地震による地盤の変動を解析するプログラム#

構造解析ソフトウェア　Advance/FrontSTR 事例

プログラムの概要#

地震の発生によって、地表がどう動き、地盤がどのようなひずみを受けるかを解析するシステムが開発されました。

このシステムは、例えば地震によって港などの海岸の水位がどう変わるかを見積もるために使えます。また、裏山が地震でどんなひずみを受けるかを予測する目的に使えます。

今後は、断層運動による地震の揺れ、地震前後にゆっくりと進行する変動なども解析できるように、プログラムの強化を進めてまいります。

以下は東海地震や南海地震が地表にどんな変位をもたらすかの解析事例です。

図1　地震断層による変位分布の図

図1　地震断層による変位分布の図#

解析システムの特長#

有限要素法によって精度の高い計算をします。
並列計算によって高速な処理ができます。
スプリット・ノード法により、要素をゆがめずに断層を柔軟に取り込みます。
無限要素の導入によって、小さな領域の計算で精度の高い予測結果を得ます。
解析には地球内部の現実的な構造が使われます。

弊社は以下の問題に対応が可能です#

解析プログラムの販売
各種の目的に対応した解析プログラムの改造や開発
具体的な地震を想定した地盤変動の見積もり
具体的な施設などに対する周辺の地震活動の影響評価

解析精度検証例題#

本システムでは地盤モデル端部の境界条件に無限要素を使用します。

均質な地盤内部に断層すべりを与え、解析規模ごとの解の精度を比較するとともに無限要素の効果を検証しました。

図2　地質地盤の有限解析モデル

図2　地質地盤の有限解析モデル#

傾斜角：δ＝30°
断層の深さ：d=40km
地盤の材質：E=100GPa，ν＝0.25
断層面規模：ｌ=w=50km
断層すべり量：U1=0m,U2=1m

無限要素の導入によって、小さな領域の計算で精度の高い予測結果を得ます。

図3　すべり方向変位

図3　すべり方向変位#

機能の詳細#

日本周辺に発生する地震が日本列島に及ぼす影響を簡単に解析できます（日本以外の領域も解析可能です）。震源断層の位置、すべり量から地表面の変形や地盤内部の応力を求めることができます。

解析手法としては大規模並列高速有限要素法を採用し、解析モデルの自動作成機能も備えていることから、モデル作成～解析のすべての処理を短時間で、地震の影響を地下の複雑構造を考慮して解析できます。今まで実現できなかった大規模な3次元地盤解析も可能となります。

解析対象#

地盤領域（日本周辺についてはデータを内蔵しています）、震源最大モデル規模：1億自由度（約3千万節点）

機能詳細#

解析機能#

線形解析(静応力)
split nodeによる断層すべり機能
無限要素による半無限境界処理機能

解析手法#

領域分割；DDM(Domain Decomposition method）
ソルバー；前処理付反復法（Conjugate Gradient method）、直接法等

要素タイプ#

ソリッド（4面体、5面体、6面体）
無限要素（6面体）

荷重条件#

断層すべり（断層面形状；四辺形の組合せ、すべり量；3方向）
集中荷重、分布荷重、体積力、SPC（強制変位）

データ生成、内蔵データベース#

モデラー　自動メッシュ分割、断層面自動発生、材質の自動定義、半無限境界発生地盤定数定義
データベース（東経129°～146°、北緯29°～45°、深さ－10～90ｋｍ）

図4　システムフロー

図4　システムフロー#

5.5万節点データの実績で解析時間98秒（CG法、1CPUの場合、1/CPU数となります）。