フィルダム堤体の振動挙動に及ぼす地震波の入力方向の影響

• 担当機関: （独）農業・食品産業技術総合研究機構 農村工学研究所
• 研究期間: 2011～2014
• 研究担当者: 林田洋一; 増川晋; 浅野勇; 田頭秀和
• 発行年度: 2014
• 要約: 日常的な安全管理における地震動観測で、フィルダムの最大応答値を測定するためには谷の最深部直上に地震計を設置することが合理的である。しかし、天端中央部にあたる地点では入力地震動がダム軸方向へ卓越する場合に顕著な応答が生じない場合がある。
• キーワード: フィルダム、安全管理、長寿命化、地震観測、地震時応答挙動
• 背景・ねらい: 1995年に発生した兵庫県南部地震以降、日本では大規模な地震が頻発しており、中小規模の地震は日常的に発生している。新設ダムの設計時における堤体の安全性の検討においては大規模地震時に最大の応答値が得られる振動モードでの検証が重要となる。しかしながら既設ダムの長寿命化を図るための日常的な安全管理においては、中小規模の地震時に観測される複雑な振動挙動を適切に評価することが必要であり、最大応答を示す振動モードだけでなく堤体が複雑な振動挙動を示す高次の振動モードに対する評価が必要となる。このような観点から実際の地震時に観測される複雑な堤体の振動挙動を適切に評価するための基礎的な知見を得ることを目的に、振動模型実験により堤体形状や地震波の入力方向が堤体天端部での振動挙動に及ぼす影響を検証する。

成果の内容・特徴

1. 異なる堤体形状を有するシリコンゴム弾性模型を対象に、加振方向を上下流およびダム軸方向と変化させた振動実験を実施する(図1)。その結果から、加振方向にかかわらず天端で最大の応答を示すのは谷最深部直上の地点である(表1)。
2. 上下流方向加振時には、谷の最深部直上かつ天端中央にあたる地点(A1、C1)では、アバットメント(堤体が接する地山側部)の拘束の影響が少なくフーリエスペクトルが単一のピークを示す形状となる。一方、アバットメントの拘束の影響をより受ける地点(B1)では、フーリエスペクトルが複数のピークを示す形状となる(図2(b))。
3. ダム軸方向加振時には、模型の形状により応答挙動が大きく異なり、地震波の周波数帯によっては加振方向と直交する2成分(上下流方向および鉛直方向)への顕著な振動が誘起される(図2(c))。同様の挙動は、ダム天端上に複数の地震計が設置されている実ダムでの地震観測結果からも確認される。
4. ダム軸方向加振時の堤体の一次卓越周波数よりも高い周波数帯において、天端中央部かつ谷の最深部直上にあたる地点で入力方向への応答が認めらない場合がある。特に最大断面・ダム軸縦断面に対して対称な堤体形状(MODEL A)では、直交する成分への応答もほとんど認められない場合がある(図2(c))。

成果の活用面・留意点

1. フィルダムでの日常的な安全管理において、堤体の地震時応答挙動を評価するための科学的根拠となる知見として活用できる。
2. 日常の安全管理において対象となる中小規模の地震動は千差万別であり、基盤で観測される地震動よりも堤体天端で観測される地震動の最大加速度値が低くなる場合がある。本成果で示す内容は、その要因のひとつと考えられ、このような場合には地震動の卓越周波数に着目した分析が必要となる。ただし、その他の要因が関与していることも想定されるため、複合的な分析を実施するよう留意されたい。

• 研究内容: http://www.naro.affrc.go.jp/project/results/laboratory/nkk/2014/nkk14_s05.html
• カテゴリ: 安全管理