[論文レビュー] Site-City Interaction through Modifications of Site Effects

Jean‐François Semblat, Marc Kham+3 more|ArXiv.org|Aug 19, 2009

Coastal and Marine Dynamics参考文献 3被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、数値モデルを用いて、密集した都市部における都市構造物が地震局所効果に与える影響を調査する。都市構造物と局所地盤の相互作用が、特に表面堆積層の共鳴周波数に近い周波数帯で、振幅周波数および地盤動揺の空間的分布を顕著に変化させ、自由場条件とは異なる明確な都市域場の振幅パターンを生じさせることを示している。主な発見は、都市構造物が最大振幅の周波数および位置を変化させることであり、都市形態を無視する従来の地震危険度評価手法に疑問を呈するものである。

ABSTRACT

The analysis of seismic site effects generally disregards the influence of surface structures on the free field motion in densely urbanized areas. This paper aims at investigating this particular problem called site-city interaction especially by comparison to the "free-field" amplification process. Several evidences (experimental, analytical, numerical) of the site-city interaction phenomenon have been given in previous work (Guéguen, Bard, Semblat 2000). The influence of site city-interaction could be large for structures having eigenfrequencies close to that of the surface soil layers. Furthermore, the density of structures is also an important governing parameter of the problem. Considering a specific site (Nice, France) where site-city interaction is supposed to be significant, we start from detailed experimental and numerical studies of seismic site effects giving both amplification levels and occuring frequencies, as well as the location of the maximum amplification areas. The influence of site-city interaction is then investigated through various numerical models considering the boundary element method. The effect of surface structures with variable urban densities is analysed to estimate the contribution of overall site-city interaction on surface motion distribution. The main goal of the paper is to estimate the influence of site-city interaction not only on amplification levels (the influence can be small), but also on the modification of both main amplification frequencies and location of the maximum amplification areas. The main conclusion of this work is to show the modifications of the free-field amplification due to site-city interaction and leading to a specific urban field amplification.

研究の動機と目的

• 密集した人口地域における都市構造物が地震局所効果に与える影響を調査すること。
• 局所地盤-都市構造物相互作用が地盤動揺の振幅レベル、周波数、空間的分布に与える影響を評価すること。
• 都市域場の振幅と従来の自由場局所応答モデルを比較すること。
• 都市密度および構造配置が地震応答パターンに与える影響を評価すること。
• 都市構造物との相互作用を考慮することで、都市環境における地震危険度評価のフレームワークを提供すること。

提案手法

• 境界要素法（BEM）を用いた数値モデルを用いて、都市化された堆積盆地における地震波の伝播をシミュレートする。
• 都市密度および構造配置の多様なパターンをモデル化し、それらが局所効果に与える影響を分析する。
• ニース（フランス）の詳細な現場データを用いて、数値モデルのキャリブレーションおよび検証を行う。
• 自由場条件と都市構造物を含む条件の結果を比較し、局所地盤-都市構造物相互作用の影響を分離する。
• 両条件下での振幅レベル、支配的周波数、地盤動揺の空間的パターンを分析する。
• 先行研究（Guéguen et al., 2000）の実験的および解析的データを基準として、モデルの検証に用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 都市構造物の存在が、地震局所地盤で観測される支配的振幅周波数にどのように影響を与えるか？
• RQ2 自由場条件と比較して、局所地盤-都市構造物相互作用が最大地盤動揺振幅の空間的位置をどのように変化させるか？
• RQ3 都市密度が、都市構造物との相互作用による局所効果の変化に及ぼす影響の程度はどの程度か？
• RQ4 都市環境における振幅レベルは、古典的自由場局所応答モデルが予測する値とどのように異なるか？
• RQ5 局所地盤-都市構造物相互作用が、明確に異なる都市域場の振幅パターン形成に果たす総合的寄与は何か？

主な発見

• 局所地盤-都市構造物相互作用により、特に構造物の固有振動数が表面堆積層の共鳴周波数と一致する場合、支配的振幅周波数に顕著なシフトが生じる。
• 最大振幅の位置は、都市構造物の存在により体系的に変化し、自由場の最大値からずれる傾向にある。
• 都市密度は、局所地盤-都市構造物相互作用の効果を強化する上で重要な役割を果たし、高密度の地域では動揺分布の変化が顕著になる。
• 局所地盤-都市構造物相互作用によって振幅レベルが著しく上昇するとは限らないが、振幅の周波数的および空間的特性は顕著に変化する。
• 本研究は、自由場応答とは根本的に異なる明確な「都市域場振幅パターン」の存在を確認した。これにより、地震危険度モデルの見直しが不可欠である。
• 数値モデルは、都市構造物を無視すると、都市化された堆積盆地における地震リスク予測が不正確になることを示している。