盛土造成地の耐震

昨日の続きです。今日は耐震の整理。

国交省の宅地防災マニュアルには、耐震の記述もあります。
http://www.mlit.go.jp/crd/web/topic/pdf/takuchibousai_manual070409.pdf

それらを読んでいて、以下の文章に目がとまりました。

IV1 耐震対策の基本目標 開発事業において造成される土地、地盤、土木構造物等（以下「宅地」という ）の耐震対策においては、宅地又は当該宅地を敷地とする建築物等の供用期間中に一～二度程度発生する確率を持つ一般的な地震（中地震）の地震動に際しては、宅地の機能に重大な支障が生じず、また、発生確率は低いが直下型又は海溝型巨大地震に起因するさらに高レベルの地震（以下「大地震」という ）の地震動に際しては、人命及び宅地の存続に重大な 影響を与えないことを耐震対策の基本的な目標とする。

宅地防災研究会「[第二次改訂版]宅地防災マニュアルの解説」によれば、以下の定義がなされています。

「中地震」・・・深度5
「大地震」・・・深度6～7
「機能に重大な支障が生じない」
・・・宅地に被害が発生しない、通常の維持管理を超えない。
「人命及び宅地の存続に重大な 影響を与えない」
・・・クラック・はらみ出し・多少の滑動は許容するが、倒壊・崩壊は許容しない。

安定計算では地震時に崩壊するかどうかは対応できますが、中地震時に被害が発生するかどうかは分からないと思います。それを検討するには、中地震時に許容される変位量が必要でしょう。変位量の検討を提案すべきということでしょうか？

安定計算については以下の通り。

VI3 盛土のり面の安定性の検討 
１）安定計算
盛土のり面の安定性については、円弧滑り面法により検討することを標準とする。
また、円弧滑り面法のうち簡便式（スウェーデン式）によることを標準とするが、現地状況等に応じて他の適切な安定計算式を用いる。

４）最小安全率
盛土のり面の安定に必要な最小安全率（Fs）は、盛土施工直後において、Fs ≧ 1.5であることを標準とする。また、地震時の安定性を検討する場合の安全率は、大地震時に Fs ≧ 1.0とすることを標準とする。なお、大地震時の安定計算に必要な水平震度は、 0.25に建築基準法施行令第八十八条第一項に規定するＺの数値を乗じて得た数値とする。 

VI5 盛土全体の安定性の検討
盛土全体の安定性を検討する場合は、造成する盛土の規模が、次に該当する場合である。
１）谷埋め型大規模盛土造成地
盛土をする土地の面積が三千平方メートル以上であり、かつ、盛土をすることにより、当該盛土をする土地の地下水位が盛土をする前の地盤面の高さを超え 盛土の内部に侵入することが想定されるもの 。
２）腹付け型大規模盛土造成地
盛土をする前の地盤面が水平面に対し二十度以上の角度をなし、かつ、盛土の高さが五メートル以上となるもの。

①安定計算
谷埋め型大規模盛土造成地の安定性については、二次元の分割法により検討することを標準とする。
腹付け型大規模盛土造成地の安定性については、二次元の分割法のうち簡便法により検討することを標準とする。
④最小安全率
盛土の安定については常時の安全性を確保するとともに、最小安全率（Fs）は、大地震時に Fs ≧ 1.0とすることを標準とする。なお、大地震時の安定計算に必要な水平震度は、0.25に建築基準法施行令第八十八条第一項に規定するＺの数値を乗じて得た数値とする。

VI5 にて腹付け型と谷埋め型で、簡便法かどうかを使い分けていますね。背景は、円弧か非円弧かというところでしょうか？。谷埋め型のように、縦断方向の弱層に支配される滑りは非円弧です。が、多くの設計者は円弧で探索してしまうのでしょうね。

宅地防災マニュアルの解説IV3p93-94によれば、設計水平震度0.25でFs=1.0を満足する盛土を対象に動解を実施した結果、変位が50cm以内になったそうです。斜面長を20mとして2.5%以内に収まるということで、大規模地震時の水平震度と安全率を決めたようですね。条件やケース数、2次元か3次元かの区別が書かれていませんので詳細や信頼性は不明ですが、国交省「大規模盛土造成地の変動予測調査ガイドラインの解説」p89-90に示されているように、大規模地震時の動解による歪みが2.5％以内であれば問題ないということですね。
http://www.mlit.go.jp/crd/web/topic/pdf/guideline_ver.3.pdf
（余談ですが、このガイドラインの安定計算の箇所、3次元まで説明がありますね。腹付け型の20度以上、5m以上の根拠も示されています。）

総合的に考えると、2次元の縛りはありますが、SSRMが良さそうですね。最小安全率を有するすべりを円弧に限定せずに探索できますので。安全率の意味はLEMと同等ですし、パラメーターを調整すれば同じメッシュで変形量もチェックできます。（ついでに、圧密も同じメッシュでできます）。作業量も2次元LEMと大差ありませんし。2次元ではBESTな方法ではないでしょうか？
安全率を無視し、3次元の動解にて変位量をチェックするのも、本来の目的に答える形で良いのだと思います。が、こちらは金銭面でお客様に嫌われるでしょうね。

ま、基準内でも、いろいろ泳げそうです。もう少し、読んでみましょう。

盛土造成地の圧密

盛土造成地の圧密は初めてなので、基準に示される条件を整理しました。
基本的には道路土工と同じようですね。

以下、宅地防災研究会「[第二次改訂版]宅地防災マニュアルの解説」より備忘録です。

IX.6.1　軟弱地盤対策の基本的な考え方
１．諸条件の把握
③施工条件

• 厚い粘土質地盤及び泥炭質地盤・・・3cm/日
• 普通の粘土質地盤・・・5cm/日
• 薄い粘土質地盤及び泥炭質地盤・・・10cm/日
• 単位体積重量は表IX.6-1参照

2.基本的な考え方
①代表土性値は同一土層と考えられるものを、一定区域内でまとめる（特異値の削除）。

IX.6.2　沈下量・沈下速度の検討

• 一次圧密沈下量の検討を中心に解説。二次圧密は参考程度。

IX.6.3　許容残留沈下量

• 単位体積重量は表IX.6-2参照
• 鉄筋コンクリート布基礎で20cm

④低盛土の場合

• 建物荷重の考慮、不同沈下

IX.6.4　沈下量の計算方法

1. 間隙比e0を主とした式（e-logP曲線）
2. 圧縮指数Ccを使用した式（正規圧密に限定）
3. 体積圧縮係数mvを使用した式（正規圧密に限定）

（実務上は安全側を考慮し、正規圧密として計算する場合が多いと思いますが）

3 ． 即時沈下（粘性土）

• 基本、即時沈下は見込まない（軟弱層厚に比べ盛土幅が広く、一次元圧密と見なせる場合）。
• 軟弱層厚に比べて盛土幅が狭い場合や盛土端部など、せん断変形が生じる可能性がある場合には検討する

4 ． 砂層の沈下量

• 即時沈下量を求める

5 ． 2次圧密

• 顕著と予想される場合に検討
• 図IX.6-26参照

IX.6.5　沈下時間量の計算方法
１．計算手順

• 沈下で無視した薄い狭在砂層も排水層として考慮
• logCv-logP曲線

IX.6.6　沈下の検討における留意事項
1．計算値と現場における沈下との対応

• 試験施工で定数、特にCvを修正。できない場合でも沈下測定を実施。

2 ． 2次圧密などの長期沈下

• 軟弱層が厚い場合に著しい。

参考9.14②低盛土に生じる沈下

1. 軟弱層に接する盛土が低いので、地盤の不均一性に左右されたたわみを生じ、埋設管渠の不動沈下を生じやすい。
2. トラフィカビリティーの低い軟弱地盤表層に接して施工されるため、一般に盛土の締め固めが不十分となり、造成面の平坦性や道路舗装の維持に問題を生じやすい。
3. 高盛土のように建設荷重や交通荷重を盛土内に十分分散させることができないので、造成後の載荷重による軟弱地盤の変形や沈下が問題となる
4. 地下水位が相対的に高く、盛土材によっては地下水の影響を受けて盛土の強度が低下する。

• 盛土材は良質なものを選び、施工管理を入念に行って盛土を十分に締め固めるとともに、盛土内の排水を良好にすることが必要である。
• 残留沈下量が目標値を上回る場合には、所定の載荷重以上のプレロードを採用するなどして、不動沈下に対処することが有効である。
• 道路部では輪荷重が分散することなく軟弱地盤に伝達されるため、路面にたわみを生じ繰り返し荷重により路床・路盤が塑性化して舗装面に著しい亀裂が生じ損傷する例が多い。そのため、サーチャージ工法または置換・表層固結工法などによって地盤の強度を改良する、もしくは舗装・路床の剛性を高めるなどの対策が必要となる。

参考9.15②低盛土道路の沈下

• 交通荷重の影響に相当する盛土荷重（道路土工）

鳥取砂丘とジオパーク

鳥取砂丘に行ってきました。

子供のころに行ったことはありますが、大人になってからは初めてです。昔の記憶に比べて随分整備されていました。

まずは砂丘の上まで登りました。記憶と変わっていない風景が広がっています。

ただ、ラクダよりも風紋に興味の対象は変わっていました。綺麗な風紋は見ることができませんでしたが、ミニ版を見つけて満足でした。

降りてきてから、駐車場横のジオパークセンターへ。「ジオパーク」は任意団体による観光誘致のための仕掛けだと思っていたので、今まで興味を惹かれませんでした。そのため知らなかったのですが、意外と整備されています。

センターの中に入って驚きました。実体顕微鏡があります。

安息角を測る装置も2種ありました。今回はどちらも34度となりました。会社には下のと似た測定機があり、一昨日測ったばかりでした。こちらの装置の方がよくできていますね。

地層のはぎ取りでしょうか？新旧砂丘砂層の間には、火山灰層が挟まっています。残念ながら、作成法や深度は書かれていません。関連文献も紹介されていませんし、図書も販売されていませんでした。ジオパークセンターですから、対象としている地質に関連する図書くらいは一式そろえて欲しいですね。

お土産屋さんの裏に露頭があるとのこと。早速行ってみました。

立派な露頭です。が、少し砂を被っていました。こちらに先のはぎ取りと同じ説明をつけられた方が親切ですよね。説明書きの看板は一読しただけでは分かりませんでした。地質屋が読んで迷うのですから、一般の方には難しいでしょう。ま、一般の方は深く読まないでしょうから問題ないですが（ジオパークの看板はどういった方を対象に作られているのでしょうか？）。

お土産屋さんの中にある模式図や説明の方が分かりやすかったですね。文献、購入しましょう。

お土産屋さんの前に小さな砂簾ができていました。上から砂が雪崩のように滑り落ちてきます。すべりおちる角度が28～32度だそうです。ま、そんなもんでしょう。

世界のジオパークもいろいろあるようです。
http://www.europeangeoparks.org/isite/home/1%2C1%2C0.asp
こちらの方は Education という項目がありますが、これは良いですね。小さい子供たちや高校生を相手に地質教育のプログラムを提供する。教材としてジオパークを提供する。こういったコンセプトをもった活動が重要なのでしょう。






おまけ。
これもジオパーク！

Kriging with an External Drift

文献を読んでおりますと、kriging によって高精度にオイルサンド貯留層の深度を推定した事例がありました。

中山ほか(2011)地球統計学的手法によるカナダ・アルバータ州オイルサンド開発地域における反射法地震探データの深度変換の高精度化, 物理探査, 6４, 5

3つの kriging を試されています。Ordinary Kriging, Kriging with an External Drift （KED）, CoKriging です。KED については知らなかったのですが、CK同様に、求めたい物性値以外の物性値セットを利用して推定する手法でした。調べてみると、古い GSLIB には搭載されているようでしたが、SGeMS では探しきれませんでした。

レーダー探査もそうですが、反射法地震探査では往復走時が推定に利用できます。このデータも利用して深度を補間した事例でした。
似たような事例として、地表面標高と基盤面標高の関係を見出して CoKriging により後者を補間している報告がありました。この文献のような標高のトレンドを線形として扱わず、ばらついた値を考慮できるのが地球統計学の優位性ですね。
http://www.chuden.co.jp/resource/corporate/news_76_N07605.pdf

実務では1サイトで30～50本のボーリングを行うことは稀であり、なかなか統計的手法の適用は難しいと思います。が、たまにあるので、こういった事例・手法も頭に入れておかないといけません。
前にも書きましたが、地球統計学は有用なツールで、知らない地質屋よりも、知っている地質屋のほうが優位だと考えます。
http://phreeqc.blogspot.jp/2011/02/blog-post.html

リスク評価としては、こういった統計的手法を用いた数値化やシミュレーション結果を、出資者（土木分野）の土俵上に載せて話さないといけないのでしょうね。前述したように適用しづらいのでなかなか難しいでしょうが。
まあ、機会があれば KED も試してみましょう。

2次元と3次元の狭間

今日もCivil3D + GEORAMA 2012 の続きです。

癖をつかんだこともあり、今日は一度も落ちませんでした。

ただ、細部で改良されたのか、モデリング時に見たことのないエラーダイアログが出てきました。このソフト、Getting Started （PDF）はあるのですがマニュアルがありません。そのため、何のエラーでどこを修正すれば良いのか調べようがないのです。サポートサイトのFAQにもありませんでしたが、大体はメモリの量や扱う地質の最大値を変更すれば良いので、そのあたりの数字を修正していると、動くようになりました。今回は、サウンディングの換算N値を0.2mピッチで大量に入れていたため、ボーリング付帯情報の上限に引っかかっていたようです。

安定して動くようになると、便利な「CAD」だなあと思うようになります。
地表面（地質平面図）、横断図、縦断図の地層・土層の交点が自動で表示されるため、測る必要もなく、その分布を考える作業に没頭できます。また、3次元のデータ（境界面）を作るのに、2次元（土層線）でコントロールできるのが直観的で良いですね。
時には、考えていなかった土層分布をPCに推定されることがあり、解釈すると、なるほどなあと納得させられることもありました。

先日、5mメッシュのLPデータが広範囲で公開されましたが、これは地表面として使い勝手が良いと思います。今まではこの地表面作成がネックでしたので、簡単に3次元とはいきませんでした。
今後は2次元縦横断のみ必要な場合でも（3次元モデルを作ることを目的とせず） GEORAMA を使用するかもしれません。2次元の図面作成を3次元でPCに補助・チェックさせる、そんな使い方が手軽にできるようになりましたので。

GEORAMA 2012 の洗礼

仕事が落ち着いたため、CTC の GEORAMA 2012 を試用しました。

ブログ内を検索すると、昨年もこの時期に update していますね。
大抵の場合、新Ver.の組み合わせは動作に問題があるので、年度替わりの今頃しか怖くて導入することができません。

例によって、今日もエラーが頻発！　orz　orz　orz　
Civil単独では安定しているのですが、組み合わせて作業を始めると、エラーが出るようになります。午前中はクセをつかむのが精いっぱいで、作業が進みませんでした。
どうも、Civil3D 2012 に搭載された詳細レベル表示モードとの問題だったようです。午後は表示モードを切って、ローカルで作業し、こまめに保存することで作業が進むようになりました。

春の洗礼になりつつありますが、そろそろ卒業したいですね。



そういえば、片手間に触っていた XRD 用の PC-98 の HD が復活しました。
といっても、不良セクターを調べてからFORMAT コマンドで system を入れ込んで、データを戻し、config を触っただけです。洗礼を受けていた最中だったので、昔のシステムの方が素直なような気がしました。

地中レーダー探査で体積含水率？

文献の整理をしておりますと、地中レーダー探査から体積含水率を推定するといった報告を見つけました。

これ、調べてみると古くからある研究のようで、多くの方が報告されています。今回は比誘電率と広範囲の体積含水率の関係を、新たに整理しなおした文献でした。
鈴木敬一（2011）「誘電分散を伴う土質試料の比誘電率と体積含水率の関係」物理探鉱, 64, 3

なかなか実務的な内容です。読み終わって、これは使えそうだ！と思いました。が、1つ疑問が。どうやって、比誘電率の震度分布を求めるのか？に引っかかりました。地中レーダー探査（プロファイル法）では、それを知るために既知の深度でキャリブレーションを行って等価な誘電率を設定し、解析するからです。つまり、時間を測定し、速度（比誘電率）を決定して深度を求めているのです（先月理解したばかりです）。
http://phreeqc.blogspot.jp/2012/03/blog-post_10.html

調べてみると、その答えがこちらの文献にありました。

斎藤ほか (2007)「地中レーダを用いた不飽和土中水分移動解析」物理探査, 60, 6

http://www.jstage.jst.go.jp/article/segj/60/6/455/_pdf/-char/ja/
2種あり、ひとつはボーリングで含水比急変点を確認する直接的な方法、もうひとつは形状より判定する方法だそうです。後者はよく理解できません。さっそく文献を購入しましょう。

同様の内容を、岡大の竹下先生が国土技術センターで講演され、その資料が公開されています。ワイドアングル併用です。分かりやすいですね。ただ、これらの注意点も上記文献で触れられていますが。（余談ですが、この資料の中で、波形をシミュから作られています。どうやるのでしょう。驚きです。）
http://www.jice.or.jp/jishu/t1/201203060.html

文献を読んでみないと分かりませんが、こういった簡易な手法で地下の体積含水率分布がわかると、解像度は粗くても良いので、どこで水が多いか知りたい場合に役立ちそうですね。地すべりの水みち探しや堤防の漏水箇所探しなど、結構役に立ちそうです。

もう少し調べてみましょう。