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三次元浅部地盤モデル作成

 ボーリングデータや地質図等の既往文献を利用して、地震応答解析用の三次元浅部地盤モデル(三次元表層地盤モデル)を作成いたします。お気軽にお問い合わせください。

1.背景

 地震による揺れやすさは、同じ地域であっても表層地盤の地質の不均質性に大きく影響され、被災状況も異なることが知られています。 また、電気・ガス・水道・通信・鉄道等のライフラインや地下構造物では、表層の局所的なサイト特性が広域に影響を及ぼします。 このことから、地域性を反映したリスク評価のために詳細な表層地盤モデル(図 1 の浅い地盤構造)を構築し、地震応答解析に反映させることが重要です。

 しかし、多くの都市が存在する沖積平野の浅部を構成している沖積層(軟弱地盤)のモデル化には、ボーリング柱状図等の資料収集とデジタル化、ボーリングデータによって土質名等が異なる場合の統合と整理、 土質とN値からS波速度等の物性値の推定、地震動記録による物性値モデルの検証といった煩雑な作業に加え、当該地域を俯瞰的に把握するための地質学的な知見が必要になります。 そのため一般的には、簡易的な方法として、工学的基盤の最大速度に表層地盤増幅率を乗じて地表面の地震動が計算されることがあります。


2.三次元浅部地盤モデルの作成

 弊社は解析を専門とする会社ですが、地質学的な観点をふまえた地質モデリングのノウハウをもつ防災技術株式会社と協業し、ボーリングデータの整理・編集を効率的に行うプログラムの整備を行いました。 既存の地質図や堆積環境、堆積構造の研究成果の収集、検討、評価など地質学的な知見を踏まえた三次元浅部地盤モデル作成サービスをご提供しております。

 なお、地盤モデリングにはいくつかの手法がありますが、どのやり方にも対応は可能です。

 また、地震応答解析サービスとして、一次元線形解析、一次元等価線形解析、三次元有限要素解析も行っており、解析に対応したメッシュを作成し、N値、土質、年代及び微地形から計算した物性値等を割り当てることも可能です。

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図 1 地下構造モデルの模式図
(出典:震源断層を特定した地震の強震動予測手法「レシピ」付録3-18)


3.ボーリングデータの読み込みと土質分類の調整

 国交省形式のXMLファイルを読み込み、エラー(データの欠損等)をチェックします。また、土質名等の分類条件を設定して、各データの表現方法の違いなどを整理します。 ここでは地震応答解析用のS波速度構造モデル作成を前提として、粘土、砂、礫、岩盤、その他に分類しています。もちろん分類条件は任意に設定可能です。

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図 2 ボーリング柱状図データの編集

 図 3は、調整後の土質区分に基づく柱状図群の三次元表示です。

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図 3 ボーリング柱状図群


4.地層境界線の作成

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図 4 ボーリング位置図

 浅部地盤の断面図を作成するための断面線を設定し、断面線で選択した柱状図から地層境界線を作成します。既往の研究で地層の基底面の等高線図などが存在する場合は、それらの成果を参考にします。

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図 5 地層境界線の作成


5.地層面の作成

 GIS上で作成した地層境界の等高線を使って、地層面(TIN)を作成します。

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図 6 地層面(地表、沖積層、洪積層)


6.解析用物性モデルの作成

 地層面や微地形、ボーリング柱状図等のデータを統合して、地震応答解析用の三次元物性モデルを作成します(一次元に分割して出力することもできます)。ここでは線形応答解析用の物性モデルの例を示します。 物性値の推定に用いる変換式は、既往の研究成果を参考にして設定します。

地層区分、土質、N値から物性値のS波速度を推定する変換式の一例

中央防災会議(2006)の式 08subsurface.png ここに
 Vs:S波速度(m/s)
 N:N値
 alluvium:沖積層に対する補正係数
 diluvium:洪積層に対する補正係数
 tertiary:新第三紀層に対する補正係数
 clay:粘土層に対する補正係数
 sand:砂層に対する補正係数
 gravel:礫層に対する補正係数
 a, b:定数

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図 7 解析用物性データ

 図 7は解析用物性データの一部です。この他にQ値、孔口標高、平面直角座標等が出力されます。ボーリングデータのない地点では、産総研の方法に準じて近隣のボーリングデータから補間します。

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図 8 浅部地盤モデルの鳥瞰図(土質分類で表示)


7.出力データ

 標準(線形応答解析の場合)でご提供する三次元浅部地盤モデルに含まれるデータは下記のとおりです。
 ご要望に応じた変更が可能です。

 地層境界面  地表面、沖積層基底面、洪積層基底面
 メッシュ  水平方向 50m、鉛直方向 1m
 物性値  層厚1mごとの土質、単位体積重量、N値分布を反映したP波速度、
 P波のQ値、S波速度、S波のQ値


8.地震応答解析

 作成した三次元浅部地盤モデルは、一次元線形解析や一次元等価線形解析、三次元有限要素解析(FEA)を用いて計算することが可能です。下記より解析事例をダウンロードしていただけます。
 弊社では地震応答解析サービスもご提供しております。


9.問い合わせ

 詳細情報をご希望の方は、下記よりお問い合わせください。


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