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地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717

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タイトル 表紙
著者
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170001
内容
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タイトル 新しい設計法に対応した土と基礎の設計計算演習 平成29年度版
著者
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170002
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タイトル 本号の編集にあたって(<特集>地盤工学への逆解析/データ同化の利用)
著者 柏 尚稔
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ i〜i 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170003
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タイトル 目次
著者
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170004
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タイトル CONTENTS
著者
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170005
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タイトル 地盤工学における最先端のデータ同化/逆解析手法(<特集>地盤工学への逆解析/データ同化の利用)
著者 村上 章
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 1〜1 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170006
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タイトル 不確実性評価が可能な新しい4次元変分法(<特集>地盤工学への逆解析/データ同化の利用)
著者 長尾 大道・伊藤 伸一
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 2〜5 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170007
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タイトル 地盤工学におけるスパースモデリング(<特集>地盤工学への逆解析/データ同化の利用)
著者 珠玖 隆行・吉田 郁政
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 6〜9 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170008
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タイトル 体積含水率の現地計測結果に基づく浸透解析モデルのデータ同化(<特集>地盤工学への逆解析/データ同化の利用)
著者 伊藤 真一・小田 和広・小泉 圭吾・櫻谷 慶治
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 10〜13 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170009
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タイトル 不均質地盤の地下水モデリングにおける逆解析手法とその利用法の現状と展望(<特集>地盤工学への逆解析/データ同化の利用)
著者 増本 清
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 14〜17 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170010
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タイトル スペクトルインバージョンに基づくサイト増幅特性に関する評価-2016年熊本地震による大分県内の被災地を例として-(<特集>地盤工学への逆解析/データ同化の利用)
著者 秦 吉弥・門田 浩一・矢部 正明・池田 隆明
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 18〜21 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170011
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タイトル 模型実験結果を利用した圧密逆解析手法の検証(<特集>地盤工学への逆解析/データ同化の利用)
著者 柴田 俊文・西村 伸一・珠玖 隆行
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 22〜25 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170012
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タイトル 透明土を用いた地盤実験技術(技術紹介)
著者 宮田 喜壽・高野 大樹・野々山 栄人・Bathurst,J.Richard
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 26〜27 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170013
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タイトル 火山灰土設計水平地盤定数の杭基礎性能規定化への影響度(寄稿)
著者 磯部 公一・冨澤 幸一
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 28〜29 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170014
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タイトル 室内試験関係日本工業規格(JIS)の改正について
著者 地盤工学会基準部
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 30〜36 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170015
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タイトル 空港滑走路における薬液注入工法(技術手帳)
著者 林 健太郎・植田 勝紀
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 37〜38 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170016
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タイトル 1. 講座を始めるにあたって(X線CTから見る土質力学)
著者 大谷 順
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 39〜40 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170017
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タイトル 2. X線CTの概要と研究動向(X線CTから見る土質力学)
著者 肥後 陽介・高野 大樹・椋木 俊文
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 41〜48 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170018
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タイトル 1. 講座を始めるにあたって(南海トラフ巨大地震・津波発生の真実にせまる~強靭な社会の構築に向けて~)
著者 倉本 真一
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 49〜50 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170019
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タイトル 2. 南海トラフでの地震断層掘削とプレートテクトニクス(南海トラフ巨大地震・津波発生の真実にせまる~強靭な社会の構築に向けて~)
著者 木村 学
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 51〜58 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170020
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タイトル 新入会員
著者
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 59〜59 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170021
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タイトル 編集後記
著者
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 60〜60 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170022
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タイトル 平成29年度役員等
著者
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 60〜60 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170023
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タイトル 奥付
著者
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 60〜60 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170024
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タイトル 会告
著者
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ A1〜A4 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170025
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タイトル 地盤工学会所在地
著者
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ A5〜A5 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170026
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タイトル 【英訳化版】室内試験・地盤調査に関する規格・基準(Vol.1)の発刊
著者
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170027
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タイトル 裏表紙
著者
出版 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
ページ 発行 2017/10/01 文書ID jk201707170028
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  • タイトル
  • 表紙
  • 著者
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170001
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  • 新しい設計法に対応した土と基礎の設計計算演習 平成29年度版
  • 著者
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170002
  • 内容
  • છආभउண੢ा‫ؚ‬उਖः়ॎचम‫ؚ‬৉ೕੵ৾ভभ३ঙॵআথॢढ़‫ॺش‬पथउൢःखऽघ‫؛‬KWWSZZZMJVVKRSSLQJQHWฑ੔Ϯϵ೧ϳ݆൅ߨ$‫ڰ‬ਖ਼‫ط‬ᅚ‫ط‬ম৬৞ٔઘ‫ط‬ଛમ৞ٔઘ਌ ਏ ৯ ઃ਀౛ਸ਼ ‫ڭ‬ਸ਼ ‫ڮ‬ਸ਼ ‫گ‬ਸ਼ ‫ڰ‬ਸ਼ ‫ڱ‬ਸ਼ ‫ڲ‬ਸ਼ ‫ڳ‬ਸ਼ ‫ڴ‬ਸ਼ ‫ڵ‬ਸ਼‫ڬڭ‬ฆฆฆฆฆฆฆฆฆฆ৉ೕ৹ਪधਝੑप৷ःॊ৉ೕभ౾ਯகઉம੦ຊभਝੑቓ੦ຊभਝੑॣ‫ش‬९থ੦ຊಉभਝੑཕ෢भਝੑଅ೏ी‫ق‬৛೏ी‫ك‬भਝੑ৉ৣੵহपउऐॊ৉ৣ਷ৌੁಓഡ຿ৣभਫ਼ୈ࿿એभ਍৒ੰෲั૾৲भਫ਼ୈ಼ ༲ ‫ ݡ‬ຌ৶ੰ॑യघ௕਀॑௹୕पൕൗ਴ਛফप໷ষऔोञَৗౣ ଅध੦ຊभਝੑੑ઴౰ಆُभলගऊै‫ڳ‬ফ‫؛‬মછदम‫ؚ‬ऒभ৑प੝ၖऔोञ੦૆ृ੐ଉಉभ৔ઍ॑ాॉ੢ा‫ؚ‬৉ೕपঢ়घॊଡୗ੟ਝੑभઅइ্ृু১॑ীऊॉृघऎ੶஽खथःऽघ‫؛‬ऽञ‫ؚ‬ౄৰखञ௕਀ृੰହधधुपਝੑੑ઴भ౰ಆ୻਻॑੗ਯൕൗखथःऽघभद‫఻ؚ‬৬৓ऩੑ઴॑ৢखथਝੑभੂన॑৾सॊଡਛपऩढथःऽघ‫؛‬ৰਜ৽ୡभฒःૼ୒঻पउ໗ीभ঳ၻदघ‫؛‬ੑ઴ૌங॑ഛႠपੰହ
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  • タイトル
  • 本号の編集にあたって(<特集>地盤工学への逆解析/データ同化の利用)
  • 著者
  • 柏 尚稔
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • i〜i
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170003
  • 内容
  • 本号の特集にあたって逆問題は結果から原因を推定する方法であり,理工学分野において逆問題・逆解析は古くから数多くの手法が提案されています。近年の地盤工学においては,地震観測記録に基づく震源メカニズムの推定や長期の観測に基づく地盤沈下の評価などに利用される例が見られ,構造物の設計や施工管理に応用されています。近年のコンピュータ技術の発展に伴って,昔では考えられないほどの大規模な計算が可能となってきており,逆解析に基づく地盤物性評価の適用範囲は日々拡大しています。仕様規定型から信頼性設計に基づく性能規定型の設計への移行が叫ばれ続ける中で,不確定性が多く含まれる地盤に対して最適な構造物を設計・施工するためには,逆解析とデータ同化を如何に上手く現場に展開させるかが重要になるものと思われます。そこで,地盤工学における逆解析とデータ同化について,最先端の技術を紹介する特集を企画しました。総説では,データ同化/逆解析の発展の概略を説明すると共に,地盤工学問題として今後の研究進展の余地を執筆されております。論説では,大規模な数値モデルに適用できる非逐次型の 4次元変分法を用いた不確実性評価法について執筆頂きました。5 編の報告では,スパースモデリングの地盤工学への適用例,粒子フィルタを用いた浸透解析モデルのデータ同化の事例,不均質地盤における地下水モデルの数値逆解析法,スペクトルインバージョンによる地震基盤~地表のサイト増幅特性の評価事例,二次元の圧密試験に対する逆解析事例といった,多岐に渡る内容を執筆頂きました。本特集を通じて,逆問題とデータ同化の利点や今後の発展への期待をお伝えできれば幸いです。本特集号が読者の皆様にとって有益なものとなることを願っております。柏尚 稔(かしわ ひさとし)地盤工学会のホームページ URLhttps://www.jiban.or.jp/国際地盤工学会ホームページ http://www.issmge.org/編集兼発行者公益社団法人地盤工学会
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  • 目次
  • 著者
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170004
  • 内容
  • 特集テーマ地盤工学への逆解析/データ同化の利用総説地盤工学における最先端のデータ同化/逆解析手法 ……………………………………………… 1●村上論説章不確実性評価が可能な新しい 4 次元変分法 ………………………………………………………… 2●長尾報(公告募)(公募)大道/伊藤地盤工学におけるスパースモデリング ……………………………………………………………… 6●珠玖隆行/吉田募)真一/小田募)募)吉弥/門田稿俊文/西村料正明/池田隆明伸一/珠玖隆行透明土を用いた地盤実験技術 …………………………………………………………………………26喜壽/高野大樹/野々山栄人/Bathurst, J. Richard火山灰土設計水平地盤定数の杭基礎性能規定化への影響度 ………………………………………28●磯部資浩一/矢部模型実験結果を利用した圧密逆解析手法の検証 ……………………………………………………22●宮田寄慶治スペクトルインバージョンに基づくサイト増幅特性に関する評価―2016年熊本地震による大分県内の被災地を例として― ………………………………………………………………………18●柴田技術紹介圭吾/櫻谷清●秦(公和広/小泉不均質地盤の地下水モデリングにおける逆解析手法とその利用法の現状と展望 ………………14●増本(公郁政体積含水率の現地計測結果に基づく浸透解析モデルのデータ同化 ………………………………10●伊藤(公伸一公一/冨澤幸一室内試験関係日本工業規格(JIS)の改正について …………………………………………………30●地盤工学会基準部技術手帳空港滑走路における薬液注入工法 ……………………………………………………………………37●林健太郎/植田勝紀 講座X 線 CT から見る土質力学1. 講座を始めるにあたって …………………………………………………………………………39●大谷2.順X 線 CT の概要と研究動向 ………………………………………………………………………41●肥後陽介/高野大樹/椋木俊文南海トラフ巨大地震・津波発生の真実にせまる~強靭な社会の構築に向けて~1. 講座を始めるにあたって …………………………………………………………………………49●倉本2.真一南海トラフでの地震断層掘削とプレートテクトニクス ………………………………………51●木村学新入会員 ………………………………………………………………………………………………………59編集後記 ………………………………………………………………………………………………………60
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  • 著者
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170005
  • 内容
  • Theme: Application of inverse analysis/data assimilation to geotechnical engineeringCuttingedge Methods for Data Assimilation/Inverse Analysis in Geotechnical Engineering ………………………… 1● Akira MurakamiNew Fourdimensional Variational Method that Enables Uncertainty Quantiˆcation …………………………………… 2● Hiromichi Nagao and Shinichi ItoSparse Modeling in Geotechnical Engineering ………………………………………………………………………………… 6● Takayuki Shuku and Ikumasa YoshidaData Assimilation of Seepage Model based on Field Measurements of Volumetric Water Contents …………………10● Shinichi Ito, Kazuhiro Oda, Keigo Koizumi and Keiji SakuradaniCurrent State and Future Vision of Utilization of Inverse Modeling for Heterogeneous Aquifer ………………………14● Kiyoshi MasumotoEvaluation of Site Ampliˆcation Factors at Damage Sites for the 2016 Kumamoto Earthquake based onSpectral Inversion Method using the Observed Aftershock Records ………………………………………………………18● Yoshiya Hata, Hirokazu Kadota, Masaaki Yabe and Takaaki IkedaVeriˆcation of Inversion Analysis of Consolidation Based on Model Test Results ………………………………………22● Toshifumi Shibata, Shinichi Nishimura and Takayuki Shuku
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  • タイトル
  • 地盤工学における最先端のデータ同化/逆解析手法(<特集>地盤工学への逆解析/データ同化の利用)
  • 著者
  • 村上 章
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 1〜1
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170006
  • 内容
  • 地盤工学における最先端のデータ同化/逆解析手法Cuttingedge Methods for Data Assimilation/Inverse Analysis in Geotechnical Engineering村京都大学上章(むらかみ農学研究科教授,(公社)地盤工学会会長. は じ め にあきら)観測されていない時間・空間点における観測値を補間する(観測値に基づき,シミュレーションの理工学のさまざまな分野でデータ同化/逆問題の研究が活発である。地盤工学においては, 1980 年代後半か予測値補正を実時間で行う)ら最小 2 乗法を初めとして,ベイズ推定やカルマンフィルタなど統計科学の手段を用いた逆問題(逆解析)が進展を見せ,設計・施工の実務にも取り入れられた1)。効率的な観測システムを構築するための仮想観測ネットワークシミュレーション実験を行う地盤工学問題ではパラメータ同定に重きが置かれているが,初期条件/境界条件やモデル推定や欠測値の平滑一方,データ同化とは事象の観測値を数値シミュレー化も対象とする意義があると考えられる。また,非線形ションに取り込み,現象に対する数値予測の精度を向上カルマンフィルタのような逐次型データ同化を用いる利させることを指し,主として地球科学の分野で用いられ点として,同定と並行して将来予測が行われ,天気予報てきた用語である。とりわけ,数値天気予報の手段としの予報円に相当する予測値の不確実性も評価することがて知られる。具体的には,有限要素法などによる数値シ挙げられる。地盤工学の問題では変位や間隙水圧が状態ミュレーションと観測値に乖離が見られる時,観測値に変数となり,数値天気予報や水文流出などのような短期基づいて数値シミュレーションモデルに含まれるパラ予測に不向きであるが,リスク評価にも繋がる研究展開メータや初期/境界条件を同定することと,状態変数にが見込まれる可能性がある。そのほか,大次元の問題をついて将来予測を補正することを同時に行うことを指す。扱う際は実用上の計算量を軽減するために,変分法に代そのための手段として,近年では非線形カルマンフィル表される非逐次型データ同化を活用することも考えられタ(逐次型)と 4 次元変分法(非逐次型)が有力である。る2),3)。上記のような内容をもとに,データ同化は逆解析を包含すると考えられる。以上のように,地盤工学におけるデータ同化/逆解析は,気象学並びに海洋学のデータ同化と並行して発展し,本特集号では,まず論説で推定値の不確実性を評価す今後の研究進展の余地がいくつか見出される。不確実性るための新しい 4 次元変分法に,境界追跡法であるフ要因の多い地盤工学問題への対処に加え,とりわけ性能ェーズフィールドが用いた事例が紹介される。次いで 5照査型設計及び実際の観測施工における利用と相俟って,編の報文では,地盤工学のさまざまな事象を対象とした今後の展開が期待される。最新の逆解析法とその例が示される。.地盤工学における今後のデータ同化/逆解析データ同化の目的は以下のような多岐に亘り4),これらは従来の逆解析の概念をさらに拡張したものである。予測のための最適な初期条件/境界条件を求めるシミュレーションモデル内に含まれるパラメータの最適値を求める表―October, 2017参考文献1)佐藤忠信ほか講座「地盤工学における逆解析」,土と基礎,Vol. 43, No. 5, 1995.2 ) 淡路敏之・蒲池政文・池田元美・石川洋一(編)データ同化,京都大学学術出版会,2009.3) 村上 章データ同化,技術手帳,地盤工学会誌,Vol.63, No. 10, pp. 46~47, 2015.4) 樋口知之(編)データ同化入門 ―次世代のシミュレー(原稿受理 2017.7.30)ション技術,朝倉書店,2011.本特集号の論説・報告1
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  • 不確実性評価が可能な新しい4次元変分法(<特集>地盤工学への逆解析/データ同化の利用)
  • 著者
  • 長尾 大道・伊藤 伸一
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 2〜5
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170007
  • 内容
  • 不確実性評価が可能な新しい次元変分法New Fourdimensional Variational Method that Enables Uncertainty Quantiˆcation長尾大道(ながお東京大学地震研究所ひろみち)准教授伊藤伸一(いとう東京大学地震研究所しんいち)特任研究員. は じ め に理学分野及び工学分野において,物理や化学等の理論に基づいて構築されるモデルと,観測や実験によって得られるデータを比較検討することが研究推進の駆動力となることは,古今東西を問わず論をまたない。しかしな( a )従来の 4 次元変分法,( b )不確実性評価が可能な 4 次元変分法,( c )初期値依存性を排した 4がら,近年の数値シミュレーションモデル(以下,数値次元変分法のイメージ図―モデル)の大規模化,及び観測・実験データ(以下,観測データ)の大容量化に伴い,両者を単純に比較するこ系列データに対して事後分布を構成し,それを最大化すとすら困難となってしまっている。データ同化は,このる解を勾配法によって探索する手法である。事後分布のような大規模数値モデルと大容量観測データをベイズ統勾配を計算するためのアジョイントモデルを構成する必計学に基づいて融合する計算技術であり1),2),特に現代要があるため,数式展開やプログラム実装の手間が煩雑の数値天気予報はデータ同化抜きには成立しないと言っとなるが,計算量やメモリ量を数値モデルと同程度に抑て良い3)。データ同化は,系の状態やパラメータの推定えることが可能であるため,大自由度の数値モデルに対に加えて,将来予測のための定量的手段を与えるため,するデータ同化法として極めて有用であり,実際,数値地震学,生物学,あるいは材料科学等の様々な分野へと,天気予報における主力のデータ同化法として用いられてその応用範囲を広げている4)~6)。このように述べると,いる。しかしながら,従来の四次元変分法では,事後分データ同化は,従来の逆解析あるいは状態空間モデリン布を最大化する状態空間内の 1 点のみの情報しか得らグと何が違うのかという疑問が湧くかもしれない。デーれないため,推定値の不確実性を評価することは原理的タ同化の専門家の間でも見解が一致しているわけではなに不可能であった(図―(a))。例えば,台風の進路予いと思われるが,筆者は,データ同化の場合は大規模モ測の際に示される予報円は,台風の中心位置に関する不デルと大容量データの存在が前提となっていることが決確実性を表しているが,これは非逐次型データ同化と逐定的な違いだと考えている。有限の計算機資源によって,次型データ同化を組み合わせることによって算出してい現実的な計算時間内でデータ同化計算を実施するために,る。不確実性評価は,例えば興味あるパラメータを目的創意工夫を凝らした様々なデータ同化アルゴリズムが提の精度で推定するためには実験を何回繰り返せば良いか,案されており7),これは従来の逆解析や状態空間モデリあるいは場の量をより良く推定するためには,どこに計ングでは,十分には意識されていなかったと思われる。測センサーを設置すれば良いか等,観測・実験計画に対データ同化は,逐次型と非逐次型に大別される。アンしても重要なフィードバックを与える。大自由度の数値サンブルカルマンフィルタ8) や粒子フィルタ9) に代表さモデルに基づくデータ同化の需要が高まっていることかれる逐次ベイズフィルタを用いる逐次型データ同化は,ら,逐次型データ同化に頼ることなく,4 次元変分法の数値モデルの時間発展を計算しながら観測データを取り枠組みで不確実性評価が可能なアルゴリズム(図―込むことにより,状態変数を修正していく流儀であり,(b))が求められることは想像に難くない。多数の実現値(アンサンブルメンバー)の集合によって,本稿では,不確実性評価が可能な新しい 4 次元変分確率密度関数(分布)を近似表現する。そのため,アン法10) について紹介する。章で一般的な自励系モデルサンブルメンバー数を十分大きくすれば,分布の平均だに対する従来の 4 次元変分法について概説した後,けでなく,不確実性を表す標準偏差や,さらに高次の情章で 2nd order adjoint 法11) に基づく不確実性評価法を報を自然に得ることができる。しかしながら,全計算量定式化する。章では,構造材料内での組織形成を表現がアンサンブルメンバー数と数値モデルの計算量の積にする数値モデルとして用いられるフェーズフィールドモ比例するため,数値モデルの自由度が大きくなるにつれ,デル12),13) に基づく数値実験により,本手法の妥当性を現実的な計算時間内でデータ同化を実施するために多大示す。な工夫を要する。一方,非逐次型データ同化の代表的手法である 4 次元変分法2)は,あらかじめ得られている時2地盤工学会誌,―() 論.説以上をまとめると,4 次元変分法による最適化は,次元変分法 式( 7 )~( 9 )により,x0 に適切な初期値を設定する,状態空間モデルが,次のように与えられたとする。 適当な勾配法を用評価関数の勾配 &J / &x0 を求める,&x(t)=f(x(t)) ………………………………………(1)&tり返す,という手順となる。ここで注意したいのは,y(ts)=h(x(ts))+w(ts),で得られる評価関数の勾配は「自動微分」とも呼ばれ14),w(ts)~r(・) ……………(2) 停止条件に至るまで と を繰いて x0 を更新する,式(1)はシステムモデルと呼ばれ,N 次元の状態 x(t)∈x0 の近傍における評価関数の差分で勾配を近似する数f  R N → RN値微分に比して,計算精度及び計算量の両面において圧RNの時間発展を記述する。すなわち,関数は,数値モデルそのものである。また,式(2)は観測モデルと呼ばれ,状態 x(t) と時刻 t=t1, …, tn で得られたK 次元時系列データ y ( ts )∈ RK を比較することを意味倒的に優れていることである。.2nd order adjoint 法に基づく不確実性評価している。ただし,関数 h  RN → RK は x ( ts ) から観測データと比較可能な量を抽出する観測演算子であり,また w(t) はある分布 r(・) に従う観測ノイズである。さて,4 次元変分法の目的は,事後分布p(x)r( y(ts)-h(x(ts)))………………(3)p( y) s_=1np(x|y)=を最大にする x(t) を探索することにある。まず,p( y)章で述べた 4 次元変分法により,事後分布を最大(評価関数を最小)にする初期状態 x0= âx0 を得たとする。この推定値の不確実性を評価するため,事後分布の x=âx0 の近傍を正規分布によってラプラス近似すると,p(x0|y)は所与の観測データに関する分布であり,単なる定数と1(2p)N/2|H-1|1/2×exp見なすことができる。また, p (x ) は事前分布であり,[-1(x0- âx0)TH(x0- âx0)2]……(10)系に関する事前知識を与える。ここでは簡単のため,一ここで,H∈RN×N は J に関するヘッセ行列 H=&2J/&x02様分布であると仮定するが,実問題においてこれは特別である。すなわち,事後分布を近似する正規分布は,に強い仮定というわけではないことが多い。したがって,N( âx0, H-1) となるので, âx0 の第 l 成分 âx0,l に関する不確事後分布最大化において本質的に意味を持つのは,式実性は, H-1 の第 l 対角成分の平方根 Hll-1 で与えら(3)の総積部分の尤度である。計算を易化するため,尤れる。C を 1 回のシミュレーションに必要な計算量とし度の対数を-1 倍した評価関数た と き , H-1 を 陽 に 求 め る た め に 必 要 な 計 算 量 はnJ=-∑ log r( y(ts)-h(x(ts))) ……………………(4)s=1O ( CN 2 + N 3 ) であり, N が大きい場合には現実的ではない。の最小化について考えることにする。式(1)からも分かそこで我々は, 2nd order adjoint 法11) を導入するこる通り, x ( ts ) は x0 = x ( 0 ) が与えられれば全て決定論とにより, H-1 を陽に求めることなく,不確実性評価的に得られるため, J の最小化にあたっては x0 の最適に必要な成分 Hll-1 のみを算出する手法を開発した10)。化を図れば良い。4 次元変分法は勾配法に基づいてこの2ndorder adjoint 法は,接線形モデル最適化を行うが,式(4)には x0 が陽に含まれていないため,勾配 &J / &x0 を直接求めることができない。そこで,式( 1 )の拘束の下で式( 4 )の最小化を図るため,ラグランジュ未定乗数 l を導入し,Tf{J¼ +lTJ=0(f(x)-&x&t)}dj &f= j ………………………………………………(11)dt &xj(0)=j0 ………………………………………………(12)及び 2ndorder adjoint モデルdt ……………………(5)( ) ( )dh&2f+jdt&x2Tl+&f&xTh+&2J¼j=0 ……………(13)&x2について考える。ただし, T は ts 以後の時刻, T は転h(T )=0 ………………………………………………(14)置を表し,J¼ は Dirac の d 関数を用いて,h(0)=Hj0 ……………………………………………(15)nの組み合わせによって構成される。章で述べた従来のs=14 次元変分法は,評価関数の勾配を計算するための技法J¼ =-∑ d(t-ts)log r( y(ts)-h(x(ts))) ……………(6)で与えられる。式(5)の変分をとり,停留条件を求めると,l に関する以下のアジョイント方程式が得られる。( )dl&f+dt&xTl+&J¼=0 ………………………………(7)&xであったが, 2nd order adjoint 法は,評価関数のヘッセ行列 H と任意のベクトル j0 の積を計算するための技法であることが分かる。目的の Hll-1 を得るために,次の線形方程式を反復法によって解くことを考える。Hq=dl ………………………………………………(16)&J………………………………………………(8)&x0ただし, dl は第 l 成分のみが 1,他の成分は 0 のベクトl(T )=0 ………………………………………………(9)ルを表す。これを 2nd order adjoint 法を用いて解くたl(0)=これらは,式( 9 )を初期条件として,式( 7 )を時間後退めの手順は,例えば勾配法に基づいて解く場合には,以方向に解くことにより, t = 0 のときの解として,目的 q の初期値を与える, 評価関数 J ′下の通りである。であった評価関数の勾配が得られることを示している。2/ &q = 2H=∥Hq - d∥l (∥・∥は L2 ノ ル ム ) の 勾 配 &J ′October, 20173 論説( Hq - dl ) を, 2nd order adjoint 法を 2 回適用して計算 得られた勾配に基づき q を更新する, 停止する, と を繰り返す, 最終的に求めら条件に達するまでれた q の第 l 成分が目的の Hll-1 である。実際には,効率よく解を求めるため,我々は勾配法として共役残差法を採用している10) 。ここで特筆すべきは,この不確実性評価法の計算量がわずか O(C) であることであり,陽に H-1 を求める場合とは比較にならないほど,高速な計算が可能である。.図―小林フェーズフィールドモデルに基づく時間発展解フェーズフィールドモデルに基づく検証. 小林フェーズフィールドモデル章と章で述べた新しい 4 次元変分法を検証するための数値モデルとして,本稿では固体・液体間等の界面移動を記述するフェーズフィールドモデル( PFM )を用いる。PFM は系全体のエネルギーを定義した上で,界面を空間の連続場で表現し,そのダイナミクスを数値的に取り扱うモデルの総称である。 PFM は様々な物理現象を再現するために用いられ,金属材料の内部の構造相転移15) ,密度差の大きい流体のシミュレーション16),亀裂進展問題17) など多岐にわたって応用されている。PFM は自由度が高く,様々な現象を再現できるが,現象論的なモデルであるため,一般に多くのモデルパラメータを含む。また PFM は連続場のモデルであり,界面を精度よく記述するために空間離散化の際に格子点を図―小林フェーズフィールドモデルに基づく双子実験細かく取らなくてはならず,それに伴って状態の次元がによる( a )パラメータと( b )初期状態の同時推定,大きくなるため,アンサンブルベースの逐次型データ同及び( c )( d )パラメータ推定の不確実性のサンプリング間隔依存性化では計算量が劇的に増大する。したがって,提案手法の応用先として適したモデルの一つだと考えられる。まずは,単純な固液相転移問題を考え,固体相と液体ことにより,無制約最適化問題に転換することができ相が共存している状況で,固体相が成長する問題を考える10)。提案手法を適用した結果,図―に示す通り,mる。時刻 t,場所 x での固体相・液体相の存在確率をそと q(x, 0) の両者が反復を重ねるにしたがって真値に収れぞれ q(x, t), 1-q(x, t) とおく。2 つの相の競合的な束し,特に m については,観測データ量に応じた不確時間発展を表現する最も単純かつ基本的な小林 PFM12)実性 dmâ が適切に評価されていることが確認できる。観は,以下で与えられる。測データ量が十分な(サンプリング間隔 DT が十分短t()&q 2 211=e : q+q(1-q) q- +m , |m|< …(17)&t22ここで, :2 はラプラス演算子, t, e, m は定数であり,い)場合については dmâ ∝ DT の関係があり,大数の法則と整合している。. マルチフェーズフィールドモデル特に m は界面の移動速度を特徴づける重要なパラメー構造材料内における粒成長等,より現実的な系をタである。図―に, m = 0.1 の場合の二次元空間内にPFM によって取り扱うために,複数の相の存在を考慮おける小林 PFM に基づく時間発展解を示す。したマルチフェーズフィールドモデル(MPFM)提案手法の検証のための双子実験では,図―のような時間発展の写真が観測データとして得られた場合に,& qi=g&t(ne2:2qi+2qi2-2qi ∑ qj2j= 1)………………(19)提案手法によって推定されたパラメータ m と初期状態を導入する12)。図―は MPFM に基づき,提案手法をq(x, 0) が真値に収束することを示す。ただし,m が時双子実験によって検証した結果を示す6)。モビリティを間変化しないことを記述するモデル& m′=0,&t= m+m′1………………………………(18)2を導入し,式( 17 )とセットでシステムモデルを構成す表すパラメータ g 及び初期状態 q(x, 0) に対して真値を設定し,これらに基づくシミュレーションによって得られた擬似実験データ q (x, t) に提案手法を適用して g 及び q(x, 0) の再現性を調べたところ,それぞれ真値に収る。このように設定することにより,m と q(x, t) はと束することを確認した。特に g については,小林 PFMもに 0 と 1 の間で制約される量となる。このような制の時と同様,観測データ量に応じた不確実性が適切に評約付き変数の最適化については,簡単な対数変換を施す価されたことは特筆すべきであり,この情報を利用した4地盤工学会誌,―() 論2)3)4)5)6)図―マルチフェーズフィールドモデルに基づく双子実験における( a )真の初期状態,( b )初期状態推定開始時の初期解,( c)推定された初期状態,及び7)( d )( e )パラメータ推定の不確実性のサンプリング間隔依存性8)実験デザイン最適化が期待できる。. お わ り に9)10)本稿では,様々な科学分野への応用が広がっているデータ同化手法の中でも,特に大規模モデルに基づくデータ同化の場合に威力を発揮する 4 次元変分法の原理,ならびにフェーズフィールドモデルへの応用例につ11)いて紹介した。本稿で紹介した不確実性評価が可能な新しい 4 次元12)変分法10) は,非常に汎用性の高いデータ同化手法であり,現在,我々は様々な実問題への応用を進めている。13)ただし,四次元変分法における最適化は単純な勾配法に基づいているため,現状では初期値依存性が極めて大きい手法である。初期値依存性を可能な限り排した四次元14)変分法へと高度化を図るために,我々はマルコフ連鎖モンテカルロ法( MCMC )の並列版とも言えるレプリカ15)交換モンテカルロ法18) の実装に取り組んでいる(図―(c))。このような四次元変分法が完成すれば,大規模数値モデルと大容量観測データの場合であっても,系の状態推定のみならず,不確実性評価から観測・実験計画16)の最適化に至るまで可能な,究極のデータ同化の方法論17)が実現するであろう。参1)考文献樋口知之・上野玄太・中野慎也・中村和幸・吉田 亮データ同化入門―次世代のシミュレーション技術―,朝倉書店,2011.October, 201718)説淡路敏之・蒲地政文・池田元美・石川洋一データ同化―観測・実験とモデルを融合するイノベーション―,京都大学学術出版会,2009.露木 義・川畑拓矢気象学におけるデータ同化,気象研究ノート,Vol. 217,日本気象学会,2008.Hoshiba, M. and Aoki, S.: Numerical shake predictionfor Earthquake Early Warning: Data assimilation, realtime shake mapping, and simulation of wave propagation, Bull. 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  • タイトル
  • 地盤工学におけるスパースモデリング(<特集>地盤工学への逆解析/データ同化の利用)
  • 著者
  • 珠玖 隆行・吉田 郁政
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 6〜9
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170008
  • 内容
  • 報告地盤工学におけるスパースモデリングSparse Modeling in Geotechnical Engineering珠玖隆岡山大学大学院行(しゅくたかゆき)環境生命科学研究科准教授. は じ め に地盤工学会誌で逆解析の講座が連載されたのが 1995~ 1996 年である。その当時は逆解析の実務への応用が吉郁政(よしだ東京都市大学いくまさ)工学部都市工学科教授ることが知られており4),劣決定問題をいかに解くかが実用上重要である。劣決定問題を解くための常套手段は,何らかの拘束条件や事前情報を考慮するものであり,例えば,次式を解くことで解を得ることができる。期待され盛んに研究されたが,「過度な期待」に答えることができず,その後,「冬の時代」を迎えることにな田min∥x∥2s.t.y=Ax ……………………………(2)上式の意味は,「式(1)を満たし,かつ x の L2 ノルムがる。しかしながら,近年の新しい方法論やアルゴリズム最小となる x を求める」ということである。この方法の開発とその実装を可能にする計算機の登場によって,はノルム最小化法と呼ばれており,「L2 ノルムが最小とこれまで解けないと考えられていた問題も解けるようになるものを解とする」という拘束条件を与えることで解なり,「春の時代」を迎えようとしている,というのがを一意に決定している。筆者の印象である。種々の方法論の中でも,圧縮センシングの分野において発達してきた「スパースモデリング」. 「スパース」とは劣決定問題は情報不足により解が求まらないため,何が特に注目されている。スパースモデリングの考え方自か情報や条件を追加して解かなければならない。その事体はそれほど新しくはないが,効率的な計算アルゴリズ前情報の一つに,「 x のほとんどの要素は 0 である」とムの開発と計算機の発達によって,最近になってその応いうものが考えられる。「解はスパースである」と表現用範囲が急激に広がったと言える1)~3)。本稿ではスパースモデリングの考え方及び基礎理論にすることもできる。アバウトな説明ではあるが,もしm < n であったとしても, x の多くがゼロであれば,すついて説明するとともに,その地盤工学への適用例としなわち非零成分の個数 k が n よりも小さければ,解をて,クロスホール・トモグラフィーを取り上げる。求めることができる。その説明を図―に示す。この,.スパースモデリング. 逆解析の基礎未知パラメータベクトルに多くのゼロを含む性質をスパース性という。. 解のスパース性を考慮した逆問題の解析例として,観測データ y から未知パラメータ x を推解にスパース性が期待できるなら,以下の式を解くこ定する逆問題を考える。その際,y と x に以下の線形関とで,未知パラメータベクトル x を求めることができ係があるとする。る。y=Ax …………………………………………………(1)ここで, y を m 次元の観測ベクトル, x を n 次元の未min∥x∥0s.t.y=Ax ……………………………(3)ここで,∥x∥0 は L0 ノルムと呼ばれ,ベクトル x の成知パラメータベクトル,A は m×n の観測行列とする。ここで考えている逆問題は, m と n の関係により,以下の 3 つに分類することができる。m>n優決定問題m=n平衡決定問題m<n劣決定問題平衡決定問題,すなわち A が正則であれば, A の逆行列を計算し,x を求めることができる。優決定問題は,全ての観測データを満たす x が存在しないため,最小二乗法により誤差の総和(目的関数と呼ばれる)が最小となる x を解とみなす。劣決定問題では,観測データを満たす x が無数に存在するため,解を一意に決めることができないが,事前情報や条件の追加により,解を得ることができる。地盤工学で遭遇する逆問題の多くが非適切な問題であ6図―スパースな解地盤工学会誌,―() 報分のうち,非ゼロ項の個数を表す。そのため式(3)は,方程式(1)を満たしつつ非ゼロ項を最小にする問題を解くことを意味する。式(3)を解くことでスパースな解が.計算アルゴリズム. Alternating Direction Method of Multipliers(ADMM)5)得られるが,そもそも解の中にどれだけのゼロの項が存在するのか,どこに存在するかは不明である。この問題告式(5)を解く際に問題となるのは,絶対値項である L1は,全ての基底の組み合わせを試さないと最適解が得らノルムの取り扱いである。 L1 ノルムは原点で微分不可れない組み合わせ最適化問題であり,「 NP 困難」であ能であるため,何らかの数値的処理が必要である。式ることが知られている。(5)の解を効率的に求めるための種々の方法が提案されそこで,式(3)を解くことを諦めて,代わりに次式を解くことを考える。min∥x∥1s.t.ているが,ここでは計算効率・汎用性の高い Alternating Direction Method of Multipliers (ADMM,交互方向y=Ax ……………………………(4)定数法)と呼ばれる方法を紹介する。本稿では紙面が限ここで,∥ . ∥1 は絶対値ノルム( L1 ノルム)を表してられているため,ADMM の概要のみ示すこととする。いる。なぜこの問題を解けば,スパースな解が得られる詳細については, Boyd et al.4) や大関3) を参照されたい。のであろうか。その説明をノルム最小化との比較も併せADMM では,次式のように二つの関数からなる目的て図―に示す。例として, 2x1 + x2 = 10 の方程式(これを観測線と呼ぶ)から,未知パラメータ x1, x2 を推定する問題を考える。この問題は劣決定問題であり,1 本関数の最小化問題を考える。( f(x)+g(x)) ……………………………………(6)minxの観測線だけから解を一意に決めることができないので,二つの変数 xf, xg を導入して制約条件付き最小化問題にL2 ノルム(円)若しくは L1(ダイアモンド)のノルム置き換える。を最小化するという条件を加え,解を求める。式(2)と式(4)を解くことは,図―において,観測線とノルム( f(xf)+g(xg))minx,xfxf-xg=0 ………………(7)s.t.gのコンターとの交点を求めることに対応している。 L2拡張ラグランジュ法を用いて次の目的関数の最小化問題ノルムでは,観測線との接触点は x1=4, x2=2 となり,として解く。L1 ノルムでは x1=5, x2=0 となる。L1 ノルムでは x2 がゼロとなっており,スパースな解が推定されていることJ=f(xf)+g(xg)+hT(xf-xg)+m∥xf-xg∥22 ……(8)2が分かる。ここでは説明の便宜上,二次元の例を示したこ こ で , h, m は ラ グ ラ ン ジ ュ の 未 定 係 数 と ペ ナ ル テが,未知パラメータが多次元になった場合でも同様な考ィー項の重みを表す。 Lasso 型の最小化問題に ADMMえ方でスパースな解が選択される。実際の観測データを扱う場合には,データに含まれる誤差を考慮する必要がある。そのため,式(4)の代わりに,次式を解くことが一般的である。{min1∥y-Ax∥2+∥x∥12l}……………………(5)ここで,l は正則化パラメータであり,確率論から解釈すると誤差分散を意味する。なお, L1 ノルムを正則化項として用いた回帰は Least Absolute Shrinkage andを適用する場合, f ( xf ) , f ( xg )はそれぞれ次式で与えられる。f(xf)=数で,解に大きく影響する。xf[k+1]=arg minxf{1m∥y-Axf∥22+ xf-xg[k]22l+u[k]∥22(5)において,L2 ノルムを正則化項として用いた回帰は般的に用いられてきた方法である。g(xg)=∥xg∥1 …………(9)ここで,l は観測情報と事前情報のバランスを決める定Selection Operator (LASSO)1)と呼ばれる。一方,式Ridge 回帰と呼ばれ,劣決定問題を解く際にこれまで一1∥y-Hxf∥22,2l}……………………………………(10)xg[k+1]{=arg min ∥xg∥1+xgm∥xf[k+1]-xg+u[k]∥222}……………………………………………………(11)ここに,u は煩雑さを減らすために導入した変数で,次式で与えられる。u[k]=h[k]…………………………………………(12)m式( 10)は変数 xf に関する二次関数であることを考慮すると,xf の更新は具体的に次式で与えられる。xf[k+1]図―-1リッジ回帰(L2 ノルム)とスパース推定(L1 ノ(ルム)……………………………………………………(13)=October, 20171 TA A + mIl)(1 TA y+m(xg[k]-u[k])l)7 報告また,式( 11 )の最小化には,軟判定閾値関数 S( Softthresholding function)を用いて算定することができる。xg[k+1]=S1/m(xf[k+1]-u[k]) …………………(14)a-1/l0-1/la1/l ……………(15)a+1/l適用例スパースモデリングの地盤工学への適用例として,クロスホール・トモグラフィー(以下,CHT とする)を( a>1/l)S1/m( a )=.取り上げる。 CHT の原理は医療や産業で用いられている CT スキャンとおおまかには同じと考えてよく,2 本a<-1/lここに,a=xf[k+1]-u[k]を表す。のボーリング孔間の地盤構造を推定する技術である。また,ラグランジュの未定係数に関係する項は次式で更新される。CT と比較して得られるデータが少ないため,対象となる逆問題は基本的には非適切となる。本稿では紙面が限u[k+1]=u[k]+(xf[k+1]-xg[k+1]) …………(16)られているため, CHT の定式化については割愛し,結. スパース性と「モデリング」果のみ示すこととする。 CHT の定式化に興味のある読スパースモデリングを利用するときに疑問となるのが,者は,Honjo and Kashiwagi7)を参照されたい。「解はスパースなのか」ということである。 L1 や L0ここでは,図―に示す地層構成を真値と設定し,ス正則化は解がスパース性を持つ場合に有効に機能するが,パースモデリングに基づいた CHT を新たに提案し,こスパース性を持たない場合には有効に機能しない。そうの方法により地層構成を推定できるかどうか検証した。すると,スパースモデリングが有効な問題は非常に限定セルの数は縦21×横21の計441個であり,この数が未知されてしまうことになる。しかしながら,解がスパースパラメータ数 n に対応する。計測データの数 m として,でなければ,解がスパースになるように工夫(モデリン図―に示す 2 ケースを検討した Case 1 が m = 441 ,グ)すればよい。これが,スパースモデリングにおけるCase 2 が m=231である。なお,結果を分かりやすくす「モデリング」の意味するところである。スパースな解を誘導する手段として,例えば,全変動微分( TotalVariation,TV)6)が挙げられる。るため,計測データにノイズを加えずに逆解析に用いた。さらに,比較対象として Ridge 回帰に基づいた CHT に着目し,提案手法と比較した。地盤などの層区分を推定する問題では物性値の空間分図―の地層構成を求める場合,解はスパースでない布の微分値を考えると層境界だけが値を持つスパースなため,式( 18 )を用いて解のスパース性を誘導している。空間となる。こうした微分した空間のスパース性に注目計算手法として先述した ADMM を用い,正則化パラした空間分布推定法を考えてみよう。微分の代わりに差メータ l は,観測ノイズを考慮していないことを考慮分を考えて以下の式を解く。し,Ridge,Lasso ともに10-6 と極端に小さい値を用い( f(xf)+g(xg))minx,xfs.t.gBxf-xg=0 ……………(17)た。表 ―  は 各 手 法 , 各 ケ ー ス の 平 均 平 方 誤 差 ( Rootここで, B は TV のための行列であり,例えば,一次元問題で 1 階の差分 B1,2 階の差分 B2 は次式で与えられる。0…0 ┐1-1…0 ││……-1…………………│ ………………(18)││… - 1┘00-2010 …0┐│-2 1 …100││ ……(19)S││000 … -2 1 ┘S…┌1││0B1=│││└0┌1││0B2=│││└0解き方は基本的には大きく変わらないが,行列 B を適切に定式化に持ち込む必要がある。行列 B を考慮した場合,式(13), (14), (16)は以下のように書き換えられ図―る。定対象とする地層構成xf[k+1]=((1 TA A + m BT Bl-1)1 TA y+mBT(xg[k]-u[k])l)……………(20)xg[k+1]=S1/m(Bxf[k+1]-u[k]) ………………(21)u[k+1]=u[k]+(Bxf[k+1]-xg[k+1]) ………(22)図―8仮定した計測機器の配置地盤工学会誌,―() 報表―告RMSE の比較mean square error, RSME)をまとめたものである。この値が小さければ小さいほど,推定精度が高いと判断できる。値から明らかなように,両ケースにおいて,Lasso の RMSE が Ridge のそれよりも小さな値を示している。特筆すべきは,計測データ数が約半分になったCase2 の場合でも, Lasso は Case 1 の Ridge よりも精度が高い。これは,より少ない計測データからでも既存の方法よりも精度の高い推定が可能であることを示している。 Case 2 に関して Ridge と Lasso で再構成した結果を図―に示す。 Case 2 では図の左端の計測データが十分に得られていないため,Ridge の場合,左端に分布するセルの物性値もうまく推定することができない。しかしながら,計測データが少ない状況であっても,解のスパース性をうまく誘導することによって Lasso は高い精度で推定できていることが分かる。. まとめ本稿では,スパースモデリングの基礎について説明するとともに,その地盤工学への適用例として,クロスホール・トモグラフィーを取り上げた。スパースモデリングではスパースな解の誘導方法に任意性があり,そのモデル化がこの手法の成功の鍵を握っている。従来の逆図―各手法による地盤構造の推定結果解析手法と同様に,正則化パラメータの設定方法や非線形問題への対処など,様々な課題はあるが,今後,実務への応用も期待できる方法論であると考えられている。参1)考文献Tibshirani, R.: Regression shrinkage and selection viathe lasso, J. Royal. Statist. Soc. B., Vol. 58, No. 1, pp.267288, 2016.2) Hastie, T., Tibshirani, R. and Wainwright, M.: Statistical Learning with Sparsity, CRC Press, 351p., 2015.3 ) 大関真之今日からできるスパースモデリング, 2016,入手先〈http://wwwadsys.sys.i.kyotou.ac.jp/mohzeki/〉(参照2017.5.31)4) 本城勇介地盤工学で逆解析はなぜむずかしいかマOctober, 2017トリックス方程式の解法としてみた逆解析,土と基礎,Vol. 44, No. 7, pp. 35~38, 1996.5) Boyd, S., Parikh, N., Chu, E., Peleato, B. and Eckstein,J.: Distributed optimization and statistical learning via alternating direction method of multipliers, Found. TrendsMachine Learning, Vol. 3, No. 1, 122p, 2010.6) Rudin, L. I., Osher, S., and Fatemi, E.: Nonlinear totalvariation based noise removal algorithms, Physica D,Vol. 60, pp. 259268, 1992.7) Honjo, Y. and Kashiwagi, N.: On the optimum design ofa smoothing ˆlter for geophysical tomography, Soils andFoundations, Vol. 31, No. 1, pp. 131144, 1991.(原稿受理2017.6.21)9
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  • タイトル
  • 体積含水率の現地計測結果に基づく浸透解析モデルのデータ同化(<特集>地盤工学への逆解析/データ同化の利用)
  • 著者
  • 伊藤 真一・小田 和広・小泉 圭吾・櫻谷 慶治
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 10〜13
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170009
  • 内容
  • 報告体積含水率の現地計測結果に基づく浸透解析モデルのデータ同化Data Assimilation of Seepage Model based on Field Measurements of Volumetric Water Contents伊藤大阪大学小泉真一(いとう大学院工学研究科圭大阪大学しんいち)博士後期課程吾(こいずみ大学院工学研究科けいご)小田和大阪大学櫻助教谷広(おだかずひろ)大学院工学研究科慶准教授治(さくらだに株西日本高速道路けいじ)関西支社. は じ め に.解析手法国土の 7 割以上が山地で構成される日本では,毎年. 飽和不飽和浸透流解析全国各地で豪雨による斜面崩壊が発生している。斜面崩本稿では,シミュレーションモデルとして,飽和不飽壊は,斜面内への雨水の浸透やその結果として生じる地和浸透流解析を用いる。不飽和状態での雨水浸透は重力下水位の形成が主な発生要因である。そのため,斜面崩方向の流れが卓越するため,不飽和土中の連続式である壊に対する危険度を評価するためには,斜面内の水分状リチャーズ式を式(1)に示すように鉛直一次元状態に簡態を適切に把握する必要性がある。略化し,有限要素法を用いて解いている。近年,センサの小型化・低コスト化により,現地斜面にセンサを埋設し,体積含水率や土壌水分吸引水頭などC・&C &=&t &z{(k&C+1&z)}…………………………(1)を現地計測するシステムが盛んに開発されている例えば 1)。ここで, C は比水分容量(= &u/&C)であり, u は体積さらに,無線通信技術の発達により,現地での計測結果含水率,C は土壌水分吸引水頭を表している。t は時間,を遠隔地でリアルタイムに把握し,斜面における水分状z は上向き正の鉛直座標, k は不飽和透水係数である。態を監視することが可能になっている2)。このような斜また,水分特性曲線モデルとしては式( 2 )に示す van面監視システムは,斜面崩壊発生の危険性が高まる異常Genuchten モデルを,不飽和透水係数モデルとしては降雨時を対象としているが,システムそのものは常時活式(3)に示す Mualem モデルを用いている。動を基本としている。そのため,斜面崩壊を引き起こさないような発生頻度の高い通常降雨時の計測結果が膨大に蓄積されることとなる。本来の目的からすれば,それらは破棄されるか死蔵されるかのいずれかである。そこS e={{ (u-ur1=us-ur1+(-a・C)nn1n}) }k=ks・Se0.5・ 1- 1-Sen-11-1-1n……………………(2)2………………(3)で,この通常降雨時の計測結果を利用して浸透解析モデここで, Se は有効飽和度, us は飽和体積含水率, ur はルを推定し,そのモデルを用いたシミュレーションによ残留体積含水率である。また,a と n は水分特性曲線のって異常降雨時における斜面内の水分状態を適切に評価形状を与えるパラメータであり, ks は飽和透水係数をすることができれば,計測結果の有効利用が図られるだ表している。本稿では,us, ur, a, n 及び ks の 5 種類のパけでなく,斜面防災対策としても有用であると考えられラメータに関する確率分布を粒子フィルタによってそれる。ぞれ推定することとした。筆者らはこれまでに,逐次型データ同化手法の一種で. 粒子フィルタある粒子フィルタ( Particle Filter )3) を用いて,体積含粒子フィルタは,システムの状態に関する確率分布を水率の現地計測結果に基づく浸透解析モデルのデータ同粒子と呼ばれる多数の実現値集合(アンサンブル)で近化を行ってきた4)~6)。本稿では,粒子フィルタによる浸似的に表現し,ベイズの定理を利用して各粒子の時間推透解析モデルのデータ同化に関する 2 つの適用事例を移を数値的に表現するデータ同化手法である。このため,通じて,粒子フィルタの有用性を明らかにする。1 つ目計測結果と解析結果の誤差を目的関数として設定し,その適用事例では,通常降雨時の計測結果に基づいて推定の目的関数が最小となるパラメータを探索する最適化手された浸透解析モデルを用いた解析的外挿,すなわち,法とは根本的な枠組みが異なる。それぞれの粒子は,数異常降雨時の水分状態に対する予測性能について議論す値解析モデル(パラメータ,境界条件,初期条件)に関る。2 つ目の適用事例では,降雨形態の異なる 3 種類のする情報と各モデルにおいてシミュレーションを行って降雨時における現地計測結果を用いたデータ同化を通じ算出される各時刻の物理量を情報として有している。て,浸透解析モデル更新の有効性を検証する。図―は粒子フィルタのアルゴリズムの概念図である。粒子フィルタでは,3 つの計算ステップ(1 期先予測,フィルタリング,リサンプリング)を繰り返して,各粒10地盤工学会誌,―() 報図―告粒子フィルタのアルゴリズムの概念図3)子の時間推移を評価する。粒子数を N 個とすると, 1期先予測では時刻 t - 1 から t までのシミュレーションを N 通り実施する。すなわち,粒子数分の順解析を並列に行って,各時刻における全粒子に対する物理量を算図―データ同化過程における粒子の分布の推移出する(図―( a ))。次に,計測結果に基づいてフィルタリングを行う。1 期先予測により,ある計測結果に対して N 通りのシミュレーション結果が得られている。フィルタリングでは,各粒子に与えられる重みを算出する。つまり,時刻 t における計測結果とシミュレーション結果の誤差が小さい粒子には大きな重みが与えられ,誤差が大きい粒子に対しては小さな重みが与えられる(図―(b))。最後に,各粒子の重みを再度統一するためにリサンプリングを行う。この際,フィルタリングにおいて大きな重みが与えられた粒子は複製され,与えられた重みが小さい粒子は消滅する(図―(c))。粒子フィルタでは,この 3 つの計算ステップを逐次繰り返す図―重み付き平均により算出された水分特性曲線ことで,計測結果との適合度が高い数値解析モデルを推定できる。.データ同化事例する分布を示している。解析の初期段階では,粒子は nが 1.2 < n < 1.8 の範囲で 1 つずつランダムに配置されている。時間の経過に伴って, 1.5 < n < 1.8 の範囲に配置. 推定された浸透解析モデルによる解析的外挿4)されていた粒子が概ね消滅し,最終的に1.25<n<1.5のデータ同化により推定される浸透解析モデルは,デー範囲の粒子が多数複製されている。これは,パラメータタ同化に用いていない異常降雨時の水分状態も適切に予n に関しては,1.25<n<1.5の範囲が望ましいというこ測できなくてはならない。ここでは,通常降雨時の計測とを意味している。このように,粒子フィルタでは,粒結果に基づいてデータ同化を行い,推定された浸透解析子の分布によりパラメータの確率分布を表現する。本事モデルを用いたシミュレーションを通じて,異常降雨時例では,式( 4 )を用いて浸透解析モデルに関するパラの計測結果に対する予測性能について議論する。メータの重み付き平均をそれぞれ算出した。本事例の対象斜面は,まさ土で構成された切土斜面である。斜面の深度30 cm と60 cm の位置に土壌水分計をNãxt|t=∑ wt(i)・xt|t(i) ……………………………………(4)i=1設置し,体積含水率を 10 分間隔でリアルタイムに計測ここで, wt(i) は各粒子の重みを, xt|t(i) は各粒子に対応している。また,雨量計によって,当該地点の降雨量もするパラメータの値を表している。図―は重み付き平同様に計測している。浸透解析モデルのデータ同化には,均により算出された水分特性曲線を示しており,図―6 日間で総雨量 204 ( mm ),最大 3 時間雨量 35( mm / 3はこの水分特性曲線を用いた際の,データ同化に使用しh )という, 1 年に数回発生する程度の降雨イベントをた降雨イベントに対するシミュレーション結果を示して用いた。データ同化に用いた粒子数は5 000個である。いる。当然のことながら,浸透解析モデルは計測結果を図―はデータ同化過程における粒子の分布の推移を適切に再現できている。次に,計測期間における最強の示している。ここでは,一例としてパラメータ n に関降雨( 3 日間で総雨量 240( mm ),最大 3 時間雨量 130October, 201711 報告表―図―解析ケースデータ同化に使用した降雨イベントに対するシミュレーション結果図―計測期間における最強の降雨に対するシミュレーション結果図―降雨[ 1 ](長雨)に対する MCS によって得られた MAE のヒストグラム(mm/3 h))に対するシミュレーションを行った。図―いの盛土斜面である。深度20 cm と40 cm に土壌水分計はそのシミュレーション結果を示している。体積含水を設置して体積含水率を計測している。データ同化には率が上昇するタイミングやそのピーク値に関して,シミ特徴の異なる 3 種類の降雨イベントを用いた。1 つ目のュレーション結果は計測結果と良く合致している。つま降雨イベントを降雨[1](長雨), 2 つ目を降雨[2](集り,通常降雨時の現地計測結果に基づいて推定された浸中),3 つ目を降雨[3](交互)と呼ぶ。表―は本事例透解析モデルを用いると,データ同化に利用したものよで行った解析ケースを示している。まず,降雨[1](長りも強い降雨時における計測結果も高精度に再現できる。雨)の計測結果を用いてデータ同化を行い,得られた浸このような解析的外挿が可能であることから,推定され透解析モデルを DA1 とする。その後,降雨[2](集中)た浸透解析モデルは,異常降雨時における水分状況も予や降雨[3](交互)の計測結果も利用してデータ同化を測できる可能性があると考えられる。行い,浸透解析モデルを更新した。それぞれのデータ同. 様々な降雨時の計測結果を用いた浸透解析モデルの更新6)化過程によって更新されたモデルを DA12 と DA123 とする。最後に, DA1, DA12, DA123 を用いてそれぞれ粒子フィルタは,ベイズの定理に基づいて,データがの降雨イベントに対する MCS を行い,推定誤差を評価得られるたびに確率分布を逐次修正していくデータ同化した。誤差の評価方法としては,式(5)に示す平均絶対手法である。このため,様々な降雨時の計測結果を用い誤差(MAE)を用いた。てデータ同化を行うことで,より適切な浸透解析モデルへと更新できると考えられる。ここでは,降雨形態の異MAE=1 N∑|ucal(i)-uobs(i)| …………………………(5)N i=1なる 3 種類の現地計測結果を用いて粒子フィルタによここで, ucal は体積含水率の解析値, uobs は体積含水率る浸透解析モデルの更新を行う。まず,1 つ目の降雨イの計測値, N は計測結果の個数を示している。なお,ベントに対する現地計測結果を用いて浸透解析モデルを本事例における粒子数は4 500個とした。推定し,そのモデルに対して,2 つ目,3 つ目の降雨イ図―はデータ同化過程ごと( DA1, DA12, DA123 )ベントに対する現地計測結果も学習させていくことで,の降雨[ 1 ](長雨)に対する MCS によって得られたモデルを更新する。最後に,それぞれの更新段階においMAE のヒストグラムを示している。式( 5 )から分かるて,各降雨イベントに対するモンテカルロシミュレーシように,MAE が小さいほど,計測結果と解析結果の誤ョン( MCS )を行い,浸透解析モデル更新の有効性を差が小さいことを意味している。この結果から,データ検証する。をより多く学習させたモデルほど,分布が左側に寄って本事例の対象斜面は,先ほどの事例とは異なる道路沿12おり,3 つの降雨イベントを学習した DA123MCS1 が地盤工学会誌,―() 報告ことが分かる。.まとめ本稿では,逐次型データ同化手法の一種である粒子フィルタによる浸透解析モデルのデータ同化に関する2つの適用事例を通じて,粒子フィルタの有用性について議論した。得られた知見を以下に示す。1)通常降雨時における体積含水率の計測結果に基づいて,粒子フィルタによって推定された浸透解析モデルを用いると,データ同化に使用したものよりも強い降雨時の斜面の水分状態を適切に再現できた。このような解析的外挿が可能であることから,粒子フィルタにより推定される浸透解析モデルは,異常降雨時における水分状態も予測できる可能性があると考えられる。2)降雨形態の異なる 3 種類の現地計測結果を用いて,粒子フィルタによる浸透解析モデルの更新を行った。その結果,データをより多く学習させたモデルほど,現地計測結果に対する再現性が高くなることが分かった。このことから,様々な降雨時の計測結果を用いてデータ同化を行うことで,より現地計測結果に対する再現性の高い浸透解析モデルへと更新できるといえる。3)粒子フィルタによるデータ同化は,現地斜面における浸透解析モデルの推定に対して有効な手法である。参1)2)図―DA123 において重み付き平均により算出されたパラメータを用いた各降雨イベントに対するシミュレーション結果最も現地計測結果に対する再現性が高い。降雨[2](集3)4)中)や降雨[ 3 ](交互)に対する MCS でも同様の傾向を確認することができた。このことから,様々な降雨時の計測結果を用いてデータ同化を行うことで,より再現5)性の高い浸透解析モデルへと更新できることが明らかになった。また,図―は DA123 において重み付き平均により算出されたパラメータを用いた 3 種類の降雨イベントに対するシミュレーション結果を示している。更新されたパラメータを用いると,異なる特徴を持つ降雨イベントにおける土壌水分状態を適切に再現できているOctober, 20176)考文献岩田直樹・中井真司・片山弘憲・柳崎 剛・笹原克夫平成26年 8 月の広島県廿日市市において観測された降雨浸透と斜面の変形,地盤工学ジャーナル,Vol. 10, No.4, pp. 623~634, 2015.小泉圭吾・藤田行茂・平田研二・小田和広・上出定幸土砂災害監視のための無線センサーネットワークの実用化に向けた実験的研究,土木学会論文集 C (地圏工学),Vol. 69, No. 1, pp. 46~57, 2013.片山 徹非線形カルマンフィルタ,朝倉書店, pp.121~160, 2012.伊藤真一・小田和広・小泉圭吾・臼木陽平現地計測結果に基づく土壌水分特性パラメータ同定に対する粒子フ,Vol. 72,ィルタの適用,土木学会論文集 C(地圏工学)No. 4, pp. 354~367, 2016.伊藤真一・小田和広・小泉圭吾粒子フィルタによる土壌水分特性パラメータの同定に対するリサンプリングの影響,土木学会論文集 A2 (応用力学), Vol. 72, No. 2(応用力学論文集 Vol. 19), pp. I_63~I_74, 2016.伊藤真一・小田和広・小泉圭吾・藤本彩乃・櫻谷慶治様々な降雨時の現地計測結果に基づく浸透解析モデルの確率論的更新,平成 29 年度土木学会全国大会第 72 回年次学術講演会,2017.(原稿受理2017.6.22)13
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  • タイトル
  • 不均質地盤の地下水モデリングにおける逆解析手法とその利用法の現状と展望(<特集>地盤工学への逆解析/データ同化の利用)
  • 著者
  • 増本 清
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 14〜17
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170010
  • 内容
  • 報告不均質地盤の地下水モデリングにおける逆解析手法とその利用法の現状と展望Current State and Future Vision of Utilization of Inverse Modeling for Heterogeneous Aquifer増本島根大学大学院. は じ め に清(ますもときよし)総合理工学研究科. 順解析と逆解析の方法こうした問題に対処するために,筆者はこれまでに,地下水挙動を予測する上で,不均質な地盤を適切にモ 計測形態の工夫(多点非定常データ)◯ 計算アルゴリ◯デル化することが求められる。そのために多点で非定常 適切化ズムの効率化( adjoint 法,準ニュートン法)2) ◯水圧挙動を計測し,数値モデルを用いて逆解析すること法(ノルム最小法,スムージング法)などを試みてきた。が有効と思われる。しかし,不均質性に対応するためにこれにより,多様な未知パラメータ(透水性だけでなく,は,膨大な未知パラメータを推定する必要から,計測・間隙率,初期条件や境界条件など)の設定,多様な目的解析コストが膨大になり,それに加えて逆問題の不適切関数の設定に対応できる数値逆解析法が実現でき,一定性の問題が生じる。それでも,ハードウエア及びソフトの有効性を示した。また,より複雑な二相流動や移流分ウエア技術の進展により,こうした逆解析が実用的なレ散現象とそれに伴う新たな未知パラメータ(毛管圧力曲ベルに近づいていると思われる。本稿では,筆者が行っ線,分散係数など)にも対応できることが示される3),4)。てきた不均質地盤の地下水モデル数値逆解析法の概要をまた,筆者は,逆解析結果が適切であるかどうかを判示し,現状の可能性と課題を示し,将来展望を述べる。定する方法を提案し検討した(増本5) )。これはラグラ.計測法と解析法の要点. 想定する計測法非定常水圧データは,不均質な水理特性の影響を受けンジュ乗数法として定式化された問題に対して,ラグランジアンのヘッセ行列の固有値を調べることにより適切性を評価するものである。以下にこれらの解析法の要点を示す。支配方程式の離散化るため,それを逆解析することにより,水理特性分布がある程度推定できることが理論的には期待される。そこ定 常 あ る い は 非 定 常 流 動 で あ れ , FDM あ る い はで,ここでは,パッカーで区切られたボーリング孔内のFEM であれ,支配方程式及び初期・境界条件を離散化区間で注水又は揚水を行い,多孔の複数深度の各区間ですると,(非)線形連立方程式が得られる。例えば,単多数の水圧を計測するハイドロパルステスト1)を想定す相流動の場合,非定常地下水流動の支配方程式は以下のる(図―)。このような試験形態による計測情報の増ようになる。大をはかったとしてもなお,実際に使用できる計測データは未知パラメータ量に比べて不足する上に,計測誤差やモデル誤差などの多様な誤差を含むため,適当な逆解R (x , y , z , t )≡析結果を得ることは一般には容易でない。特に逆問題の不適切性と,計算量(容量及び速度)が問題になる。() {}& qK-:・(:P+rg:z ) +Q=0&t BmB………………………………………………………(1)ここで,F間隙率,B容積係数,K浸透係数,m粘性係数,P間隙水圧,r水の密度,g重力加速度,z高さ(鉛直上向き正),Q流量である。また,R(x,y, z, t )はこの支配方程式が空間変数 x, y, z と時間変数 tの関数であることを示している。差分法を用いて,式(1)を時間及び空間で離散化することにより,時間ステップ n ,空間ステップ i, j, k に対する差分方程式が得られる。得られた差分方程式は,R ni, j, k=0 ………………………………………………(2)と書ける。これは境界条件及び初期条件も考慮にいれた式である。これを満たす間隙水圧を求めることが単相流動の順解析に相当する。さらに,時空間節点番号を通し番号で表現することにより,次のような一般的な形で書図―14ハイドロパルステスト概念図ける。地盤工学会誌,―() 報Ri(X, P )=0 ……………………………………………(3)告て,増本2)で示されている準ニュートン法を用いた。準ここで, i 時空間節点の通し番号, X 未知パラメーニュートン法では,目的関数を未知パラメータで微分しタベクトル,P(圧力等の)状態量ベクトルである。た値(以下,勾配とよぶ。)を求める必要がある。既往二相流動や移流分散方程式のように,格子点ごとに複文献2),3)に示されているように不均質性を表現するため数の支配方程式が適用される場合においても,離散化後には,浸透係数など多数の未知パラメータを扱うことにの方程式に通し番号をつけることにより式(3)と同様のなるため, adjoint 法のような高速勾配計算法を適用す表現が可能である。ることが有効である。次節で各未知パラメータに関する逆問題の定式化と適切化法勾配(微分値)を adjoint 法で求める方法を示す。ここで解くべき逆問題は,順解析で得られた圧力値と目的関数の微分値計算法観測で得られた圧力値の重み付き残差 2 乗和にペナルadjoint 法は通常変分法により説明されるが,離散化ティ項 G を加えた目的関数 J (式( 4))を最小とする未した問題に対してはラグランジュ乗数法の考え方で説明知パラメータを求めることになる。することができる4)。具体的には,目的関数と制約条件∑∑W nm(P ncal, m-P nobs, m)+GJ=n……………(4)mここで m観測点番号,W 重み,Pcal計算圧力値,式を用いてラグランジュ関数 L を定義する。式(2)に対するラグランジュ関数は式( 6 ),より一般的な式( 3 )に対しては式(7)のようになる。Pobs観測圧力値, G ペナルティ項(後述)である。∑∑∑∑lnijk・R nijkL=J+すなわち,式( 3 )を拘束条件として式( 4 )を最小化するi未知パラメータを求める等式拘束条件付き最小化問題として浸透係数 k 及び初期条件 P 0 及び流量 Q (境界セルk………………………(6)nL(X, P, l)=J(X, P)+∑li・Ri(X, P )………(7)して定式化される。ここでは,単相流動問題例における未知パラメータとjiここで,l随伴ベクトルである。随伴ベクトル(ラグランジュ乗数ベクトル)は,式では外部との流入出量を表す)を未知パラメータとする( 2 )(又は式( 3 ))より順解析で状態量を求めたあと,場合を例として示す。実際には式中の任意のパラメータ随伴方程式を連立して解くことにより算出することがでを未知パラメータとして扱うことができる。ここで,浸きる。式( 2 )に対する随伴方程式は式( 8 )である。これ透係数と初期条件及び流量はいずれも空間的な位置に応は線形の連立方程式となる。じて定められる量であり,離散化モデルでは空間ステッd&R abc&L&J=+=0 ………………(8)ld ・&P nijk &P nijk a, b, c, d abc &P nijk∑プごとに定められるものであることに注意されたい。Gは未知パラメータのみからなる関数であり,各項の係数ここで a, b, c, d はそれぞれ i, j, k, n に対応する一時変数を変えることにより未知パラメータに関する事前情報をである。用いた適切化の程度を調整することができる。一例としこの連立方程式の係数行列は,順解析で使用される係て,浸透係数のスムージング,浸透係数・初期条件・境数行列の転置となるので,順解析ができていればコーデ界流量にノルム最小法を適用する場合,次の形になる。ィングの手間はそれほど増えない。多くの問題では対称G=GKsm+GK ln+GIC ln+GBC ln ………………………(5)行列になるので同じサブルーチンをそのまま使用するこここで, GKsm 浸透係数スムージング項, GK ln 浸透とになる。非定常問題において順解析で時間ステップご係 数ノ ルム 最小 項, GIC ln 初 期条 件ノル ム最 小 項,とに状態量の空間分布を求める形であれば,随伴方程式GBC ln 境界条件ノルム最小項である。スムージングはについては終末条件を与えて逆時間ステップごとに同様空間的に隣接する浸透係数パラメータからなる二次差分の連立方程式を解く形になる。その際,終末条件は+1………………………………………………(9)lNijk =0(曲率)の重み付き二乗和,ノルム最小項は,パラメータごとに設定される基準値とパラメータとの差の重み付とすればよい4) 。このことは式( 8 )において n = N の場き二乗和である。ノルム最小法は未知パラメータの大き合の式を作り,式(9)と組み合わせることにより,ほかさ,スムージング法は未知パラメータの滑らかさに関すの n の式と同形にできることから分かる。終末時間スる制限を与える。これらはいわゆる正則化法に属するもテップ番号は N ではなく N + 1 とする点に注意されたので,他にも多様なペナルティ項を作成できる。この多い。様性が実用上重要な意味をもつ。実際ノルムの取り方は未知パラメータ Xm に対する目的関数の微分値は式多様な形を選ぶことができ,異なるパラメータ間の関係( 10 )で表される。これは随伴ベクトルを用いて計算で式を組み込める。また,各パラメータに関して微分可能きる。4)な多様な変数変換が適用できる。例えば,浸透係数は対数を取ることにより 0 以上という制約を解消できる。&L&J=+&Xm &Xm&R∑li・&Xmi …………………………(10)i未知パラメータの多様な設定法は,モデリングの目的や以下に,式( 10 )による微分値計算式の具体例として,観測情報量に応じてエンジニアの主観を入れつつニーズ初期条件及び境界流量に関する勾配計算式を示す。とすり合わせながら決めることになろう。上記の非線形最適化問題を解くための逆解析手法としOctober, 2017初期条件に関する勾配は,順解析すなわち式(2)を解いて得られる圧力値と式(8)を解いて得られる随伴ベク15 報告トルを用いて,次式により算出することができる。&R dabc&L&Jldabc・ 0 =00 =0 +&P ijk &P ijk a, b, c, d&P ijk∑……………(11)逆解析推定値における状態量と乗数ベクトルが求められているので,これらを用いることにより,ラグランジュ関数のヘッセ行列(式(14))を作ることができる5)。式( 11 )を離散化した式に適用すると,次のような簡潔222& L & L & L 2&p&p&u &p&lな式となる。( )&L Vijk・qijk 1 d=・lijk・&P 0ijkDt ldP1B:2L=………………………(12)ここで,V差分化したセルの体積,Dt時間ステップ&2L&u&p&2L&u2&2L&u&l………………………(14)&2L&2L &2L &l&p &l&u &l2 である。以上の計算法を用いることにより,未知パラメータ数に関わらず,順解析の 2 倍程度の計算時間でMasumoto5) では,このラグランジュ関数のヘッセ行列目的関数の勾配を算出することができる。流量に関する( 2 階微分)の固有値を用いた信頼性指標を提案している。これにより,逆解析結果の適切性を評価できると考微分値は次のようになる。&L=lnijk ……………………………………………(13)&Q nijkえられる。このヘッセ行列の固有値の計算には,ハウスホルダーこの式は,ラグランジュ乗数の実体が流量に関する微分法及び二分岐法を用いた。なお,負の固有値は不要なの値であることをも示している。これを逆用すれば,流量(未知パラメータの個数)で求めない。式(14)の次元は,に関する微分値を数値微分により計算すれば,随伴方程+(等式制約条件式の個数)× 2 となるので,計算量は式が正しく解けたかの検証に使用できる。このようにな膨大になる。このヘッセ行列は正方行列になり,行列のるのは,制約条件式の流量 Q に関する微分値が 1 とな正の固有値数が制約条件式数と未知パラメータの総数のっ て い る た め で あ る 。 境 界 流 量に 関 す る 微 分値 は 式和と等しくなるとき,得られた解が適切であるといえる。(13)の節点番号が境界節点の場合に相当する。なお,式( 14 )の行列は,制約条件式の個数と同じ個数の負の固有値をもつことが示される。ヘッセ行列の正の非線形最小化以上に示すように,式(2)を解いて得られた状態量を使用して,式(8)を逆時間に解いて得られる乗数ベクト固有値の欠落数を NL とすると,欠落数は式( 15 )のように表せる。ルを用いると,式( 10 )により勾配が計算できる。式NL=Nc+Nm-Ne …………………………………(15)( 10 )は式( 2 )及び式( 8 )を解くのに比べて微小な計算量で求まる。したがって,未知パラメータの種類や個数にここで, Nc制約条件式(式( 2))の個数, Nm 未知関わりなく,勾配計算時間は順解析 1 回と随伴方程式 1パラメータの個数, Ne  L のヘッセ行列の正の固有値回を解く計算量となる。準ニュートン法などの勾配法に数である。より,この勾配が十分に 0 に近づくまで反復を繰り返逆解析結果の信頼性評価指標 E ( Masumoto )5) を, Lすことにより,逆解析が実行される。未知パラメータ数のヘッセ行列の正の固有値の最大値 emax 及び最小値 eminが大きくなる場合は準ニュートン法においても記憶容量及び欠落数 NL を用いて,式(16)としている。を節約する方法の使用が望ましい2)。adjoint法を適用すE=る場合,実際には固定したくないパラメータを未知として扱うことにより,モデル誤差を防ぐことが期待できる。emin-NL …………………………………………(16)emaxただし,正の固有値が欠落する場合は emin は 0 であ未知パラメータの候補としては,物性値や流量などのほる。欠落数は解の一意性に関する情報を示し,固有値のかに,空間節点の座標や水分特性曲線のパラメータなど,比は解の安定性(感度)に関する情報を示すものと考え式(3)に含まれる状態量以外のもの全てが対象となり得られる。E が大きいほど,逆解析結果はより適切であるる。 adjoint 法を使用する限り,未知パラメータの種類ことが期待される。なお,欠落数が生じた場合は,本来をいくら増やしても勾配計算時間はほぼ不変である。は不適切問題といえる。しかし,実際の数値解析におい. 逆解析の信頼性評価指標ては,計算機誤差などの影響で正値と 0 が判別できな前節に示したように, adjoint 法では未知パラメータい場合も考えられる。したがって,欠落数がある場合にを増やしても勾配計算量が変わらないため,多数のパラついても相対的な評価指標として使用できる可能性はあメータを未知として逆解析を実施することができそうでると考えられる。ある。ただし,未知パラメータ数が多すぎると観測情報の量に限界があるため,逆問題が不適切になる可能性がある。その場合,ペナルティ項を適当に設定することに.数値逆解析の例. 多様な未知パラメータの逆解析例より適切化を図ることができる。ただし,逆解析結果が多様な未知パラメータ推定の例として,浸透特性と初適切な条件のもとで解かれたかどうか,その信頼性を評期・境界条件を同時に逆解析した例を紹介する。末光と価する必要性が出てくる。すなわち,適切化による未知増本6)では,浸透係数分布に加えて初期圧力分布と境界パラメータに対する縛りをどの程度に設定すればよいの流量を未知量とする逆解析を二次元(セル数20×13)かが問題となる。一方, adjoint 法を適用した場合は,数値実験で試みている。適切化法としてノルム最小法を16地盤工学会誌,―() 報告用いており,各未知パラメータに対するノルム最小項のと考 え ら れる 。 adjoint 法 を 使 用す る 場 合, 未 知 パラ重み係数を調節することにより,3 種類の未知パラメーメータの種類や個数が増えても目的関数の微分値(勾配)タが適切に推定できることを示している。特に初期条件の計算量は変わらないので,あらゆるパラメータを未知として不均質性を考慮しないで作成した初期条件を既知として扱うことによるコストは大きくない。この場合はとして逆解析を実施すると浸透係数分布が正解値と大き未知パラメータの自由度をノルム最小法などにより抑えく異なることが指摘されており,初期条件を未知としてれば,適切性も解決できる可能性がある。しかし,未知扱うことの有効性が示されている。実データの解析におパラメータ数が増えすぎると,勾配法の計算速度や記憶いて,ノルム最小項の重みをどのように選べばよいかが容量の問題,信頼性評価計算量が増大する,といった問課題となる。題がある。そのほかに,ウェルモデルによる補正や,予. 逆解析結果の適切性評価例測誤差の評価なども実用上重要と考えられる。逆解析結果の信頼性評価の例として,スムージングパ今後の展開として,評価指標値が増大するように問題ラメータの違いが逆問題適切性に及ぼす影響を検討したを変換する方法の検討が考えられる。通常の行列計算に例を紹介する。評価指標の妥当性について,増本と仲おける CG 法のように条件数を 1 に近づけるような変換野7)に数値実験による検討例が示されている。これによを行い,高速で安定な計算を行う方法が威力を発揮するると,正解値の分かっている二次元数値モデルに対してことが知られているが,非線形逆問題においてもこのよスムージング項の係数を変化させたときの,浸透係数分うな変換法を開発することが期待される。これは“非線布推定結果と正解値との差に対する評価指標との関係が形問題の線形化”による効率化とみることもできる。そ良い相関性をもつことが示され,スムージング項の係数のためのツールとしてこのような評価指標が適用できるを決定する上で評価指標が適用できることが示されてい可能性がある。特に目的関数各項の重みづけや未知パラる。ただし,大規模問題に適用するには計算量が膨大にメータの変数変換は多様であり,実際に求めたいものなるという課題が残されている。.地下水流動数値逆解析法の現状の課題と展望(目的),前提とできること(事前情報),使用できるデータ(計測情報の質と量),実際の計測状況(単純化によるモデル誤差が許容できるか)等に応じて,総合的に適当な設定法を構築することが望まれる。順解析を行う場合は,パラメータの値を決めることがエンジニアの考えるべきことであった。しかし,逆解析の枠組みでは,パラメータ間の関係をどう設定するか,参1)目的関数を構成する各項の関係をどう設定するか,仮定したモデルや既知としたパラメータは適切かどうか,ということを検討することになる。特に,問題となるのは,モデル誤差の低減であろう。こうした問題を解決する上2)で,逆解析結果の信頼性を定量的に評価することは有効と考えられる。それに耐えうる計算効率の向上が求めら3)れる。また,予測誤差を評価したいというニーズもあるだろう。実用化に向けて,多様な解析を実行できるツールができつつあるものの,その発展をはかるだけでなく,4)使用法についての検討がより重要である。残された課題として以下が挙げられる。1)三次元大規模問題のための一層の計算効率化が5)必要。2)多相流動や移流分散現象等に対応するためには3)多様な未知パラメータの適切な設定法が不明。4)多様な目的関数の適切な設定法が不明。5)信頼性評価の計算量が大きい。計測及び未知パラメータの限定法の検討が必要。実用化のためには,逆解析結果の信頼性と計算速度を高めることが重要であろう。例えば,モデル誤差を解消するためには,極力パラメータを固定しないことが有効October, 20176)7)考文献Masumoto, K., Tosaka, H., Kojima, K., Itoh, K. andOtsuka, Y.: New Measuring System and High SpeedThree Dimensional Inversion Method for HydropulseTomography., Proc. Int. Congress on Rock Mechanics,ISRM, pp. 847850, 1995.増本 清地下水理逆解析における計算機記憶容量節約アルゴリズム,応用力学論文集,Vol. 7, No. 1, pp. 191~199, 2004.増本 清地下二相流動モデルにおける相対浸透率曲線の同定法,日本地下水学会, 2008 年秋季講演会講演要旨,pp. 28~31, 2008.増本 清逆解析による水理特性パラメータの評価,日本地下水学会原位置トレーサー試験に関するワーキンググループ編「地下水のトレーサー試験」第 8 章 2 節,技報堂出版,pp. 195~212, 2009.Kiyoshi Masumoto: Credibility evaluation of numericallyestimated heterogeneous hydraulic property by eigenvalues of Hessian of Lagrange function for constrainedgroundwater problem, Proc. ModelCARE2007, IAHSPublication 320, pp. 5863, 2008.末光明信・増本 清地下水理物性および初期・境界条件の同時逆解析における適切化手法の検討,日本地下水学 会 , 2015 年 秋 季 講 演 会 講 演 予 稿 , pp. 102 ~ 107,2015.増本 清・仲野允浩地下流動特性逆解析における適切な計測形態とスムージングパラメータの検討,地盤と建設,Vol. 28, No. 1, pp. 153~160, 2010.(原稿受理2017.7.3)17
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  • タイトル
  • スペクトルインバージョンに基づくサイト増幅特性に関する評価-2016年熊本地震による大分県内の被災地を例として-(<特集>地盤工学への逆解析/データ同化の利用)
  • 著者
  • 秦 吉弥・門田 浩一・矢部 正明・池田 隆明
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 18〜21
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170011
  • 内容
  • 報告スペクトルインバージョンに基づくサイト増幅特性に関する評価―年熊本地震による大分県内の被災地を例として―Evaluation of Site Ampliˆcation Factors at Damage sites for the 2016 Kumamoto Earthquakebased on Spectral Inversion Method using the Observed Aftershock Records秦吉大阪大学矢弥(はた大学院工学研究科部株 長大正明(やべ構造事業本部よしや)准教授まさあき)副技師長. は じ め に門田浩一(かどた株パシフィックコンサルタンツ池田隆長岡技術科学大学ひろかず)地盤技術部明(いけだ部長たかあき)大学院工学研究科教授などの臨時余震観測点におけるサイト増幅特性(地震基盤~地表)を評価した。その際,KNET 湯布院におい震源を特定して地震動を評価する手法(いわゆる強震て既往研究9)と本研究(ともにスペクトルインバージョ動評価手法)は,内閣府中央防災会議による南海トラフンを採用)によるサイト増幅特性を比較,及び湯布院町巨大地震・首都直下地震の被害想定1),2)や国立研究開発川上においてスペクトル比とスペクトルインバージョン法人防災科学技術研究所 JSHIS による確率論的地震動に基づく手法によって評価したサイト増幅特性を比較し,予測地図3)などに利用されつつある。強震動評価では,各々の類似性を確認することによって,本稿において評一般的に,対象地点の地震動の特性が,震源特性・伝播価したスペクトルインバージョンに基づくサイト増幅特経路特性・サイト特性の三つの要素からなると考える。性の適用性を確認した。この三つの要素の中で,サイト特性(サイト増幅特性)は,巨大地震の諸量に依存せず,対象地点に固有の地盤.臨時余震観測の実施特性であると考えられ,十分な調査観測を行うことで,本研究では,検討対象地点近く(図―参照)におい強震動評価の精度向上が期待できる要素4),5)である。サて地震計を臨時設置し,余震観測を実施した。なお,地イト増幅特性を評価可能な手法6)としては,スペクトル震計の臨時設置地点と並柳橋・切土法面崩壊地点では,比に基づく手法とスペクトルインバージョンに基づく手常時微動 H/V スペクトルの特性が非常に類似しており,法の二種類がある。前稿7)では,2000年鳥取県西部地震地震計の臨時設置位置の妥当性を確認している。写真―の震源域内の対象地点(臨時地震観測点)とその周辺の及び写真―に法面崩壊地付近及び並柳橋付近での常既存強震観測点で同時に得られた中小地震記録によるスペクトル比に基づいて,対象地点におけるサイト増幅特性(地震基盤~地表)を評価している。そこで本稿では,特集号のテーマ「逆解析/データ同化とその利用」を考える上で, 2016 年熊本地震の震源域内の対象地点(臨時地震観測点)とその周辺に位置する数多くの既存強震観測点(KNET/KiKnet 観測点)8)において同時に得られた余震記録に対してスペクトルインバージョン9)~11) を適用することによって,対象地点におけるサイト増幅特性(地震基盤~地表)を評価した結果について紹介する。具体的には,まず, 2016 年熊本地震の本震による強震動の作用によって深刻な被害が比較的近距離で発生した地点(主桁の変形や支承の破壊などの被害が生じた大分自動車道並柳橋12)と由布岳 PA 周辺の切土法面13)の崩壊地点図―参照)を検討対象地点とした。次に,検討対象地点近く及び由布市湯布院町川上(震度観測点)の極近傍(計二地点)において臨時余震観測を実施した。最後に,得られた記録に対してスペクトルインバージョンを適用し,検討対象地点や湯布院町川上(震度観測点)18図―2016 年熊本地震による被災地点12),13) と周辺の観測点地盤工学会誌,―() 報写真―告常時微動計測状況例(法面崩壊地点付近)図―スペクトルインバージョンの対象の一つとした2016 年熊本地震の余震によって同時記録された観測点の分布したフーリエスペクトルの比率を計算し,この比率をKNET 湯布院における既存のサイト増幅特性9) に掛け合わせることによって,水平方向のサイト増幅特性(地震基盤~地表図―参照)を評価7)した。その際,距離の違いによる補正としては,幾何減衰に関する補正と写真―常時微動計測状況例(並柳橋左岸側アバット付近)時微動計測状況を示す。さらに,地方自治体管理の震度計ではその記録の公開が比較的規模の大きな地震に限ら非弾性減衰18) に関する補正を行い,非弾性減衰を表すQ 値は,加藤19)による Q 値(Q( f )と表記)を適用した。.スペクトルインバージョンに基づく手法インバージョン解析の対象とした地震は,Aftershockれていること14) ,及び評価したサイト増幅特性の適用などの 2016 年熊本地震の余震(いずれも内陸地殻内地性確認のため,震度観測点の極近傍においても地震計を震)である。 Aftershock の震央と解析対象観測点を合臨時設置し,余震観測を実施した。その結果,図―に示すように,比較的規模の大きなわせて図―に示す。解析対象とした地震は,最大加速度 PGA (水平二成分合成)が 5 Gal 以上を記録した観余震(2016/05/05 1040 MJ4.9以後,Aftershock と測 点 を 目 安 の 一 つ と し た 。 た だ し , KiK net 野 津 原呼ぶ)等による観測記録を,上記の臨時余震観測点(計(基準観測点図―参照)では,最大加速度 PGA が 5二地点)及び K NET 湯布院を含む約 60 の地震観測点Gal よりも小さい場合にも採用することとした。その結において同時に得ることができた。なお,地震計は一体果,図―に示すように, Aftershock のケースでは,型微動探査兼地震計機器15) を採用し,サンプリング周KNET/KiKnet 観測点及び臨時余震観測点(.参照)波数は 100 Hz とした。観測方向は, N S, E W, U Dの計60地点において同時に記録を得ることができた。方向の計三成分であり,トリガー加速度レベルは設定せず常時観測を継続するシステム16),17)とした。.スペクトル比に基づく手法.で述べた湯布院町川上(震度観測点)に設けた臨時余震観測点で得られた記録に対してスペクトル比に基づく手法を適用し,本章では,サイト増幅特性を評価した。その評価結果を図―に示す。具体的には,臨時余震観測点と K NET 湯布院で同時に観測された余震記録を対象に,二地点間の距離の違いによる補正18),19) を考慮October, 2017本章では,以下に示す式(1),式(2),式(3)に対してスペクトルインバージョンを適用し,観測点(図―の一例参照)におけるサイト増幅特性(地震基盤~地表)を評価した。その評価結果を,図―,図―,図―に示す。Aij( f )=Si( f )Pijk( f )Gj( f ) …………………………(1)Si( f )=Oi( f )・Pijk( f )=Ruq・FS・PRTITN4・p・r・Vs 31 nexpRijk k_=1(r ・ VS………(2)rref・Vrefp・f・RijkQS( f )・VS-)……………(3)19 報告式( 3 )の Rijk は i 番目の地震における j 番目の観測点,地震タイプ k の場合の震源距離である。 Q ( f )は水平動に関する Q 値(.と同様)19)である。式(1)の Aij( f )は既往研究20)を参考にマグニチュードによって時間断面の区間を変えて求め,切り出した波形両端にはサイン・コサインテーパーを施した。評価周波数帯域は 0.2 ~ 50 Hz (ただし,表示有効周波数帯域は0.2~10 Hz)を対象とし,観測地震動のフーリエスペクト ル ( 水 平 二 成 分 合 成 ) に は 0.05 Hz の Parzen Window を考慮した。式(1)の各々の特性を両辺の常用対数を利用し,連立方程式を解くことによって算定した。こ図―採用手法の違いがサイト増幅特性の評価結果に及こで, Si( f )と Gj( f )はお互いに相反の関係にあるため,ぼす影響(由布市湯布院町川上での検討事例)上述した連立方程式を解法するためには何らかの拘束条件 が 必 要 と な る 。 そ こ で 本 稿 で は , KiK net 野 津 原(図―参照)を基準観測点に選定し,基準観測点における地表・地中観測記録及び一次元速度構造に基づいて計算した水平動の伝達関数(図―参照)を拘束条件として採用した。.サイト増幅特性の評価結果図―は,湯布院町川上(震度観測点)を対象に,スペクトル比に基づく手法(.参照)とスペクトルインバージョンに基づく手法(.参照)を用いてサイト増幅特性を比較・評価した結果である。図―に示すように,両手法によって評価されたサイト増幅特性(0.2~10 Hz)図―条件設定の違いがサイト増幅特性の評価結果に及が非常に良い一致を示していることが分かる。図―は,ぼす影響(KNET 湯布院での検討事例)K NET 湯布院を対象に,既往研究9)と本研究(ともにスペクトルインバージョンを採用)によるサイト増幅特性の評価結果を比較したものである。図―に示すように,0.5~2 Hz では既往研究9)に基づくスペクトルが,3~ 5 Hz では本研究によるスペクトルがそれぞれ若干大きくなっているものの,スペクトル形状やピーク周波数などを含めたサイト増幅特性の特徴は概ね類似していることが読み取れる。図―及び図―より得られた知見は,本稿において評価したサイト増幅特性の適用性を示唆するものである。図―は,本稿でスペクトルインバージョンに基づき評価した湯布院町川上,KNET 湯布院,検討対象地点のサイト増幅特性(いずれも地震基盤~地表)を比較し図―検討対象地点におけるサイト増幅特性の評価結果たものである。検討対象地点では,0.7~2 Hz 付近(やや短周期帯域21)を含む)及び 3~10 Hz 付近において湯Aij( f )は i 番目の余震における j 番目の観測点の加速度布院町川上及び K NET 湯布院をそれぞれ上回っておフーリエスペクトル,Si( f )は式(2)に基づく i 番目の地り, 2016 年熊本地震の本震時に検討対象地点に作用し震の震源特性, Pijk( f )は式(3)に基づく i 番目の地震にた地震動は,周辺の湯布院町川上や K NET 湯布院における j 番目の観測点の地震タイプ k(本稿では結果的おける観測地震動よりも大きかった可能性が高いことがに内陸地殻内地震の一種類のみ)の伝播経路特性,G( f )示唆される。は j 番目の観測点のサイト増幅特性, f は周波数である。式(2)の Ruq はラディエーション係数18),FS は自由地表面の増幅効果を表す係数18) , PRTITN はエネルギー.まとめ本稿では, 2016 年熊本地震の本震によって被災した分配係数,r 及び rref は地震発生層と基準観測点の密度,大分県由布市内にある大分自動車道並柳橋と由布岳 PAVS と Vref は地震発生層(伝播経路に影響)と基準観測周辺の切土法面崩壊地点の近くにおいて臨時余震観測を点(地震基盤相当の層)のせん断波速度である。一方で,実施し,得られた記録に対してスペクトルインバージョ20地盤工学会誌,―() 報ンを適用し,サイト増幅特性(地震基盤~地表)を評価した結果について紹介した。その際,周辺の既存強震観測点を対象に,スペクトルインバージョンとは異なる評8)価手法(スペクトル比に基づく手法)や既往研究によるサイト増幅特性に対して比較を行うことで,本稿で評価したサイト増幅特性の適用性を確認した。9)その結果,並柳橋及び切土法面崩壊地点では,周辺の既存強震観測点よりもサイト増幅特性が概して大きく,周辺で得られた本震観測記録よりも大きな地震動が当該被災地点に作用した可能性が高いことが明らかとなった。10)今後は,本稿で評価したサイト増幅特性を用いて 2016年熊本地震の本震時に当該被災地点に作用した地震動を11)具体的に推定していきたいと考えている。謝12 )辞国立研究開発法人防災科学技術研究所 KNET/KiKnet による地震観測波形データを利用しました。臨時余震観測の実施にあたっては,現地の住民・関係者の皆様にご支援いただきました。臨時地震観測の実施では,湊13 )文博氏,大川雄太郎氏,山内政輝氏(ともに大阪大学学生)の支援を仰いだ。なお,本研究は,(一財)災害科学研究所土工構造物の性能向上技術普及研究会(委員長14)常田賢一 (一財)土木研究センター審議役),(公社)土木学会地震工学委員会性能に基づく橋梁等構造物の耐震設15)株 長大計法に関する研究小委員会(委員長矢部正明 副技師長),(公社)土木学会地震工学委員会2016年熊本地震による被害調査・分析小委員会(委員長池田隆明16)長岡技術科学大学教授)の活動の一環として実施したものである。委員の皆様には有意義なご意見をいただいた。記して謝意を表します。17)参1)2)3)4)5)6)7)考文献南海トラフの巨大地震モデル検討会内閣府防災情報ホームページ, 2013. http:// www.bousai.go.jp/ jishin/nankai/model/(最終閲覧日2017年 7 月10日)首都直下地震モデル検討会内閣府防災情報ホームページ,2015. http://www.bousai.go.jp/kaigirep/chuobou/senmon / shutochokkajishinmodel /(最終閲覧日 2017年 7 月10日)藤原広行・他 15名「全国地震動予測地図」作成手法の検討,防災科学技術研究所研究資料,第336号,2009.例えば,後藤浩之・澤田純男地震動予測の現状と課題,地盤工学会誌,Vol. 60, No. 3, pp. 10~11, 2012.秦 吉弥・野津 厚被害地震の揺れに迫る―地震波形デジタルデータ CD 付き―,大阪大学出版会,2016.(公社)日本港湾協会港湾の施設の技術上の基準・同解説 [ 上 巻 ], 国 土 交 通 省 港 湾 局 監 修 , pp. 336 ~ 341,2007.秦 吉弥・野口竜也・古川愛子・香川敬生大規模地震October, 201718)19)20)21)告を対象とした強震動評価におけるサイト増幅特性の評価の重要性,地盤工学会誌,Vol. 61, No. 1, pp. 12~15,2014.Aoi, S., Kunugi, T., and Fujiwara, H.: Strongmotionseismograph network operated by NIED: KNET andKiKnet, Journal of Japan Association for EarthquakeEngineering, Vol. 4, No. 3, pp. 6574, 2004.野津 厚・長尾 毅・山田雅行スペクトルインバージョンに基づく全国の強震観測地点におけるサイト増幅特性とこれを利用した強震動評価事例,日本地震工学会論文集,Vol. 7, No. 2, pp. 215~234, 2007.野口竜也・西川隼人・吉田昌平,香川敬生鳥取県内の地震観測点における地盤構造の把握とサイト特性の評価,土木学会論文集 A1, Vol. 72, No. 4, pp. 646~658, 2016.内山泰生・山本 優スペクトルインバージョン解析に基づく 2016 年熊本地震の震源・伝播経路特性の評価,日本地震工学会論文集,Vol. 16, No. 10, pp. 146~150,2016.株 平成 28 年( 2016 年)熊本地震によ西日本高速道路る大分自動車道並柳(なみやなぎ)橋の損傷について,NEXCO 西日本ホームページ, 2016. http: // corp.w nexco.co.jp / corporate / release / kyushu / h28 / 0422 /(最終閲覧日2017年 7 月10日)株 平成 28 年熊本地震による高速道路西日本高速道路の被災箇所と復旧状況(その 2 ), NEXCO 西日本ホームページ,2016. http://corp.wnexco.co.jp/corporate/release/hq/h28/0525c/(最終閲覧日2017年 7 月10日)西前裕司気象庁・地方公共団体における震度観測及び強震観測について,日本地震工学会大会― 2003 梗概集,pp. 特58~59, 2003.先名重樹・安達繁樹・安藤 浩・荒木恒彦・飯澤清典・藤原広行微動探査観測システムの開発,第 115回物理探査学会学術講演会講演論文集,pp. 227~229, 2006.秦 吉弥・矢部正明・葛西 昭・松崎 裕・高橋良和・秋山充良臨時地震観測に基づく 2016 年熊本地震の強震動の作用によって被災した橋梁地点でのサイト増幅特性の評価,第19回性能に基づく橋梁等の耐震設計に関するシンポジウム講演論文集,土木学会, pp. 127 ~ 134,2016.秦 吉弥・後藤浩之・吉見雅行・古川愛子・盛川 仁・池田隆明・香川敬生高密度臨時地震観測に基づく益城町の市街地における地盤震動特性の広域評価,第60回地盤工学シンポジウム論文集,pp. 165~172, 2016.Boore, D. M.: Stochastic simulation of highfrequencyground motions based on seismological models of theradiated spectra, Bulletin of the Seismological Society ofAmerica, Vol. 73, No. 6A, pp. 18651894, 1983.加藤研一KNET 強震記録に基づく1997年鹿児島県北西部地震群の震源・伝播経路・地盤増幅特性評価,日本建築学会構造系論文集,No. 543, pp. 61~68, 2001.川瀬 博・松尾秀典KNET, KiKnet, JMA 震度計観測網による強震動波形を用いた震源・パス・サイト各特性の分離解析,日本地震工学会論文集,Vol. 4, No. 1,pp. 33~52, 2004.川瀬 博震源近傍強震動の地下構造による増幅プロセスと構造物破壊能― 1995 年兵庫県南部地震での震災帯の成因に学ぶ―,第10回日本地震工学シンポジウムパネルディスカッション資料集,pp. 29~34, 1998.(原稿受理2017.3.15)21
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  • タイトル
  • 模型実験結果を利用した圧密逆解析手法の検証(<特集>地盤工学への逆解析/データ同化の利用)
  • 著者
  • 柴田 俊文・西村 伸一・珠玖 隆行
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 22〜25
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170012
  • 内容
  • 報告模型実験結果を利用した圧密逆解析手法の検証Veriˆcation of Inversion Analysis of Consolidation Based on Model Test Results柴田俊岡山大学大学院文(しばた環境生命科学研究科珠西としふみ)玖准教授隆岡山大学大学院村伸一(にしむら岡山大学環境管理センター行(しゅくしんいち)教授たかゆき)環境生命科学研究科准教授れる多数の離散サンプルで近似する,時間更新アルゴリ. は じ め にズムを有する手法である。モンテカルロ法に基づき順解土構造物の長期残留沈下予測を高精度で行い将来の挙動を正確に把握することは,維持管理と長寿命化の観点析を繰り返すため,強い非線形性を示す問題にも良好な適用性を示す方法である。で非常に重要である。特に,地盤の長期的な挙動を対象本稿では二次圧密挙動を含む長期沈下を対象とし,粒とする場合には,二次圧密の影響を包含して評価するこ子フィルタを水~土連成有限要素法と融合して,模型実とが肝腎である。験の結果に基づいて逆解析を実施する。ここで,本手法逆解析手法は,施工・供用中あるいは実験中の観測値の精度検証のため,高精度の計測結果が得られる二種類を入力データとし,地盤定数や境界条件の推定を行うもの模型実験結果を対象に解析を実施する。模型実験は一のであるが,同定したパラメータを用い,再度解析を行次元の分割型圧密試験と二次元の圧密試験を実施し,沈うことで将来の土構造物の挙動を予測することも可能と下量あるいは間隙水圧を用いて,地盤定数を同定する。なる。このため,時刻毎に得られた観測値を用いてパラ同定値を用いて予測解析を実施し,実験値と比較するこメータを逐次同定し,将来の挙動の予測を適宜修正するとで粒子フィルタを用いた沈下予測の検証を行う。ことで,高い精度の予測を行うことができるようになる。これまでにも,予測を目的としない問題を含め,数多くの地盤の問題に対して逆解析が適用されてきており,近.一次元分割型圧密試験模型実験の試料は,岡山県笠岡市笠岡湾にて採取した年では,粒子フィルタ1)を用いた解析例が示されている。海成粘土を用い, 0.075 mm ふるいで裏ごししてペース粒子フィルタは,状態変数の確率分布を「粒子」と呼ばト状にしたものを脱気水とともに大型圧密容器内に入れ,40 kPa で予備圧密したものを使用する。なお,初期含表―実験材料の物理特性水比は86.5である。表―に実験に用いた試料の物理特性を示す。図―に一次元分割型圧密試験の概略図,図―に有限要素法の要素分割と荷重・境界条件を示す。なお,図―の星印は,接続を表している。1 層あたりの試料の高さを 2 cm,直径を 6 cm とし,4 層重ねた状図―22分割型圧密試験の概略図図―要素分割,境界条件及び観測点地盤工学会誌,―() 報表―告解析パラメータ一覧図―同定値を用いた沈下予測初期体積ひずみ速度は,他の三つの同定パラメータを比較すると,明確なピークが認められず,同定値を得るのが難しいことが分かる。そのため,複数個の初期体積ひずみ速度 ·v0 を用意し,それぞれの値を用いて再度粒子フィルタで逆解析を実施し,実測値との差が最少の ·v0を同定値とした。図―は得られた同定値を用い,再解析を行った結果である。それぞれ同定期間が 1 080 min と 2 520 min で図―同定パラメータの重み分布あり,それらの時刻以降(Prediction の矢印で表示)が態で試験を実施する。ここで,各層の上面と下面でそれ予測沈下曲線である。同定期間が 1 080 min の場合,二ぞ れ変 位と 間隙 水圧 の測 定を 行う 。な お, 載荷 は 40次圧密挙動の予測精度が低いが,同定期間 2 520min とkPa から 320 kPa まで荷重増分比 1  1 で段階的に変化した場合には,良好な沈下予測結果が得られている。以させ,間隙水圧の消散速度を考慮し一段階あたり 7 日上より,連結型圧密試験は,複数点による変位と間隙水としている。圧の計測が可能であるため,検証に適していることが確有限要素法では,構成式に関口―太田の弾粘塑性モデルを用いており,水~土連成解法に基づくDACSAR3)を使用している。図―の NP は変位計測点, EL 横の認できた。.二次元圧密試験太線は間隙水圧計測点を表している。本稿では粒子フィ二次元圧密試験を用いた逆解析では,水平方向の挙動ルタを用い,4 点の沈下量から,圧縮指数 l,透水係数にも着目するため,構成式の修正とポアソン比の同定をk,初期体積ひずみ速度 ·v0,二次圧密係数 a の四つの同図る。図―に,二次元圧密試験の模型実験装置を示す。定パラメータを求める。その際, 2 520 min までの沈下前面が厚さ 2 cm のアクリル板,奥行きが 10 cm の実験量を用いて逆解析を行い,得られた同定値を用いて予測装置であり,ラバーメンブレンを介し,水圧によって供解析を行う。粒子フィルタのサンプリングには, Se-試体上部に圧力を作用させ,載荷板上のピストンによっquential Importance Sampling (SIS)2)を用いて解析を行て局所載荷を行う。載荷板の鉛直変位は,変位変換器にい,得られた重み分布の重み付き平均を同定値とする。より測定することができる。また,空気圧をコントロー表―に解析で用いたパラメータ一覧を示す。ここで,ルすることにより,拘束圧を制御することができる。試4 種類の同定パラメータは一様分布で作成した粒子の範料の鉛直・水平変位は CCD カメラによって動画の画像囲を示しており, 1 000 個の粒子を発生させる。図―により測定し,間隙水圧は圧力変換器によって計測できは同定が終了した時刻( 2 520 min )の重み分布である。る。ここで,重みの大きさは尤度に関連し,その値が大きい図―は変位・間隙水圧の計測位置と,載荷条件及びほど粒子と実験値の差が近いと考える。重み分布より,排水面を表している。変位の測定位置は A ~ M の計 13October, 201723 報告表―表―図―解析諸元解析に用いた乱数の範囲二次元圧密の模型実験装置図―図―計測位置要素分割図カ所,間隙水圧は P1~P3 の 3 カ所であり,排水面を上下面及び左側面としている。ここで,パラメータ同定に用いる測定値は,鉛直・水平変位は感度の高い A~J を使用し,間隙水圧は P2 及び P3 を用いることとする。ただし,実験開始後から160分までは,実験値と解析値との乖離が大きいため,逆解析には使用しないこととする。なお,実験に用いた試料は,一次元分割型圧密試験のものと同じであるが,予備圧密が 49 kPa で行っている点と,初期含水比が76.0である点が異なっている。な お , 局 所 載 荷 は , 初 期 ( 0 分 ), 60 分 , 120 分 で 30図―同定パラメータの重み分布kPa ずつ段階的に圧力を増加させており,計測は67 734分(約47日)まで継続して行う。分割型一次元圧密試験での逆解析と同様,初期体積ひず図―に有限要素法の要素分割図を示す。構成式には,み速度は明確なピークが認められず,実験値に適合して関口―太田の弾粘塑性モデルを用い,降伏関数に関して,いる(あてはまりの良い)値を判断し難い。しかし,他異方性を考慮した修正カムクレイ・モデルに修正したものパラメータは,分布形状にピークを認めることができのを用いる。ここで,同定パラメータは,一次元分割型るため,初期体積ひずみ速度を除くすべての同定パラ圧密試験で用いた四つ(圧縮指数,透水係数,二次圧密メータで最適値の存在が示唆されており,実験結果を良係数,初期体積ひずみ速度)にポアソン比を加え,同定好に再現できる可能性が示されている。する。表―に解析で用いたパラメータ一覧,表―に一様乱数で発生させる同定パラメータの範囲を示す。図―に同定終了時の各パラメータの重み分布を示す。24図―に同定値を使用し,順解析を行った結果を示す。なお,Case1 は関口―太田の弾粘塑性モデルを用い,ポアソン比を同定パラメータに加えたもの,Case2 が,降地盤工学会誌,―() 報図―告同定値を用いた解析結果と実験値の比較図― 同定されたパラメータによる間隙水圧と変位の予測伏関数を修正カムクレイ・モデルに変更し,ポアソン比フィルタにより圧縮指数,透水係数,二次圧密係数,初を同定パラメータに加えた結果, Case3 が Case1 でポ期体積ひずみ速度を同定した。同定値を用いて解析を行アソン比を同定せず(値を 0.425に固定)に解析した結うことで,精度の高い沈下予測の結果が示された。二次果を示す。これらの結果より,Case2 で実験値の精度の元圧密試験の実験値を用いた逆解析では,降伏関数を修良い再現に成功しており,特に水平変位の結果が良好で正カムクレイ・モデルに変更し,ポアソン比を同定パラある。メータに加えて同定値を求めた。同定値を用いて予測解図―に,得られた同定値を用い,予測解析を行った析を行った結果,水平変位に対しても,良好な結果を得結果を示す。ここで,P2 の間隙水圧及び点 A の鉛直・ることができた。これらの結果より,模型実験結果を用水平変位について結果を示した。160分から終了時までいることで,逆解析による予測の有効性を検証することの実験値よりパラメータを同定し,その同定値を用いてができた。最終的には,現地の実測データでの検証が必順解析した結果を Filtering , 160 分から 7 088 分まで,要である。及び 160 分から 840 分までの実験 値から得た同定パラメータで順解析した結果をそれぞれ Prediction 1, 2 とする。ここで, 7 088分は,間隙水圧がほぼ 0 になった時刻,840分は時間に対する鉛直変位の勾配が変化した時刻である。いずれのケースにおいても実験値を良好に再現しており,実験値を用いる期間は予測精度に対する影響が小さいことが分かる。またポアソン比を同定し,降伏関数を修正カムクレイ・モデルと同等のものにすることで,水平変位も良好に再現できていることが分かる。以上より,二次元圧密試験結果を用いることで,水平変位の予測に関し,検証に適していることが確認できた。. まと参考文献1)Gordon, N. J., Salmond, D. J. and Smith, A. F. M.: Novelapproach to nonlinear/nonGaussian Bayesian state estimation, IEE ProceedingsF, Vol. 140, No. 2, pp. 107113, 1993.2) Doucet, A., Godsill, S. and Andrieu, C.: On sequentialMonte Carlo sampling methods for Bayesian ˆltering,Statistics and Computing, Vol. 10, pp. 197208, 2000.3) Iizuka, A. and Ohta, H.: Determination procedure of input parameters in elastoviscoplastic ˆnite element analysis, Soils and Foundations, Vol. 27, No. 3, pp. 7187,1987.(原稿受理2017.6.23)め一次元分割型圧密試験で得られた実験値を用い,粒子October, 201725
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  • タイトル
  • 透明土を用いた地盤実験技術(技術紹介)
  • 著者
  • 宮田 喜壽・高野 大樹・野々山 栄人・Bathurst,J.Richard
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 26〜27
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170013
  • 内容
  • 技術紹介透明土を用いた地盤実験技術Geotechnical Testing Methods with Transparent Soils宮田喜壽(みやた防衛大学校野々山栄教授野大樹(たかのだいき)国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所港湾空港技術研究所 主任研究官人(ののやま防衛大学校高よしひさ)ひでと)Bathurst, J. Richard(バサースト・リチャード)GeoEngineering Centre at Queen'sRMC,カナダ助教教授な力学特性を有している透明粒子が吟味され実験に用い. は じ め にられるようになった点4)と,PIV に代表される可視化技地盤の各種解析法の高度化には,地盤内部の挙動解明術の高度化にある5)。前者に関して,最近の研究で用いが大きな役割を果たす。そのための実験技術として Xられている代表的な透明粒子と整合液の組み合わせを表線法や光弾性法が検討され,多くの成果を挙げている1)。―に示す6)。これらの材料については詳細な室内試験別のアプローチとして,透明粒子で作製した模型地盤をより,砂や粘土のモデル化に適した材料の種類やその適粒子と同じ屈折率を有する液体(整合液)で満たすこと用限界が明らかにされている。後者に関しては,最近ので地盤の内部挙動の観察を可能にする実験技術が近年大ハード・ソフト技術の進展によって,より複雑な挙動をきく進展している。本稿ではその概要を紹介する。.実験の原理はじめに,写真―を用いて実験の原理を説明しよう。この写真は三軸圧縮試験装置内に透明粒子で供試体を作製し,下部から整合液で満たしている様子を撮影したものである。メンブレンは透明な特殊素材のものである。整合液が到達していない供試体上部は白色で不透明であるが,整合液で満たされた供試体下部はポーラストーンがきれいに認識できるほど透明になっている。この現象は,光が透明粒子で吸収されず,透明粒子―整合液間で光が屈折しないために生じる。この原理を用いた実験技術は古くから検討されてきた。浦・坂巻は,粉砕した強化ガラスとテレピン油― a―ブロムナフタレン混合液を用いて,機械―粉体の相互作用現象を可視化している2)。小長井・田村は,粉砕したガラス粒子の表面が化学的に不安定化していることに着目し,透明化した模型地盤にレーザーシートを照射して,粒子の輪郭や粒子の運動を可視化している3)。これら先駆的な研究からの最近の進展は,通常の土質材料と類似表―26写真―透明粒子供試体に整合液を通水している様子最近の研究における透明粒子と整合液の組み合わせ6)地盤工学会誌,―() 技術紹介写真―透明土を用いた実験の例広範囲に,そして連続的に解析できるようになってきた。.透明土実験の適用例それでは,透明土を用いた地盤実験技術はどのようなうとするものである。特に地盤環境分野での研究の進展が期待される。.まとめ研究に対する適用性や可能性を有しているのだろうか。今回紹介した実験技術は,適切な透明粒子や整合液を 粒状体の変形・破壊に関す最近行われている研究は,◯探すという地道な作業自体がいまだ研究対象であるが, 土―基礎・補強材の相互作用に関する研究,る研究,◯実験技術の応用範囲が広がりをみせている。多くの方が 土中の移流・拡散に関する研究,◯ 土中の飽和度・熱◯この分野の研究動向に理解と興味をもっていただければ分布に関する研究に大別されよう。これらについて,一幸いである。 は,部著者らの実験結果を用いながら以下に説明する。◯最も基礎的研究と位置づけられる。その適用例はそれほど多くないが,写真―に示した供試体の様子から推察参1)できるように,粒状体あるいは離散体力学ベースで実験結果を理解及び分析することで,新たな力学研究の展開2) の例を写真―( a)に示す。地盤が期待されている。◯内に埋め込まれた構造物と,地盤内に埋め込んだトレーサーが観察可能である。ジオグリッドのように土中での3)変形が無視できない材料の挙動解明などの研究が進められており,今後,地盤の各種安定問題における三次元メ の例をカニズムの解明などに適用されると思われる。◯4)写真―(b)に示す。これは透明土で供試体を作製し,そこにトレーサーを混ぜた整合液を浸透させる実験の様5)子である。固化材の注入に関する研究も始められており,マクロ的に成立するダルシー則をミクロな視点で解明す6)るような基礎研究やこれまで同定が難しかった構造パラメータの定量化に活かすことができると考えられる。◯は逆転の発想によって生まれた研究である。粒子と液体は両者の屈折率が同じになるように,飽和度や温度に関する実験条件が定められる。そこからのズレの大きさをもとに,模型地盤における飽和度や熱の分布を計測しよOctober, 20177)考文献肥後陽介・高野大樹・椋木俊文講座 X 線 CT から見る土質力学,2. X 線 CT の概要と研究動向,地盤工学会誌,Vol. 65, No. 10, pp. 41~48, 2017.浦環・坂巻 隆粉粒状体の三次元切削に関する研究,日本機械学会論文集(C 編),Vol. 51, No. 467, pp.1876~1884, 1985.Konagai, K. and Tamura, C.: Visualization of dynamicbehavior of particle assemblage in underwater granularstructure models, Bull., Earthquake Resistant StructureResearch Center, Univ. of Tokyo, 22, pp. 312, 1989.Ezzein, F., Bathurst, R.J.: A transparent sand for geotechnical laboratory modeling, ASTM GeotechnicalTesting Journal, Vol. 34, No. 6, pp. 590601, 2011.例えば,高野大樹技術紹介,Digital Image Correlation (DIC)を用いた地盤の変形解析手法,地盤工学会誌,Vol. 63, No. 7, pp. 34~35, 2015.Iskander, M., Bathurst, R.J. and Omidvar, M: Past,present and future of physical modeling with transparentsoils, ASTM Geotechnical Testing Journal, Vol. 38, No.5, pp. 557573, 2015.野々山栄人・宮田喜壽・高野大樹透明土を用いた基礎の引揚抵抗メカニズムの可視化解析,第52回地盤工学研究発表会講演集,No. 575, 2017.(原稿受理2017.7.24)27
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  • タイトル
  • 火山灰土設計水平地盤定数の杭基礎性能規定化への影響度(寄稿)
  • 著者
  • 磯部 公一・冨澤 幸一
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 28〜29
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170014
  • 内容
  • 火山灰土設計水平地盤定数の杭基礎性能規定化への影響度In‰uence of design lateral constants related to volcanic ash soils on performance speciˆcationfor pile foundations磯部公北海道大学大学院一(いそべ工学研究院冨こういち)准教授澤幸一(とみさわこういち)国立研究開発法人土木研究所寒地土木研究所. は じ め に地盤工学会では「基礎設計基準会( 1998 年)」及び「地盤設計・施工基準化委員会( 2002 年)」において,主任研究員設計法に因るなどの課題はあるが,基礎を含めた下部構造の要求性能別の限界状態(耐震性能 1, 2, 3 )すなわち性能規定化は,各機関で統一が図られてきている。ただし基礎は,周辺地盤の非線形性や塑性変形を考慮構造物基礎設計法の性能規定化の基本原則を示している。した副次的塑性化を限界状態とする場合が多いため,基この WTO/TBT 協定や ISO・ユーロコードとの国際規礎の性能規定設計法においては地盤性状(設計地盤定数格共有化の基本理念は「基準部会」の資料等に詳しい1)。や変動係数など)の把握とその扱いが重要と判断される。これらを踏まえ,各研究機関(道路,建築,港湾,鉄道など)では,構造物基礎の従来の仕様規定設計法に代わる性能規定設計法が検討され,基準化されてきている。.火山灰土設計水平地盤定数の杭挙動影響度基礎の性能規定設計法では安全率に代わる部分係数のただし,この性能規定化は砂質土,粘性土の一般土を概設定が必要であるため,各研究機関では部材抵抗の不確ね対象としている。そこで本稿では,特殊土とされる火実性に対して,モンテカルロシミュレーションなどで設山灰土において,設計水平地盤定数の変化つまり変動係計地盤定数を多数変化させた基礎挙動を検討している。数が杭基礎の力学挙動に及ぼす影響度を試算した。.構造物基礎の性能規定設計化構造物の性能規定化は概念先行やその評価が仕様規定そこで本稿では,火山灰土の水平地盤反力係数 kH の変動係数 COV 及びバイアス l が,杭基礎部材の断面力などに及ぼす影響度を簡便に検討することとした。. 試算における橋脚設計モデル設計モデルは,杭水平抵抗に特化した検討を目的とし図―に示す火山灰土中の橋脚杭基礎とした。この代表モデルケースは概ね参考文献 2)に準じた。なお,レベル 2 地震動では鉛直方向の極限支持力の降伏が決定要因となるため,レベル 1 地震動を対象にした(表―)。火山灰土における橋脚杭基礎の性能規定化の試算は,北海道内で杭の水平載荷試験を実施した A ・ B ・ C ・ Dの 4 現場のデータを用いた(表―)。 A ・ B は支笏軽図―表―28火山灰土の性能規定化の橋脚杭基礎設計モデル表―杭の水平地盤反力係数 kH(4 現場)試算モデル(レベル 1 地震動)の設計条件地盤工学会誌,―() 寄表―表―稿孔内水平載荷試験 kH′の変動係数 COV本試算における水平地盤反力係数 kH の設定図―.火山灰土水平地盤反力係数の変動による杭断面力試算結果と展望基本ケース及び変動係数を考慮して水平地盤反力係数を変化させた計 9 ケース(表―)の試算結果(杭頭曲げモーメント M1 ( kN ・ m ),地中部曲げモーメントM2 ( kN ・ m ),曲げ圧縮応力度 sc ( N / mm2 ),曲げ引張り応力度 st(N/mm2),最大軸力 Pmax(kN),最大引抜き力 Pmin(kN),杭頭水平変位 dfx(mm)を,図―に一律グラフ化して示す3) 。同図より,変動係数 COV で水平地盤反力係数を変化させることにより断面力の中でも杭頭曲げモーメント M1 への影響度が特に大きいことが分かる。それが杭頭水平変位 dfx に影響している。軸力へ石流堆積物( Sp‰), C はクッタラ軽石流堆積物( Kt‰ ),の影響度が小さいため,杭体応力度の変動は小さい。こD はクッチャロ軽石流堆積物(Kc‰)でに区分される。れは杭水平載荷試験値で顕著であるが孔内水平載荷試験. 変動係数を考慮した水平地盤反力係数の設定値でも同傾向である。この結果はバイアス l でも同様本試算では表―に示したように,杭の水平載荷試験であった。これらは本試算の主たる成果である。値 kH を真値とし,同地点の孔内水平載荷試験値による本成果はケース数が少ないものの,火山灰土においてと対比する変形係数 E から求めた水平地盤反力係数 kH′杭基礎の性能規定設計化を図る際,水平地盤反力係数つことで変動係数 COV を設定することとした。ただし,まり適正な設計地盤定数設定の重要性を示唆している。表―に示すように,4 現場の孔内水平載荷試験による同時に,合理的な地盤調査法と設計時におけるそれらのと真値 kH から逆算される推定換算係数 a の比のばらkH′総合評価の必要性も示していると判断される。今後,特つきが大きいため,各現場の換算係数の単純平均値では殊土とされる火山灰土における基礎の性能規定設計法確と杭の水平載なく,孔内水平載荷試験結果に基づく kH′立に向け,データ補完及び解析を継続する考えである。荷試験結果の kH との関係式(近似直線)の傾きを推定換算係数 a ′とし加重平均から算定した。表―に示した水平載荷試験 kH の COV = 0.250 はモデル誤差値に相の COV = 0.741 はモデル誤当し,孔内水平載荷試験 kH ′差と変形係数推定誤差の両者が含まれる。つまり本稿では,表―の設計条件基本値に対し( 1 ± COV )及び( 1± COV × 1.225)を乗じ, 4 現場の標準偏差を用い変動係数 COV による kH を設定し,各機関と概ね同様手法で試算を行った。October, 2017参考文献1)(例えば)地盤工学会基準部新規制定の地盤工学基準案「性能設計概念に基づいた基礎構造物に関する設計原則」について,2004.2) 土木研究所つくば中央研究所資料道路橋の部分係数設計法に関する研究,2008.3) 土木研究所寒地土木研究所資料特殊土地盤における性能規定化に対応した地盤変形特性の調査手法に関する研究,2015.(原稿受理2017.5.10)29
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  • タイトル
  • 室内試験関係日本工業規格(JIS)の改正について
  • 著者
  • 地盤工学会基準部
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 30〜36
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170015
  • 内容
  • 資料―室内試験関係日本工業規格(JIS)の改正について地盤工学会基準部ては,実務的にみて必要最低限の有効桁数を記載してい. ま え が きる。したがって,技術者の判断により,さらに精度を高室内試験規格・基準委員会では, 2009 年に発刊されめた実験を行うことを妨げるものではない。今回公示するのは,以下に示す 6 件の JIS 改正案であた「地盤材料試験の方法と解説」の改訂作業をはじめている。この改訂作業の中で,規格・基準の見直しも行っる。地盤工学会基準部細則の変更により,JIS 規格におている。 2016 年度には,土の含水比,土の湿潤密度,いては,改正案の全文を公開することができなくなった土粒子の密度,土の粒度に関する ISO 規格が制定され,ため,改正の理由や要点について,新旧対照表を作成し,これらとの整合性についても検討している。すべてに共学会誌に公示するものとした。通する大きな修正点として,次の 2 点をあげておく。 1JIS 改正案についてのご意見は,書面にて2017年12月点目は単位の問題であり,ISO 規格では密度の単位とし31 日まで地盤工学会基準部宛に提出いただきたい。提て Mg/m3 が使われている。これまで慣れ親しんできた出いただいたご意見は,関係委員会及び基準部で検討し,g/cm3 とは同じ数値となるため,混乱は少ないと考え,学会としての原案は,理事会において確定する。その後,Mg/ m3で統一した。 2 点目は有効数字の主務大臣である国土交通大臣の付議により日本工業標準記載である。これまでは,精度の出ていない桁まで結果調査会(事務局経済産業省産業技術局基準認証ユニッを記す例が散見されたため,計測器の精度と計算時の有ト)において JIS 改正案が審議され,最終的に改正・官効数字の処理を考慮して,報告すべき値には,有効数字報公示される予定である。密度の単位は(有効桁数)を明記するように改めた。なお規格におい.改 正(原稿受理2017.8.7)案. 土粒子の密度試験方法(JIS A 1202)項目1 適用範囲改正案この規格は,目開き 4.75 mm のふるいを通過した土粒子の密度を求める方法について規定する。現行規格備考この規格は,目開き 9.5 mm のふるいを ISO 1789232015との整合。通過した土粒子の密度を求める方法につ JIS A 1110 粗骨材の密度及び吸水率試いて規定する。験方法では 4.75 mm 以上の粒径に対して規定されている。よって,土粒子の密度試験を 4.75 mm 未満の土粒子に対して規定することで全ての材料に適応できることで変更した。2 引用規格JIS Z 84011999 数値の丸め方平均値の丸め方に引用。3 用語及び定義3.1 土粒子の密度土粒子の単位体積当たりの質量。土の固体部分の単位体積当たりの質量。地盤工学用語 JIS A XXXX との整合。4 試験器具及び蒸留水試験器具及び蒸留水は,次のとおりとする。なお,試験器具は附属書 A に示す試験器具及び蒸留水は,次のとおりとする。ISO 17892 3  2015 との整合。試験器具の校正について明記した。校正を行う。4 b)はかり0.01 g まではかることができるもの。0.001 g まではかることができるもの。ISO 1789232015との整合。4 c)温度計最小目盛が0.1°Cまで判読できるもの。最小目盛が0.5°C又は0.1°Cのもの。ISO 1789232015との整合。4 d)恒温乾燥炉恒温乾燥炉は,温度を( 110 ± 5 )°C に 恒温乾燥炉は,温度を( 110 ± 5 )°Cに保持できるもの。なお,空気循環式で炉 保持できるもの。内の温度を一定にできるものが望ましい。ISO 1789232015との整合。4 e)デシケーターデシケーターデシケータJIS R 3503との整合。5 試料a)JIS A 1201 に規定する方法によって得られた目開き 4.75 mm のふるいを通過JIS A 1201 に規定する方法によって得 1. 適用範囲の変更と同様。られた目開き 9.5 mm のふるいを通過しした試料を用いる。た試料を用いる。ピクノメーターに蒸留水を満たし,全質ピクノメーターに蒸留水を満たし,全質量 ma ′( g )とピクノメーター内の水温T ′(°C)をはかる。なお,質量測定の際はピクノメーター内に空気が入っていないことに注意する。量 ma ″( g )とピクノメーター内の水温T ′(°C)をはかる。6 試験方法b)30ISO 1789232015との整合。地盤工学会誌,―() 資項目改正案6 試験方法g)土粒子の密度試験は,同時に採取した試7 計算7 計算a)行規格備考記載なし。試験回数について明記した。密度に関連する単位(Mg/m3)密度に関連する単位(g/cm3)ISO 1789232015との整合。ピクノメーターの質量は,次の式によっ記載なし。ISO 1789232015との整合。有効桁数について明記。料について 3 回行うこととする。て算出し, JIS Z 8401 に従い,小数点以下 2 桁に丸める。8 報告ただし, 4.75 mm 以上の粒子を取り除 ただし, 9.5 mm 以上の粒子を取り除い 1. 適用範囲の変更と同様。いた場合には,その全体に占める質量分 た場合には,その全体に占める質量百分8 報告a)土粒子密度表1現料率()の概略値を報告することが望ま率()の概略値を報告することが望ましい。しい。単位(Mg/m3)単位(g/cm3)ISO 1789232015との整合。蒸留水の密度. 土の含水比試験(JIS A 1203)項目2 引用規格改正案現行規格JIS Z 84011999 数値の丸め方3 用語及び定義3.1 含水比備考平均値の丸め方に引用。(110±5)°C の炉乾燥によって失われる 土の固体部分の単位体積当たりの質量。地盤工学用語 JIS A XXXX との整合。地盤材料中の水の質量の,炉乾燥質量に対する比。百分率で表す。4 試験器具なお,試験用具は附属書 A に示す校正ISO 1789212014との整合を図る。を行う。a)容器容器は,繰返し試験に使用しても,試験 容器は,試験中に質量変化を生じないも中に質量の変化を生じないもの。耐熱性,の。耐腐食性を有するもの。ISO 1789212014との整合を図る。注記 蓋付き容器の蓋は,湿潤土質量測定直前に試料が乾燥するのを防ぎ,乾燥土質量測定直前に空気中の水分が吸収するのを防ぐことができる。b)恒温乾燥炉なお,空気循環式で炉内の温度を一定にできるものが望ましい。注記 恒温乾燥炉は,電動ファンによって,炉内空気を強制的に循環させる循環ISO 1789212014との整合を図る。送風式のものが望ましい。e)デシケーター6 試験方法8 報告デシケーターは, JIS R 3503 に規定するもの,又はこれと同等の機能をもつ容デシケータは, JIS R 3503 に規定するもの,又はこれと同等の機能をもつ容器器で,シリカゲル,塩化カルシウムなどの吸湿剤をいれたもの。で,シリカゲル,塩化カルシウムなどの吸湿剤をいれたもの。ISO 1789212014との整合を図る。e )含水比試験は,同時に採取した試料 記載なし。について 3 回行うことを標準とする。試験回数について明記した。試験結果には,次の事項を報告する。試験結果の有効桁数について明記した。記載なし。a)土の含水比()試験結果の代表値は,算術平均値を通常採用する。平均値は JIS Z 8401 に従い,小数点以下 1 桁に丸めて代表値とする。附属書 A(規定)校正・メンテナンス・明記記載なし。ISO 1789212014との整合を図る。点検. 土の粒度試験(JIS A 1204)項目改正案現行規格備考2 引用規格JIS B 7507 ノギス3 用語及び定義3.1 粒度土を構成する土粒子の粒径の分布状態。土粒子径の分布状態を質量百分率で表したもの。地盤工学用語 JIS A XXXX との整合。3.2 最大粒径粒度試験(ふるい分析)において,試料試料がすべて通過する金属製網ふるいの地盤工学用語 JIS A XXXX との整合。がすべて通過する試験用網ふるいの最小の目開きで表した粒径。最小の目開きで表した粒径。凝集して塊状となった土粒子を解きほぐ記載なし。ISO/FDIS 1789242015との整合。記載なし。ISO/FDIS 1789242015との整合。3.3 分散ノギスの規定のため引用。す,機械的または化学的処理。3.4 凝固October, 2017土粒子が凝集して塊状になった状態。31 資料項目4 試験方法の種類及び順序改正案現行規格備考試験は,対象とする試料について 1 回行うこととする。記載なし。試験回数について明記。浮ひょうは,密度 0.995 Mg / m3 ~ 1.050Mg /m3 までの間に 0.001 Mg / m3 ごとに目盛線を付けたもの(図 2 参照),また浮ひょうは,密度 0.995 g /cm3 ~1.050 g/ cm3 までの間に 0.001 g / cm3 ごとに目盛線を付けたもの(図 2 参照)。ISO/FDIS 1789242015との整合。メスシリンダーは, JIS R 3505 に規定す る 呼 び 容 量 250 mL 及 び 1 000 mL のISO/FDIS 1789242015との整合。径が浮ひょう最大断面の 2 倍,浮ひょうを浮かべるのに十分な長さを持つ JISもの。ただし,呼び容量 1 000 mL のメR 3505 に 規 定す る 呼 び容 量 250 mL 及び 1 000 mL のもの。ただし,呼び容量スシリンダーは, 1 000 mL の目盛線だけのものでもよい。4.2 試験の順序e)5.1 試験器具及び試薬5.1 試験器具b)浮ひょうは,密度0.9950 Mg/m3~1.0300 Mg/m3までの間に0.0005 Mg /m3 ごとに目盛線を付けたもの。注記 従来,密度の単位として用いられていた g/cm3 は,Mg /m3 と同じ値を示す。5.1 試験器具d)メスシリンダーメスシリンダーは,断面積が一定で,直1 000 mL の メ ス シ リ ン ダ ー は , 1 000mL の目盛線だけのものでもよい。5.1 試験器具e)温度計温度計は,0.1°Cまで判読できるもの。温度計は,最小目盛 0.5 °C 又は 1 °C のも ISO/FDIS 1789242015との整合。の。5.1 試験器具h)はかり表 1 に示す最小読取り値まではかることが出来るもの。はかりは,ひょう量100 g 未満の場合に 他の試験と記載方法を統一。は0.01 g,ひょう量100 g 以上 1 kg 未満の場合には 0.1 g ,ひょう量 1 kg 以上の場合には1 g まではかることができるもの。5.1 試験器具i)ノギスノギスは, JIS B 7507 に規定するもの ノギスは,最小読取値が 0.05 mm 以下 JIS B 7507との整合。で,最小読取値が 0.05 mm 以下のもの。のもの。5.1 試験器具m)時計秒読み出来るもの。記載なし。ISO/FDIS 1789242015との整合。5.1 試験器具n)デシケーターデシケーターは, JIS R 3503 に規定するもの,又はこれと同様の機能を持つ容記載なし。ISO/FDIS 1789242015との整合。器で,シリカゲル,塩化カルシウムなどの吸湿剤を入れたもの。5.1 試験器具o)容器繰返し使用しても質量変化が生じないもの。記載なし。ISO/FDIS 1789242015との整合。6 試料準備及び目開き2 mm のふるいによる質量分率質量百分率他の試験と記載方法を統一。単位(mm3)単位(cm3)ISO/FDIS 1789242015との整合。8.1 浮ひょうの検定d)単位(mm2)単位(cm2)ISO/FDIS 1789242015との整合。8.4 沈降測定d)静置後,規定の経過時間ごとにメスシリンダー内に浮ひょうを浮かべ,その目盛の小数部分の読み r をメニスカス上端で静置後,規定の経過時間ごとにメスシリンダー内に浮ひょうを浮かべ,その目盛の小数部分の読み r をメニスカス上端でISO/FDIS 1789242015との整合。ふるい分けa)8 目開き 2 mm のふるい通過分に対する沈降分析8.1 浮ひょうの検定b)0.0005単位で読み取り,また同時に懸濁 0.0005まで読み取り,また同時に懸濁液液の温度 T (°C )を 0.1 °C 単位ではかる。の温度 T (°C)を読み取る。メスシリンダー内の温度変化は試験中 3°C以内とする。10 計算10.1 ふ る い 分 析 結 果目開き 2 mm のふるい以上のふるいに残留した試料の通過質量分率は,次の式に目開き 2 mm のふるい以上のふるいに残留した試料の通過質量百分率は,次の式に対する粒度の計算よって小数点以下 1 桁まで算出する。によって算出する。10.1 ふ る い 分 析 結 果に対する粒度の計算箇条 9 の結 果か ら, 目開 き 2 mm のふ箇条 9 の結 果か ら, 目開 き 2 mm の ふるいを通過し,目開き75 mm のふるいにるいを通過し,目開き75 mm のふるいにb)残留した試料の通過質量分率は,次の式 残留した試料の通過質量百分率は,次のによって小数点以下 1 桁まで算出する。式によって算出する。試験結果の有効桁について明記。a)32試験結果の有効桁について明記。地盤工学会誌,―() 資項目10.2 沈 降 分 析 結 果 に対する粒度の計算a)10.2 沈 降 分 析 結 果 に対する粒度の計算改正案現行規格メニスカス補正値は,次の式によってメニスカス補正値は,次の式によって算0.0005 単位で小数点以下 4 桁まで算出する。出する。L=L1+12(VBL B-A)L=L1+12()VB×10AL B-備料考試験結果の有効桁について明記。単位変更に伴う修正。b),(mm2)10.2 沈 降 分 析 結 果 に 単位(mm3)対する粒度の計算単位(cm3),(cm2)ISO/FDIS 1789242015との整合。それぞれの浮ひょうの読みに対する粒径試験結果の有効桁について明記。b)10.2 沈 降 分 析 結 果 に それぞれの浮ひょうの読みに対する粒径対する粒度の計算は,次の式によって有効数字 2 桁まで算出する。c)は,次の式によって算出する。,(Mg/m3),(9.80 m/s2) 単位(Pa・s),(g/cm3),(980 cm/s2)10.2 沈 降 分 析 結 果 に 単位(mPa・s)対する粒度の計算ISO/FDIS 1789242015との整合。c)10.2 沈 降 分 析 結 果 に 目開き75 mm のふるいを通過した試料の 目開き75 mm のふるいを通過した試料の 試験結果の有効桁について明記。対する粒度の計算通過質量分率 P (d )()は,次の式に 通過質量百分率 P ( d )()は,次の式d)よって小数点以下 1 桁まで算出する。によって算出する。10.2 沈 降 分 析 結 果 に対する粒度の計算単位(ml)単位(cm3)ISO/FDIS 1789242015との整合。礫れき地盤工学用語 JIS A XXXX との整合。粒径加積曲線から,通過質量百分率が試験結果の有効桁について明記。d)10.3 粒径加積曲線d)1)2)3)10.3 粒径加積曲線b)粒径加積曲線から,通過質量分率が 10, 30, 50及び60のときの粒径 D10.3 粒径加積曲線c)粒 径 加 積 曲 線 か ら , 粒 径 2 mm, 0.425mm 及び 0.075 mm に対する通過質量分10.3 粒径加積曲線d)粒径加積曲線から,次の成分の質量分率()を小数点以下 1 桁まで読み取る。粒径加積曲線から,次の成分の質量百分率()を読み取る。試験結果の有効桁について明記。均等係数及び曲率係数は,次の式によって有効数字 2 桁まで算出する。均等係数及び曲率係数は,次の式によって算出する。地盤工学用語 JIS A XXXX との整合。試験結果の有効桁について明記。(mm)を小数点以下 4 桁まで読み取り率を小数点以下 1 桁まで読み取る。10.4 均 等 係 数 及 び 曲率係数の計算=U c′D302D10 D6010, 30, 50及び60のときの粒径D (mm)を読み取り粒 径 加 積 曲 線 か ら , 粒 径 2 mm, 0.425試験結果の有効桁について明記。mm 及び 0.075 mm に対する通過質量百分率を読み取る。=U c′D302D10×D6011 試験報告b)使用した分散剤11 試験報告f)礫れき地盤工学用語 JIS A XXXX との整合。11 試験報告h)沈降分析を行う場合,土粒子の密度記載なし。ISO 1789232015との整合。使用した分散剤,溶液濃度()及び溶8.3 試料の分散との整合。液添加量(ml). 土の一軸圧縮試験方法(JIS A 1216)項目改正案現行規格備3 用語及び定義3.1 一軸圧縮強さ一軸圧縮試験における最大圧縮応力一軸圧縮試験における拘束圧を受けない4 試験器具4.1 一軸圧縮試験機容量の異なるものを複数用意しておき容量の異なるもの 0.2 kN ~ 2 kN を複数用意しておき特に必要ないと判断。鋼製で片刃の付いた長さ25 cm 以上のも特に必要ないと判断。考地盤工学用語 JIS A XXXX との整合。供試体の最大圧縮応力b)4 試験器具4.2 供試体作製器具鋼製で片刃の付いたものとする。のとする。c )ワイヤソー及び直ナイフ4 試験器具4.3 その他の器具JIS B 7507に規定するものとする。0.05 mm まで測定ができるものとする。他の JIS と整合。a)ノギス4 試験器具4.3 その他の器具供試体質量の 0.1 以下の目量をもつも 0.1 g まではかることができるものとすのとする。る。有効数字を踏まえた変更。c)はかりOctober, 201733 資料項目改正案現行規格備考その直径は,通常 35 mm 又は 50 mm とその直径は,通常 3.5 cm 又は 5.0 cm とし,し,5 供試体5.2 供試体の作製また,一貫して試料に乱れを与えないよまた,試料に乱れを与えないように5 供試体5.2 供試体の作製供試体の平均の高さ H0 (mm)及び平均直径 D0 (mm)を求める。この時,供試体の高さは直交する 2 方向,及び供試供試体の平均の高さ H0 ( cm )及び平均 単位の統一。直径 D0 ( cm )を求める。供試体の高さ JIS A 1225 湿 潤 密 度 試 験 に 表 現 を 統及び直径は,複数箇所をノギスなどで最 一。体直径は上,中,下の 3 ヵ所に対し,直交する 2 方向をノギスなどでを用いて最小読取値0.1 mm まではかり,小読取値0.1 mm まではかり,5 供試体5.2 供試体の作製注記圧縮後の供試体を炉乾燥して含水比を求める場合,削り取った土の測定は圧縮後の供試体を炉乾燥して含水比を求f)省略してもよい。める場合,削り取った土の測定は省略してもよい。供試体の高さに対して毎分 1の圧縮ひ毎分 1の圧縮ひずみが生じる割合を標5 供試体5.1 供試体の形状及び単位の統一。寸法d)表現の追加。うに注記としての役割と判断。ずみが生じる速さを標準として,準として,供試体の高さに対して毎分 1の圧縮ひ毎分 1の圧縮ひずみが生じる割合を標ずみが生じる速さを標準として,準として,6 試験方法c)圧縮量 DH (mm)圧縮量 DH (cm)単位の統一。7 計算a)DH圧縮量(mm)H0圧縮する前の供試体高さ(mm)DH圧縮量(cm)H0圧縮する前の供試体高さ(cm)単位の統一。7 計算b)Pe×100s = × 1-A01006 試験方法b)()()より明確に。単位の統一。Pe×10s = × 1-A0100(mm2) A0圧縮する前の供試体の断面積(cm2)A0圧縮する前の供試体の断面積D0圧縮する前の供試体の直径(mm) D0圧縮する前の供試体の直径(cm)一軸圧縮強さ qu (kN/m2)とし,四捨五入によって有効数字 3 桁に丸める。また,そのときのひずみを破壊ひずみ ef7 計算d)一軸圧縮強さ qu (kN/m2)とし,そのときのひずみを破壊ひずみ()とする。有効数字の指定。変形係数 E50 (MN/m2)の算出方法は,次による。注記の役割を明確に。()とし,四捨五入によって有効数字2 桁に丸める。7 計算d)変形係数 E50 (MN/m2)を算出する場合は,次による。8 報告a)供試体の直径( mm ),高さ( mm ),質 供試体の直径(cm),高さ(cm),質量 単位の統一。量(g)及び含水比()(g)及び含水比()一軸圧縮強さ qu ( kN / m2 ),破壊ひずみ8 報告d)ef()注記 必要に応じて,変形係数 E50 (MN一軸圧縮強さ( kN / m2 )及び破壊ひずみ()注記の追加。その他報告事項注記の追加。/m2)を記載する。8 報告e)その他報告事項注記 必要に応じて,湿潤密度を記載する。. 土の湿潤密度試験方法(JIS A 1225)項目改正案現行規格備考2 引用規格JIS A 1202 土粒子の密度試験方法記載なし。飽和度の算出に引用。2 引用規格JIS B 7507 ノギスJIS B 7514 直定規記載なし。ノギス法の測定に引用。土の単位体積当たりの質量。地盤工学用語 JIS A XXXX との整合。JIS B 7526 直角定規3 用語及び定義3.1 湿潤密度地盤材料の単位体積当たりの固相及び液相の質量。3 用語及び定義3.2 乾燥密度地盤材料の単位体積当たりの固相の質量。記載なし。ISO 1789222014との整合。4.1 b ) 直 定 規 及 び 直角定規直定規及 び直角 定規は 鋼製で, JIS B7514及び JIS B 7526に規定するもの。ISO 1789222014との整合。4.1 c)はかりはかりは,表 1 に示す最小読取値まではかることができるもの。記載なし。はかりは,ひょう量100 g 未満の場合は 他の JIS 規格との整合。0.01 g,ひょう量100 g 以上 1 kg 未満の場合は0.1 g 及びひょう量 1 kg 以上の場合は 1 g まではかることができるもの。34地盤工学会誌,―() 資項目4.1 d)ノギス改正案ノギスは, JIS B 7507 に規定するもので,最小読取り値が 0.05 mm 以下のも現行規格備最小読取りが0.05 mm 以下のもの。JIS 規格の引用料考の。4.2 d)温度計温度計は,0.1°Cまで判読できるもの。温度計は,最小目盛 1°C以下のもの。他の JIS 規格との整合。5.1 供試体の形状供試体の形状は,ノギス法では直円柱又供試体の形状は,ノギス法では円柱体,ISO 1789222014との整合。は直方体,パラフィン法では任意の形状とする。パラフィン法では任意の形状とする。直方体に成形する場合は,両端面が平行記載なし。ISO 1789222014との整合。記載なし。試験回数について明記した。5.2 供試体の作製c)になるように,ワイヤソー,直ナイフなどを用いて切出し,その他の 4 面が端面に対して直角になるように成形する。なお,平行度及び直角度の確認には,直定規又は直角定規などを用いる。5.2 供試体の作製d)試験は,対象とする試料について 1 回6.2 体積の測定a)ノギス法直円柱の場合は供試体の直径 D ( mm ),ノ ギ ス を 用 い て 供 試 体 の 平 均 直 径 D ISO 1789222014との整合。高さ H (mm),直方体の場合は供試体の ( cm )及び平均高さ H ( cm )を求める。行うことを標準とする。縦 A (mm),横 B (mm),高さ H (mm) 供試体の直径は供試体の上,中,下のそをノギスで測定する。直円柱を測定する れぞれの位置で直交する 2 方向をはか場合,直径は供試体の上,中,下のそれ り,高さは円周を等分した 2 か所以上ぞれの位置で直交する 2 方向をはかり,のそれぞれの位置ではかる。高さは円周を等分した 3 箇所以上のそれぞれの位置ではかり,おのおのの平均値を求める。直方体を測定する場合,各寸法で 3 箇所以上はかり,おのおのの平均値を求める。7 計算密度に関連する単位(Mg/m3)密度に関連する単位(g/cm3)ISO 1789222014との整合。7.1 供試体の体積供試体の体積 Vよって算出し,四捨五入を行って有効数記載なし。有効桁について明記した。記載なし。ISO 1789222014との整合。供試体の湿潤密度は,次の式によって小供試体の湿潤密度は,次の式によって算有効桁について明記した。数点以下 2 桁まで算出する。出する。(mm3)は,次の方法に字 4 桁に丸める。7.1 供試体の体積a)ノギス法2)直方体の場合V=A・B・Hここに,A供試体の縦の平均長さ(mm)B供試体の横の平均長さ(mm)7.2 供試体の湿潤密度. 土の強熱減量試験方法(JIS A 1226)項目3 用語及び定義3.1 土の強熱減量改正案る比率(百分率)(JIS A 1226参照)。5 試料c)現行規格備考炉乾燥した土を(750±50)°C で強熱し (110±5)°Cで一定質量になるまで炉乾 地 盤 工 学 用 語 JIS A XXXX と の 整 合たときの減少質量の,炉乾燥質量に対す 燥した土を,( 750 ± 50 )°C で強熱した 性。ときの減少質量を炉乾燥土の質量に対する百分率で表したもの目開き 2 mm のふるいを通過した土を恒目開き 2 mm のふるいを通過した土を恒 注記の追加。温乾燥炉に入れ,(110±5)°Cで一定質 温乾燥炉に入れ,(110 ±5)°Cで一定質量になるまで炉乾燥する。注記 1 一定質量とは, 0. 1 未満の質量になるまで炉乾燥する。量変化がなければよい。6 試験方法a)るつぼの全質量 mc ( g )を 0.001 g まではかる。るつぼの質量 mc (g)をはかる。有効数字を踏まえた変更。6 試験方法b)炉乾燥試料をるつぼに入れ,全質量 ma(g)を0.001 g まではかる。炉乾燥試料をるつぼに入れ,全質量 ma(g)をはかる。有効数字を踏まえた変更。6 試験方法e)強熱停止後,るつぼをデシケーターに移し,ほぼ室温になるまで冷ました後,全質量 mb (g)を0.001 g まではかる。強熱停止後,るつぼをデシケータに移し,有効数字を踏まえた変更。ほぼ室温になるまで冷ました後,全質量mb (g)をはかる。6 試験方法f)恒量になるまで,c)~e)を繰り返す。質 恒量になるまで,c)~e)を繰り返す。質量が増加した場合は,増加する前の質量 量が増加した場合は,増加する前の質量を恒量とする。を恒量とする。注記 3 恒量とは, 0.1 未満の質量変注記の追加。化がなければよい。October, 201735 資料項7 計算目改正案現行規格備考強熱減量は,次の式によって算出する。有効数字を踏まえた変更。試験結果には,次の事項を報告する。た試験結果には,次の事項を報告する。たことばの修正。だし,目開き 2 mm のふるいに残留するだし,目開き 2 mm のふるいに残留する土粒子を取り除いた場合には,全体に占めるその質量分率()の概略値を報告土粒子を取り除いた場合には,全体に占めるその質量百分率()の概略値を報する。告する。強熱減量は,次式によって計算し,有効数字 3 けた又は小数点以下 2 けたに丸める。8 報告36地盤工学会誌,―()
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  • タイトル
  • 空港滑走路における薬液注入工法(技術手帳)
  • 著者
  • 林 健太郎・植田 勝紀
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 37〜38
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170016
  • 内容
  • 技術手帳空港滑走路における薬液注入工法Countermeasure for Liquefaction to Runway Ground by Chemical Grouting Method林健太郎(はやし株五洋建設けんたろう)技術研究所長植田勝株五洋建設紀(うえだ技術研究所かつのり)SE 専門部長孔元からベントナイト泥水が PE 管の内側と外側に沿っ. は じ め にて循環し,先端で掘削された土砂がこの泥水によって削自然災害時における早期復旧が求められていることから,滑走路・誘導路の液状化対策が全国の空港で行われている。ほとんどの場合,昼間は滑走路を使用しながら,孔元まで排泥される。この削孔システムを用いて空港滑走路に適用しようとした場合,2 つの課題点があった。離発着のない夜間に対策工事が行われてきた。構造物の削孔延長が最長で約100 m であること。近傍では,施工時の変形が少ないことから溶液型の薬液1 本の削孔を終えるまでに12時間程度を要するため,注入工法が2000年から使用されている。1 本の施工期間が複数日にまたがること。導入当初は滑走路面に鋼製の蓋(直径36 cm)を設複数日で 1 本の削孔ラインを施工する場合,ベント置し,滑走路が閉鎖している夜間に,滑走路表面から直ナイト泥水が止まるため,地山の土砂が PE 管の周りに斜削孔を行い,薬液を注入する方法が実施されてきた。集積し, PE 管が土中に固定される(ジャミング現象)。この後, 2004 年に構造物の側面から,自由曲線で削再稼働時に削孔管と地山との付着を切るためには大きな孔を行う曲がり削孔式の溶液型液注入工法が開発された。力で PE 管に衝撃を与える必要があり, PE 管ではこのしかしながら,空港の滑走路への適用は,制約条件等よ衝撃に耐えることはできないため,実質的に,複数日にり困難であったため,昼間は,滑走路に鋼製の蓋を設置わたる削孔はできず滑走路での適用はできなかった。して離発着を行い,夜間での施工を余儀なくされていた。2012 年から最大 200 m 程度まで削孔可能な方法が開. 新しい曲がり削孔システムの概要 削孔システム◯発され,滑走路面に削孔を行わずに,側面から滑走路直空港での複数日にわたる削孔と遠距離削孔を可能とし下を液状化対策することが可能となった。これにより,た新削孔システムの概要を図―に示す2)。削孔管は従滑走路に蓋を設置せずに改良ができるようになり,滑走来のポリエチレン製から中空の鋼製のロッドに切り替え路運用時の安全性を大幅に改善することができ,離隔をられ,より大きな力で削孔管の前後に衝撃を与えることとることで 24 時間施工が可能となった。本稿では空港ができ,ジャミング現象からの回復が可能となった。滑走路における長距離削孔方法と施工事例を紹介する。.削孔システムの概要削孔距離の延長により,位置計測に求められる精度も大幅に上昇し,1/500の測定精度が必要となった。このため,新システムでは精度向上のため,先端ジャイロと. 従来の曲がり削孔システムの課題点後挿入の二つのジャイロを使用している。先端のジャイ従来の曲がり削孔方式の詳細については文献 1 )に詳ロは中空の削孔ロッドを経由して現在の先端位置情報をしく,ここでは滑走路適用時の課題点に絞って記述する。リアルタイムで地上まで伝える。削孔ロッドは中空(直従来の曲がり削孔方式による施工システムの例を図―径 4 cm )となっており,先端ジャイロの位置情報を補に示す。鋼製削孔管の周りにポリエチレン製の直径 15正するための挿入式ジャイロや注入外管が装填される。cm の削孔外管(以下 PE 管と称す)を有しており,削図―October, 2017従来の削孔システム例図―長距離対応削孔システム37 技術手帳図―写真―東京国際空港 C 滑走路地盤改良工事施工断面(2014年)写真―ジャイロ巻き取り装置東京国際空港施工状況先端ジャイロの位置検知精度は 1/100程度,後挿入の挿に立ち入ることなく施工ができたため,滑走路を供用し入式ジャイロでは 1 / 500 程度となっており, 10 m 程度ながら 24 時間の施工を行い,無事完了することができ掘削するごとに削孔を休止し,精度のよい挿入式ジャイた。ロを挿入し,より正しい位置情報を求め,先端ジャイロの位置情報を補正している。 挿入式管路計測装置◯.今後の課題長距離対応の削孔方式で滑走路の液状化対策を行うこ管路計測装置の計測は,挿入式ジャイロに自動巻き取とで,滑走路自体を削孔していたときに比べれば,破損り装置を使用することで巻き取り速度を一定にして,計リスクを低くして液状化対策を実施することが可能とな測精度を向上させている(写真―)。った。しかしながら,近年 ILS カテゴリの変更により, 注入外管挿入◯滑走路からの離隔距離を大きくとる必要が出ており,さ予定の位置まで削孔が完了すると,直径 6 cm の中空らに 24 時間施工となったため,離発着中も滑走路直下の削孔ロッド内に直径 4 cm の注入外管を挿入する。注の削孔と注入を実施している。過去 2 回の東京国際空入外管は削孔ロッド内に150 m 近くの長さで挿入される。港の施工では,注入中の滑走路直下の間隙水圧の上昇を挿入完了後,削孔ロッドは引き抜かれ,予定の注入位測定しており,水圧上昇が認められたときは水圧が元に置に注入外管が残される。このとき掘削地山と外管の間戻るまで注入を中止している。に数 cm の空隙が生じる。このためにすみやかに布製のこのような間隙水圧の測定も含めて,航空機の離発着地山パッカーにセメントベントナイトを充填して膨張さに支障を与えない,より安全な情報化施工又は施工管理せ,パッカーと地山を密着する。の開発が急務である。. 施 工 事 例本削孔技術は, 2013 年に福岡空港の滑走路ではじめて使用され,東京国際空港では 2014 年と 2015 年の 2 回にわたり,C 滑走路の耐震補強工事で適用された(写真―)。2014年度の工事では図―に示すように,滑走参考文献1)植田勝紀・林健太郎供用中のタンク直下地盤の液状化対策,建設機械,Vol. 45, No. 1, pp. 33~37, 2009.2) 入山 修・三宅 淳・林健太郎滑走路の新しい液状化対策,建設機械, Vol. 51, No. 4, pp. 63~67, 2015.(原稿受理2017.6.23)路脇の緑地帯から,C 滑走路直下に向けて最大140 m の削孔を行い,薬液を注入することで滑走路直下の地盤改良を実施した。滑走路より 45 m の離隔をとり,滑走路38地盤工学会誌,―()
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  • タイトル
  • 1. 講座を始めるにあたって(X線CTから見る土質力学)
  • 著者
  • 大谷 順
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 39〜40
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170017
  • 内容
  • X 線 CT から見る土質力学.大講座を始めるにあたって谷熊本大学大学院. は じ め に順(おおたに先端科学研究部じゅん)教授いては 1997 年 の国際 会議論 文及び 2000 年 の Soils andFoundations の論文2)が最初である。地盤工学会誌(学土質力学というとどうしても Terzaghi の Theoretical会誌「土と基礎」を含む)においても報文3) や技術手Soil Mechanics(1943年)というバイブル的な教科書を帳4)として多く紹介している。特に熊本大学では実験と思い浮かべる方もおられるだろう。この教科書は現在にCT 撮影を連動して行う実験システムの構築を世界で初おいても十分参考になると共に,今日まで多くの教科書めて発表している5)。加えて研究を進める中,この分野が出版されているが,その章立てや内容にあまり変化がの国際的な Community 構築をめざして,2003年に熊本ない。これは実際の現象に応じて学問領域が分割され,において「地盤工学における X 線 CT の応用に関する新しい枠組みで学問体系を整理することが難しいためと国際ワークショップ( GeoX2003 )」を開催した6) 。こ考える。の国際ワークショップはその後フランス(2006年),米しかし既に 21 世紀に入り,計測技術や実験装置が発国( 2010 年)と続き,ベルギー( 2013 年)からこの会展を続ける中,土質力学の新たな学問体系を構築するチ議のテーマを画像解析まで拡張し,カナダ(2015年),ャレンジがあってもいいのではないかと思う。一般に実また今年はスウエーデン( 2017 年)での開催と,現在問題を解明するためには実現象を把握する物理学的側面も継続的に開催している。関係して 2013 年には国際学とその挙動をモデル化することで設計計算に結び付ける会として IntACT(International Association for Com-数学的側面があるが,モデル化は実現象の深い理解を必puted Tomography)も設立した。これらの国際的活動要とする。本講座の主題である「土質力学における Xはすべて 2003 年に開催した GeoX2003 が起源となって線 CT の活用」は以上の内容が動機となっている。すないる。その後,我が国においては港湾空港技術研究所,わち,京都大学,筑波大学他と本装置の導入が加速し,多くの1)X 線 CT により現象を限りなく可視化し,緻密に定量化する。2)それを通じて,土質力学を進化させ,設計への応用を図る。ということである。さて,最初に X 線 CT について少し紹介したい。 X線 CT 装置は医療用診断装置として広く知られており,1979 年のノーベル医学・生理学賞である。現在ではこ貴重な研究成果が報告されている。本講座については,多くの関連研究を積極的に実施している比較的若手研究者の方々を主な執筆者とし,読者にとって理解しやすい構成を考え,土質力学の学問体系に合わせてそれぞれの適用事例を紹介するという形式を導入している。. 本講座の構成の医療用の装置に加えて,産業用,m フォーカス型(ナ本講座の目的は,タイトルにあるように,X 線 CT をノフォーカス型を含む),及びシンクロトロン(大型放用いて土質力学の学問体系を如何に深化させられるかと射光施設)等が用いられている。これらは対象とする現いうチャレンジである。そのため,本講座では既往の土象のスケールによりその用途が発揮される。質力学と X 線 CT の適用例が明快に関連付けられるよ次に地盤工学における X 線 CT の適用に関するこれまでの経緯を簡単に紹介したい。我が国では 1980 年代から当時の石油公団(現在の JOGMEC)において岩石う,講座の章立てを一般的な土質力学の教科書のそれに合わせている。まず第章では具体的な土質力学への応用に入る前に,を対象とした適用が見られるが,あまりその成果は公開X 線 CT 装置とはどういうものかについて,X 線物理学されていない。その後,電力中央研究所においても断層の内容を含む基本原理や装置の概要について紹介する。進展メカニズムの解明を目的として医療用装置が用いら加えてこれまでの研究成果について,世界的動向を踏まれている。国際的に発表された研究としては 1996 年のえて紹介する。続いて第章から本論となるが,まず第G áeotechnique に掲載されたフランスの Desrues らの論章では土の材料特性について CT 撮影結果を踏まえた文1) が最初だと認識している。私自身が X 線 CT の適考察について紹介する。第章では盛土のような人工的用に関する研究を始めたのは 1996 年熊本大学に産業用な土構造物を施工する場合にもっとも重要な事項となるX 線 CT 装置が設備された時点であり,正式な論文につ締固め問題についての適用事例,また第章では土中にOctober, 201739 講  座表―. 本講座の構成おける水の流れを対象とし,不飽和土を含めた土中の水理に関する X 線 CT の適用事例について紹介すると共かと思った次第である。最後となったが,本講座が多くの読者にとって興味深に,第章では土質力学の核となる圧密とせん断についい内容であることと,今後多くの研究者・実務者が Xての適用事例を紹介する。また最後に第章では地盤に線 CT 装置に携わっていただくことを切に願いたい。関する実務問題を対象とし,ここでは土圧と基礎構造物について特にトンネルの切羽安定問題と,浅い基礎・深い基礎の支持力問題について同様の適用例を紹介する。参1)以上は,ただ単に X 線 CT の適用例を示すだけでなく,土質力学においてこれまで確認できなかった現象やその現象の基での新たな知見等についても紹介できたら2)と思う。. お わ り に3).節でも紹介したが, X 線 CT を導入したきっかけは,現象の可視化の重要性,特に非破壊かつ三次元的な現象把握の重要性であり,その結果を設計の高度化に使4)5)えないかということであった。そしてもう 1 点は,冒頭で紹介した Terzaghi の本から既に 70年以上が経過した土質力学の学問体系であるが,X 線 CT のような現象の見方を大きく変えることを可能とする装置を用いるこ6)考文献Desrues, J., Chambon, R., Mokni, M. and Mazrolle, F.:Void ratio evolution inside shear bands in triaxtial sandspecimens studied by computed tomography, G áeotechnique, Vol. 46, No. 3, pp. 529546, 1996.Otani, J., Mukunoki, T. and Obara, Y.: Application of Xray CT method for characterization of failure in soils,Soils and Foundations, Vol. 40, No. 2, pp. 111118, 2000.大谷 順・尾原祐三・菅原勝彦・椋木俊文地盤工学における産業用 X 線 CT スキャナーの適用,土と基礎,Vol. 48, No. 2, pp. 1~20, 2000.大谷 順X 線 CT 法,技術手帳,土と基礎,Vol. 54,No. 4, pp. 32~33, 2006.Otani, J., Mukunoki, T. and Obara, Y.: Characterizationof failure in sand under triaxial compression using an industrial Xray CT scanner, International Journal ofPhysical Modelling in Geomechanics, 1, pp. 1522, 2002.Otani, J. and Obara, Y.: Xray CT for Geomaterials―soils, concrete, rock―, Balkema, 2003.とで,その学問体系の深化になんらかの寄与ができない40地盤工学会誌,―()
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  • タイトル
  • 2. X線CTの概要と研究動向(X線CTから見る土質力学)
  • 著者
  • 肥後 陽介・高野 大樹・椋木 俊文
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 41〜48
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170018
  • 内容
  • X 線 CT から見る土質力学.肥後陽京都大学大学院介(ひご高ようすけ)工学研究科椋X 線 CT の概要と研究動向准教授木俊熊本大学大学院野大樹(たかの港湾空港技術研究所文(むくのき先端科学研究部だいき)主任研究官としふみ)准教授. は じ め に. X 線 CT の原理X 線は放射線の一種で,波長が 0.1 ~ 100 Å の電磁波.. X 線の物質透過による減衰である。回折,化学作用,蛍光作用,生理作用,透過作X 線は物体を透過し,その際, X 線の強度は減衰す用,電離作用などの特徴を持ち, X 線 CT ( Computedる。ある物質を x ( m )透過した時の X 線の減衰は式Tomography)は透過作用を利用して,物体内部を可視(2.1)で表される。これは X 線線量が透過距離に応じて化する。 X 線はレントゲン写真でおなじみの R äontgen指数的に減弱することを示している。によって発見された。英国 EMI 社(Electric & MusicalIndustries Limited)の研究者であった Hounsˆeld が,I=I0 exp(-mx) ……………………………………(2.1)ここで, I は物質を距離 x ( m )だけ透過した後の X断層撮影技術を活用して医療用の X 線 CT を開発し,X線の強度(線量率(Sv/h)など),I0 は入射 X 線の強度線 CT は放射線医学の分野で革命的な診断技術となった(入射線量率( Sv/h)など),m (1/m )は線吸収係数で(表―.)。その後,工業部品の欠陥検出などの目的で,ある。この m は次式(2.2)で定義される。医 療 用 よ り も 高 出 力 の 工 業 用 X 線 CT が 開 発 さ れ たm=mm r ………………………………………………(2.2)(図―.)。現在,地盤工学において広く用いられていここで, mm ( m2 / Mg )は物質に固有の質量吸収係数,る X 線 CT もこの工業用目的の CT に分類される。r (Mg/m3)は物質の密度である。これは,同じ物質でX 線 CT の概要と研究動向」では, X 線あれば,密度が高いほど X 線の減衰率が大きくなるこCT で CT 画像を得る仕組みを概説し,結果として得らとを示している。 mm は照射 X 線のエネルギー,透過す本章「 2.れる CT 画像の解釈の際に重要となる性質について述べる物体を構成する元素(原子番号)に依存する。式(2.2)る。また,地盤材料の CT 画像例を紹介する。さらに,に示す線吸収係数は,一般に光電効果とコンプトン散乱,近年広がりを見せる X 線 CT を用いた国内・国外の研干渉性散乱による減弱係数の和で表されることが知られ究の動向について示す。ており1),2),m=mp+mc+mcoh ……………………………………(2.3)表―. X 線 CT 開発までの概略的歴史と表される。 mp は,光電効果による線吸収係数, mc はコンプトン散乱,干渉性散乱 mcoh によって生じる線吸収係数であり, Van Geet ら3) は,それぞれの性質から次の式を提案した。m m= aZ 3.8+b ………………………………………(2.4)E 3.2E は X 線エネルギー,Z は原子番号,a と b は定数である。式( 2.4)の右辺第一項に着目すると,線吸収係数m は原子番号 Z の影響を大きく受け,入射 X 線エネルギーが低いほどその影響は顕著になることが分かる。つまり,物質の組成の違いに対しては,低い入射 X 線エネルギーがより敏感であるといえる。Ketcham ら4)は地盤材料の線吸収係数と X 線エネルギーの関係についてまとめている。図―.に土を構成する代表的な鉱物である,カルサイト,カオリナイト,石英の線吸収係数と入射 X 線強度の関係,及び各物質の密度を示す。図の作成にあたっては,参考文献と同じ手順を用い,線吸収図―. 工業用 X 線 CT 装置の種類と特徴October, 2017係数は式(2.2)及び式(2.4)より求めた。石英とカルサイ41 講  座図―. X 線 CT 装置の一例(KYOTOGEOmXCT5))図―. 線吸収係数と入射 X 線エネルギーの関係トは低い X 線エネルギーでは線吸収係数に差が見られる。しかし,X 線エネルギーが150 keV 以上になると有意な差が見られなくなる。一方,カオリナイトは高 X線エネルギーにおいても他の鉱物に対して異なる線吸収係数を有する。このように密度が近い物質でも X 線との相互作用は異なり,鉱物の組成の違いを可視化するためには,低い X 線エネルギーを用いて撮影することが図―. X 線 CT 装置概略図有効になる。.. X 線 CT 装置図―.,.に一般的な X 線 CT 装置の概略図を示す。 X 線源から照射された X 線は被検体に入射し,被検体内で減衰して受像機に到達する。受像機はその減衰した X 線のエネルギーを測定する。この作業を被検体に対して360度の方向から行い,データを取得する。線源現在研究に用いられる主たる線源は,マイクロフォーカス X 線管及びシンクロトロンである。前者は,種々図―. 線源のスポットサイズと幾何学的不鮮明(ブレ)の波長(エネルギー)を持つ白色(連続) X 線を照射する。後者は,我が国では Spring8 に代表される加速トサイズを小さくすることで,撮像のブレを小さくする器で,波長が単一の単色 X 線を照射する。連続 X 線はことができる。波長によってスペクトルが異なる一方,単色 X 線は均スポットサイズは,管電圧と管電流の積で定義される一なエネルギーを持つため X 線エネルギーに依存した消費電力が少ない程小さくなる。管電圧が小さい程電子減衰特性の変化が無く一般に良好な画像が得られる。しの速度が速いため,管電流が小さい程電子同士の斥力がかし,実験室に置くことができる X 線管による線源が,小さくなるため,小さいスポットに絞りやすくなる。す最も汎用的な装置となっている。なわち, X 線エネルギーの小さい方がスポットサイズX 線管内は真空ポンプで圧力を下げ,空気による放が小さくなるが,一方で,密度の高い被検体や大きな被電を避けつつ,フィラメント(陰極)からタングステン検体を透過し十分な情報量を受像機で得るには,大きななどの金属から成るターゲット(陽極)に高圧で加速しエネルギーが必要になる。すなわち,大きな被検体は低た電子を飛ばし,ターゲットに到達した電子が大きく減分解能にならざるを得ず,高分解能の画像は小さな被検速した際にその加速度の変化量の大きさに応じた強度の体で得やすく,X 線 CT 画像の分解能と被検体の大きさX 線がコーン状に発生する。つまり, X 線管によってはトレードオフの関係にあることが分かる。発生する X 線のエネルギーは,電子を加速するための管電圧及び電子の数である管電流に依存する。受像機は X 線を可視光に変換する画素(シンチレースポットサイズ受像機タ)によって成る。受像機は近年 Flat Panel Detector図―.に近年広く用いられるようになったマイクロ( FPD )が一般的となった。従来の X 線 Image Intensi-フォーカス X 線管と従来型の X 線管について,そのスˆer では, X 線を可視光に変換してそれを CCD カメラポットサイズと得られる画像に生じるブレを示す。スポで撮影してデジタルデータとして取得していたが,ットサイズとは, X 線管内で照射する電子がターゲッFPD は可視光を直接デジタルデータに変換できるため,トに当たる面積であり,マイクロフォーカス技術とは,CCD カメラによるノイズを避けることができる。この面積をミクロン単位に縮小する技術である。スポッ42受像機の画素で得た信号を基に CT 画像を生成するが,地盤工学会誌,―() 講  座両者の画素数は一致しないことに注意されたい。近年のFPD の画素数は 800 × 800 程度から 1 500 × 1 500 程度まであり,受像機の画素数が多い方がより鮮明で大きなCT 画像を得ることができる。ローテーションテーブル被検体を搭載するためのテーブルであり,その名の通り回転し,被検体の360度全方向からの X 線透過を可能にする。医療用 CT では人は静置し,受像機と X 線管がその間に被検体を置いた状態をキープしながら回転する。回転のスピード制御,X, Y, Z 方向への精緻な位置制御が求められる。三軸試験や模型実験を実施しながらの撮影を実現するため,耐荷重を大きくしても制御性能が保たれる機械の開発が進んでおり,現在ではマイクロフォーカス X 線 CT 装置で 100 kg 程度の耐荷重を持つローテーションテーブルが存在する。CT 画像取得手順.被検体をテーブル中央に設置.テーブル位置,受像機位置の設定(拡大率)図―. 画像再構成の基本的原理テ ーブ ル中 央と線 源の 距離 Focus center distance( FCD ) と 受 像 機 と 線 源 の 距 離 Focus image dis-検体の減衰特性が多く得られるため,一般に良質な画像tance ( FID )を任意に設定できるため(図―.),が得られる。逆解析による再構成技術については,本講拡大率を自由に選ぶことができる。座の主眼から外れるため,参考文献に譲る例えば,1),6)。.管電圧,管電流,プロジェクションビュー,積算枚数の設定(分解能)物体を透過するのに十分な X線のエネルギーを得るには,高い管電圧と管電流がこのように,受像機で得た減衰後の X 線のデータを基に各画素で決定される未知数は CT 値と呼ばれる。.. CT 値必要であるが,スポットサイズが大きくなることにX 線 CT の結果として得られる CT 画像は, CT 値の注意する。プロジェクションビューとは被検体を空間分布である。CT 値は線吸収係数 m を線形変換するX 線照射・データ取得をする方向の数を表す。600ことによって定義される値である。つまり,なら360度を等間隔に 600に分割した 0.6度ごとの角CT 値=a f ( m)+b …………………………………(2.6)度から,4 800なら0.075度ごととなる。積算枚数は,ここで,a, b は任意の定数,f ( m)は m に関係する値で同じ 1 つの角度で情報を得る回数であり,データ装置によって値は異なり,ほとんどの場合はブラックボの加算平均によりノイズを除去する。これらの数がックスとなっている。結果として CT 値は整数値(例え大きい程受像機で得られる情報量が増加し,分解能ば符号付の16 bit)のデータとして得られる。が高くノイズの少ない画像を得ることができる。その分,撮影にかかる時間は長くなる。. X 線の照射と受像機でのデータ取得 X 線を連続的に照射しながらテーブルを回転させる。.CT 技術による画像の再構成.画像ソフトでの三次元化例えば,医学で用いられる HU (Hounsˆeld unit)では, m, mw をそれぞれ撮影対象と水の X 線吸収係数, Kを比例定数として以下の式で CT 値を定義している。CT 値=m-mwK ……………………………………(2.7)mwHU では K を1 000とし,空気は密度がほぼゼロで X 線.. 再構成の 減 衰 が ほ と ん ど な い の で m も ゼ ロ で そ の CT 値 はある物質がある方向に mn ( n = 1, … , N )の線吸収係- 1 000 HU ,水 の CT 値 は 0 HU と なる 。 HU を 用い数を持っているとき(図―.(a)),X 線の吸収は次式る場合は,空気が-1 000,水が 0 となるように式(2.6)で表される。の a, b を定めれば良い。 a, b はあくまで任意であり,I=I0 exp{-x( m1+m2+…mN)} ……………………(2.5)二次元で考えると,図―.( b )に示すように多方向CT 値の絶対値をどう定めるかよりも,その相対的な関係が重要である。からデータを取得すれば取得した数だけ連立方程式を立工学的な用途においても,CT はほとんどの場合,密てることができ,未知数(線吸収係数)を求めることが度の空間分布を得ることを目的として用いられる。そのできる。ため,CT 値,すなわち線吸収係数 m が,密度と線形関1 枚の CT 画像は一辺が 1 000 ~ 2 000 程度画素を持つ係にあることが最も重要である。前述の通り,線吸収係正方形である。プロジェクションの数が総画素数よりも数は密度,入射 X 線のエネルギー,物質の原子番号に少ない場合は方程式が未知数を下回り劣決定問題となる。依存する。入射 X 線のエネルギーは,通常 X 線管の管プロジェクションを増やす程,方程式の数,すなわち被電圧と管電流を固定するため,一定と考えて良い。物質October, 201743 講  座図―. 地盤材料に見られる部分容積効果図―. 密度と CT 値の関係4)voxel(ボクセル)CT 画像を構成する画素は通常のデジタルカメラ画像の原子番号は,例えば水のように明らかな単一の物質以などとは異なり厚さを有し,voxel と呼ばれる。すなわ外では,種々の原子が混合しているため, X 線の減衰ち CT 値は 1 画素内を占める被検体の平均的な値としてはその混合に依存することになる。つまり,土の場合は,現れる。SiO2 を主成分とするが,それ以外に含まれる鉱物及び間隙に存在する物質の原子番号によって,同じ密度でもCT 画像で注意しなければならないのは,部分容積効厳密には異なる CT 値を示すこととなる。部分容積効果果(Partial Volume EŠect)である。CT 画像は離散デーそこで,CT 値と測定対象の密度のキャリブレーショタであるため,2 つの物体間の境界において, 2 つの物ンが重要となる。図―.に土試料の CT 値と試料のバ体が 1 つの voxel を占め,それぞれの物質の領域を重みルクとしての密度の関係を示す。この図の CT 値は,三とした平均的な CT 値が結果として得られることを部分次元的に取得した CT 画像の全 voxel (後述)の CT 値容積効果と呼ぶ(図―.(a))。また,このような vox-の平均値のことであり,それぞれの試料は全て同じ入射el を mixel とも呼ぶ。X 線のエネルギーで撮影されている。このように,土三相混合体の不飽和土の場合は,土と空気の平均値がの密度と CT 値の関係はほぼ線形であることが経験的に水と近いため,水と識別した voxel が土粒子表面に存在分かっているため,CT 値の高低によって土試料の密度する吸着水か部分容積効果かを物理的に識別することはの高低を議論することができるのである。また,空気と難しい。また,土粒子の大きさは場合によって voxel サ水を含めても密度と CT 値は線形関係にあるため,土相,イズよりも小さくなり,図―.(b)に示すように,1 つ水相,空気相を CT 値から識別することが可能となる。の voxel の中に複数の土粒子が存在することがある。こ医学においては,式( 2.7 )で得られる CT 値と密度の線のときの CT 値は voxel 内に含まれる土粒子と間隙の密形関係を用いて CT 値から物質が何であるかを推定し,度を平均化した値に対応する。CT 画像を診断に活用するのである。ただし,図―.にも見られるように,密度と CT 値アーチファクトCT におけるアーチファクトは種々あるが,ここでは,の相関性は厳密ではない。したがって,この線形関係を地盤材料で直面するシェーディングアーチファクトとリ用いて密度を定量的に評価しようとする場合は,評価しングアーチファクトについて説明する。た密度にはある幅の推定誤差が含まれていることに注意1)する必要がある。波長によってスペクトルの異なる連続 X 線を用いる. X 線 CT 画像シェーディングアーチファクト場合,被検体断層面の透過厚による X 線スペクトルの変化が X 線 CT 画像に悪影響を及ぼす7)。これは,低いCT 画像は CT 値を有する画素の集まりであり,離散エネルギーの X 線(周波数が小さい X 線)程,高いエ的データである。CT 装置は複数の水平断面を鉛直方向ネルギーの X 線(周波数が大きい X 線)よりも吸収さに生成する。これを画像処理ソフトで三次元的画像とすれやすいため,透過する被検体の厚さが増加するにつれることで,鉛直断面や任意の断面の画像を得ることがでて, X 線が高いエネルギーの波動に変化するからであきる。る。このことを物理学では「 X 線が硬くなる」と表現1 枚の水平断面は正方形の画像として生成されるが,再構成で有効な CT 値が得られるのは円形の領域で,そし,特に「 X 線ビームハードニング現象」と呼ばれる。シェーディングアーチファクトは,このビームハードニの外側は空白となる。つまり,三次元化した画像は円筒ングによって生じるアーチファクトである。 X 線ビー形となる。ムハードニング現象が生じる要因には,被検体の密度(原子量)が大きい,被検体の寸法が大きい X 線発生起44地盤工学会誌,―() 講  座表―. 各線源の特徴と得られる画像の分解能8)する現象を取り出せるような単純化した実験条件を上手図―. アーチファクトの画像例く設定することが肝要である。表―.に線源の型と分解能の関係を示す。マイクロ電圧が小さいことが挙げられる。図―.(a)は,シェーディングアーチファクトの画像フォーカスやサブマイクロフォーカスの X 線 CT は土粒子の骨格構造や間隙水の形態など,ミクロな構造解析例である。均質な材料をスキャンした CT 画像であるが,に適している。一方,ミニフォーカスは産業用 CT とも被検体の輪郭から中心部に向かって画像の色が徐々に暗呼ばれ(図―.),出力が高く,大きな被検体を透過すくなっている(シェーディング)。このように, X 線ることが可能で,模型実験等でバルクな密度変化を議論ビームハードニング現象の影響が顕著な CT 画像では,するのに適している。マイクロフォーカスでも X 線管被検体の輪郭に近いほど CT 値が高くなる。これは,輪の出力はミニフォーカスと同等まで上げられるため(例郭部では X 線の透過距離が中央部よりも短いが,低エえば管電流は 1 mA 程度まで出力可能),ミニフォーカネルギーの X 線は中央部と同様に大きく減衰するため,スとしての使用が可能である。結果として線吸収係数が大きく計算されるためである。X 線ビームハードニング現象の影響を強く受けた画像の CT 値分布の形状は鍋底型になるため「カッピング効果」と呼ばれている。なお,ビームハードニングを軽減するには低エネルギーの X 線を予め減衰させておくことが効果的で,一般にアルミなどの板を線源に装着する。2)リングアーチファクト. 各種地盤材料の CT 画像例実際に地盤材料をスキャンした画像を紹介する。スキャンはそれぞれの材料に対して二種類実施した(図―.)。全体スキャン(Global tomography)供試体内部のマクロな密度分布を把握することを目的として行う。本スキャンでは,供試体全体を撮影領域内図―.( b )は,リングアーチファクトの画像を示しに収めるために,voxel サイズを 70~80 mm と比較的低ている。リングアーチファクトは,検出器に欠陥画素がく設定する。また,ビームハードニングを防ぐため,厚ある場合,及び検出器の各検出素子に感度の不均一さがさ1.0 mm のアルミフィルターを線源に装着している。ある場合に生じる。これは,CT 値の計算過程において局所スキャン(Local tomography)全プロジェクション過程において異常検出器のデータが供試体内部の微視構造を可視化することを目的として出力されなかったために,常に全方向から異常信号を検行う。本スキャンでは,ミクロンレベルの解像度の実現出することによってリング状の筋が画像上に現れる。特のため,供試体を X 線管に限界まで近づけ, 10 mm 以に,被検体の水平移動がなく回転移動だけをさせるマイ下の voxel サイズに設定する。クロ CT の場合,このアーチファクトが見られ,多くの図―.に川崎粘土,豊浦砂,ベレア砂岩,花崗岩のソフトウェアで,問題がある検出器に一番近い検出器のCT 画像を示す。これらは CT 値の分布であり,白黒のCT 値を使って修正がなされている。階調を表すため Gray value (濃淡値)と呼ばれる。密解像度と供試体サイズ度は白色に近い程高く,黒色に近い程低い。ここでは,X 線管のハード的限界と取得データ容量のソフト的供試体中央部の鉛直断面及び水平断面を示している。こ限 界 か ら , 現 在 の 1 枚 の CT 画 像 の サ イ ズ は 1 024 ×こで示す水平断面は1 024×1 024画素で,鉛直方向に水1 024画素程度が主流であるため,5 mm の解像度を得よ平断面を積み重ねて三次元画像を構成している。前述のうとするとスキャン範囲は 5 mm 程度と非常に小さいも通り,1 枚の CT 画像は厚さを持った水平画像であり,のになる。土供試体の直径は 50 mm 程度が通常である三次元画像は CT 値を持った離散的 voxel の集合体であため,全てをスキャン範囲に含めると,解像度は50 mmるが,紙面で供試体内部を表示するには,二次元断面をに低下する。つまり,スキャン範囲と空間分解能はト抽出する必要がある。レードオフの関係にある。最近はサブマイクロスケール豊浦砂,ベレア砂岩,花崗岩については,三次元画像の分解能を持つナノ CT 技術も開発されているが,スキの濃淡値のヒストグラムを図―.に示した。全体スキャン範囲はより小さくなる。また,鮮明な画像を得るにャンは供試体の外部を含んだ CT 画像となるが,図―は長時間を要するため,状態変化の速度が小さい準静的.には供試体部分のみのヒストグラムを示している。な挙動への適用に限られる。したがって,マイクロ X表―.に撮影条件を示す。管電圧と管電流を掛けて線 CT の威力を活かすには,適用範囲を考慮して目的と求まる X 線管の消費電力に着目すると,局所スキャンOctober, 201745 講  座では全体スキャンに比べて低い。これは,電力を低くすして立方体あるいは直方体となる。ることにより, X 線の焦点サイズを小さくし,高解像.. 粘土度を得るためである。また,プロジェクションビュー数図―.(a)に飽和した川崎粘土の CT 画像を示す。と積算枚数も局所スキャンの方を高く設定し,受像機で全体スキャンの CT 画像は浚渫度を圧密した後の状態の得られる情報を多くすることで,画像の高解像度化を図ものであり,局所スキャンの CT 画像は圧密前の超高含っている。 voxel サイズは,各 voxel の(水平断面にお水比状態の状態のものである。部分的にみられる白い部ける一辺の長さ)2×(厚さ)で表している。設定に依存分は主成分の粘土鉱物以外で高い線吸収率を持つ鉱物と考えられる。全体スキャン画像では,粘土粒子の大きさよりも voxel サイズがはるかに大きいため,粒子を識別することはできないものの,全体に密度分布は均質であることが見て取れる。局所スキャン画像では,明るいグレーや白が示す粘土部と黒で示される間隙水を識別することができる。依然として粘土粒子の識別は不可能であるが,このようにメ図―. 全体スキャンと局所スキャンソ構造を可視化することは可能である。図―. 各種地盤材料の X 線 CT 画像図―. 各種地盤材料の CT 値ヒストグラム46地盤工学会誌,―() 講  座表―. 各地盤材料の撮影条件及び供試体条件.. 砂気乾,不飽和,飽和状態の豊浦砂の全体スキャンのCT 画像を比較すると(それぞれ,図―.(b),(c),( d )),気乾砂が最もコントラストが強く,飽和砂ではぼやけたように見える。これは,空隙と土粒子の密度差の方が間隙水と土粒子のそれよりも大きいためである。また,図―.(a)ヒストグラムを見ると,不飽和土は空気,水,土を含むため,最もヒストグラムの広がりが大きいことが分かる。なお,際立って白い箇所は豊浦砂に含まれる鉄鉱等の粒子である。局所スキャン画像を見ると土粒子が明るいグレー,間隙空気が黒,間隙水がその中間の輝度で表されており,それぞれの相が識別できる。図―.(b)のヒストグラ図―. 異なる X 線源の空間分解能と撮影時間の関係9)ムを見ると,気乾砂と飽和砂では 2 つのピーク,不飽和砂では 3 つのピークが表れており,CT 値と密度には線形関係があるため,それぞれのピーク付近の CT 値は,低い方から空気,水,土粒子を表している。解像度が高い程各相の分布の幅は狭まり,画像解析で相を分けるのが容易になる。.. 岩図―.(e )はべレア砂岩の局所スキャンの CT 画像である。豊浦砂の画像と類似し,砂の粒子が目視で識別できるが,より密実であり間隙が狭い。図―.(c)の図―. 砂粒子の回転,移動の局所化計測10)ヒストグラムを見ても,間隙量が少ないために間隙部分のピークは明瞭には現れていない。いなくとも同等の高い解像度を得ることが可能となりつ亀裂を有する花崗岩の局所スキャンの CT 画像を図―つある。また,ハードウェアの発展に伴い,ソフトウェ.(f)に示す。異なる鉱物組成が見て取れ,鉛直断面アの発展も著しく,画像から定量的な情報を抽出するた右上のより密度の高い部分と低い部分の境界に沿って亀めの画像解析用ツールボックスが多数公表されている。裂が存在することが興味深い。このように硬岩において研究対象もよりミクロスケールへとシフトし,土粒子は亀裂の三次元的分布や形状を CT 画像から抽出するこの 配 列 や 間 隙 構 造 を可 視 化 す る事 例 が 多 く な っ て いとが可能である。る10),11) 。図―.は三軸圧縮下の砂供試体内に生じる. 研究の動向過去 20 年程度で, X 線 CT 装置の空間及び時間分解局所化現象を,砂粒子の変位,回転量を計測し評価した例である10) 。ここでは,角ばった粒子( Hostun HN31Sand)と丸い粒子(Caicos Ooids)を対象としている。能は飛躍的に向上した。図―.は異なる X 線源の発CT 断面画像より,供試体内のすべての砂粒子を抽出し,展として,空間分解能と撮影時間の関係を示したものでそれぞれの幾何情報を基に供試体の変形過程における粒ある9)。黒塗りの記号は X 線管,白抜きの記号はシンク子の挙動を評価している。図―.の上段が粒子ごとのロトロンを示す。 X 線源の違いによらず,空間解像度変位,下段が回転量に基づき色付けした結果である。こが上がるに従い,撮影時間も長くなることが分かる。まの結果,粒子の形状により局所化の幅が異なること,また,シンクロトロンと X 線管では,同じ解像度で撮影た同じ砂でも変位の局所化よりも回転の局所化の方が広した場合,撮影時間に 2 オーダー程度の違いがある。い幅を持ち生じることを示している。このように,近年近年では,サブマイクロスケールで撮影可能な X 線管は X 線 CT と画像解析を組み合わせ,より定量的に現が開発されており,シンクロトロンなどの大型施設を用象を評価しようという試みが研究の主流となっており,October, 201747 講  座なツールであるが,適用範囲を良く理解した上で使用することが重要である。今後,受像器の画素数の増加や断層再構成技術の向上など,ハードとソフトの開発が進めばさらに高分解能の画像を広い領域で得られるようになる。そうすると,適用できる研究も更に広がりを見せることになるであろう。謝辞京都大学の岸田潔教授には硬岩,愛媛大学の安原英明図―. 1980 ~ 2016 年における国別の地盤工学分野における X 線 CT に関する論文出版数教授には砂岩の CT 画像を提供いただいた。また,京都大学大学院博士後期課程の木戸隆之祐氏には CT 画像及びヒストグラムの作成にご協力いただいた。ここに記して謝意を表する。参1)2)3)図―. X 線 CT を地盤工学へ適用した論文の年別公表論文数4)画像から得られる情報を基に数値モデルを構築する研究も盛んに行われている。5)図―.,.は Elsevier による論文検索システムScopus において集計した, X 線 CT の地盤工学への適用に関する原著論文の 1980 年から 2016 年の間の国別公表論文数と,年別の公表論文数をまとめたものである。年別の論文数をみると,世界的には 2000 年前後から6)7)CT を適用した論文が増加し始め,2005年以降飛躍的に論文が増加している。これは, 20 年前では特殊な装置という印象が強かった CT 装置が近年より一般的に利用8)9)され始めていることが影響していると言える。また,USA ,フランス,日本と言った研究の黎明期から積極的に研究を行っている国に加え,現在は欧州各国,中国10)などの国から多くの事例が報告されており,地盤工学分野における CT を用いた研究のコミュニティは近年大きな広がりを見せている。. お わ り に11)12)本稿では,X 線 CT の概要と地盤材料の CT 画像例,及び研究の動向についてまとめ,「どのようにして,どの程度の画像が得られるのか」について示した。 X 線CT の原理や装置については参考文献12),13)も参照された13 )考文献Curry, T. S., Dowdey, J. E. and Murry, R. C.: Christensen's physics of diagnostic radiology, Lea and Febiger,London, pp. 6185, 1990.中村 實・監修診療画像検査法 医用放射線物理学,2006.Van Geet, M., Swennen, R. and David, P.: Quantitativecoal characterisation by means of microfocus Xray computer tomography, color image analysis and backscattered scanning electron microscopy, Int. Jour. Coal Geology, 46, pp. 1125, 2001.Ketcham, R. A. and Carlson W. D.: Acquisition, optimization and interpretation of Xray computed tomographic imagery: applications to the geosciences, Computers &Geosciences, 27, pp. 381400, 2001.Higo, Y., Oka, F., Kimoto, S., Sanagawa, T. andMatsushima, Y.: ``Study of strain localization and microstructural changes in partially saturated sand during triaxial tests using microfocus Xray CT'', Soils and Foundations, Vol. 51, No. 1, pp. 95111, 2011.Kak, A. C. and Slaney M.: Principles of computedtomography imaging, IEEE Press, 1988.岩井喜典 CT スキャナ,電子工学進歩シリーズ 9 ,1979.池田 泰産業用 X 線 CT の現状,計測技術, Vol. 35,No. 3, pp. 1~4, 2007.Maire, E. and Withers, P. J.: Quantitative Xraytomography, Int. Materials Reviews, Vol. 59, No. 1, pp. 143, 2014.Ando, E., Hall, S. A., Viggiani, G., Desrues, J. andBesuelle, P.: Grainscale experimental investigation oflocalized deformation in sand: a discrete particle trackingapproach, Vol. 7, No. 1, pp. 113, 2012.Mukunoki, T., Miyata, Y., Mikami, K. and Shiota, E.:Xray CT analysis of pore structrure in sand, SolidEarth, 7, pp. 929942, 2016.高野大樹・大谷 順X 線 CT による地盤材料の構造の可視化, 1. X 線 CT の総論と画像解析手法,講座,材料,Vol. 62, 10, pp. 654~659, 2013.肥後陽介土の微視構造に迫るマイクロ X 線 CT 装置―現象論的マクロ挙動と微視構造変化のリンク―,土木学会誌,Vol. 101, No. 4, pp. 66~69, 2016.い。X 線 CT は,物体内部を非破壊で可視化できる強力48地盤工学会誌,―()
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  • タイトル
  • 1. 講座を始めるにあたって(南海トラフ巨大地震・津波発生の真実にせまる~強靭な社会の構築に向けて~)
  • 著者
  • 倉本 真一
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 49〜50
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170019
  • 内容
  • 南海トラフ巨大地震・津波発生の真実にせまる~強靭な社会の構築に向けて~.倉本講座を始めるにあたって真一(くらもと国立研究開発法人海洋研究開発機構しんいち)地球深部探査センターお手上げ状態なのかというと,そうではないということ. は じ め にを今回の講座を通じて感じてもらいたい。特に最近の研1944 年の東南海地震, 1946 年の南海地震発生から約究成果から,これまでの教科書を塗り替えるような新し70 年が経過し,次期南海トラフ沿いの巨大地震発生のい発見や考察がなされ,新たな地震発生帯像が描かれつ確率は,今後 30 年以内に 70 程度と見積もられているつある。その中心的な貢献は,地震発生帯近傍での直接(地震調査研究推進本部1) )。死者 32万人,約 220 兆円の的なアクセスによる成果からなる。具体的には,掘削に経済損失が予想され(中央防災会議2) ),また次期南海よる試料採取,現場観測,長期連続モニタリングであり,トラフ沿いの巨大地震発生は,東海沖に限らず,九州沖そして海底での地震を含む高精度地殻変動観測の成果でまで含めた連動型になるのではないかとの懸念もあり,ある。またそれらの成果と融合した室内実験や数値シミ国による大震法(大規模地震対策特別措置法3))の見直ュレーションの発展の成果でもある。これらのデータセしが検討され始めている(中央防災会議防災対策実行ットが揃う場所は,世界中を見渡してみても,南海トラ会議南海トラフ沿いの地震観測・評価に基づく防災対フが突出して整備されている。そのため,南海トラフこ応検討WG4))。そが世界の地震・津波研究をリードする成果を生む場とこのような昨今の社会的な背景のもとに,南海トラフして期待されている。しかし東海沖から日向灘まで,全沿いの巨大地震・津波に関する様々な科学的な研究成果て同じ品質で系統的にデータが揃っているわけでもなく,が新たに公表され始めている。最近 10 年程度の間に,むしろこれまでの南海トラフ地震発生帯の科学的な捉え巨大地震発生場の地殻構造探査や,掘削を含む試料採取,方の歴史によって,データの品質や取得範囲が左右され海底及び海底下での地殻変動観測やリアルタイムモニタていることにも留意が必要である。リング,地震・津波発生場のモデル化,そして数値シミュレーション,最終的にはこれらの成果を統合した防災対策へと多角的な対応が加速されている。巨大地震発生. 講座の構成本講座は 8 章からなる構成である(表―.)。まずに関する新たな科学的発見は,既存の防災対策に一部修第章では,南海トラフとは何者であるかを解説する。正を求めることにも発展する可能性があり,今後の研究「トラフ( Trough )」とは聞き慣れない言葉かと思うが,の進展に注目していく必要がある。本講座では南海トラ「舟状凹地」と通常訳され,一般的にそのまま「トラフ」フ域での地震・津波に関する先端的な研究成果に関して,と使われている。つまり細長い窪地を意味する地形用語地震学と物質科学の接点から考え,そしてそれらがどのである。しかし南海トラフとは,この場合海溝を意味し,ように生命,財産を守る防災対策に役立てられているか日本周辺に存在する日本海溝や伊豆小笠原海溝,琉球を分かりやすく解説する。新たな発見や視点は,必ずし海溝などと同じ意味である。南海トラフにはフィリピンもこれまでの常識の範囲にとどまらず,時にさらなる防海プレートが,北西方向に向かって沈み込んでおり,そ災対応や変更を求められる,ある意味「不都合な真実」の上側のプレート(ユーラシアプレート)との会合部がも見出されつつある。本講座が多くの読者の理解を深め,海溝,即ち南海トラフである。この地質構造学的なフ国民の基礎的な知識の一助になり,そして災害に対してレームワーク(テクトニックフレームワーク)を紹介す強靭な社会の構築に寄与することを願う。る。特に海洋プレートの沈み込み帯は,巨大地震(マグ. なぜ南海トラフなのか次期南海トラフ沿いの巨大地震の発生は,着実に近づニチュード 8 以上)を繰り返し発生させる場であり,時に巨大津波を伴い大きな災害をもたらす場所でもある。その巨大地震・津波の発生メカニズムを解明するために,いている。これは間違いない。しかし,いつどこで国際的な深海掘削計画が進行しており(IODP: Interna-どれくらいの規模で…などの疑問には,現在の科学技tional Ocean Discovery Program,国際深海科学掘削計術では十分答えられないのも事実である。いわゆる「地画),この南海トラフで科学掘削が行われている。これ震予知」は現在のところできないということが多くの地までの南海トラフでの深海掘削の成果をまとめて紹介し,震研究関係者のコンセンサスになっている。では,全く将来の地震発生予測に向けた地質学からの提言を示す。October, 201749 講  座表―. 本講座の構成第章では,IODP の旗艦である地球深部探査船「ちこれらの観測から初めて見えてきた地殻変動の実態を紹きゅう」を用いて行った深海掘削調査で,初めて明らか介し,新たな地震像を解説する。また将来のリアルタイになった付加体(海洋プレートの沈み込みによって,陸ム海底地殻変動モニタリングに関する提言をする。側プレートに海洋プレートから剥ぎ取られた堆積物など第章では,これまで行われてきた南海トラフでの地が付加したもの)や分岐断層の地震時の挙動について解殻構造探査によって可視化されてきた地下構造を概観し,説する。「ちきゅう」は南海トラフのみならず,2011年その意義を解説する。その地殻構造を用いて地震の再来3 月11日に発生した「東北地方太平洋沖地震」の震源域シミュレーションを行い,その研究成果とデータ同化のでも掘削を行っており,地震時のプレート境界(断層)現 状 を 紹 介 す る 。 ま た 第  章 で 紹 介 し た DONET のの挙動を明らかにすることができた。特に付加体先端部データを実際に防災研究に活用した事例から,各組織やの挙動は,巨大津波発生に深く関係しており,防災的な自治体などで取り組んでいる事業継続計画( BCP )や視点からも注目されている。この掘削試料によってどの地域継続計画( DCP )の現状と課題についても言及し,ように地震断層を識別し,そこから断層運動のメカニズ強靭な社会を構築していくために必要なデータ,インフムを解き明かすかを解説する。ラ,法整備など,現状の問題点を指摘し,減災科学の取第章では実験室で再現される断層挙動から,地震時り組みを紹介する。に地下で起こっている現象を解説する。まず室内実験で第章では,これまでの講座のまとめを行い,次期南どのように地震を再現するのかを紹介する。掘削によっ海トラフ沿いの地震・津波発生に関する基礎的知識を共て得られた実際の地震断層試料を用いて,地震の始まり有する。現在の科学技術の力では地震予知はできないかから高速で滑っている時の挙動などを解説する。地震はもしれないが,地震が起こるまでの微小な地殻変動であどのように始まり,進化していくのか。その物理,化学っても,今やリアルタイムにモニタリング(監視)するプロセスや破壊の伝搬などを紹介する。第章で紹介さ技術が手中にある。さらに巨大地震発生後の事態の推移,れる「スロー地震」との関連についても,室内実験結果未破壊領域への変動の進行や収束など,科学的に正確なから解説する。この室内実験と観測,モデリングを融合情報を国民に届けることは,技術的に可能となっているすることによって地震発生の本質を理解する試みである。ことが今回の講座から理解されるであろう。しかしなが鍵となるのは,断層面の摩擦であり,その摩擦を変化さら,南海トラフ全域が同質の観測,調査データで網羅させる静的,動的な地球内部変動が重要である。れていない現実もあり,今後必要な研究,調査・観測,第章では南海トラフ付加体で観測される「スロー地監視体制など,強靭な社会の構築に向けた提言を示す。震」の特徴を概説し,その巨大地震との関係で,沈み込み帯の地震地質学的な意味を解説する。まず,南海トラフ沿いで発生する「スロー地震」の事例を紹介し,これにより誘発される微小地震活動や巨大地震の観測事例を紹介する。南海トラフ沿いで観測されるスロー地震が,将来どのように巨大地震と関連していくのか,その研究の最先端と課題を紹介する。第章では地震・津波観測監視システム(DONET)による海底及び海底下での連続観測成果を紹介する。DONET には,海底での様々な観測装置が接続されているだけでなく,掘削孔内に設置された長期孔内観測装置も接続されており,それらの観測によって,南海トラフ参考文献1)地震調査研究推進本部 地震本部(オンライン),入手先〈http://www.jishin.go.jp/〉,(参照 2017.06.06)2) 中央防災会議.南海トラフ巨大地震対策検討ワーキンググループ(オンライン) 入手先〈 http://www.bousai.go.jp / jishin / nankai / nankaitrough _ info.html 〉( 参 照2017.06.06)3 ) 大規模地震対策特別措置法,(オンライン),入手先〈 http: // law.e gov.go.jp / htmldata / S53 / S53HO073.html〉(参照 2017.06.06)4) 内閣府 南海トラフ沿いの地震観測・評価に基づく防災対応検討ワーキンググループ(オンライン),入手先〈 http: // www.bousai.go.jp / jishin / nankai / taio _ wg / taio _wg.html〉,(参照 2017.06.06)特に紀伊半島沖での地震発生の特徴についても紹介する。50地盤工学会誌,―()
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  • タイトル
  • 2. 南海トラフでの地震断層掘削とプレートテクトニクス(南海トラフ巨大地震・津波発生の真実にせまる~強靭な社会の構築に向けて~)
  • 著者
  • 木村 学
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 51〜58
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170020
  • 内容
  • 南海トラフ巨大地震・津波発生の真実にせまる~強靭な社会の構築に向けて~.南海トラフでの地震断層掘削とプレートテクトニクス木村学(きむらがく)東京海洋大学 海洋資源環境学部. は じ め に1997 年,東京で 21 世紀の深海掘削計画をめぐる国際会議が開催された。日本が新しい科学掘削船を建造する計画を推進するに当たって,どのような科学計画がありうるかを議論し,日本の掘削船建造計画を国際的に支援廣瀬の論説(本講座第章),と重複を避けるために,南海トラフの地震発生帯をめぐるプレートテクトニクスの新しい議論に焦点を当てる。. 南海 ト ラ フ 地 震 発 生 帯 掘 削 計 画 ( NanTroSEIZE)の概要するための会議でもあった。その議論の結果,最も期待この経緯については,様々なところで公表されているされる科学計画の一つとして,海洋プレートが沈み込むが,ここでは木村ほか1)に記したものを一部加筆修正し海溝域において,地震・津波を引き起こすプレート境界て再掲する。断層及びそこから派生する分岐断層を掘削し,地震・津南海トラフでの「ちきゅう」による掘削は,2007年 9波発生のメカニズムを解明することを目的とすることが月 21 日に開始され,最新の航海は 2016 年 4 月 27 日に完一致してまとめられた。世界の科学者が世界中の中から了した。南海トラフ地震発生帯掘削計画(以下 Nan-南海トラフを最優先掘削対象とすることに合意した科学TroSEIZE )は,統合国際深海掘削計画( IODP  2003的理由は,主に以下の 3 つであった。~2013)そして現在の国際深海科学掘削計画(IODP7 世紀以来の世界最長の地震記録が残っており,2013 ~ 2023 )の中で最も複合的で挑戦的な計画であり,総延長約 4 万 km ある世界の海溝の中で,南海トラフが科学掘削史上画期的なものになることは間違いない。プ最もデータが蓄積され,観測網の配置を含め,最も研究レート境界での地震発生メカニズムの解明のために,地の進んでいるプレート沈み込み帯である。震発生断層の現場応力・ひずみの蓄積,断層の組成や構低周波微動の研究など,最新の沈み込み帯地震の重要な発見はほとんどが南海トラフ発である。造を明らかにすること2),と孔内観測装置の設置による連続観測の開始3),4)は,現在その最終段階にある。巨大近い未来に巨大地震・津波発生の長期的な確率論地震・津波の繰り返し発生の歴史解明にとっても,断層的予測を政府が公表しており,研究への社会的・国民的試料の直接回収は欠かせない5)。掘削地点は三重県紀伊関心,期待が極めて高い。またそのような中で実施予定半島沖であり,掘削は南海トラフの走向にほぼ直交するの掘削孔内での連続観測は,巨大地震前に何がどう進行配置でなされた(図―.,.)。これらを実施するにしているかを知る世界初の例になることは確実である。あたっては,強い黒潮流との対峙,掘削に関わる多くの2003 年,日本とアメリカが主導する新しい深海掘削技術的困難との対峙,そして掘削に関わる費用の確保に計画,統合国際深海掘削計画(Integrated Ocean Drill-関わる困難との対峙などを余儀なくされた。それらを一ing Program: IODP)がスタートした。そして日本が歩ずつ克服する多大な力が積み重ねられてきた。2005 年 に建 造 した 地球 深 部探 査船 「ち き ゅう 」 は,これまでの計画の概要を表―.に示す。全部で10航2007 年より IODP の科学掘削を開始した。地震津波発海, 15 の掘削サイト,合計 70 掘削孔,掘削孔総延長は生のメカニズムを解明するためには西南日本紀伊半島沖33 km におよぶ。回収したコアの総延長は 4.4 km を超合の南海トラフ域が地球上で最もふさわしい対象と科学える。参加研究者はのべ約240名となり,総計の航海日計画でも正式に認められ,南海トラフ地震発生帯掘削計数は647日におよぶ。約半世紀に渡る科学掘削の歴史に画( IODP NanTroSEIZE )としてスタートしたのであおいても,NanTroSEIZE は突出した集中的なオペレーる。1997年の掘削計画の議論開始から,「ちきゅう」のションが実行されたのである。また科学目的を達成する建造を経て,掘削開始まで10年を要したのであった。ために多くの国内外の他の計画と連携しながら進められ本章では掘削開始から 10 年を経過した掘削計画の概てきた巨大プロジェクトである。海洋研究開発機構がす要,主要な科学的成果とその意義,今後の予定と課題にすめた地震津波観測のための地震・津波観測監視システついて記す。なお,より詳細な日本語での解説は,木村ム( DONET )には, NanTroSEIZE の孔内観測と長期ほか1)に記される予定である。本章は,一部それより引孔内観測システム(LTBMS)が接続され,2016年夏よ用するが,他に予定の坂口の論説(本講座第章)や,り間隙水圧,傾斜,温度,遠近での地震の高精度連続観October, 201751 講  座図―. 紀伊半島沖の NanTroSEIZE 掘削地点を示す(丸印)1)図―. 紀伊半島沖南海トラフ沈み込み帯の地形及び地殻構造断面図。C00XX は「ちきゅう」による掘削地点番号を示す。海底の実線は DONET ケーブルを示す測が可能となった。 2016 年 4 月 1 日に発生した三重県急遽変更して,地震観測後に LTBMS を回収した結果,沖地震は,紀伊半島沖で 72 年ぶりにプレート境界で発微小な地殻変動を連続的に捉えることに成功し,掘削孔生 し た 地 震 で あ っ た が , そ れ は「 ち き ゅ う 」に よ る内での観測が非常に有効であることが見事に示された6)。IODP 第 368航海の最中であったため,研究航海計画を熊野海盆下付加体中の C0002G 孔と分岐断層の C0010A52地盤工学会誌,―() 講  座表―. NanTroSEIZE 掘削の実績。Exp. は IODP の航海番号を示す。LWD: Logging While Drilling(掘削同時検層)孔に DONET と連結しない簡易型の観測装置を 2010 年上盤内の地震時体積収縮を世界で初めて観測した。に設置されていたが,第368航海で LTBMS と交換し, , につこれらの概要については,木村ほか1)を,それ以降連続観測が開始されている。2017年の第380航いてのより包括的解説については,本講座の~章を海では付加体先端部 C0006 サイトで 3 機目の LTBMS参照していただきたい。本章では,南海トラフの全体像の設置が予定されている。 と について解説したい。に関わりの深い「ちきゅう」による掘削の特色は,ライザーによる超深度掘削(https://kotobank.jp/word/ライザー掘削)であることはいうまでもない。ライザー掘削孔 C0002 に. 日本列島のプレートテクトニクスの枠組みと南海トラフおいて,さらに深部へ掘り進め,プレート境界断層を貫一般普及書,あるいは多くの研究論文においても,未き断層試料を回収する,というのが当初計画である。深だに日本列島は北米,ユーラシア,フィリピン海プレー度は海底下約5 200 m 程度と見積もられている7)。IODPト,そして太平洋プレートの 4 つのプレートがせめぎ第 348 次航海では,海底下 3 058.5 m の付加体内部に達あっていると前置きで記すものが多い。例えば,海上保した(表―.)。構成される地層や断層などの傾斜は60°安庁海洋情報部が設置した海底地殻変動を検出するために達する高角であった。この変形した付加体の状態が,の GPSA によって初めて報告された画期的な南海トラ掘削孔の不安定性の原因となり,孔壁の崩落などを起こフ前弧域の変動を解釈するに当たってでさえ8),プレーし,掘削パイプの抑留による掘削の技術的困難に直面しト境界のすべり遅れをプレートテクトニクスの古典モデた。これらの技術的困難性克服について,海洋研究開発ルともいうべき,ユーラシアプレートとフィリピン海プ機構は様々な研究を進めており, IODP NanTroSEIZEレートの相対運動を想定する NOUVEL IA モデル9),10)の掲げる前人未到の科学計画を達成すべく,新しい技術を用いて説明している。ただ,翌年の論文(図―.)開発を含め鋭意努力を重ねている。で は , 観 測 点 を 加 え て , よ り 最 新 の MORVEL モ デIODP NanTroSEIZE では,巨大地震発生メカニズムル11) が示すアムールプレート・フィリピン海プレートの解明を目的に実施した掘削の結果,これまでに以下の間の相対運動モデルによってすべり遅れを解釈してい主要な成果が得られた1)。る12) 。このすべり遅れが大きいほど固着が強いと解釈南海前弧域は,約 6 Ma ( Ma は×百万年)以降され,固着域は巨大地震の発生に際し,アスペリティーの沈み込み,特に 2 Ma 以降の付加体の急成長によってとして機能すると想定されている。紀伊半島沖南海トラ形成され,プレート境界の上盤を形成することとなった。フにおいて, NOUVEL IA モデルでは相対運動は約 4プレート境界と分岐断層に沿うすべりは,海底面まで高速ですべり抜けたことがある。粘土鉱物に富む断層岩(ガウジ)は静的にも動的にも,母岩に比べても弱い。掘削による応力測定に成功し24) ,次期南海地震に向けての準備が進行していることが明確となった。cm / 年 な の に 対 し , MORVEL モ デ ル や NNR MORVEL56 モデル13) では約 6.5 cm /年と 1.5 倍以上異なる。前提となるプレートテクトニクスモデルによって,すべり遅れや結合割合の解釈がまるで違ってくるのである。1990 年代前半までは, GNSS によって検出される地殻変動をプレートテクトニクスの運動復元に取り入れられ孔内観測装置が, 2016 年 4 月 1 日に南海プレーることはなかった。GNSS 観測を考慮して相対運動が検ト境界で 72 年ぶりに発生した地震による圧力変動を観討され,そのグローバルな総括がされた11) 。南海トラ測した。海底観測網による微小津波観測と同期しており,フにおいては,Miyazaki & Heki14)が最初であった。そOctober, 201753 講  座図―. Yokota et al.12)によって推定された海底表面の地殻変動ベクトル分布れ以前は,Seno9)による先駆的な研究を専ら引用してプし,硬い岩盤として振る舞い,地震を起こせるのは深さレートテクトニクスの運動を論じられていたが,南海ト15 ~ 20 km 程度までである。その理由は,陸上部ではラフでの相対運動をユーラシア・フィリピン海プレート地下深くなるにつれて温度の上昇する割合(地下増温率)間のものと捉えてしまうのは,この地域におけるプレーが大きく 20 °C / km 以上になる。陸の地殻には石英が多トテクトニクスの進展に対する認識が必ずしも十分に切く含まれる。石英は温度が約 350°C以上の状態で応力をり替えられていない表れといえる。GNSS 観測の歴史は受けると流動してしまい,もはや硬いプレートのようにまだ短く,より長期間の平均としてのプレート運動とのは振る舞えず,地震も起こせない。陸の地殻上部は厚さ関係や,観測点の不足などの問題がある。今後それらは15 ~ 20 km 程度であり,それが活断層によって小分け改善を重ね,より一層的確なモデルへと発展していくでされているとみなすと,小さなブロックを小さなプレーあろう。ト(マイクロプレート)として扱える。厚さ 100 km をその一例として,Nishimura15)によって提案された西超え,かつほぼ内部では変形しない剛体として扱える海南日本のブロック化を考慮して南海トラフにおけるフィ洋プレートとは比べるべくもないのであるが,地殻のマリピン海プレートの相対速度を推定するモデルは興味深イクロプレートの相対運動を次々とつないで未知のプい。西南日本の陸上部は,中央構造線や,兵庫県南部地レート間の運動を推定しようというのが GNSS データ震を引き起こした淡路島の野島断層から琵琶湖を通り新を使った現在のプレートテクトニクスの運動学の最前線潟へ抜けるベルト地帯が,GNSS 観測によってひずみ集である。中帯として知られるようになった。そこでは地殻変動を最近は,中国東北部をユーラシアプレートとは別のア示すベクトルが急変しており14) ,地殻のひずみが集中ムールプレートと見なすモデルが一般的であるが,している。その集中しているところには活断層が認めらNishimura15)の試みは,アムールプレートとフィリピンれる。陸上表層で認められる活断層は,地殻内部の約海プレートとの間に活断層で区切られた更に小さなマイ15 ~ 20 km 程度の深さまで続いているとみなされていクロプレート(ブロック)を想定するモデルである。る。陸上の活断層が動いて地震が起こるとき,直下型のただ, 2011 年の東北地方太平洋沖地震の前後で東北地震が起こる。気象庁の発表で,「深さ 15 km 程度のご地方の GNSS が示す地殻変動は大きく反転,変化した。く浅い震源」と発表される地震の震源となる活断層であ現在の西南日本で観測されているベクトルが,将来南海る。地震後に大きく変化することも確実である。その変化を日本列島の地殻の厚さは普通30 km 程度である。しか54も考慮して,より長期的な地質学的プレートモデルと調地盤工学会誌,―() 講  座図―. 熊野灘の地殻構造断面(上図)とその解釈(下図)17)和的なものとなるにはやはりまだまだ観測時間が短すぎる。世紀を大きく超えた観測の蓄積が必要なことはいうまでもない。プレートテクトニクスモデルを,単なる基準とすべきモデルとして利用するだけでなく,逆に南海トラフにおける諸観測を相対運動の復元へと反映させる研究が求められる。以下に,南海トラフの地震発生帯とプレートテクトニクスモデルを復元するに当たって,この間の南海 約 6 Ma の南海トラトラフ域の掘削によって得られた 約 2 Ma の付加体成長の加速,フ沈み込みの開始,現在の南海トラフ域の応力場の 3 つの新発見は重要なのでそれを簡潔に記す。約 6 Ma 開始の南海トラフでの沈み込み著者らは陸上部の様々なデータをレビューし16) , 12Ma 以降,南海トラフでの沈み込みは停止し,現在につ図―. 熊野灘沖の付加体成長モデル19)ながる南海トラフの沈み込みは 6 Ma 前後から開始されたと論じた。熊野前弧海盆については,約 6 Ma 以降付断することなく連続してプレートの沈み込みがあったと加体を覆う斜面堆積物から変形と堆積を経て,本格的なする従来の見方を変え,現在の南海トラフの前弧域が約前弧海盆へと成長したことを明らかにされた17),18) 。特6 Ma という極めて新しい地質時代以降に急激に成長しに 2 Ma 以降は日本列島から大量の堆積物が熊野海盆にたことを明らかにしたのである。流れ込んだ。分岐断層域の急速な隆起によって,熊野海この約 6 Ma という年代は,マリアナトラフや沖縄ト盆では沈積直後の堆積物は次々と北側へ傾き,その下にラフの拡大開始,琉球海溝とフィリピン海溝の沈み込みある斜面堆積物や付加体の上にオンラップ不整合を形成開始と同期している可能性があり,フィリピン海プレーしながら堆積した。堆積中心が北へ移動したのであるトの西向きの沈み込みがはじまったことによると推論し(図―.)。このオンラップ不整合が,現在熊野海盆のている。フィリピン海プレートは,今は沈み込み帯に囲北縁にあることを地震反射法によって得られた断面によまれている。囲まれた他のプレート(太平洋やユーラシって示した19) 。その北縁は現在の前弧域を構成する付ア大陸のアムールプレートなど)の運動に応じて受動的加体の形成開始が約 6 Ma であり,Kimura et al.16)の沈に動くだけである。大局的には,インド・オーストラリみ込み開始の推定と整合的であることを示した。さらにアプレートとアジア大陸域のプレートに挟まれている。この付加体形成のはじまりは,それより北側にある基盤インド・オーストラリアプレートの北上によって羽交い岩の上に衝上断層によってのし上げることではじまった締めにされたことによって約 6 Ma に沈み込みを開始しと推定している。その基盤岩は,紀伊半島陸上部に広くたのかもしれない。いずれにしてもより詳細な年代の判分布し19) ,中期中新世の熊野酸性岩類か16),20) ,あるい定と,因果関係の検討が必要である(図―.)。は固結した古第三紀から前期中新世の付加体と推定した。南海トラフ付加体域での掘削の結果は,中新世以降も中一方,南海トラフ海溝斜面ブレーク(傾斜変換点)あOctober, 20172 Ma 以降の付加体の急成長55 講  座るいは外弧隆起帯(分岐断層あるいは付加体の順序外断スのフレームの成立と関連するとみなせると説明してい層形成が地形の原因となっている)の外側の付加体は,る。約 2 Ma 以降大規模に成長したことが紀伊半島沖でも確南海トラフ前弧域の応力場認された21),22) 。これは,室戸半島沖の掘削でも確認さ掘削の結果,南海トラフ紀伊半島沖の掘削地点においれていたように,富士川や天竜川流域から,大量の堆積ては,海底から数百 m 程度までは最大圧縮主応力が鉛物が南海トラフへ流れ込んだ結果,付加体が急成長した直方向を向く,正断層型の応力場であることが分かっことによる。なぜ約 2 Ma 以降なのかについては,西南た23) 。その一方で,深部に行くにつれて最大圧縮主応日本と東北日本の衝突東西圧縮がこの頃に開始され,そ力が水平を向く横ずれ断層型応力場になることが予測されはより広域的に見ると,日本海東縁地域での東西圧縮れている。水平面内最大応力(SHmax)方向は掘削地点開始23) とつながっているとみなしている(図―.)。により変化している(図―.)。南海トラフ付加体内部さらに広域的には,アジアにおけるアムールプレートのの現在活動的な分岐断層付近( C0001 ・ C0004 ・ C0006,成立と関連し,GNSS から推定される現在のテクトニク図―.)では, SHmax 方向とプレート収束方向がほぼ一致しているが,巨大分岐断層のすぐ北に位置する熊野前弧海盆南東縁(C0002)では,SHmax 方向がプレート収束方向にほぼ直交していることが判明した。さらに北側(C0009)では再び SHmax 方向がプレート収束の方向にほぼ一致した。一方,トラフより海側の 2 地点( C0011 ・ C0012 )では, SHmax 方向はプレート収束方向とはやや斜交している。鉛直及び水平方向の応力場の変動の原因としては,プレート収束に伴うテクトニックな水平圧縮応力が深度や場所によって変動するためと考えると説明できる(図―.)。C0002浅部では鉛直方向が最大主応力であり,トラフに平行な走向を持つ正断層型応力場が形成される。深さを増すとプレート収束方向の水平応力がそれと直交するトラフに平行な走向の水平応力を超える状況になっている。正断層型応力場ではあるが SHmax の方向が90°回転し,トラフに直交する走向を持つようになっている(C0001など)。SHmax がさらに増加して鉛直応力を超えると,横ずれ断層場に変化する(C0002,C0001の深部)。浅部での水平差応力は小さい(数 MPa 以内)ので,プ図―. 日本列島周辺のプレート運動13)レート運動によるテクトニック応力以外に,地震サイク図―. NanTroSEIZE 掘削地点付近の地殻応力分布24)56地盤工学会誌,―() 講  座ルにおける応力変動や,地すべりなどにも影響されて変支援チームの皆様,本研究推進に多大なご理解ご支援を動する可能性もある。いただいている関係当局の皆様に厚く御礼申し上げる。. 今後の南海地震発生帯掘削と切迫度解明2008 ~ 2016 年の研究において,以下のことが明らか本研究を推進するにあたり,これまで科学研究費,新学術領域 KANAME ( 21107001, 21107005 ),基盤研究 S(15H05717)を使用させていただいた。となった。1.ほとんどの掘削地点で水平最大圧縮主応力軸(SHmax2.)がプレートの相対運動の方向と一致すること24)。参1)低い応力レベルでゆっくり地震が誘発されていること25)。3.プレート境界断層に近づき,かつ時間的にも地震発生が近づくと SHmax は徐々に増し,水平最大圧縮主2)応力=最大圧縮主応力 s1 になると予想されること26)。4.プレート境界での粘土鉱物の含有率が増大すると摩擦強度が低下すること28)。5.秒速 cm 程度のすべり速度になると物質に関わりなく断層は全て弱化し,地震・津波発生の原因となること28)。3)これらは日本がリードしてきた海溝型地震・津波の最先端の研究成果である。掘削は継続し, 2018 年にはいよいよ IODP 掘削地点 C0002 において,プレート境界断層固着域直上で弾性ひずみエネルギー蓄積中の最深部へ掘削予定である。4)この掘削によって,プレート境界断層上盤の現在の応力場,主応力,及び間隙水圧を定量し,プレート境界断層に作用するせん断応力と有効垂直応力(=垂直応力-間隙水圧)を明らかにする。回収するプレート境界断層5)及び近傍試料の原位置条件における摩擦実験から得られる摩擦係数と上記で得られた有効垂直応力から,プレート境界断層の有効摩擦強度(=摩擦係数×有効垂直応力)を明らかにする。以上より得られたプレート境界断層に作用するせん断応力と有効摩擦強度の比(せん断応力/6)有効摩擦強度)を,地震・津波発生切迫度の定量的指標として定義し,それを明らかにする。今後,繰り返し地震探査によって応力場の変化を観測し,地震・津波観測監視システム(DONET)データの時系列変化と合わせて,切迫度の時間変化の観測可能性も検討する。NanTroSEIZE は,海溝型プレート境界断層の地震発7)生帯に世界で初めて掘削を施し,断層現位置観測により,来る地震・津波発生の切迫度を,応力場・主応力と間隙水圧の実測,断層の摩擦強度の解明を通じて定量的に評価しようという独創的な科学的挑戦である。研究目的が達成されれば,地震・津波発生に対して,計測された物8)理量を根拠とする切迫度という新しい指標を提供できる可能性があり,防災・減災対策に新たな指針を提供できることになる。謝辞本論を記すに当たって,本講座の第章の執筆の9)機会を与えていただくとともに,丁寧に原稿を見ていただいた海洋研究開発機構・倉本真一氏,逐一名を挙げないがこれまで南海地震発生帯掘削計画に参加し多くの研究成果をあげていただいた多くの研究者,技術者,研究October, 201710)考文献木村 学・木下正高・金川久一・金松敏也・芦 寿一郎・斎藤実篤・廣瀬丈洋・山田泰広・荒木英一郎・江口暢久・Sean Toczko南海トラフ地震発生帯掘削がもたらした沈み込み帯の新しい描像,地質学雑誌,掲載予定,2017.Kinoshita, M., Tobin, H., Ashi, J., Kimura, G.,Lallemant, S., Screaton, E.J., Curewitz, D., Masago, H.,Moe, K.T. and the Expedition 314/315/316 Scientists:NanTroSEIZE Stage 1: Investigations of Seismogenesis,Nankai Trough, Japan., Proc. IODP, Vol. 314/315/316,Integrated Ocean Drilling Program Management International, Inc., Washington, DC, doi:10.2204/iodp.proc.314315316.2009, 2009.SaŠer, D., McNeill, L., Byrne, T., Araki, E., Toczko, S.,Eguchi, N., Takahashi, K. and the Expedition 319 Scientists: NanTroSEIZE Stage 2: NanTroSEIZE Riser/Riserless Observatory, Proc. IODP, Vol. 319, IntegratedOcean Drilling Program Management International, Inc.,Tokyo, doi:10.2204/iodp.proc.319.2010, 2010.Kopf, A., SaŠer, D., Toczko, S., and the Expedition 365Scientists: NanTroSEIZE Stage 3: Shallow MegasplayLong-Term Borehole Monitoring System (LTBMS),Prelim. Rep. IODP, Vol. 365, International Ocean Discovery Program, College Station, doi:10.14379/iodp.pr.365.2016, 2016.Hirose, T., SaŠer, D. M., Tobin, H. J., Toczko, S.,Maeda, L., Kubo, Y., Kimura, G., Moore, G. F.,Underwood, M. B. and Kanagawa, K.: NanTroSEIZEStage 3: NanTroSEIZE plate boundary deep riser 3,IODP Sci. Prosp., Vol. 348, doi:10.2204/iodp.sp.348.2013, 2013.Wallace, L. 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  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 59〜59
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170021
  • 内容
  • 新正中坪高安原山藤木石柳栗平松椎大松西吉岡大石穴高萩桑橋藤川 範 彦井聰橋 千代丸田 智 広彰 男本 伊 作村 幸 弥井 敦 夫村 陽 介東 雲原 朋 之井 孝 明村 隆 寛葉 偉 久森 慎 哉本 亜里紗村聡川 敏 之嶋 眞 一坪 孝太郎田 剛 朗井 和 孝橋 智 雄谷 俊 吾原 雅 典本 裕 司白 隆 司加片山藤 謙山 哲名 宗会株 地盤試験所株基礎地盤コンサルタンツ株 地球科学総合研究所株 地盤試験所株鹿島建設株五洋建設株八千代エンジニヤリング株 大林組株中央開発株中央開発株 トクヤマ株 竹中土木株東亜建設工業株鹿島建設株 ユニック産業技術総合研究所株日本物理探鑛株 竹中土木株宇部三菱セメント株 東京ソイルリサーチ株竹本油脂株東海旅客鉄道桑原土木工学事務所株応用地質株 福山コンサルタント際会員(8 月会員・支部部会承認)学員北海道土質試験協同組合国入会員吾 佐藤工業株 太平洋コンサルタント哉 株之 阪神高速道路特級October, 2017生会員神 田 皓 城 早稲田大学鈴 木 康 平 日本大学池 谷 真 希 東海大学大 友 広 敏 東洋大学高 嶺 周 平 埼玉大学行 徳瞭 東京都市大学Pradeep Pokhrel 埼玉大学瀧 澤 歩 実 東京工業大学吉 川嶺 中央大学日 高隼 東京都市大学冨 田 晃 弘 東京海洋大学吉 富 隆 弘 東海大学福 島 和 輝 日本大学鈴 木 彩 菜 埼玉大学大学院馬 上 拓 也 東京都市大学中 村 亮 太 東京都市大学山 下 雄 輔 東京都市大学山 o 誓 也 東京都市大学May Than Thar Cho 東京農工大学正 木 崇 寛 日本大学高 柳 紘 希 群馬大学本 間 莉 花 東京海洋大学宮 路 将 人 早稲田大学中 村 太 耀 日本大学野 澤 宏 斗 東洋大学青 木 俊 介 群馬大学川 田 竣 一 群馬大学鶴 田 真 人 群馬大学澤 木 達 也 豊橋技術科学大学勝 田 侑 弥 長崎大学大学院Badee Abdulqawi Alshameri Universiti Tun Hussein Onn Malaysia株 マルシン別会員( )所属支部(関西)59
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  • 編集後記
  • 著者
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 60〜60
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170022
  • 内容
  •     ◆編集後記◆なっていくものと考えられますが,取得したデータをどのよ本号では「地盤工学への逆解析/データ同化の利用」と題うに利用するかを示すことができなければ,計測へのコストし,地盤工学におけるデータ同化/逆解析に関する最先端のを費やす重要性の説明は難しいのではないでしょうか。その技術を紹介しました。地盤工学会誌 2017 年 8 月号は「地盤ような中で本号の特集が,今後の計測データ利用方法に関すのモニタリング技術」の特集であり,大量のデータの取得がる検討に際し,読者の皆様への一助になれば幸いです。最後可能となってきた現状と今後の展望を紹介しました。本号のになりましたが,本号の発行にあたり,ご多忙の中ご協力い特集は,日々発展するモニタリング技術により得られたデーただきました執筆者の皆様に心より御礼申し上げます。タをどのように利用するかということに対応した内容となり(中村公一記)ます。今後,IoT などの発展によりデータ取得はより容易に※印は公益出版部会構成員平 成  年 度 役 員会理長事監村 上章副 会 長 古 関 潤 一(事業企画戦略室)本 多眞(*)(総務部)小 高 猛 司(*)(会員 ・ 支部部)廣 岡 明 彦(*)(国際部)勝 見武(*)(公 益 出 版 部) 橋 章 浩(*)※(調査 ・ 研究部)西 村 伸 一(*)(基準部)仙 頭 紀 明(*)西 田 耕 一藤 井衛事菊池喜浜 田小田部英 治雄 二石 川中 野山 中達正昭※也※樹稔田中耕一金子敏哉北田奈緒子堀越研一(国際部兼任)(*)室長,部長平 成年 度 公 益 出 版 部 会理事・部長理事部員 橋 章 浩石 川 達 也鈴 木 健一郎越 村 賢 司理事・副会長野榎田 利本 忠菊弘夫池宮喜田昭喜壽岸田潔渡邉康司杉本映湖平成年度「地盤工学会誌」編集委員会委員長企画・編集グループ石 川 達 也※主査 福 永 勇委員 浅 野 将木 内 大学生委員 小笠原 明渡 上 正主査 正 田 大委員 大 竹主査 長 澤 正委員 荻 野 俊主査 森友委員 今 泉 和主査 鎌 田 敏委員 倉 田 大委員長 野 田 利委員兼幹事 小 林 浩委員 秋 本 哲澤 村 康戸 邉 勇第 1 グループ第 2 グループ第 3 グループ第 4 グループ講座委員会副委員長介人介信洋輔雄明寛宏俊幸輔弘※二平生人鈴木牛 塚久 保畑 下林健一郎※太基博侑 輝聖 淳岡 本藤 原大 木伊 藤道孝優拓 馬裕 孝加松那島村須寛郁章聡香金山沖澤中野伸光頌一一悟阪田暁高橋寛行野々村敦子山下勝司木元 小百合小林孝彰鈴木健一富樫陽太柏尚 稔中村公一古川全太郎峯之宮下千花山口健治吉田泰基邦 彦壱 記宏 明健稲島細積田田真哉篤臣近曽森藤我下明大智彦介貴酒谷匂川一友成浩酒井 崇中伊重福村藤松田寿川渡伊口邉藤貴真之諭司澤丹田野正豊浩啓一郎平成年度「Soils and Foundations」編集委員会委員長風間委員長三村基樹副委員長渦衛副委員長岸岡 良介岡村未対宮田喜壽※平成年度「地盤工学ジャーナル」編集委員会名誉会員特別会員田潔※小林範之豊田浩史会員現在数(平成29年 7 月末現在)158名(国際会員117名含む) 正会員 7,193名(国際会員963名含む) 学生会員 758名866団体(国際会員45団体含む) 合計 8,975名・団体会費(年額)正会員 9,600円 学生会員 3,000円 国際会員(特別もしくは正会員に限る)2,000円 特別会員特級 300,000円,1 級 240,000円,2 級 160,000円,3 級 100,000円,4 級 60,000円Soils and Foundations 購読料(会員に限る,税別)15,000円(Online 版ライセンス+冊子版)または7,500円(Online 版ライセンスのみ)地盤工学会誌平成29年 10 月 1 日発行編集発行所公益社団法人2017 地盤工学会60定価1,728円(本体価格1,600円) 無断転載2017年 10 月号 Vol.65, No.10 通巻717号株「地盤工学会誌」編集委員会印刷所 小宮山印刷工業編集業務代行地盤工学会有 新日本編集企画を禁ずる郵便番号  東京都文京区千石丁目番号電話 (代表)郵便振替 FAX ホームページ URL https://www.jiban.or.jp/Email jgs@jiban. or. jp広告一手取扱株廣業社〒 東京都中央区銀座丁目番号電話 地盤工学会誌,―()
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  • 平成29年度役員等
  • 著者
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 60〜60
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170023
  • 内容
  •     ◆編集後記◆なっていくものと考えられますが,取得したデータをどのよ本号では「地盤工学への逆解析/データ同化の利用」と題うに利用するかを示すことができなければ,計測へのコストし,地盤工学におけるデータ同化/逆解析に関する最先端のを費やす重要性の説明は難しいのではないでしょうか。その技術を紹介しました。地盤工学会誌 2017 年 8 月号は「地盤ような中で本号の特集が,今後の計測データ利用方法に関すのモニタリング技術」の特集であり,大量のデータの取得がる検討に際し,読者の皆様への一助になれば幸いです。最後可能となってきた現状と今後の展望を紹介しました。本号のになりましたが,本号の発行にあたり,ご多忙の中ご協力い特集は,日々発展するモニタリング技術により得られたデーただきました執筆者の皆様に心より御礼申し上げます。タをどのように利用するかということに対応した内容となり(中村公一記)ます。今後,IoT などの発展によりデータ取得はより容易に※印は公益出版部会構成員平 成  年 度 役 員会理長事監村 上章副 会 長 古 関 潤 一(事業企画戦略室)本 多眞(*)(総務部)小 高 猛 司(*)(会員 ・ 支部部)廣 岡 明 彦(*)(国際部)勝 見武(*)(公 益 出 版 部) 橋 章 浩(*)※(調査 ・ 研究部)西 村 伸 一(*)(基準部)仙 頭 紀 明(*)西 田 耕 一藤 井衛事菊池喜浜 田小田部英 治雄 二石 川中 野山 中達正昭※也※樹稔田中耕一金子敏哉北田奈緒子堀越研一(国際部兼任)(*)室長,部長平 成年 度 公 益 出 版 部 会理事・部長理事部員 橋 章 浩石 川 達 也鈴 木 健一郎越 村 賢 司理事・副会長野榎田 利本 忠菊弘夫池宮喜田昭喜壽岸田潔渡邉康司杉本映湖平成年度「地盤工学会誌」編集委員会委員長企画・編集グループ石 川 達 也※主査 福 永 勇委員 浅 野 将木 内 大学生委員 小笠原 明渡 上 正主査 正 田 大委員 大 竹主査 長 澤 正委員 荻 野 俊主査 森友委員 今 泉 和主査 鎌 田 敏委員 倉 田 大委員長 野 田 利委員兼幹事 小 林 浩委員 秋 本 哲澤 村 康戸 邉 勇第 1 グループ第 2 グループ第 3 グループ第 4 グループ講座委員会副委員長介人介信洋輔雄明寛宏俊幸輔弘※二平生人鈴木牛 塚久 保畑 下林健一郎※太基博侑 輝聖 淳岡 本藤 原大 木伊 藤道孝優拓 馬裕 孝加松那島村須寛郁章聡香金山沖澤中野伸光頌一一悟阪田暁高橋寛行野々村敦子山下勝司木元 小百合小林孝彰鈴木健一富樫陽太柏尚 稔中村公一古川全太郎峯之宮下千花山口健治吉田泰基邦 彦壱 記宏 明健稲島細積田田真哉篤臣近曽森藤我下明大智彦介貴酒谷匂川一友成浩酒井 崇中伊重福村藤松田寿川渡伊口邉藤貴真之諭司澤丹田野正豊浩啓一郎平成年度「Soils and Foundations」編集委員会委員長風間委員長三村基樹副委員長渦衛副委員長岸岡 良介岡村未対宮田喜壽※平成年度「地盤工学ジャーナル」編集委員会名誉会員特別会員田潔※小林範之豊田浩史会員現在数(平成29年 7 月末現在)158名(国際会員117名含む) 正会員 7,193名(国際会員963名含む) 学生会員 758名866団体(国際会員45団体含む) 合計 8,975名・団体会費(年額)正会員 9,600円 学生会員 3,000円 国際会員(特別もしくは正会員に限る)2,000円 特別会員特級 300,000円,1 級 240,000円,2 級 160,000円,3 級 100,000円,4 級 60,000円Soils and Foundations 購読料(会員に限る,税別)15,000円(Online 版ライセンス+冊子版)または7,500円(Online 版ライセンスのみ)地盤工学会誌平成29年 10 月 1 日発行編集発行所公益社団法人2017 地盤工学会60定価1,728円(本体価格1,600円) 無断転載2017年 10 月号 Vol.65, No.10 通巻717号株「地盤工学会誌」編集委員会印刷所 小宮山印刷工業編集業務代行地盤工学会有 新日本編集企画を禁ずる郵便番号  東京都文京区千石丁目番号電話 (代表)郵便振替 FAX ホームページ URL https://www.jiban.or.jp/Email jgs@jiban. or. jp広告一手取扱株廣業社〒 東京都中央区銀座丁目番号電話 地盤工学会誌,―()
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  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 60〜60
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170024
  • 内容
  •     ◆編集後記◆なっていくものと考えられますが,取得したデータをどのよ本号では「地盤工学への逆解析/データ同化の利用」と題うに利用するかを示すことができなければ,計測へのコストし,地盤工学におけるデータ同化/逆解析に関する最先端のを費やす重要性の説明は難しいのではないでしょうか。その技術を紹介しました。地盤工学会誌 2017 年 8 月号は「地盤ような中で本号の特集が,今後の計測データ利用方法に関すのモニタリング技術」の特集であり,大量のデータの取得がる検討に際し,読者の皆様への一助になれば幸いです。最後可能となってきた現状と今後の展望を紹介しました。本号のになりましたが,本号の発行にあたり,ご多忙の中ご協力い特集は,日々発展するモニタリング技術により得られたデーただきました執筆者の皆様に心より御礼申し上げます。タをどのように利用するかということに対応した内容となり(中村公一記)ます。今後,IoT などの発展によりデータ取得はより容易に※印は公益出版部会構成員平 成  年 度 役 員会理長事監村 上章副 会 長 古 関 潤 一(事業企画戦略室)本 多眞(*)(総務部)小 高 猛 司(*)(会員 ・ 支部部)廣 岡 明 彦(*)(国際部)勝 見武(*)(公 益 出 版 部) 橋 章 浩(*)※(調査 ・ 研究部)西 村 伸 一(*)(基準部)仙 頭 紀 明(*)西 田 耕 一藤 井衛事菊池喜浜 田小田部英 治雄 二石 川中 野山 中達正昭※也※樹稔田中耕一金子敏哉北田奈緒子堀越研一(国際部兼任)(*)室長,部長平 成年 度 公 益 出 版 部 会理事・部長理事部員 橋 章 浩石 川 達 也鈴 木 健一郎越 村 賢 司理事・副会長野榎田 利本 忠菊弘夫池宮喜田昭喜壽岸田潔渡邉康司杉本映湖平成年度「地盤工学会誌」編集委員会委員長企画・編集グループ石 川 達 也※主査 福 永 勇委員 浅 野 将木 内 大学生委員 小笠原 明渡 上 正主査 正 田 大委員 大 竹主査 長 澤 正委員 荻 野 俊主査 森友委員 今 泉 和主査 鎌 田 敏委員 倉 田 大委員長 野 田 利委員兼幹事 小 林 浩委員 秋 本 哲澤 村 康戸 邉 勇第 1 グループ第 2 グループ第 3 グループ第 4 グループ講座委員会副委員長介人介信洋輔雄明寛宏俊幸輔弘※二平生人鈴木牛 塚久 保畑 下林健一郎※太基博侑 輝聖 淳岡 本藤 原大 木伊 藤道孝優拓 馬裕 孝加松那島村須寛郁章聡香金山沖澤中野伸光頌一一悟阪田暁高橋寛行野々村敦子山下勝司木元 小百合小林孝彰鈴木健一富樫陽太柏尚 稔中村公一古川全太郎峯之宮下千花山口健治吉田泰基邦 彦壱 記宏 明健稲島細積田田真哉篤臣近曽森藤我下明大智彦介貴酒谷匂川一友成浩酒井 崇中伊重福村藤松田寿川渡伊口邉藤貴真之諭司澤丹田野正豊浩啓一郎平成年度「Soils and Foundations」編集委員会委員長風間委員長三村基樹副委員長渦衛副委員長岸岡 良介岡村未対宮田喜壽※平成年度「地盤工学ジャーナル」編集委員会名誉会員特別会員田潔※小林範之豊田浩史会員現在数(平成29年 7 月末現在)158名(国際会員117名含む) 正会員 7,193名(国際会員963名含む) 学生会員 758名866団体(国際会員45団体含む) 合計 8,975名・団体会費(年額)正会員 9,600円 学生会員 3,000円 国際会員(特別もしくは正会員に限る)2,000円 特別会員特級 300,000円,1 級 240,000円,2 級 160,000円,3 級 100,000円,4 級 60,000円Soils and Foundations 購読料(会員に限る,税別)15,000円(Online 版ライセンス+冊子版)または7,500円(Online 版ライセンスのみ)地盤工学会誌平成29年 10 月 1 日発行編集発行所公益社団法人2017 地盤工学会60定価1,728円(本体価格1,600円) 無断転載2017年 10 月号 Vol.65, No.10 通巻717号株「地盤工学会誌」編集委員会印刷所 小宮山印刷工業編集業務代行地盤工学会有 新日本編集企画を禁ずる郵便番号  東京都文京区千石丁目番号電話 (代表)郵便振替 FAX ホームページ URL https://www.jiban.or.jp/Email jgs@jiban. or. jp広告一手取扱株廣業社〒 東京都中央区銀座丁目番号電話 地盤工学会誌,―()
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  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • A1〜A4
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170025
  • 内容
  • ■ お知らせ開催期日締切月日内容開催場所「自然災害等の被災会員における会費減免」について掲載ページ前号「地盤工学会誌」平成30年特集テーマの年間計画について2P2P■ 論文・原稿募集開催期日締切月日10月15日行事「地盤工学会誌」への概要原稿公募名開催場所テーマ「盛土」(予定)掲載ページ前号2P■ 催し物開催期日締切月日29年10月18日10月13日行事名開催場所「表層地盤の特性抽出と解析手法についてのシンポジウム―全国電子地盤図の拡張と運用に関する研究委員会 報告会―」参加募集大阪掲載ページ前号3P29年10月18日~20日29年10月26日「わかって使う FEM 講習会」「地盤の動的解析―基礎理論から応用まで―講習会」JGS 会館 7 月号前号JGS 会館5P29年10月27日29年11月 9 日~12日「地盤・耐震工学入門講習会」前号JGS 会館沖 縄 4 月号前号JGS 会館3PJGS 会館JGS 会館前号4P前号4P前号4P前号5P第23回 地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会29年11月10日29年11月13日講習会「液状化解析実務講座」「近接施工講習会」3P5P4P29年11月15日29年11月22日「防災・環境・維持管理と地形地質講習会」29年11月27日29年12月,30年 1 月それぞれ 1 日ずつ「平成29年度第 2 回宅地地盤の評価に関する最近の知見講習会」JGS 会館JGS 会館「わかりやすい地盤工学基礎シリーズ講習会」JGS 会館2P「舗装―設計から維持管理まで―講習会」JGS 会館2P開催場所掲載ページ「土の締固め講習会」30年 1 月18日,19日■ 支部からのお知らせ支部名開催月日締切月日行事名北海道支部 30年 1 月25日,26日11月10日関 東 支 部 29年11月17日第14回地盤工学会関東支部発表会(GeoKanto2017)11月24日 「平成29年度 地盤工学会関東支部賞の募集」関西支部第58回年次技術報告会および技術報告集原稿募集札3P幌宇都宮4 月号前号6P5P29年10月28日10月13日平成 29 年度 ふるさと地盤診断ウォーク 奈良あやめ池コース奈良前号6P29年11月 2 日10月18日Kansai Geo Symposium 2017 ― 地 下 水 地 盤 環 境 ・ 防災・計測技術に関するシンポジウム― 開催および広告募集のお知らせ大阪前号6P29年11月11日10月31日12月 1 日平成29年度 ふるさと地盤診断ウォーク 保津峡コース平成29年度地盤工学会関西支部賞候補募集京都前号6P11月 2 日11月 7 日平成29年度 地盤工学会四国支部技術研究発表会 参加者募集高知3P平成29年度 地盤工学会四国支部 現場見学会 参加者募集高知4P四 国 支 部 29年11月10日29年11月11日3P■ 共催・協賛・後援開催期日締切月日行事名開催場所掲載ページ29年10月10日~14日29年10月11日,12日第 3 回材料 WEEK京都第37回地震工学研究発表会熊本29年10月14日2016年熊本地震に関わる市民向け講演会第 14 回市民防災講座「災害リスクを考える」~地震・津波被害に備える~熊本4P神戸4P29年11月15日29年11月21日,22日平成29年度 TRD 工法協会技術セミナーハイウェイテクノフェア2017大阪前号8P東京前号8P29年11月21日~23日The Seventh International Conference on Geotechnique, ConstructionMaterials and Environment (GEOMATE 2017 Mie)3 月号6P29年11月29日~12月 1 日第 2 回橋梁・トンネル技術展1 月号7P29年10月21日10月16日― 1 ―津千葉8 月号前号5P7P 開催期日締切月日29年11月30日,12月 1 日29年12月14日29年12月15日,16日9 月15日30年 1 月24日行事名開催場所第32回ジオシンセティックスシンポジウム東第 4 回初心者にもわかる信頼性工学入門セミナー(演習付き)第30回記念信頼性シンポジウム大大第23回地下空間シンポジウム東京掲載ページ前号5P阪前号5P阪前号6P京4P地盤工学会ホームページ(https://www.jiban.or.jp/)に,会告及び最新出版案内が掲示されていますのでご覧ください。国際地盤工学会ホームページ(http://www.issmge.org/)地盤工学会の本部及び支部の所在地は本号会告の 5 ページをご参照ください。■お知らせお知らせ「地盤工学会誌」平成年特集テーマの年間計画について月会誌編集委員会地盤工学会誌 4 月号にて予定でご案内いたしました平成 30年特集テーマの年間計画が表のとおり決まりました。すでに公募いたしました一部の特集につきまして,掲載号が変更となりますこと,何卒ご容赦ください。なお,特集テーマタイトルは随時変更される可能性があります。号iConstruction2トンネル/地下構造物3国際地盤工学会ソウル会議4農業土木における地盤工学5国内外の建設プロジェクト6盛土7地盤は連続体なのか粒状体なのか8豪雨災害9防災/災害調査10調査・設計・施工の最新技術11・12■催し物催し特集テーマ(仮題)1特殊な自然地盤材料の材料物性物●本部講習会申込み方法及び申込み先氏名,勤務先・同住所・同電話番号, FAX ,メールアドレス,会員(会員番号)・非会員の別を明記した申込書を FAXまたはメールでお送り下さい。参加受付後,請求書と郵便振替用紙をお送りいたしますので,会費のご納入は請求金額をご確認のうえ郵便振替(または銀行送金)でお願いいたします。な「わかりやすい地盤工学基礎シリーズ講習会」お,銀行送金の場合には,請求番号と送金日を別途 FAX またはメールでご連絡下さい。地盤工学会講習会係Emailkosyukai@jiban.or.jp FAX――電話――日は調整中)場地盤工学会 大会議室(東京都文京区千石 4―38―2,TEL03―3946―8677)会費参加日 1 日当たり,会員12 000円,非会員15 000円,学生会員 3 000 円,後援団体の会員 14 000 円(消費税,テキスト代別)テキスト本講習会のために講師の方が作成する説明資料の縮小コピーを配布します。定員70名講師小林 睦【豊田工業高等専門学校】,林 和幸【和歌山工業高等専門学校】,加登文学【舞鶴工業高等専門学校】,松下英次【長野工業高等専門学校】,加納誠二【高専機構本部事務局】会地盤工学の基礎分野である土質力学について,2 日間に渡って開催する,わかりやすく基礎から学べる講習会を企画しました。受講者としては,土質力学を初めて学ぶ技術者,一度学んだがもう一度基礎から学びなおしたい技術者を対象としています。内容は 1 日目土の基本的性質/透水/有効応力,ダイレンタンシーと間隙水圧/地盤内の応力と変位/粘土の圧密,2 日目土のせん断強度/土圧/地盤の支持力/斜面の安定/地盤調査について行う予定です。奮ってご参加ください。GCPD ポイント.(日あたり)日時平成年月中及び平成年月中の日間(開催「舗装―設計から維持管理まで―講習会」公共事業に対する予算削減の傾向が続く中,膨大な量の道路舗装への合理的な設計と維持管理は急務であり,そのために地盤工学が貢献できることは少なくありません。本講習会では,初日に道路建設における地盤工学の役割,アスファルト・コンクリート舗装の設計法を学びます。2 日目は,道路建設における土の締固め,路床・路盤材料の地盤工学的特性からその設計法を学ぶとともに空港,鉄道における舗装の現状と課題について学びます。いずれの講習内容ともに舗装の基本構成要素である表層,路盤および路床について解舗装技術の向上のために地盤工学が貢献できる事柄について構造設計を念頭に置いて講習を行なって頂きます。また,今後の舗装の重要な課題である舗装の維持管理方法と舗装下地盤空洞の発生と対策について学びます。基本的な事項はもちろんのことながら,実務を特に意識するとともに将来の舗装設計の方向性も示唆した内容となっています。舗装の初学者はもとより,実務に携わっている方など,多くの方のご参加をお待ちしております。なお,中級レベル以上の方にも十分に参考にして頂ける内容も含んでおります。GCPD ポイント.― 2 ― 日会会定時平成年月日(木) 13  30 ~ 16  40 , 19 日(金)930~1730の 2 日間場地盤工学会大会議室(東京都文京区千石 4 ― 38― 2,TEL03―3946―8677)費会員 15 000 円 非会員 19 000 円 学生会員 3 000 円後援団体の会員18 000円(消費税を含む)員70名■テキスト当日講師が使用する「説明資料」の縮小版コピーを配布いたします。株】,講師佐藤研一【福岡大学】,阿部長門【東亜道路工業竹内 康【東京農業大学】,石川達也【北海道大学】,株】,桃谷尚嗣【(公財)鉄道八谷好高【フジタ道路総合技術研究所】,久保和幸【国土技術政策総合研究所】,桑野玲子【東京大学】支 部 か ら の お 知 ら せ●各支部行事等への申込み方法各支部事務局及び主催者へお問合わせください。北海道支部第回年次技術報告会および技術報告集原稿募集主催公益社団法人 地盤工学会北海道支部後援国立研究開発法人 土木研究所 寒地土木研究所時平成年月日(木)~月日(金)の 2 日間会場国立研究開発法人 土木研究所 寒地土木研究所階講堂(札幌市豊平区平岸 1 条 3 丁目)投稿課題地盤工学全般に関するもの日投稿申込み締切平成年月日(金)投稿申込み料投稿論文 1 件につき5 000円(技術報告集 CD 1部の代金を含む)原稿提出締切平成年月日(月)配布要領投稿者には技術報告集 CD 1 部を配布。印刷媒体は1 冊4 500円程度(要事前注文,実費請求)応募資格地盤工学会会員を原則とします。ただし,発表者は個人の地盤工学会会員に限ります。※ 詳細は支部 HP をご覧ください[ http: // jgs hokkaido.org/pastweb/hokkaido.html]関 西 支 部平成年度地盤工学会関西支部賞候補募集地盤工学会関西支部では,下記の地盤工学会関西支部賞候補者の募集を行います。この賞は,支部会員の地盤工学に関する学術・技術の向上・普及に資する優れた活動や社会に貢献した活動,ならびに若手の研究者・技術者の優れた学術研究活動に対し,下記の 4 つの賞を設け表彰し,その成果を讃えるとともに,関西支部活動の活性化を図るものです。受賞区分学術賞優れた学術研究成果を収めた個人・グループあるいは機関学術奨励賞優れた学術研究の推進と発展が将来的に期待される個人地盤技術賞優れた技術開発に携わった個人・グループあるいは機関社会貢献賞地域・社会・国際活動等への顕著な貢献を収めた個人・グループあるいは機関推薦締切日平成年月日(金)郵送の場合,当日消印のあるものを有効とします。発表受賞決定の場合には,直接該当者に通知します。表彰平成 30 年( 2018 年) 4 月の関西支部通常総会において行い,受賞者には賞状・副賞を贈ります。提 出 先封筒の表に「地盤工学会関西支部賞○○○○○賞候補推薦」と記入の上,下記へ直接持参するか,あるいは書留で郵送してください。公益社団法人 地盤工学会関西支部〒― 大阪市中央区谷町―― ストークビル天満橋号室TEL―― FAX ――※詳細は,関西支部ホームページ[ http: // www.jgskb.jp ]にてご確認ください。四 国 支 部平成年度 地盤工学会四国支部技術研究発表会 参加者募集公益社団法人地盤工学会四国支部下記のとおり平成 29 年度地盤工学会四国支部技術研究発表会を開催いたします。多数の参加申込みをお願いいたします。記日時平成年月日(金)1000~1700 研究発表会1800~2000 交流会平成年月日(土)900~1200 研究発表会研究発表会会場高知県幡多郡黒潮町 黒潮町商工会会議室高知県幡多郡黒潮町入野1936―1 電話0880―43―1203参加申込み料会員3 000円非会員4 000円参加者には講演概要集を 1 冊進呈します。参加申込み要領 FAX または E mail で「平成年度技術研究発表会参加申し込み」と書いてお申し込みください。参加申込み期限月日(木) 参加のみの場合は当日受付も可交流会会場ネストウエストガーデン土佐(高知県幡多郡黒潮町入野184)交流会参加費13 000円(予定)(1 泊 2 食,飲み物含む)― 3 ―支部からのお知らせ 5 000円(予定)(交流会のみ,飲み物含む)申込み先問合せ先〒 松山市文京町愛媛大学防災情報研究センター 中島淳子平成年度参加者募集地盤工学会四国支部公益社団法人電話―― FAX――Emailnakajima.junko.mc@ehimeu.ac.jp現場見学会地盤工学会四国支部横瀬川は,中筋川の支川としてその源を高知県宿毛市仏森(標高 682 m )に発し,小さな蛇行を繰返しながら南流し,四万十市有岡地点で中筋川と合流している一級河川です。現在横瀬川では,中筋川流域の洪水調整を行うと共に河川機能を正常に維持することを目的として,「横瀬川ダム」が建設中です。「 横 瀬 川ダ ム 」 は, 堤 高 72.1 m , 堤頂 長 188.5 m , 堤 体 積165 000 m3の重力式コンクリート形式のダムです。本見学会では,中筋川総合開発工事事務所のご協力のもと,建設途中である「横瀬川ダム」の堤体施工状況を見学させていただきます。日時平成年月日(土)1300~1640現場見学横瀬川ダム建設工事現場(高知県宿毛市山奈町山田)集合場所ネストウエストガーデン土佐(高知県幡多郡黒潮町入野184)■共催・協賛・後援共催・協賛・後地震工学委員会開 催 日平成年月日(土)1300~1600会場熊本市総合体育館・青年会館ホール(〒862―0941 熊本県熊本市中央区出水 2―7―1)第回市民防災講座「災害リスクを考える」~地震・津波災害に備える~主催京都大学大学院工学研究科 災害リスクマネジメント工学(JR 西日本)講座後援(公社)地盤工学会関西支部日時平成年月日(土)1330~1615第回地下空間シンポジウム主催(公社)土木学会後援地盤工学会ほか程ネストウエストガーデン土佐集合・バス出発 1300横瀬川ダムバス到着 1400事業説明・見学会1410横瀬川ダムバス出発 1540ネストウエストガーデン土佐バス到着・解散 1640参 加 費会員1 000円,非会員2 000円(当日現金でお願いします。請求書が必要な場合は下記までご連絡ください)参加人数25名参加申込要領 FAX または E mail で「見学会 参加」と書いて参加者氏名,年齢,所属,連絡先住所,電話番号, FAX 番号, E mail を記入して下記宛てに申込み下さい。申込期限平成年月日(火)申込み先問合せ先〒 松山市文京町愛媛大学防災情報研究センター 中島淳子――電話FAXEmailnakajima.junko.mc@ehimeu.ac.jp援年熊本地震に関わる一般市民向け講演会主催(公社)土木学会後援地盤工学会ほか行地下空間研究委員会開 催 日平成年月日(水)会場早稲田大学国際会議場(〒169―0051 新宿区西早稲田 1―20―14)そ の 他詳細は下記 HP をご参照ください。問合せ先(公社)土木学会 研究事業課 地震工学委員会担当小川祐司 様〒― 東京都新宿区四谷丁目(外濠公園内)電話――HPhttp://committees.jsce.or.jp/eec2/node/107Emailogawa@jsce.or.jp場神戸三宮東急 REI ホテル(神戸市中央区雲井通 6丁目 1―5)問合せ先京都大学災害リスクマネジメント工学(JR 西日本)講座TEL――(平日10時~17時)Emailinfo@ise.kuciv.kyotou.ac.jp※詳細はホームページ[ http: // www.ise.kuciv.kyoto u.ac.jp /lab/]にてご確認ください。会そ の 他詳細は下記 HP をご参照ください。問合せ先(公社)土木学会「地下空間シンポジウム」担当杉岡清博 様〒― 東京都新宿区四谷丁目(外濠公園内)――電話―― FAXHPhttp://www.jsceousr.org/Emailsugioka@jsce.or.jp― 4 ―
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  • タイトル
  • 地盤工学会所在地
  • 著者
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • A5〜A5
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170026
  • 内容
  • 〒1120011 東京都文京区千石 4382公益社団法人地盤工学会 電 話03(3946)8677(代) FAX03(3946)8678Email: jgs@jiban.or.jp ホームページURL https://www.jiban.or.jp/北海道支部〒0600061 札幌市中央区南 1 条西 2 丁目 南一条 K ビル 8 階電 話011(251)7038,(261)7742 FAX011(251)7038Email: hjgs@olive.ocn.ne.jp東北支部〒9800014 仙台市青葉区本町 251 オーク仙台ビル 3F(江陽グランドホテル北側隣)電 話022(711)6033 FAX022(263)8363Email: jgsb-th@tohokushibu.jp北陸支部〒9500965 新潟市中央区新光町10番地 3 技術士センタービル 7F電話/FAX025(281)2125Email: jgskoshi@piano.ocn.ne.jp関東支部〒1120011 東京都文京区千石 4382 JGS 会館内電 話03(3946)8670(代) FAX03(3946)8699Email: jgskantou@jiban.or.jp中部支部〒4600008 名古屋市中区栄 2926 ポーラ名古屋ビル 8 階電 話052(222)3747 FAX052(222)3773Email: chubu@jiban.or.jp関西支部〒5400012 大阪市中央区谷町 157 ストークビル天満橋 8 階801号室電 話06(6946)0393 FAX06(6946)0383Email: office@jgskb.jp中国支部〒7300011 広島市中区基町103 自治会館内電話/FAX082(962)5557Email: chugoku@jiban.or.jp四国支部〒7908577 松山市文京町 3 社会連携推進機構 3 階 愛媛大学防災情報研究センター内電 話090(6881)9036 FAX089(927)8141Email: nakajima.junko.mc@ehimeu.ac.jp九州支部〒8100041 福岡市中央区大名 2412 シーティーアイ福岡ビル 2 階電 話092(717)6033 FAX092(717)6034Email: jgsk_ jimu@able.ocn.ne.jp― 5 ―
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  • タイトル
  • 【英訳化版】室内試験・地盤調査に関する規格・基準(Vol.1)の発刊
  • 著者
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170027
  • 内容
  • ਲਗदણඩघॊ঩ম੫঵भ੍ରध৾ভ੦૆भਲਗఁ୑॑৯੐खथْஶ๨৲ගٓ஼৔૥ୡ‫؞‬৉ೕ৹ਪपঢ়घॊૠત‫؞‬੦૆‫ق‬9RO‫ك‬भ৅໷َਲਗ঵ਜُ‫َ؜‬প৾ઇ୘ُऩनद‫ઁ்؜‬ऎ‫؜‬ओણ৷ৣऔः‫؛‬¾ ঩মभૼ୒॑৷ःञ৉ೕૼ୒भ35ன৫‫؛‬ਲਗ੧੯दभਝੑ‫؞‬઱ੵ঱भૼ୒৓ઐ௱षभણ৷‫؜‬ਲਗૼ୒঻भ୘ਛऩन‫؛‬¾ ೏৾েभ୘ਛ‫؜‬೏৾েषभ঩মૼ୒भ࿠්‫؛‬঩ময৾েभ૥ୡૼ୒॑ৢखञஶୁৡभ਱঱ऩन‫؛‬‫ٹ‬-$3$1(6( *(27(&+1,&$/ 62&,(7< 67$1'$5'6/DERUDWRU\ 7HVWLQJ 6WDQGDUGV RI *HRPDWHULDOV 9RO َ஼৔૥ୡ੦૆ُ‫ق‬੦૆ઽஈ‫؜‬$ਖ਼ংॖথॲ‫كش‬,6%1 ৒੼‫؟‬৞‫؜‬ভ৩્੼‫؟‬৞‫ق‬ଛમ‫؜‬ઘશ‫ك‬‫ٹ‬-$3$1(6( *(27(&+1,&$/ 62&,(7< 67$1'$5'6*HRWHFKQLFDO DQG *HRHQYLURQPHQWDO ,QYHVWLJDWLRQ0HWKRGV 9RO َ৉ೕ৹ਪ੦૆ُ‫ق‬੦૆ઽஈ‫؜‬$ਖ਼ংॖথॲ‫كش‬,6%1 ৒੼‫؟‬৞‫؜‬ভ৩્੼‫؟‬৞‫ق‬ଛમ‫؜‬ઘશ‫ك‬৉ೕੵ৾ভदम‫؜‬஧ম‫؞‬ஒমभ੡द຦஘प஡खऽोथःॊَ৉ೕ౫મ૥ୡभ্১धੰହُधَ৉ೕ৹ਪभ্১धੰହُभૠત‫؞‬੦૆‫ੰق‬ହ॑௾ऎ‫ك‬भஶ๨॑ৰ઱खथउॉ‫؜‬৸ඕ‫ق‬9RO‫ع‬9RO‫ك‬पेॊ৅໷॑੒৒खथःऽघ‫؛‬ফ২प໷ষखञ9ROम‫॔؜‬४॔॑রੱपऊবपथ๔Ⴋऔो‫؜‬ব৔ਗद்ઁऎओણ৷ःञटःथःऽघ‫؛‬ऒभ২‫؜‬ৗञप৉ೕ౫મ૥ୡ੦૆ध৉ೕ৹ਪ੦૆॑ઽஈखञ9RO‫ق‬ীၻ‫॑ك‬৅໷ःञखऽखञ‫؛‬ชశ‫؜‬঩মभ੦૆॑৷ःञਲਗ੧੯भਝੑ‫؜‬৹ਪ‫؜‬ਗবযૼ୒঻भ୘ਛ‫؜‬঩মभૼ୒॑৷ःञ৉ೕૼ୒भ35ன৫‫؜‬ਝੑ‫؞‬઱ੵ঱भૼ୒৓ઐ௱ৡभ੍ରऩनपओણ৷ःञटऌञःधઓःऽघ‫؛‬ऽञ‫؜‬প৾ઇ୘भৃपउऌऽखथु‫؜‬೏৾েषभ୘ਛ‫؜‬೏৾েपৌघॊ঩মૼ୒भ࿠්‫؜‬঩ময৾েभ૥ୡૼ୒॑ৢखञஶୁৡभੜਸऩनपुओણ৷ःञटऐोयౘःपோगऽघ‫؛‬ओභোभ্১৾ভ঍‫ش‬঒ঌ‫ش‬४भછආභোঌ‫ش‬४‫ق‬KWWSZZZMJVVKRSSLQJQHW‫ك‬भ౎‫؜‬છ૲दुउେः੷ीःञटऐऽघ‫؛‬‫پ‬ভ৩્੼दभओභোम‫৾؜‬ভ঍‫ش‬঒ঌ‫ش‬४ऊैभභোप଒ॉऽघभद‫؜‬ओିਔऎटऔः‫؛‬
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  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.65 No.10 No.717
  • ページ
  • 発行
  • 2017/10/01
  • 文書ID
  • jk201707170028
  • 内容
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