Enomoto Takahisa

Ishii Takumi

Navarro Manuel

Sugimoto Minoru

Yamamoto Toshio

ナバロ マニュエル

山本 俊雄

杉本 実

石井 匠

荏本 孝久

English

Article学術フロンティア研究　平成１７年度～平成２１年度　研究成果報告書research repor

荏本, 孝久

Enomoto, Takahisa

山本, 俊雄

Yamamoto, Toshio

石井, 匠

Ishii, Takumi

杉本, 実

Sugimoto, Minoru

ナバロ, マニュエル

Navarro, Manuel

KANAGAWA University Repository

第 12回日本地震工学シンポジウム (2006)横浜市における常時微動および強震観測記録によるH/Vスペクトル比特性の比較検討Studyoncomparisonc-fHN spectralcharacteristicsbetweenmi CrotremorandseismicmotionrecoTdinYokohama荏本孝久 1, 山本俊雄1,石井 匠1,杉本 実 2,マニュエル ナバロ31祉 ahisaENOMOTOl,ToshioYAMAMOTOl,Thkn mi lSHTIl,Minoru SUGIMOTO2andManuelNAVARRO31神奈川大学工学部,FacuJtyofEngineering,KanagawaUniversity2元横浜市環境研究所,FormerYokohamaEnvirorLmentalScienceReseaLrChTnstihte3アルメリア大学理学部,DepartmentofAppliedPhysics,AlmeriaUniversitySUMMARY:Recently.inlandtypeearthqt】akealcapitalregionispredictedandseveraldisastermitiLgationTneaSureSareconsidered.Investigationofsiteeffectduetoslrfacesoi一stnJctureisbasicallyimportaJltfortheestimationofdamagedisbうbltion･Usualy,H/VspectrumobtainedfroTnmicrotremorisusedfortheestimationofsiteeffTect-hYokohamaCity,adenseseismicstation-1etWOrkwasinstalledcorlStitutedbyt50seismicstations.So,weobservedmicrotremoraH50sites.Thesoi一smctLreateadlSiteisquitedifferentandwasidenti広edをomSPTandPSLoggingTesLandwecanconfirm thediferenceofsoilStElCture.Inthispaper,WewolldliketopresentaleaPPlicabilityofmicTOLremOrCharacteristicsbycomparingtheH/Vcharacteristicsbetweenmicrob･emorsandseismicmotions･1 はじめに近年,首都圏直下型地震の発生が危倶されてお り,様々な地震防災対策の検討が行われている.中でも対象地域の表層地盤構造や地震動伝播特性を詳細に把握することは基礎的な地震防災上重要な課題となっている.磨度分布や地震動特性を評価する方法として.多数のポーリング調査データの収集を行って検討するのが望ましいが,経費や時間,社会条件や自然条件からも全ての場所で調査データの収集を行うことは困難である.それに対し,常時微動観測は簡便でコス トもかからないため多く活用されている.しかし,その解釈や適用限度に関しては依然として唆味な点が残されているため,有用性や適用性を明確にすることにより,精度の高い評価方法として利用できるようにする必要がある考えられる.横浜市においては,150地点の高密度な地震観測網[1]が整備されており地震観測記録が公開され,各観測点の地盤調査結果の情報についても整備されている.また,地質 ･地形区分による増幅特性を用いて震度分布を予測した地図[2]が公表されている.一方,大町らは横浜市内の公-1'-_小学校において常時微動観測を行い,tI/Vスペクトルの特性から地盤構造の特性の推定が可能であり常時微動の有用性を示 した[3〕.V.H.S.Rodrigue2=らは,横浜市の地震観測網により観測された地震記録と常時微動観測記録のWVスペクトルの特徴を分析 し.地盤区分法の提案を行っている[4〕.本研究では横浜市の地震観測網を構成する 150地点で常時微動萩軌を実施 し,同-地点で観測された強震観測記録と常時微動観測記魚を解析し,WVスペク トル比での比較を行った.また,各観測地点の地盤情報から地盤構造モデルを作成し, 1次元地盤振動解析による地盤の周波数伝達関数を算定した.これらの相関性を考慮 して,横浜市における常時微動観軌結果により得られる肌 スペクトル比の有用性について検討した.2 横浜市の地形 ･地質横浜市の地形 ･地質について,Fig.Tに示すように西側の丘陵部から東側に標高が低くなり㌻台地 ･丘陵地から低地に移行する.台地 ･丘陵地を開析する樹枝状の河川沿いの低い.段丘や谷底低地は軟弱な地盤を構成し,水害を受けやすい地域となっている.また,東部の海岸沿いの臨海地域には広く埋立地が分布 している.表層地質は台地 ･丘陵地では関東ローム属が分布 し,低地は沖積層等から成 り,臨海部の低地に分布する沖積届は軟弱で,最大 50m軽度の層厚を有してお り地庚動を増幅させたり液状化現象を引き起こす可能性が指摘されている.?? ? ? ?Fig.IGeologicalMapofYokohamaCityl5]3 常時微動および強震記録のスペクトル解析3.1 常時微動観測横浜市が,地震による災害応急対一策を目的として構築した ｢高密度強襲計ネットワーク｣の強震計設箇所 150地点は Fig.?_ に示されている.本研究でIも これら 150地点において強震計の直近 (半径約 5m経度以内)で常時微動観測をおこなった.観測は,2001年から2004年度にかけて実施し,2001年度 12地点 (神奈川区),2003年度に 111地点,2004年度に新たに 27地点の合計 1.50地点で常時微動観測を行い観測記録の解析を行った.319第 12回日本地震工学シンポジウム (2006)-■t-1? ??????????? ? ? ?? ? ?? ??‥ ??1,l■-t′'すごRF.: /:/tlFig-2DistributionofseismicstatiorLSCOnStitutedbytheYokohamaCityDenseAccelerometerNetwork3.2 観測方法常時微動観測には SPC-51K(東京測振)を使用 した.微動センサーは強威計#Jl'置位置から 5m以内に設置し,水平動2方向 (NS,EW成分),上下動 1方向 (UD成分)の合計 3方向成分について,サンプリング周波数 100Hzで180秒間観測行った.観測記録の波形およびフー リエスペク トルの 1例 (ttO6)をFig.3に示 した.52.50-2_5-5/～- yヽ,･卜1.一･/IJ､ ′ 一一一ヽ･- 加∴ JFig.3 An example ofwaverorm and Fouherspechlm Obtained打omTIjcrolremorobservatioJllSite:tO6]3.3 強震観測記緑横浜市の高密度強震計ネッ トワークでは,過去に起きた地震の震源情報及び強震計によって記録されたデータをインターネッ トより公開 している.本研究で解析に用いた強震記録は,2001年 1月～2004年 6月までに発生した地震の中で,姐5以上で震源深度が深 く,横浜市域より比較的遠い遠地地震であることを選定基準として8地震を選定 した.8地震の地震情報をTablelに示す.3_4 HJVスペク トル比の解析強震記録の解析に当たって,比較的表面波成分が多くなると考えられるコーダ部に着目し,公開されている 3成分の個別のデジタルデータファイルを 1つにまとめ,物理値 (加速度値)に変換 した.観測記録の波形およびフー リエスペク トルの l例 (tLO6)を Fjg.4に示 した-次に,この時系列波形 (NS成分)から,振幅絶対値による累積曲線を求め,累積値が 80%に達 した部分の時刻から20.48秒を抽出し,FFT法によりフーリエスペク トルを算定した320TableIBasicinformationconcemedLo8eaTthquakesusedinthisstudyA 瞬 ･T.T ～牡【賢 月瞳王 鵬I 此捕誕■b l丘5 5】 手鞠】瞥仙25 誕h l 棚 Z iZ51;瞥 7 h ■1 鰭35JIT7 豪 仙 l正一 7I )Jb 欄 3 1Jか * 馳 怜;瞥 h4 5月方 Wお 7Th l瓜 a 1ー Tq三好■h ‡蜘スペク トル解析に当たっては,常時微動,強震記録とも同株にバン ド幅0.3HzのParzenWindowにより平滑化を行った.さらにNS成分,EW成分のスペク トルを相乗平均 して水平 2次元成分 (H)を求め,それを上下成分のスペクトル (V)で除 して H/Vスペ クトル比を作成 した.一-- 嘩 軸 ･.轟 く- ii:∴ I/･･-L.一･一一欄 'rt･llPiti事,i･. ㍗ I . ･一J･一 ･- - 一一､｣ホ7.ヤL〆'･ヰ'I.IL- '･l･I l_lIJ'1~ ノ ⊥Fig･4 An example ofwaverorm and Fourierspectrum obtained FromseISm)c motionobsen/aLl'oTLlSite:tO614 H/Vスペク トル比の比較4.1 強震記録と常時微動の比較観測 地点 150地点ごとに観測 された8つの強蔑記録の H/V スペ ク トル比を重ね合わせ,それを常時微動のHJVスペク トル比と比較 しつつ.平均のfl/Vスペク トル比を作成 した.その際に明らかに特異なケースは削除 した.そ して最終的に強震観測記録による平均 WVスペ クトル比 と常時微動観測記録によるH/Vスペク トル比を重ね合わせて比較検討 した.1例(tto6)として Fig.5に両者の tVVスペク トルを重ね合わせた結果を示 したーまた,両者の観測記録のH/Vスペク トル比から個別に抽出される卓越周期Tとその周期に対応するrl/Vの比を増幅率 Rとして個別に抽出 した.さらに周期 0.1秒から2.5秒の周期範囲で H∧Jスペク トル比の曲線が囲む面積をスペ ク トル面積 Sとして個別に算定 し,これ ら3つの値 (T, Rおよび S)について常時微動観測結果に基づ く値 と強震観測記録に基づく値について両者の相関性を検討 した.それぞれの結果を Fl'g.6(T),FJ'g.7(R)およびFig.8(S)に示 した.第 12回日本地震工学シンポジウム (2006)L.LO65■コ竜･# _1.辛LJ,a ･lJ･tコ=∴ 壬韓 き き,｣0.tfJ.引 0.I ( lt) 伯UPrFnl泊tls】Fig.5Compariso】10fⅣVspech･alchaTaCterjsticsbetweenmicrotTemOrand seismicmotion observatjoTl recordlSite:tO6]* 一書 苛 q J･許 諾 F_舟の 印Ftl王PZ -:洞tI)15_ J ll;ね 3I!iH .l.( ).Jljll?? ‥ ?? ???? ? ?? ? ?? ??? ??? ? ?? ??? ?? ? ?? ?15.rtTL井内tI弘'!Fig,6 Comparison ofpredominantperiod value (T)betweenmjcrob-emoraEld seismicmotion observationrecord升叶やttとqiだ岩.tJの約帝!ZirtBt羊;lじり/J LH ,'{_' l'll'.■?? ?? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ??‥?? ? ?I.lal''乙一←.../l:,!:毒す'Jl fl t一 三'Jrtrli-1黙計8tl:Figl7 Comparison ofamplt'fication factoryalue (良)between mlCrOtremOTaJld seismJ'cmotion observationrecord*帝87BとCBだ吐良の細田盟 (血 筒i25J.I-;･H l.日.I,. tl L-iJ T?? ? ?? ? ?? ?? ? ? ?? ?? ? ??? ? ? ?? ????? ??? ???? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?i:J :5 '/J)STF･T潔的甘叫:IlI′.′Fig.8Comparison ofspectralareaValue(S)betweenmicrotrernorandseismicmotionobservationrecord4.2 比較轄果常時微動と強震観測記鐘のHNスペク トル比の卓越周期 (T),増幅率 (冗),スペクトル面積 (S)の3着の相関性について総合的に比較を行い,最終的な整合性に関する評価結果を分布図として Fig.9に示した.常時微動と強簾観測記録が一致した観測地点(○印)は 132箇所で,一致しなかった観測地点 (◆印)は15箇所,強震観測記録のデータが得られなかった地点 (★印)は 3箇所であった.この結果.常時微動と強震観測記録のH/Vスペクトル比の特性が一致し地点は,全体の約 88別こ当たるという結果が得られた.また,横浜市 150地点における周期 (T),増幅率 (R),スペクトル面積 (S)の相関図の結果より,周期(T)と増倍率(氏)に関しては,比較的よい相関性を示したが,スペクトル面積 (S)の相関性は,あまり良好な相関性を示していない.･1. ' ｡ ト 1.I? ? ? ? ?? ?????? ?? ? ????? ?0 常時微動と強震記録が一致◆ 常時微動と強度記録が不-敬★ データなしFig･9DistTjb-】tionofsitecLassiFicaLiorlresultaboutagreementofH/V spectral characteristicsbetweenmicrotremorandseisrnJ'cmotionobservationrecord5 地盤震動特性の検討5.1 地盤震動特性の理論解析の概要横浜市の強度計設置箇所のポーリングデータおよびp-S検層希異から,層厚 H(m),S波速度vs(m/see)および密度 p(g/cm3)を抽出して各観測地点の地盤構造モデ/レを作成した.このモデルを用いて,1次元地盤構造モデルによる地震応答解析を行った.その結果より周波数伝達関数を求め,地震我執結果による肌 スペクトル比との比較を行った.なお,本研究では地盤の減衰定数を 10%.基盤 (主に,第三紀上総層群で形成される工学的基盤相当)のS波速度を700m/secと設定 した.5.2 伝達関数と強震捜測記卓のH/Vスペク トルの比較1次元地盤構造モデルの地震応答解析で求められた周波数伝達関数と8地震の強震親測記最の平均n/vスペクトル比の比較を行った.Fig.10(a)に両者の1次卓越周期のピーク値が一致した地点の例(aso2)杏,Fig,10(b)にピーク値に誤差が見られた地点の例 (izO5)を示す.Fig.llには,強展観測記録による平均l†/Vスペクトルおよび周波数伝達関数による1次卓越周期のピーク値に関する相関図を示す.321第 12回日本地震工学シンポジウム (2006)asO26~0.01 0.1 1 10 1(》Porid(S)Fig.10 Examplesofagreementbetween H/V spectralcharacteristicsobtainedfrom seismicmotionrecordandtraJISf.erfunctioncalculatedby払eoretjcalトD responsearlalysis.日a)Up:GoodagreemeLlt(Site:asO2)and(b)Dourl:Nogoodagreement(Site:izO5)]両者を比較 した結果,強麓観測富己録の平均17/Vスペク トル比と周波数伝達関数のピーク値における整合性は,比較が可能であった全体の観測点 147地点中 113地点(約78%)においてピーク値が,ほぼ良好に一致した.ピーク値に差異が確認 される観測点,ピーク値が確認 されない観測点は 32点であった.幹事牧沸巳書と良基t丑のヰhEPI見にj:る用田520.5 1 1.5替玉記録Fig.I1Compadsor10fpredomiTlarltPeriodva一ue(T)betweenH/VspectralchaTaCLerisLicsobtained舟omseismicrTIOtionrecordandtransferRlnCLioncalculatedbytheorehCa1llDresponseana一ysis5 地盤構造 との関連性常時微動観測と強震観測記録による WV スペク トル比の比較結果について,強震計が設置されている地点のボー リング柱状図か ら地盤構造を以 下のように4区分(A-D) して両者の整合性について考察 した,結果をFig12に示す,この結果,HⅣ スペク トル比の特性が比較的良く一致 した観測地点は,基盤面とのコン トラス トが明瞭な地点 (地盤区分A,C)ものが多く確認 されたまた._良い整合性が認められなかった観測地点は,基盤322面が浅いものや,コン トラス トが不明瞭な地点や複雑な多層地盤構造となっている地点に多く見られた_･A:基盤面が浅く.インピー ダンス比が0.35未満･B:基盤面が浅く.インピー ダンス比が0.35以上･C:基盤面が深く,インピー ダンス比がo▲35未満ID:基盤面が深く,インピー ダンス比が0.35以上?????AB CDl_ I_"._._____ ______Fig.12ClassificationofsoilsLructweateachseismicsはtionsitebygeotechnicalinformationandTWn-ag陀ementratioofrUVspectralcharacteristicsbetweenmicrotremorandseismicmotionrecordS まとめ本研究では,横浜市線束計設置点において常時微動と強腰記録の HⅣ スペ ク トル比特性の比較により,常時微動の評価 ･適用限界の考察を行った_その結果,横浜市においては全体的に両者のHノⅤスペク トル比特性が比較的良く一致する傾向を示すことが確認 された.また,日付スペク トル比のスペク トル面積 (S)については,良好な相関性を示さなかったが,卓越周期 (T)と増幅率 (R)に蘭 しては良好な相関性が得 られた.これは,強震記録のコーダ部においてもS波成分による高次モー ドの周期成分が含まれることによるものと考えられる-また,地盤構造については従来か らの指摘と同様に基盤とのコン トラス トが明瞭な地点においては,常時微動のfl/Vスペク トル比から表層地盤の特性が比較的明確に把握可能であるが,コン トラス トが明瞭でない地点においてはHN スペク トル比の特徴が明確でない場合が多く常時微動の H/Vスペク トル比から表層地盤の坂動特性が十分に把握でず適用限界が認められた.謝辞本研究では,横浜市高密度強蔑計ネットワークで観測された強震記録を使用させて頂いた.記 して感謝致 します.また,本研究は,神奈川大学における文部科学省学術フロンティア研究プロジェク ト ｢災害 リスク軽戒を目的としたソフ ト･ハー ド融合型 リスクマネージメン トシステムの構築に関する研究 (研究代表者 :荏本草久)｣の一環として実施したものである.参考文献[1〕横浜市 :｢横浜市高密度強寅計ネッ トワーク｣:横浜市安全管理局危枝管理窒ホームページ(htr)jね,ww.city.vokohamaめ/me/busai/eq/)〔2】横浜市立大学地震研究センター監修 て｢横浜市地震マップ｣:横浜市総務局災害対策室防災技術課.2001.3[3j大町達夫他 :｢常時微動の水平動と上下動のスペク トル比を用いる地盤周期推定方蔭の改良 と適用｣:土木学会論文集, No489/I-27, pp.251-260, 1994.4〔4]V.tLS.RodriguezetaL:SiteClassILficationBasedonSpectralAmpHficaLioTIPaitemsforMicrotremorH/VRatio;Res_Rep-onEarth.Erlg.,No.85,ppi-22,Feb.2OO3[5]杉本 実他調査 ･編集 :｢横浜市地盤図集 ･横浜の地形地質図｣.横浜市,i996_9

横浜市における常時微動および強震観測記録によるH/Vスペクトル比特性の比較検討

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Study on comparison of H/V spectral characteristics between microtremor and seismic motion record in Yokohama

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