報告書番号

SS23001

タイトル（和文）

水力発電所水路設備の耐震性能照査手法に関する研究（その2）－静的地震力を用いた斜面上の設備の簡易安定性評価－

タイトル（英文）

A study on seismic performance evaluation method for waterway structures of hydropower plants (part 2)- Applicability of a simple procedure using static earthquake forces to stability evaluation for structures on mountain slopes -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
　近年，水力発電所の水路設備において大規模地震に対する耐震性能を合理的に説明できる手法の必要性が高まっている。水路設備の多くは斜面上に設置され，既刊のマニュアルに記載される耐震性能照査手法では，地山斜面の加速度増幅効果を考慮する際に，詳細な有限要素モデルの作成を伴う動的解析が適用される。しかし，膨大な数を有する水路設備の全てに対し，こうした解析を実施することは合理的ではない。そこで，精度よりも効率に重点を置いた耐震性能照査のスクリーニング手法の開発が求められている。

目　　的
　耐震性能照査のスクリーニングとして，既報の提案手法を適用した水圧鉄管固定台の地震時安定性評価を実施し，提案手法の適用性を評価する。

主な成果
1. 固定台直下の加速度および安定条件の比較による提案手法の適用性評価
　既報の提案手法は動的解析の実施を必要とせず，簡易に静的地震力を設定できる。また，設定する鉛直震度に関して，本来の最大加速度を想定した方法に加え，ダム地震観測記録から統計的に整理した水平ピーク時加速度比に着目した選択肢を提示した。これにより，鉛直方向の静的地震力を合理的に設定できる場合がある。上記提案手法を用いた地震時安定性評価結果を，従来手法である地山-固定台連成モデル（以下，連成モデル）あるいは固定台を省略し地山のみを考慮した地山モデルを用いた評価結果と比較した。連成モデルに対し，提案手法は静的地震力の設定に関わる固定台直下の加速度を水平成分で1.15～1.26倍に，鉛直成分で1.11～1.96倍に大きく評価した。また，固定台の安定条件である転倒安全率，滑動安全率それぞれが0.31～0.62倍，0.26～0.40倍に，地盤反力が1.18～2.83倍になり，いずれも安全側に評価した。加えて，提案手法は地山モデルに対しても，加速度および安定条件について同様の傾向を示した。
2. 固定台の地震時安定性評価に用いる解析手法の特徴の整理
　上記の検討結果を踏まえて，提案手法や従来手法を用いた地震時安定性評価の特徴を整理し，実務の耐震性能照査において適用手法の選定に参考となる判断材料を提示した。提案手法を用いた照査は，有限要素モデルによる動的解析が不要となる一方で，スクリーニングとしての精度を確保しつつ，従来手法よりも安全側の評価を与える。以上より，照査のスクリーニングとして提案手法が適用できることを示した。

今後の展開
　提案手法を用いた照査事例の蓄積に加え，現場計測等に基づく妥当性の検証を図る。

関連報告書：
[1]SS22001「水力発電所水路設備の耐震性能照査手法に関する研究（その1）－効率的な照査の進め方と斜面上の設備への静的地震力の設定手法－」（2022.7）

概要 （英文）

In recent years, the need to efficiently evaluate the seismic performance against large earthquakes has grown for waterway structures of hydropower plants. There are a huge number of waterway structures, most of which are often installed on mountain slopes where seismic motions are easily amplified. The use of a dynamic approach is promising, but complicated and time consuming. Therefore, it is important to develop a static screening method for the evaluation of numerous waterway structures.
In a previous study, a simple procedure for setting static seismic force was proposed based on the results of 2-D linear seismic response analysis for mountain slopes. This study verified its applicability to stability evaluation for structures such as anchor blocks for penstocks by comparing with a general procedure, in which 2-D linear seismic response analysis was carried out using a finite element model coupled with a slope and an anchor. The use of the proposed model resulted in higher acceleration response than the coupled model. The proposed method evaluated the safety levels of overturning and sliding failures 38 ~ 69% and 60 ~ 74% lower respectively, and the ground reaction force 8 to 183% higher than the coupled model.
The results suggested that, as for the seismic performance of anchor blocks for penstocks on mountain slopes, the proposed method can evaluate conservatively and efficiently without the need of dynamic seismic response analysis.

報告者

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