液状化判定のための高度な手法

地盤の地震応答解析はいくつかの目的で行われる。一番多く用いられるのは、構造物設計用の入力地震動を算出する目的で行われる解析である。その他、液状化の発生予測、土構造物の挙動評価などにも多く用いられている。また、1995年兵庫県南部地震を契機に設計にも性能設計が取り入れられるようになると、液状化時の変形予測のような研究の最先端話題に関しても設計に地震応答解析が用いられるようになってきている。

以降、液状化判定または発生予測に限定して地震応答解析の説明を行う。

液状化の予測手法は、大きく２つに分類される。1つ目は概略予測法と呼ばれ、広い地域内において液状化を予測する場合に用いられる。この方法は、微地形分類などの地理・地形情報や液状化の履歴図に基づいて地盤の液状化の可能性を定性的に把握するものである。特徴としては、広範囲な予測が安いコストで簡単に行えるが、予測精度が良くないこと、地震動の大きさによる液状化範囲の違いが予測しにくいことが挙げられる。

2つ目の予測法は、個々の場所において液状化の発生を予測する場合に用いられる。この方法は、地盤特性と地震動特性から液状化の発生を定量的に把握するもので、簡易予測法と詳細予測法に区分される。

簡易予測法には、原位置試験から得られるN値や粒度から液状化の発生を直接判定する「限界N値による簡易予測法」と、簡易式による地盤の強度と経験式による地震動特性を用いて判定する「FL値による簡易予測法」がある。特徴としては、ボーリング資料や土質試験の結果があれば簡単な計算により精度の良い予測が行えること、ただし、特に大きな地震動に対しては、適用上の限界に留意する必要があることが挙げられる。

詳細予測法のうちのひとつに、地震応答解析結果を用いたFL値による予測法というものがある。これは、実際の地盤から試料を採取して液状化試験とひずみ応答試験を行い、液状化試験結果からR(動的三軸強度,液状化強度)をひずみ応答試験結果を入力して地震応答解析を行なってL(動的せん断応力を求め、FL（=R/L）を算出するものである。この手法は、予測精度が高く、任意の地震動や地盤形状が考慮できるという長所があるが、詳細な調査や解析が必要なことからコストが高くいことから、広範囲な予測には適さないという短所がある。

液状化の予測法は、求められる目的と予測精度等によって表6.3.1のように分類される。例えば各自治体で公表されている液状化ハザードマップのように、広域の液状化危険度を予測するためには概略法や簡易法の方法が用いられる。ある特定の構造物に対する液状化を予測するためには簡易法や詳細法が用いられる。特殊法は、限定され た構造物に対象を絞った場合に、液状化の発生状況やそれによる構造物への影響を調べるため に行われる。なお、近年では、特殊法のうち模型実験は、FEM等の数値計算の再現性を検証する目的で、比較的数多く行われるようになってきた。

表では、概略法→簡易法→詳細法と、下に進むにつれて予測精度は高くなるが、一方で検討対象となる範囲は狭くなり、具体的な 検討作業も高度化する。

以後、いくつかの液状化予測法について概説する。

(1)概略(予測)法

概略法は、微地形分類など地理地形情報や液状化履歴図に基づいて、地盤の液状化のしやすさを定性的に把握するものである。1964年の新潟地震で発生した液状化の記録を微地形で分類すると、沖積低地の埋立地や盛土、新旧河道、砂丘間低地などでは液状化が顕著に見られるが、台地や丘陵地では液状化が全くみられない。このように微地形によって液状化が起きる可能性が異なるため、微地形区分から液状化の予測ができることになる。