参考モデル
(Day他, 2 0 0 0 )

ステップ１（
締切:2 0 0 9 / 9 / 3 0 ）
T1 1
T1 2
T1 3
T1 4
２層地盤
一様地盤
なし
あり
なし
点震源（
深さ2 km ）
点震源（
深さ2 0 km ）
0 ～2 0 H z （
または0 ～5 H z）
+ 0 0 2 , + 0 0 6 , + 0 1 0 , + 0 3 0 , + 0 5 0 , + 1 0 0 km （
計６点）
UH S.1
LO H .3
LO H .1
LO H .1
UH S.2
(Day他, 2 0 0 3 )
担当：永野（東京理科大）、久田（工学院大）
Vs=2000 m/s Q=40f
Vs=3464 m/s Q=70f
座標系と２層地盤・点震源モデル（Day他、2000）
モーメントレイト関数
（指数関数、T=0.1秒）
理論的手法：ステップ２（２００９年度）
ステップ２（締切:2009/12/11）
T21
T22
地盤
２層地盤
減衰(Q値)
なし
震源
横ずれ断層
逆断層
有効振動数
0～5 Hz
出力点
±002, ±006, ±010, ±030, ±050, ±100 km（計12点）
参考モデル
LOH.4
LOH.2
(Day他, 2000)
(Day他, 2003)
モデル名
Vs=2000 m/s
６ｘ６ ｋｍ２
Vs=3464 m/s
４ｘ８ ｋｍ２
横ずれ断層モデル（Ｔ２１：左）と逆断層モデル（Ｔ２２：右）（Day他、2000）
理論的手法：ステップ３・４（２０10年度）
モデル名
地盤
減衰(Q 値)
震源
有効振動数
出力点
ステップ３（
締切:2 0 1 0 / 9 / 1 ）
T3 1
T3 2
T3 3
４層地盤
２層地盤
なし
あり
点震源（
深さ2 km ：
ガウス型関数）
同左（
深さ0 km ）
0 ～5 H z
+ 0 0 2 , + 0 0 6 , + 0 1 0 , + 0 3 0 , + 0 5 0 , + 1 0 0 km （
計６点）
ステップ４（
締切:2 0 1 0 / 1 1 / 1 ）
T4 1
T4 2
T4 3
T4 4
２層地盤
地盤
あり
減衰(Q 値)
なし
横ずれ断層（
上端深さ2 km ：
中村- 宮武関数） 同左（
震源
上端深さ0 km ）
連続
破壊伝播 1 km 間隔一定 1 km 間隔ゆらぎ
0 ～5 H z
有効振動数
±0 0 2 , ±0 0 6 , ±0 1 0 , ±0 3 0 , ±0 5 0 , ±1 0 0 km （
計1 2 点）
出力点
１波形
提出波形
１波形
３波形
モデル名
• 工学的基盤までの４層地盤を考慮（Vs=3464, 2000, 1000, 400 m/s震源時間
関数をガウス型関数（その３）、中村・宮武関数（その４）
• 破壊伝播のランダムな揺らぎを考慮（その４）
• 地表震源（その３）、地表断層（その４）を考慮
•→参加５チーム：波数積分法２、離散化波数法２、薄層法１→（その２）で発表
）
数値解析手法：課題（ステップ１・２：2009年度）
ステップ１（締切:2009/10/14）
ステップ２（締切:2009/12/25）
N11
N12
N13
N21
N22
２層地盤
２層地盤
地盤
一様地盤
なし
なし
減衰（Q値）
あり（振動数比例）
点震源（深さ２ km）
震源
横ずれ断層
逆断層
0～5 Hz
0～5 Hz
有効振動数
-10～10km（1 km間隔の21点）
-10～10km（21点）
出力点
参考モデル
UHS.1
LOH.3
LOH.4
LOH.1
LOH.2
(Day他,2000)
UHS.2
(Day他,2003)
(Day他,2003)
モデル名
・担当：吉村（大成建設）、永野（理科大）、青
井（防災科学技研）、川辺・上林（京大）、早
川（清水建設）
・震源モデル・地盤モデルは理論的手法と同じ。
但し観測点は±１０ｋｍ
・5 Hzまで精度確保(標準グリッドサイズを指定)
・X・Y方向は±15 km、Z方向は17 kmに吸収境界を
設ける（標準モデル）。スポンジゾーン（高減
衰領域）を併用する場合は外側に設ける。
出力点は
10km以内
（＋－側有り）
数値解析手法：課題（ステップ３・４：2010年度）
ステップ３（締切:2010/9/1）
ステップ４（締切:2010/11/1）
N31
N32
N33
N41
N42
4層地盤
傾斜基盤盆地
地盤
対称盆地
あり
あり
減衰
震源
点震源Ａ
点震源Ｂ
点震源Ｃ
点震源Ｃ
点震源Ｄ
0～2.5Hz
0～2.5Hz
有効振動数
XY-8.0～XY+8.0 XY-8.0～XY+8.0 XY2-8.0～XY2+8.0
-010～+010 +000～+018
(11点)
(11点)
(11点)
出力点
（21点）
（19点）
Y-8.0～Y+8.0
Y-8.0～Y+8.0
Y-8.0～Y+8.0
(10点)
(10点)
(10点)
モデル名
・震源モデル・地盤モデルは理論的手法と同じ。
17000
吸収ゾーン
２０００ｍ
16000
X (m )
17000
吸収ゾーン
２０００ｍ
15000
Ｒ
吸収ゾーン
２０００ｍ
8000
+010
+009
+008
+007
+006
4000
+005
+004
+003
+002
+001
-16000 -12000
-4000 +000
-8000
8000
4000
-001 ★
-002
0
-17000 -15000
-003
-004
-005
-006
-007
-4000
T
-008
-009
-010
-8000
Ｒ
-12000
T
吸収ゾーン
２０００ｍ
12000
16000
Y
(m )
15000 17000
-16000 -12000
-8000
+018
+017
+016
+015
+014
8000
+013
+012
+010 +011
吸収ゾーン
★
+009
+008
２０００ｍ
+007
+006
4000
+005
+004
+003
+002
+001
16000
-4000 +000
8000
12000
4000
Y
(m )
0
-17000 -15000
15000 17000
-4000
Ｎ３１
震源Ａ
-8000
-12000
Ｎ３２
震源Ｂ
-15000
-15000
吸収ゾーン
２０００ｍ
X (m )
15000
12000
12000
吸収ゾーン
２０００ｍ
16000
吸収ゾーン
２０００ｍ
-16000
-16000
-17000
-17000
吸収境界
吸収境界
Ｎ３３：対称盆地モデル
震源：盆地角点直下
基盤：Vs=3426 m/s
堆積層：Vs=1000 m/s
→参加７チーム：３D-FDM５、３D-FEM１、Aki-Larner法１→（その３）
統計的グリーン関数法:ステップ１・２（2009年度）
モデル名
地盤
減衰(Q値)
震源
破壊開始時間
有効振動数
出力点
乱数の設定
ステップ１
（締切:2009/10/07）
S10
S11
S12
S13
一様地盤
２層地盤
なし
あり
点震源
1～20 Hz
000,+002,+006,+010（計４点）
各自の乱数３パターン
指定
ステップ２
（締切:2009/12/18）
S21
S22
S23
２層地盤
なし
横ずれ断層
逆断層
横ずれ断層
一定
ランダム
1～20 Hz
000,±002,±006,±010（計7点）
各自の乱数３パターン
・担当：加藤(鹿島), 川辺・釜江(京大), 吉村(大成), 久田(工学院大)
・震源・地盤モデルは理論的手法とほぼ同じ。但し、小地震の震源モデル
はBoore(1983)を用い、波動は遠方近似ＳＨ波のみ使用する。震源・波形
パラメータ（fc、Δσ、fmax・・）は全て指定。放射係数は0.63で一定。
・波形合成は横井・入倉（1991）による。S23では破壊伝播のランダム性を
考慮する。
・２層地盤モデルでは、基盤入射波を求め、１次元重複反射理論による地
盤増幅率を乗じる。
・S10では乱数を指定、その他は最適と思われる３波形（１成分）を提出。
統計的グリーン関数法:ステップ３・４(2010年度)
ステップ3（点震源）
S32
ステップ4（面震源）
モデル名
S31
地盤
一様地盤
入射角
鉛直
斜め入射
斜め入射
Ｑ値
なし
あり
あり
２層地盤
(SH & SV)
S34
振動数(f)一定
S41
S42
横ずれ断層
振動数(f)依存
破壊開始時間
S44*
S43
２層地盤
４層地盤
点震源
震源
ﾗﾃﾞｨｴｰｼｮﾝ
S33
逆断層
横ずれ断層
振動数(f)依存
一定
ランダム
任意
一定
有効振動数
0～20 Hz
0～20 Hz
出力点
000, +002, +006, +010（計４点）
000, ±002, ±006, ±010（計7点）
出力成分
乱数の設定
水平2成分
水平・上下3成分
各自の乱数３パターン
水平・上下3成分
各自の乱数３パターン
注*) S44はオプションケースで自由参加。近地項や中間項の考慮など各自のオリジナル手法を考慮
・震源・地盤モデルは理論的手法・およびステップ１・２とほぼ同じ。但
し、波動はSH波に加え、SV波も考慮し、乱数は２成分で変える。震源モ
デルの放射係数はPitarka et al. (2000)による振動数・射出角依存とする。
・２層地盤モデルでは基盤入射波を求め、斜め入射も考慮して１次元重複
反射理論による地盤増幅率を乗じる（S32以降）。
・最適と思われる３波形（３成分）を提出。
:参加６チーム→(その４)で発表
おわりに





代表的な強震動予測手法である理論的手法、統計的グリー
ン関数法、数値解析手法によるベンチマークテストを実施
中。
2009年度は単純な震源・地盤モデルで、2010年度はより現
実的な地盤モデルで実施。参加者による結果は、ほぼ同等
な値を得ているが、様々な注意点が明らかとなった。
より詳細な検討が必要→（その２～４）
2011度はブラインドプレディクションを実施し、かつ結果
のばらつきが建物に及ぼす影響などを調査する。
より詳細は下記ホームページで公開している。
http://kouzou.cc.kogakuin.ac.jp/benchmark/index.htm