'16/11/8
ハリー・シード教授の液状化研究 目次
吉見 吉昭

 癌のため1989年に66歳という若さで他界したハリー・ボルトン・シード(Harry Bolton Seed)教授は,イギリスの Bolton で生まれ,ロンドン大学のシビルエンジニアリング専攻で構造工学の博士号を取得した後米国に渡り,ハーバード大学でテルツァーギ(Terzaghi)とキャサグランデ(Casagrande)両教授のもとで土質力学を学びました。1950年以来,彼はカリフォルニア大学バークレー校で道路工学・地盤工学・地震工学の分野できわめて顕著な業績を挙げましたが,とくに飽和砂の液状化研究の第一人者であったことに異議を唱える人はいないでしょう。ニューヨーク・タイムズ紙は彼の死亡記事の中で,レーガン大統領から1987年科学栄誉賞を受けたことや,米国科学アカデミーの会員であったことを紹介しましたが,米国シビルエンジニア学会(ASCE)から最も多くの賞を受けたことでも知られています。

54歳当時のシード教授

 1964年3月のアラスカ地震と同年6月の新潟地震で顕著な液状化が起こったことは,多くの研究者に液状化研究を始める動機を与えましたが,シード教授のスタート・ダッシュには目覚しいものがありました。それまでの水平地盤の液状化に関する研究としては,水で飽和した砂を箱に入れて水平振動を与える小型模型実験がありました。これでも液状化の発生とその後の間隙水の変化を観察することはできましたが,数bから十数bという深さにある砂地盤における液状化発生条件を予測できる形で“定量的”に評価することはできませんでした。シード教授は,液状化が発生するまでのプロセスを振動としてではなく繰返しせん断としてとらえ,“非排水条件のもとでの完全両振り繰返し三軸試験”を行うことによってそれが可能であることを初めて示しました。それが早く実現した理由は幸運と独創的なアイディアの両方だったと思います。

 まず幸運だったことは,当時シード教授はカリフォルニア大学バークレー校で自動車や航空機による動的荷重を受ける舗装下の土(路床土)の研究をしていましたが,そのために円柱形の土の試料に繰返し荷重をかける三軸圧縮試験装置を使っていました。これは軸方向の圧縮荷重を増減する方式でしたが,引張り荷重も加えられるように改造することはそれほど難しいことではなかったと思います。シード教授の独創性は,「土が完全に水で飽和してさえいれば,側圧を一定に保ったままで,軸方向に非排水条件のもとで,等しい大きさの圧縮荷重と引張り荷重を交互に加えることによって地震時の水平地盤中の要素に作用する力をほぼ再現することができる。」という考え方にあります。一方,わが国でも繰返し三軸試験に着目した研究者がおりましたが,側圧と軸方向荷重を同時に逆方向に増減する“正攻法”に相当する,技術的にかなり複雑な方法を選んだために,時間がかかりました。シード教授の指導のもとで一連の実験を行った人はカナダ人の博士課程学生だったケネス・リー(Kenneth L. Lee)でした。彼は砂の密度・側圧(地表面下の深さに対応)・軸方向荷重(地震水平加速度の大きさに対応)などを広い範囲で変えた多くの実験を精力的に行い,その成果を長文の論文として1967年初めのASCEの論文集に発表しました1)

 少し時間はさかのぼりますが,新潟地震翌年の1965年に,シード教授を含む4人の米国の研究者から,来日してわが国の専門家との意見交換と新潟市の視察をしたいとの申し入れがありました。日本側はこれを快諾し“土の動力学に関する日米科学協力会合”という形で,東大土木工学科の最上武雄教授を含む相当数の日本人技術者が対応し,筆者もその末席を汚しました2)。まず東京での第一回会議で相互に資料を提供して説明した後,新潟市の液状化跡地を視察し,東京で第二回会議を行いました。まとめの討議のなかで,最上教授から「米国では液状化発生条件に関する定量的な研究は行われていますか?」という質問が出されました。それに対してシード教授は全くのポーカーフェイスで「まだやっていません。」と答えました。実はそれは真っ赤な嘘で,まさにその時は上記のケネス・リーが繰返し三軸試験を大車輪で行っていたはずなのです。しかし,研究のオリジナリティを守るのは常識であって,本音が聞けると思うほうが甘かったわけです3)。特許出願の準備をしている最中に商売敵に内容を漏らさないことと全く同じです。研究テーマの場合でもハイテク分野では同様でしょうが,建設分野の甘さが出たのかもしれません。

 その後シード教授は,数値解析の得意な研究者と協力し,新潟市の砂地盤の深さ方向の地震動によるせん断応力と液状化抵抗を比較して,被害の大小と地盤・地下水位の関係をうまく説明しましたが,たった8ページの前刷り4)と10分間の発表時間しか与えられないことを承知のうえで,わざわざ来日し,国際会議ではない日本地震工学シンポジウムで発表しました5)。これにはオリジナリティーの早期確立に労を惜しまない姿勢が表れていますが,それを見て大いにショックを受けたのが,当時建設省建築研究所におられた大崎順彦博士でした。“殴りこみ”とまで言われたかどうか定かではありませんが,まるで黒船の来航のように受け止めたようでした。新潟地震の調査にあれだけのエネルギーを傾注した日本人が初めにやるべきであったのに,ましてや自分が解析を得意としていただけに,鳶に油揚げをさらわれるように先を越されたことが残念だった様子でした。

 当時建設省建築研究所におられた小泉安則博士は,地震前後の標準貫入試験のN 値を比較することによって,液状化するかしないかの境目の値に相当する“限界N 値”なる概念を提唱しました。これは新潟市の地盤と1964年新潟地震の地震動にだけ適用できるものでしたが,シード教授はこれを一般化して,地震動によるせん断応力と初期有効応力の比とN 値の関係として提示しました。これはその後液状化簡易判定法として広く実務で使われるようになっています。

 さらにシード教授は,アラスカ地震の際の大規模な斜面崩壊が粘土層内に存在するレンズ状砂の液状化に起因するという仮説を立て,そのメカニズムを現場調査・室内実験・数値解析の結果から総合的に解明しました。名探偵が犯人を追い詰めるような鮮やかな語り口で,シード教授以外の著者だったら「大胆過ぎる」として保守的な論文審査員から採用を拒否されたかもしれません。

 私はシード教授より5歳ほど若かったのですが,1957年にシカゴで開かれたASCE年次大会の地盤工学のセッションで,吉見・シード・ビエラム(Bjerum)・スケンプトン(Skempton)6)の順に口頭発表した時から,亡くなる前年にシード教授とバークレーで面談するまで,30年以上にわたって直接,間接に接触を保ちました。上記の1965年以来の何回かの日米科学協力会合のほか,東京で開催された1977年の国際土質力学基礎工学会議の土の動力学に関するメーンセッションで私がゼネラルリポーター,彼がチェアマンを務めたことがありました。その後砂の凍結サンプリングに関して,シード教授と私が一字一句同じ題目の論文7)を発表したことを思い出します。この場合は私の論文のほうが4年ほど早く発表されましたが,シード教授の論文は別の切り口を示したもので,さすがと思わせるヒラメキがありました。

 間接的接触というのは,私の後継者である時松孝次氏(東工大教授)が2年間にわたって客員研究員(Visiting Scholar)としてシード教授に師事したことです。シード教授はかねがね論文を通して時松氏に注目していたらしく,バークレーでは“お出入り御免”の特別待遇を受けたようで,2年間に3編の論文と1編の討論8)を共著することになりました。年齢差を超えて互いに力を認め合う“つうかあの仲”だったと想像します。時松氏にとって被引用数のベスト3は,シード教授との共著論文だそうです。 


  1. Lee, K. L. and H. B. Seed: Cyclic stress conditions causing liquefaction of sand, Journal of Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, 1967, Vol. 93, No. SM1, 47-70
  2. 『土と基礎』,1965年10月号,46〜48
  3. 新潟視察の途中では会話を交わす機会がかなりありましたが,その際にも彼が今やっている研究には全く触れませんでした。
  4. Seed, H. B.: Soil liquefaction in the Niigata earthquake, 『日本地震工学シンポジウム講演集』,1966, 97104
  5. インターネットの無かった時代にシード教授がどのようにして会議の情報を得たかにも興味があります。
  6. 生粋のアメリカ人は一人もいません。
  7. Undisturbed sampling of saturated sands by freezing (Soils and Foundations, 1978; ASCE, 1982)
  8. シード教授による生涯たった二つの書面討論のうちの一つ