報告書番号

NR26001

タイトル（和文）

断層変位の動的作用が地中RCカルバートに及ぼす影響評価 －高速度の断層変位載荷実験による評価－

タイトル（英文）

Evaluation of the Impact of Dynamic Fault Displacement on Underground RC Culverts - Evaluation through High-Speed Fault Displacement Loading Experiments -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
原子力施設等に係る新規制基準では，将来活動する可能性のある断層等の露頭のある地盤には，原子力発電所の耐震重要施設の設置が認められていない。一方で，断層変位が生じるリスクに対して構造物への影響を定量的に評価出来ることは重要であるため，断層変位に対する原子力施設の安全性評価手法が近年整備されてきた。しかし，既往研究では実際には速度や加速度を有する断層変位を静的な強制変位として模擬したものが多く，動的な断層変位作用を与えた実験や解析データは限られている。
目　　的
副断層が作用する鉄筋コンクリート製（RC）地中構造物を対象として，断層変位の速度や加速度といった動的作用が構造物の損傷に及ぼす影響を加味した評価手法を確立するために，高速度の断層変位を再現した模型実験による動的作用の影響評価を行う。
主な成果
図1に示す土槽に対し，傾斜90度の縦ずれ断層変位を任意の変位波形で与える装置を作製した。断層変位速度（高速載荷ジャッキの引き上げ速度），モルタル製のRCカルバート模型の有無および配置をパラメータとして，全10ケースの断層変位載荷実験を実施した。加えて，断層変位載荷後のRCカルバート模型を土槽から取り出し，地震時の層間変形を模擬した水平載荷を行うことで，残存性能を評価した。
1. 高速度の断層変位載荷実験による動的作用の影響評価
地盤の画像解析結果などから，断層変位速度が大きいほど地盤中のせん断帯が分散し，地表到達点は断層線より遠方になる傾向が確認された（図2）。RCカルバート模型に着目すると，断層変位速度が0.1 m/s以上の場合にはひび割れ損傷が顕著になることを確認した（図3）。一方で，0.1 m/s未満では損傷が小さく，断層変位速度が0.6 m/sのケースでも断層線との交差位置によっては損傷が抑えられることが示唆された。
2. RCカルバート模型の水平載荷実験による残存性能評価
層間変形に対する残存耐荷力を比較したところ（図4），断層変位速度が0.6 m/sのケース（図中の赤実線）では，残存耐荷力が十分に遅いケース（黒線）から2割程度低下した。一方で，断層変位速度が0.3 m/sまでは残存耐荷力にほとんど差が見られなかった。加えて，既往の性能評価指標により，残存性能を安全側に評価出来ることが示された。
今後の展開
本実験データを用いて解析手法の適用性を確認する。さらに，パラメトリック解析や実規模解析モデルによる損傷評価により，動的作用の影響に関する知見の一般化を図る。

概要 （英文）

To establish an evaluation method that takes into account the dynamic effects of the fault displacement, such as velocity and acceleration, on damage to reinforced concrete (RC) underground structures, the authors conducted a model experiment that reproduced high-speed fault displacement. A device was constructed to apply a 90-degree dip-slip fault displacement with an arbitrary displacement time history to a soil layer 500 mm high, 500 mm wide, and 2000 mm long. A total of 10 fault displacement loading experiments were conducted, varying the maximum velocity of displacement-controlled loading, the presence and placement of an RC culvert model as parameters.
Based on the results of image measurement and 3D laser scanning measurements of the ground, it was confirmed that the higher the fault displacement velocity, the more dispersed the shear bands in the soil layer, and their tendency to reach the ground surface farther from the fault line. Focusing on the RC culvert specimen, it was confirmed that no damage occurred when the fault displacement velocity was sufficiently slow, but that crack damage became significant when the fault displacement velocity exceeded 0.1 m/s. However, even when the fault displacement velocity was 0.6 m/s, damage was suppressed depending on the intersection location of the RC culvert model and the fault line.
In addition, after the fault displacement loading, the RC culvert specimen was removed from the soil layer and subjected to horizontal loading to simulate inter-layer deformation during an earthquake, thereby evaluating its residual performance. Comparing the residual load-bearing capacity against inter-story deformation, when the fault displacement velocity was 0.6 m/s, the residual load-bearing capacity was about 20% lower than when the fault displacement velocity was sufficiently slow. On the other hand, there was almost no difference in residual load-bearing capacity up to a fault displacement velocity of 0.3 m/s. Furthermore, previous verification indices, such as the relative displacement on compressive edge and relative story deformation angle, were shown to be conservative assessments of residual capacity of the RC culvert after being damaged by the fault displacement action.

報告者

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