弾塑性確率有限要素法を用いた地表地震シミュレーターの開発

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本研究は,地表地震断層問題の数値解析手法としてスペクトル確率有限要素法を開発し,モデル実験や実測例の再現を試みてその妥当性と有用性を検討するものである.始めに,地表地震断層問題を取り扱うために,非線形問題用に開発されたスペクトル確率有限要素法を,未固結層の地盤材料の非線形性に対処した効率のよい近似計算と計算アルゴリズムを開発した.次に,シミュレーションの妥当性を検証するため,二次元問題(正・逆断層)と三次元問題(横ずれ断層)のモデル実験の再現を行った.二次元問題では,底部に入力される強制変位の角度に応じて,断層が地表に出現する位置や必要な底部の変位量が変わるが,良好に再現することに成功した.三次元問題ではリーデル線と呼ばれる雁行状のせん断帯が発生する.離散化が荒いことや単純な構成則を用いたため,リーデル線の完全再現には至らなかったが,表面の雁行状せん断帯を計算することは成功し,実験で計測されたばらつきも含め,形状やせん断帯出現に必要な底部の強制変位量を良好に再現することができた.実地盤にスペクトル確率有限要素法を適用するため,入力データとなる未固結層の形状や材料パラメータ,基盤面や断層変位の方向を設定するための手順を検討した.上記の手順に基づき,野島断層と台湾集集地震の際に現れた車籠埔断層の再現を試みた.実測データや地盤種類に応じて未固結層の確率モデルの構築と基盤断層変位の設定を行い,地表に現れる断層の形状を計算し,実測データと比較を行った結果,良好な一致を得た.妥当性が検証されたため,ついで破壊確率を計算することでシミュレーションの有用性を検討した.破壊確率とは,地表に断層が発生する確率で基盤の変位量の関数として与えられる.計算された破壊確率から,地表に断層が発生する可能性が高い基盤変位量や確実に発生する変位量が予測され,震源断層のずれ変位や地表の断層変位量との比較から予測された変位量が妥当な範囲にあることが確認された.