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理論検証例題

検証事例

図-1に示すように、水平横ずれ断層を検証モデルとして、100km x100km x 50km領域の一様均質地盤(Vs=3km/sec, Vp=5km/sec)を対象に、断層面を100の小断層面(走行方向10x傾斜方向10)に分割し、一様断層すべりが水平に発生した場合に地震波動伝播解析を行いました。
断層破壊伝播様式は、震央(0, 0, -10)kmから同心円状に破壊伝播速度Vr=3km/secと設定し、断層滑り変位関数には立ち上がり時間3秒のsmoothed ramp 関数を用いました。地盤の減衰は減衰なし(Q=∞)と質量比例減衰(Q=Q0f1)を与えました。解析条件を表-1に示します。

地震動図1.jpg

図-1 検証モデルの概要(1/4対称部分)

要素メッシュ分割は8節点六面体を使用しており、断層をスプリット・ノード法によってモデル化しました。分割した有限要素モデルの規模は節点数:530,553、要素数:510,000、約160万自由度となります。なお、地盤の東西面は無限要素を採用しました。出力点は東西方向に沿うA(-2, 0, 0)、B(-1, 0, 0)、C(0, 0, 0)、D(1, 0, 0)とE(2, 0, 0)kmの5点に設定しました。

シミュレーションに用いる計算機は、Quad Core Intel (R) Xeon X3430 2.40GHzのCPUを持つ。時間ステップ長さは0.005秒とし、6000ステップ(30秒)の計算時間を1コアで約20分、2コアでは約13分で計算が終了。
図-2に地震波動伝播の様子のスナップショットを示します。

表-1 計算条件

地震動解析_表1.jpg 地震動図2.jpg

図-2 シミュレーションによる波動伝播の様子(速度・3成分合成)

結果動画



出力点におけるシミュレーションと理論解の速度波形比較を図-3に示します。図-3によると、出力点において、理論波形と振幅、位相ともよく一致した波形が得られています。シミュレーションの波形は11秒以降の部分では、波形の乱れが見られます。これは解析モデルの範囲が狭いため、モデル境界の人工的な反射波を表しています。

減衰なしと質量減衰がある場合、シミュレーションの図を比較すると、波形は同じであり、位相もわずか遅れて、地盤質量減衰により振幅が80%程度になっています。これにより開発した地震動解析ソフトウェアEduS/FrontISTR/Quakeは減衰が正しく導入されていることが確認できました。

地震動図3.jpg

図-3出力点におけるシミュレーションと理論解の速度波形比較(EW成分)

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