49 GROUND MOTION NEAR CAUSATIVE FAULT OF K I T A - T A N GO EARTHQUAKE OF 1927

(1)

49 GROUND MOTION NEAR CAUSATIVE FAULT OF KITA-TANGO EARTHQUAKE OF 1927

S. Yoshikawa* Y.T. Iwasaki** M. T a i * * * J. Matsuzaki***

S Y N O P S I S

T h e a u t h o r s d e s c r i b e t h e e s t i m a t e d c h a r a c t e r i s t s o f g r o u n d m o t i o n o n t h e b a s e r o c k n e a r t h e f a u l t in t h e c a s e o f K i t a - T a n g o E a r t h q u a k e , o c c u r r e d in s o u t h - w e s t o f J a p a n o n M a r c h 7, 1 9 2 7 ( M = 7 . 5 ) . T h e g r o u n d m o t i o n s a t t o p s u b s u r f a c e w e r e c a l c u l a t e d a s s u m i n g t h e c o n s t a n t p a r t i c l e v e l o c i t y a m p l i t u d e o f t h e s o u r c e s p e c t r a . T h e r e s p o n s e s p e c t r a l v a l u e s a t 1 1 s i t e s w i t h d i f f e r e n t d i s t a n c e s f r o m t h e f a u l t a r e f o u n d t o h a v e g o o d c o r r e l a t i o n w i t h t h e d a m a g e r a t i o o f t h e w o o d e n h o u s e s t r u c t u r e . T h e a s s u m e d b a s e r o c k m o t i o n n e a r t h e f a u l t m a y b e c o n s i d e r e d o n e o f t h e p o s s i b l e s o l u t i o n to d e s c r i b e i t s c h a r a c t e r .

I N T R O D U C T I O N :

G r o u n d m o t i o n s d u r i n g e a r t h q u a k e h a s b e e n d i s c u s s e d b y s e v e r a l r e s e a r c h e r s

(Seed 1 9 6 8 ) , H o u s n e r ( 1 9 6 9 ) , E s t e v a a n d V i l l a v e r d e (1973) a n d B r u n e (1976) f o r e n g i n e e r i n g p u r p o s e s . M o s t of t h o s e d a t a a r e b a s e d u p o n t h e s e i s m i c r e c o r d s o b t a i n e d a t r a t h e r l o n g d i s t a n c e f r o m t h e e p i c e n t e r s . A f e w a c c e l e r o g r a m s h a v e b e e n r e c o r d e d a t e p i c e n t r a l z o n e b y m i d d l e - s i z e d e a r t h q u a k e s a n d a r e c o n s i d e r e d f a r f r o m to g i v e t h e c o m p l e t e i m a g e o f n e a r f i e l d g r o u n d m o t i o n c h a r a c t - e r i s t i c s o f t h e l a r g e e a r t h q u a k e s . T h e p r e s e n t s t a t e o f t h e k n o w l e d g e o n t h e e a r t h q u a k e m e c h a n i s m h a v e r e s u l t e d in s o m e s u c c e s s o n u n d e r s t a n d i n g t h e f a r f i e l d s e i s m i c m o t i o n w i t h r a t h e r l o n g p e r i o d r a n g e ( E s h e l b y 1 9 5 7 , 1 9 6 3 ) , H a s k e t ( 1 9 6 9 ) , B r u n e ( 1 9 7 0 ) , K a n a m o r i ( 1 9 7 2 ) , A k i ( 1 9 7 2 ) ) . T h e f a u l t m o t i o n m a y b e s i m p l y i d e a l i z e d a s a r a m p f u n c t i o n o f d i s p l a c e m e n t w i t h t i m e f o r t h e f i r s t o r d e r a p p r o x i m a t i o n in t h e f a r f i e l d f r o m t h e f a u l t z o n e o r e p i - c e n t e r . H o w e v e r , t h e c o m p l e x n a t u r e o f t h e n e a r f i e l d s e i s m i c r e c o r d s o b t a i n e d so f a r h a v e b e e n f o u n d in d o u b t o f s u c h s i m p l i c i t y . K i t a - T a n g o E a r t h q u a k e o f 1 9 2 7 w h i c h is r a t h e r f a m o u s f o r i t s

c o s e i s m i c c r u s t a l d e f o r m a t i o n d u e t o f a u l t m o v e m e n t r e s u l t e d i n c a u s i n g g r e a t d a m a g e s o f s t r u c t u r e s n e a r f a u l t z o n e . T h e d e t a i l e d s t u d y o n t h e d a m a g e s a n d i t s d i s t r i b u t i o n n e a r t h e f a u l t w a s t r i e d t o c o r r e l a t e w i t h t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e n e a r f i e l d g r o u n d m o t i o n a s s o c i a t e d w i t h a n e a r t h q u a k e o f m a g n i t u d e 7 . 5 . T h e a u t h o r s d e s c r i b e s o m e e f f o r t s to u n d e r s t a n d t h e n e a r f i e l d m o t i o n b a s e d u p o n t h e

d i s t r i b u t i o n o f s t r u c t u r a l f a i l u r e a n d t h e c o m p u t e d r e s p o n s e s p e c t r a o f t h e g r o u n d s u r f a c e a s s u m i n g i n p u t b a s e r o c k m o t i o n w i t h s u b s u r f a c e l a y e r e d m o d e l s .

P r o f .^t D i s a s t e r P r e v e n t i o n R e s e a r c h I n s t . , K y o t o U n i v .

A c t i n g D i r e c t o r , G e o - R e s e a r c h ' I n s t . , O s a k a

R e s e a r c h S t a f f , G e o - R e s e a r c h I n s t . , O s a k a

K I T A - T A N G O E A R T H Q U A K E :

K i t a - T a n g o E a r t h q u a k e M = 7 . 5 (J.M.A.

m a g n i t u d e , M s ( s u r f a c e w a v e m a g n i t u d e ) = 7.75 (Geller (1976)) o c c u r r e d a t t h e n o r t h e r n p a r t o f K y o t o p r e f e c t u r e o n M a r c h 7, 19 2 7 . T h e e p i c e n t e r w a s e s t i m a t e d a s \ = 1 3 5 . 1 E a n d ijt = 3 5 . 6 N w i t h d e p t h o f h = 1 0 k m . T w o f a u l t s s y s t e m w e r e f o u n d to h a v e a s s o c i a t e d w i t h t h e e a r t h q u a k e p e r p e n d i c u l a r to e a c h o t h e r as s h o w n in F i g u r e 1 . G o h m u r a F a u l t is l e f t l a t e r a l s t r i k e s l i p i d e n t i f i e d as l o n g a s 18 k m

w i t h its d i r e c t i o n o f N N W - S S E . H o r i z o n t a l m o v e m e n t o f t h e f a u l t w a s f o u n d a s 2 7 0 c m a t t h e m a x i m u m p o i n t . D i p c o m p o n e n t w a s a l s o r e c o g n i z e d a s a h e a v e o f w e s t e r n b l o c k w i t h 8 0 c m r e l a t i v e to t h e o t h e r . Y a m a d a F a u l t w a s 7 k m o f l e n g t h a n d r i g h t l a t e r a l s t r i k e s l i p m o v e m e n t o f 8 0 c m w i t h a h e a v e of 7 0 c m o f n o r t h e r n b l o c k a g a i n s t t h e o t h e r b l o c k .

E a r t h q u a k e d a m a g e s w e r e r e p o r t e d as 1 2 , 5 0 0 w o o d e n h o u s e s i n c o m p l e t e c o l l a p s e , 3 , 7 0 0 h o u s e s in b u r n t d o w n a n d 2 , 9 0 0 p e r s o n s in d e a t h . T h e g r e a t d e a t h w a s s a i d d u e to t h e f i r e a c c i d e n t s f o l l o w e d b y c o l l a p s e s o f t h e h o u s e s b y t h e g r o u n d m o t i o n . T h e a r e a l d i s t r i b u t i o n o f t h e d a m a g e r a t i o o f w o o d e n h o u s e s t r u c t u r e r e p o r t e d b y T a n i g u c h i (1927) is s h o w n i n F i g u r e 2. T h e m o s t d a m a g e s w e r e f o u n d d e n s e l y c o n c e n t r a t e d n e a r t h e t w o f a u l t l i n e s . C r u s t a l d i s p l a c e m e n t d u e t o t h e e a r t h q u a k e w a s o b t a i n e d b y c o m p a r i s o n b e t w e e n p r e - a n d p o s t - e a r t h q u a k e l a n d s u r v e y s is s h o w n in F i g u r e 3. It w a s f o u n d t h e m a x i m u m d i s p l a c e m e n t o f t h e g r o u n d a t t h e f a u l t l i n e a n d d e c r e a s e s w i t h t h e d i s t a n c e f r o m t h e f a u l t . G E O L O G Y OF T H E A R E A :

T h e b a s e r o c k o f t h e m o s t p a r t o f t h e a r e a is g r a n i t e c o v e r e d w i t h q u a r t e r n a r y s a n d a n d c l a y f o r m a t i o n s a s s u b s u r f a c e l a y e r e x c e p t t h e n o r t h e r n p a r t o f A m i n o z o n e w h e r e t h e t e r t i a r y s a n d a n d m u d s t o n e f o r m a t i o n s a r e f o u n d b e l o w t h e q u a r t e r n a r y l a y e r s . T h e q u a r t e r n a r y f o r m a t i o n s a r e m o s t l y a l l u v i a l s o f t l a y e r s d e p o s i t e d a l o n g t h e t h r e e r i v e r b a s i n s in t h e a r e a . T h e s e

B U L L E T I N O F T H E N E W Z E A L A N D N A T I O N A L S O C I E T Y F O R E A R T H Q U A K E E N G I N E E R I N G V O L 1 3 . N O 1 M A R C H 1 9 8 0

(2)

Fig. 1 T w o f a u l t system in K i t a - T o n g o E a r t h q u a k e IVM7.5 o n M a r c h 7 , 1 9 2 7

Tango Earthquake Mar. 7. 1927 M = 7.5

10 km

SEA OF JAPAN

a- SUKI b- SUNAKATA c- TAWARANO d- HIRATA e- UZUNO f- KANNO g- KOZAN h- KUMIHAMA i- TAIZA

A- SHIMOOKA B- TAKAHASHI C- GO D- ISHIMARU E- AKASAKA F- MINEYAMA G- SUGA H- NINBARI I- OBAMA J- TORIMIZOGAWA K- AMINO L- NAGAOKA M- ASAMOGAWA N- TANBA 0- SHIMATORI P- MITSU Q- HASHIKI R- ZENOZI S- KUCHIONO T- OKUONO U- HAMAZUME V- KIZU W- NAIKI X- ARAYAMA Y- SHINMACHI

Z- KOBE

YAMADA FAULT A- ITSUTSUZI B- YOTSUZI C- ISHIKAWA D- IWATAKI E- AKESHI F- MIGOCHI G- TSUNEYOSHI H- OTOKOYAMA I- KAYA J- KIZU K- EZIRI L- MONZHU M- MIYAZU

The number in circle multiplied by 10 equal the damage ratio in persentage.

Fig. 2 T h e d i s t r i b u t i o n of t h e damage ratio o f w o o d e n house structure re- p o r t e d by Taniguchi ( 1 9 2 7 ) .

10

Scale

displacement Fig. 3 Crustral displacement d u e t o t h e earthquake b y comparison b e t w e e n pre- and post-earthquake land survey b y Tsuboi ( 1 9 3 0 ) .

(3)

51

1 . T a k e n o ; 2. F u k u d a a n d 3. N o d a r i v e r b a s i n s .

T h e s t r u c t u r e s of t h e s u b - s u r f a c e l a y e r s a n d i t s d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s h a v e b e e n r e c o g n i z e d to h a v e g r e a t e f f e c t s to t h e e a r t h q u a k e d a m a g e s . T h e s t r u c t u r e o f t h e s u b s u r f a c e g r o u n d f o r t h e a b o v e t h r e e b a s i n s a r e e s t i m a t e d b a s e d u p o n t h e 1 9 4 b o r i n g l o g s . T h e d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s a r e o b t a i n e d by P- a n d S - w a v e s r e f r a c t i o n s u r v e y a n d m i c r o - t r e m o r m e a s u r e m e n t s . S U B S U R F A C E S T R U C T U R E :

T h e t o t a l o f 194 b o r i n g l o g s a t 69 s i t e s w h i c h c o v e r s t h e m o s t p a r t o f t h e s e t h r e e z o n e s a r e u s e d to e s t i m a t e g e o l o g i c a l s e c t i o n s a n d c o n t o u r l i n e o f s u b s u r f a c e t h i c k n e s s in t h e a r e a . T h e b o r i n g s l o g s u s e d i n t h i s "study h a d b e e n o b t a i n e d a t t h e e s i g n s t a g e s f o r f o u n d a t i o n s of b u i l d i n g s o r c i v i l e n g i n e e r i n g s t r u c t u r e s . T h e d a t a c o n t a i n t h e l e v e l s a n d t h e t h i c k n e s s o f t h e s u b s u r f a c e l a y e r s i d e n t i f i e d b a s e d u p o n t h e t e r m s o f s o i l m e c h a n i c s w i t h s t a n d a r d p e n e t r a t i o n v a l u e s . T h e c o n t o u r l i n e o f e s t i m a t e d t h i c k n e s s of t h e s u b s u r - f a c e g r o u n d is s h o w n in F i g u r e 4 w i t h t h e v i l l a g e d i s t r i b u t i o n in t h e a r e a a t t h e t i m e o f t h e e a r t h q u a k e . T y p i c a l s u b s u r f a c e g e o l o g i c a l s e c t i o n i n e a c h z o n e is s h o w n i n F i g u r e s 5 - 7 a l o n g t h e l i n e s o f A , B a n d C g i v e n in F i g u r e 4.

T h e F u k u d a r i v e r b a s i n z o n e ( S e c t i o n A ) h a s r a t h e r d e e p a l l u v i u m s a n d a n d c l a y l a y e r as s u b s u r f a c e g r o u n d w i t h t h i c k n e s s o f 3 0 - 4 0 m e t e r s d e p o s i t e d o n t h e t e r t i a r y s a n d r o c k f o r m a t i o n . T h e s u r f a c e l a y e r s a r e c o n s i d e r e d to b e c o n t i n u o u s b u t t h e w e s t w e s t p a r t of t h e b a s i n is f o u n d to h a v e t h i c k s o f t c l a y l a y e r c o m p a r e d to t h e e a s t s i d e . I n T a k e n o r i v e r b a s i n , t h e s h a l l o w a l l u v i u m s a n d l a y e r o f 1 0 m t h i c k n e s s c o v e r s o n t h e g r a n i t i c b a s a r o c k . S . T . P . v a l u e o f t h e s a n d l a y e r r a n g e s f r o m 10 to 20 o f m e d i u m d e n s i t y . N o d a r i v e r b a s i n a r e a

is c o v e r e d w i t h l o o s e s a n d , s o f t c l a y a n d m e d i u m d e n s e s a n d l a y e r s f r o m t o p s u r f a c e t o b o t t o m g r a n i t i c b a s e r o c k .

T h e a l l u v i u m s a n d l a y e r s a r e d i v i d e d i n t o t w o d i f f e r e n t l a y e r s ;

1 . V e r y l o o s e s a n d l a y e r to S . T . P . l e s s t h a n 5;

2. m e d i u m d e n s e s a n d l a y e r o f S . T . P . r a n g e s f r o m 10 t o 2 0 . T h e m o s t c l a y l a y e r s a r e f o u n d to s h o w S . T . P . of 2 to 3. In e a s t s i d e o f F u k u d a r i v e r b a s i n , t h e s t i f f c l a y o f d i l l u v i u m l a y e r is f o u n d t o h a v e S . T . P . 6 to 2 5 . S E I S M I C R E F R A C T I O N S U R V E Y :

S e i s m i c r e f r a c t i o n s u r v e y w a s c a r r i e d o u t a t s e v e r a l s i t e s s h o w n in F i g u r e 4 to

o b t a i n d y n a m i c r i g i d i t y as w e l l a s Y o u n g ' s m o d u l u s of e a c h l a y e r , a s i m p l e s h e a r w a v e s o u r c e w a s u s e d to g e n e r a t e S H - w a v e

( h o r i z o n t a l l y p o l a r i z e d w h e a r w a v e ) for r e f r a c t i o n s u r v e y . T h e r e s u l t s a r e s u m m a r i z e d in T a b l e 1. C o m p a r i n g t h e s e i s m i c s u r v e y s a n d t h e s u b s u r f a c e

g e o l o g i c a l s e c t i o n s , t h e s h e a r w a v e v e l o c i t y for e a c h l a y e r w e r e e s t i m a t e d a s f o l l o w s ;

a l l u v i u m c l a y l a y e r a l l u v i u m s a n d l a y e r d i l u v i u m c l a y l a y e r d i l u v i u m s a n d a n d

g r a v e l l a y e r

1 3 0 - 1 5 0 m / s e c . 1 4 0 - 2 5 0 m / s e c . 2 0 0 - 2 5 0 m / s e c . 3 9 0 - 4 0 0 m / s e c . b a s e r o c k ( w e a t h e r e d ) 7 0 0 - 9 5 0 m / s e c . T h e s e s h e a r w a v e v e l o c i t i e s a r e c o n s i d e r e d for v e r y s m a l l s t r a i n r a n g e s o f io~4 - 1 0 ~⁵% a n d w e r e u s e d to r e p r e s e n t t h e d y n a m i c r i g i t i e s f o r t h e s u b s u r f a c e l a y e r s u n d e r v e r y s m a l l s h e a r s t r a i n . M I C R O - T R E M O R M E A S U R E M E N T S :

M i c r o t r e m o r s w e r e m e a s u r e d a t s e v e r a l s i t e s w h e r e t h e v i l l a g e h a d b e e n a n d

s u f f e r e d f r o m s o m e e a r t h q u a k e d a m a g e s . T h e m o s t v i l l a g e s w e r e d e v e l o p e d a l o n g t h e m o u n t a i n f o o t s i d e s o n t h e a l l u v i u m

g r o u n d .

T h e m i c r o t r e m o r s w e r e o b s e r v e d a t s e v e r a l p o i n t s a l o n g a l i n e a t a s i t e p e r p e n d i c u l a r to t h e m o u n t a i n f o o t to

d e t e c t a n y p a r t i c u l a r d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s d u e t o t h e s l o p i n g b a s e r o c k c o n d i t i o n .

T h e n a t u r a l p e r i o d s o f t h e w o o d e n h o u s e s t y p i c a l in t h e a r e a w e r e a l s o s t u d i e d b y m e a s u r i n g m i c r o t r e m o r s o f t h e t o p f l o o r as w e l l as t h e b a s e g r o u n d o f t h e s t r u c t u r e .

P o w e r s p e c t r a o f t h e m e a s u r e d m i c r o t r e m o r s w e r e c o m p u t e d a n d a r e s h o w n

in F i g u r e s 8 - 1 0 . T h e p r e d o m i n a n t f r e - q u e n c i e s of t h e s p e c t r a v a r y f r o m 2Hz a t t h e a l l u v i u m g r o u n d to 1 0 H z a t t h e m o u n t a i n f o o t s i t e . T H e n a t u r e o f t h e m i c r o t r e m o r in g e n e r a l is o f g r e a t i n t e r e s t a n d h a v e r e s u l t e d in s o m e d i s c u s s i o n s (The S e i s m i c E x p l o r a t i o n G r o u p o f J a p a n ( 1 9 7 6 ) ) .

T h e c o m p a r i s o n o f t h e p r e d o m i n a n t f r e q u e n c i e s b e t w e e n t h e f i e l d m e a s u r e d a n d t h e e x p e c t e d v a l u e c o m p u t e d a s o f s h e a r w a v e m u l t i - r e f r a c t i o n w e r e f o u n d i n g o o d a g r e e m e n t . B a s e d u p o n t h i s m e a s u r e d r e s u l t , t h e m i c r o t r e m o r i n t h i s s t u d y m a y b e c o n c l u d e d as o f t h e m o d e o f m u l t i -

r e f l e c t i o n . It m a y b e f u r t h e r c o n s i d e r e d to h a v e c o n f i r m e d t h e a p p r o p r i a t e n e s s o f t h e e s t i m a t e d s u b s u r f a c e s e c t i o n s b a s e d o n b o r i n g d a t a a n d i t s s h e a r w a v e v a l u e f o r e a c h l a y e r . T h e e f f e c t of s l o p i n g b a s e r o c k c o n d i t i o n w a s f o u n d to r e s u l t in o n l y i n c r e a s i n g f r e q u e n c y v a l u e w i t h d e c r e a s e of t h i c k n e s s o f t h e s u b s u r f a c e l a y e r .

B a s e d u p o n t h e s t u d i e s o n t h e g r o u n d c o n d i t i o n s in t h e a r e a , 1 1 s o i l l a y e r e d m o d e l s w e r e c o n s i d e r e d a s a p p r o p r i a t e t o r e p r e s e n t 27 s i t e c o n d i t i o n s w i t h e a r t h - q u a k e d a m a g e s a s s h o w n i n F i g u r e

(4)

ENO-RIVER

FUKUDAi

GOH-MURA FAULT

village distribution contour line of the sub- surface thickness (m) fault

site for refraction seismic survey

© ~ ©^{s i t e} ^^{o r} microtremor measurements

I

C denotes geological

sections shown in Fig.5-7.

Scale for map 0 1 2 5 (km)

YAMADA

(IDA-RIVER

Fig. 4 C o n t o u r line of thickness of surface ground and sites of geotechnical survey

Fig. 5 T y p i c a l geological section in Fig. 4 along the line B in T a k e n o river basin.

4 0 r

2 0

500 Fig. 6 T y p i c a l geological section in

Fig. 4 along t h e line A in F u k u d a river basin.

NODA J A H A D A - r i v e r

tM.'l'- 3

ISHIKAl/A

s c a l e

500 ^{( m )}

Fig. 7 T y p i c a l geological section in Fig. 4 along t h e Line C in N o d a River basin.

(5)

( ) is obserbed predominant frequency.

'^L - - 800

0^_ ,100 ,200 300 («)

Fig. 9 Power spectra o f the measured m i c r o t r e m o r s in A M I N O ( 1 site, see Fig. 4 ) .

T A B L E 1 - P and S wave velocity obtained b y in-situ refraction seismic m e t h o d .

(a) Noda-river, Takeno-river

Sublayer - S -wave

m/sec.

P -wave

m/sec. Poison ratio N value alluvium sand 1 4 0 - 1 5 0 3 0 0 - 400 0.43 - 0.33 2 - 5

diluvium sand 390 - 400 1600 - 1900 0.47 20 - 50

base rock weathered

700 - 950 3000 - 5000 > 50

(b) Fukuda-river

alluvium sand 2 1 0 - 2 5 0 440 - 530 0.41 - 0.26 1 0 - 2 0

alluvium clay 130 1700 - 2300 2 - 3

base rock (weathered)

700 > 50

( ) is obserbed predominant frequency.

is theoretical predominant (6.3,5.9Hz)

Fig. 8. Power spectra of the measured m i c r o t r e m o r s in N A I K I ( 3 site, see Fig. 4 )

(6)

54

T h e n a t u r a l p e r i o d o f t h e w o o d e n h o u s e s w e r e f o u n d to h a v e a b o u t 0.3 s e c . w h i c h is r a t h e r c o m m o n v a l u e for J a p a n e s e w o o d e n f r a m e d h o u s e s .

D A M A G E S A N D S U B S U R F A C E C O N D I T I O N

T h e s t r u c t u r a l d a m a g e s b y t h e e a r t h q u a k e w a s r e p o r t e d b y T a n i g u c h i (1927) a n d K y o t o p r e f . ( 1 9 2 7 ) . T h o s e d a m a g e s n e a r t h e f a u l t a r e a m a y b e g r o u p e d i n t o f o u r d i f f e r e n t t y p e s of s t r u c t u r e s a s -

1. w o o d e n h o u s e (most of t h e m a r e t w o s t o r e y h o u s e s ) ;

2. s h r i n e of b i g w o o d e n s t r u c t u r e ; 3. T o r i i s t r u c t u r e (Gate o f s h r i n e u s u a l l y m a d e f r o m s t o n e c o l u m n s s u p p o r t i n g d o u b l e l a y e r e d h o r i z o n t a l s t o n e b e a m s a n d 4. t e x t i l e f a c t o r y o f r a t h e r

s i m p l e a n d e c o n o m y t y p e of s t r u c t u r e .

T h e s e d a m a g e s a r e p l o t t e d a g a i n s t t h e d i s t a n c e f r o m t h e f a u l t s in F i g u r e T h e t h i c k n e s s of t h e s u b s u r f a c e l a y e r is a l s o s h o w n in t h e l o w e r p a r t o f t h e s a m e f i g u r e s . It is n o t e d t h a t t h e d a m a g e s a r e d e n s e l y d i s t r i b u t e d n e a r t h e f a u l t s a n d r a p i d l y d e c r e a s e d w i t h t h e d i s t a n c e . In t h e f i g u r e , t h e d a m a g e s a r e e x p r e s s e d by d a m a g e r a t i o d e f i n e d a s a r a t i o of t h e n u m b e r o f c o m p l e t e l y c o l l a p s e d s t r u c t u r e s to t h e t o t a l n u m b e r of t h e s a m e k i n d s t r u c t u r e s in t h e a r e a .

T h e t h i c k n e s s o f t h e s u b s u r f a c e l a y e r s v a r i e s f r o m 2 to 4 0 m e t e r s . It s e e m s t h a t t h e t h i c k n e s s o f t h e l a y e r h a s l e s s e f f e c t s t h a n t h e d i s t a n c e f r o m t h e f a u l t s o n t h e e a r t h q u a k e d a m a g e s .

T h e w o o d e n h o u s e s h a v e t h e n a t u r a l p e r i o d o f a b o u t 0.3 s e c . for s m a l l a m p l i - t u d e v i b r a t i o n s . H o w e v e r , e x p e r i m e n t a l r e s u l t s h a v e b e e n r e p o r t e d t h e i n c r e a s e o f t h e p e r i o d f r o m 0.3 to a b o u t 0.5 - 1.0 s e c . w h e n t h e s t r u c t u r e s w a s f o r c e d i n t o f a i l u r e u n d e r c y c l i c l o a d i n g c o n d i t i o n . T h e n a t u r a l p e r i o d o f t h e s h r i n e is e s t i m a t e d as m u c h l o n g e r t h a n t h a t of w o o d e n h o u s e b e c a u s e of t h e m u c h l a r g e r w o o d e n f r a m e d s t r u c t u r e o f s h r i n e c o m p a r e d to t h e h o u s e . T o r i i is b a s i c a l l y t a l l r i g i d s t r u c t u r e w i t h v e r y s h o r t n a t u r a l p e r i o d . T h e t e x t i l e f i r m s t r u c t u r e w a s w o o d e n o n e f l o o r s t r u c t u r e w i t h l a r g e s p a c e a n d w a s c o n s i d e r e d t o h a v e r a t h e r l o n g p e r i o d t h a n w o o d e n h o u s e .

T h e p a t t e r n o f t h e d a m a g e d i s t r i b u t i o n w i t h t h e d i s t a n c e f r o m t h e f a u l t s w e r e f o u n d n o t s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t f r o m e a c h o t h e r w i t h d i f f e r e n t n a t u r a l p e r i o d s . T h i s m i g h t i m p l y t h a t t h e g r o u n d m o t i o n o f t h i s e a r t h q u a k e n e a r t h e f a u l t s c o n t a i n s a w i d e r a n g e o f f r e q u e n c y c o m p o n e n t to c a u s e f a i l u r e o f v a r i o u s s t r u c t u r e s . T h e f a i l u r e o f t h e s e w o o d e n f r a m e s t r u c t u r e s w a s c o n s i d e r e d to d e p e n d o n t h e r e l a t i v e d i s p l a c e m e n t r e s p o n s e v a l u e . T o r i i m i g h t b e c a u s e d b y t h e g r o u n d a c c e l e r a t i o n d u e t o i t s r i g i d s t r u c t u r e s . T h e v a l u e o f t h e r e l a t i v e d i s p l a c e m e n t r e s p o n s e to

c a u s e f a i l u r e of w o o d e n f r a m e s t r u c t u r e h a v e b e e n e s t i m a t e d b y e x p e r i m e n t a l s t u d y

(.Saita 1 9 3 9 ) .

7 - 1 0 cm i n i t i a l f a i l u r e o f t h e s t r u c t u r e ;

20 c m c o m p l e t e c o l l a p s e . T h e f o l l o w i n g s e c t i o n d e s c r i b e s t h e e s t i m a t i o n of t h e b a s e r o c k m o t i o n a n d t h e c o m p a r i s o n o f t h e c h a n g e of r e s p o n s e s p e c t r a a t t h e t o p s u r f a c e o f t h e g r o u n d a n d t h e d a m a g e r a t i o d i s t r i b u t i o n w i t h d i s t a n c e f r o m t h e f a u l t s .

T H E A S S U M E D B A S E R O C K M O T I O N

R e c e n t t h e o r e t i c a l s e i s m o l o g y h a v e e n a b l e d t h e e s t i m a t i o n o f t h e t i m e h i s t o r y o f t h e g r o u n d m o t i o n b a s e d u p o n d i s l o c a t i o n o f t h e f a u l t m o d e l . H o w e v e r , t h e p r e s e n t a p p l i c a b i l i t y o f t h i s

a p p r o a c h s e e m s to b e l i m i t e d w i t h i n t h e l i m i t e d f r e q u e n c y r a n g e . T h e g r o u n d m o t i o n d u e to b o d y w a v e o r s u r f a c e w a v e s w i t h a r a n g e of p e r i o d l o n g e r t h a n a f e w s e c o n d s h a v e s h o w n g o o d r e l a t i o n b e t w e e n t h e o b s e r v e d a n d t h e c o m p u t e d t i m e h i s t o r i e s . S e i s m i c m o t i o n s w i t h p e r i o d l e s s t h a n 1 s e c , w h i c h a r e s u p p o s e d to p l a y a m a i n r o l e in c a u s i n g d a m a g e s , a r e c o n s i d e r e d as d i f f i c u l t to b e e s t i m a t e d by s i m p l e f a u l t m o v e m e n t .

G r o u n d m o t i o n c h a r a c t e r i s t i c s h a v e a l s o b e e n d e s c r i b e d in f r e q u e n c y r a t h e r t h a n in t i m e d o m a i n . H a s k e l (1966) a n d A k i (1967) p r o p o s e d t h e f r e q u e n c y s p e c t r a of g r o u n d m o t i o n a t s o u r c e r e g i o n of e a r t h q u a k e b a s e d u p o n s t o c h a s t i c a s s u m p t i o n o f t h e f a u l t m o v e m e n t s .

S i n c e t h e n e a r - f i e l d m o t i o n is t o o c o m p l e x to b e e x p r e s s e d by a s i m p l e e q u a t i o n in t i m e d o m a i n , t h e a u t h o r s a s s u m e d p o s s i b l e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e m o t i o n in f r e q u e n c y r a n g e a n d u s e d t h e m to e s t i m a t e t h e g r o u n d m o t i o n n e a r t h e f a u l t a s a g u i d e r u l e .

T h e p a r t i c l e v e l o c i t y a s s o c i a t e d w i t h s h e a r m o v e m e n t in r o c k m a y b e

r e l a t e d w i t h i t s s h e a r s t r a i n a s f o l l o w s : v = Y x c

w h e r e ; v^: p a r t i c l e v e l o c i t y Y : s h e a r s t r a i n

c : s h e a r w a v e v e l o c i t y i n r o c k S h e a r w a v e v e l o c i t y is c o n s t a n t i n a s p e c i f i e d r o c k . If t h e p o s s i b l e s h e a r s t r a i n a m p l i t u d e h a s its m a x i m u m v a l u e , w h i c h is u s u a l l y t r u e f o r r o c k a n d t h e v a l u e m a y r a n g e o n t h e o r d e r o f 1 0 " ^ , t h e a b o v e e q u a t i o n s a y s t h a t t h e p a r t i c l e v e l o c i t y is l i m i t e d a n d h a s a m a x i m u m v a l u e . T h e s h e a r w a v e v e l o c i t y o f t h e g r a n i t i c b a s e r o c k i n t h e f a u l t a r e a m a y h a v e a v a l u e o f a b o u t 30 0 0 m / s e c . a n d

t h e s h e a r s t r a i n a t f a i l u r e m a y b e i n t h e o r d e r o f 1 0 " ^ . T h u s t h e m a x i m u m p a r t i c l e v e l o c i t y c o u l d b e e s t i m a t e d in t h e r a n g e o f a b o u t 30 c m / s e c .

S t u d y o f f a u l t p a r a m e t e r s b y t h e

(7)

55

o o o

r— CM CO

•

^*

'

• H o

4-1 CO

CD 5 ^ o _OOm _{oo oo} o o o _vD _{0 0} Ô_vO o _{oo m}Ô o _<H ^{O O}_{CM CM}c o _m_CO^LO_{m m iH}o o o o _{i H} _{i H}Ô o _{r H} e to

e J J O r H 4-1 CO

o CO ^ o ^{i H}^«H^{t H} ^{r H} ^rH ^CM ^CO ^CO ^co^ON ^{co co} m m vo O ^CTi ^CTv

s^{u ^} ^rH

CO 3

4J B

CO 42

• H O

q

a <

<l IS

a ^f—ⁱ

o <J ^o4 o

h-t

N

^i—f

H

^o

CO o

o o GA <d MI _H _H <3

N & s

^{^} TA _{O O}

0) W m ^W o ^{JS pq} ^M • pa ^N ^{fed ^} ^p CO < j 25

4-1 M !25 o ^1—1 ^Pi ^CO ^{I H} ^{M < !} ^(S3^M ^H IS ^CO

•H SJ ^H ^tH ^CO pg <q O <C < f2 w EC w < O ^IH^IS)

C/3 CO s CO O EH E-t CO H S3 ^CO^{S H} 33

< J pa

3

^M ^{• H} ^{B > s} ^XI^'a^<H

0) u

CO U T3

3 C i H r H CM m ^CO o ^{r H}

W D 11) t H i H

O T 3

3 J-. O o w a s 25

^ SI Ol

^{r H}

o o f o>^CO I

CO rH

o o ml o rHl^{0 0}

o o ml o

CM J CO

42

4a

H E CO D

«# 03

a a CO

c CO

•a o 2

2

J3 3

Wooden house

?!

R

»l li.

i|!q iii i

? ? ?

p i

9 9^ ?! 9

,16

Distance from th^ Fault

o Shrine sturucture

j5 J J J H .

Distance from the Fault (km)

(m) 4 0J

40 0 1

«(%)

pi

s

Q

0 - -

u q CO u

^ TH 3 4a

CO

H

2 0

Torii structure

o 9?

;5

4

¹⁰

Ditance from the Fault (km)

4 0^J

H

0) CO

I

P

CO CO

^ 2 C H

CD O

f

Textile factory

,10

Distance from the Fault (km)

Fig. 12 T h e change o f D a m a g e R a t i o w i t h t h e distance f r o m t h e f a u l t f o r d i f f e r e n t structures

(8)

5 10 Distance from the Fault (km) Fig. 13 Decrease of the amplitude of seismic motion with distance from the fault line based upon dis- location theory applied for Kita-Tango Earthquake

D i s t a n c e f r o m t h e F,m I tO ( k m )

P e r i o d ( a e . )

Fig, 14 Computed decrease of velocity amplitude against its period with parameters of distance from the fault.

I'.O

0.5

Dampin B

20

(*) 10

10" 10" -4 1 0^{_ J} Shear strain

10"

Fig. 15 Strain-dependent properties of soil.

TABLE 2 - The computed maximum accelerations at the top surface for Gomura Fault

Maximum Site Subsurface Distance from

Computed Maximum

Response Displacement No. the fault Acclereation a5<T<10 sec.

(km) (G) (cm)

MINEYAMA,

MINBARI, SUGE 2 1 1.32 19.9

AKASAKA,

ISHIMARU 8 1 1.36 19.7

AMINO 3 1 0.28 17.4

ASAMOGAWA 4 1 0.46 15.5

OBAMA 5 2 0.19 9.07

NAIKI, ARAYAMA 9 3 1.45 10.9

HASHIKI 8 3 1.23 10.8

TANBA 6 3 1.00 11.5

TORIMIZUGAWA 7 3 0.99 11.6

HAMAZUME 9 4 1.27 9.2

KIZU, SHIMATORI,

MITSU 9 5 1.05 7.5

TAWARANO 9 6 0.95 6.7

SUNAKATA, TAIZA 8 9 0.50 5.0

UZUNO, KANNO 9 9 0.73 5.1

HIRATA 11 9 0.46 5.7

KOZAN 10 10 0.20 14.1

Damping Ratio = 10 %

100 (%)

O denote damaged ratio by Taniguchi(1927).

A denote damaged ratio by Kyoto Pref. (1927).

(km) Distance from the Fault

Fig. 16 The change of displacement response value and damage ratio with the distance from the fault

/

Damping Ratio = 1 0 %

.r:

10 20 _(cm)

Displacement Response value Fig. 17 Relationship between damage ratio and dis- placement response.

(9)

57

c o m p a r i s o n o f c o m p u t e d a n d r e c o r d e d m o t i o n s for r a t h e r l o n g p e r i o d s ( I c h i k a w a (1971) o n t h e K i t a - T a n g o E a r t h q u a k e s h o w e d t h a t t h e t o r a l d i s p l a c e m e n t of t h e o n e s i d e f r o m t h e o r i g i n a l p o s i t i o n w a s 1 5 0 c m a n d t h e r i s e t i m e r e q u i r e d to c o m p l e t e t h e s l i p m o v e m e n t w a s 6 s e c . r e s u l t i n g in a p a r t i c l e v e l o c i t y o f 2 5 c m / s e c . C o n s i d e r - ing t h e a b o v e r e s u l t s o f t h e a n a l y s i s , t h e p a r t i c l e v e l o c i t y w a s a s s u m e d to h a v e i t s s p e c t r a l a m p l i t u d e c o n s t a n t for f r e q u e n c y r a n g e s c o n c e r n e d in t h e s o u r c e r e g i o n . T h i s p r e s e n t s t u d y f u r t h e r a s s u m e s t h a t t h e s p e c t r a l a m p l i t u d e s of a g i v e n f r e q u e n c y a r e t h o s e w h i c h w i l l b e c o m p u t e d b y f i l t e r i n g a t i m e h i s t o r y o f p a r t i c l e v e l o c i t y .

T h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e b a s e r o c k m o t i o n a w a y f r o m t h e f a u l t m a y b e o b t a i n e d i n t r o d u c i n g s o m e s p a c e r a d i a t i n a l d a m p i n g a s w e l l as m a t e r i a l d a m p i n g d u r i n g t h e w a v e p r o p a g a t i o n a p p l i e d to t h e

c o n s t a n t v e l o c i t y a m p l i t u d e n e a r .the s e i s m i c s o u r c e r e g i o n . T h e s p a c i a l d a m p i n g

w a s a s s u m e d as t h e s a m e a s t h e d e c r e a s e o f t h e a m p l i t u d e o f d i s p l a c e m e n t w i t h d i s t a n c e f r o m t h e f a u l t w h i c h w a s c o m p u t e d b y d i s l o c a t i o n f a u l t m o d e l a p p l i e d for t h e K i t a - T a n g o E a r t h q u a k e . T h e c o m p u t e d a m p l i t u d e s a t s e v e r a l p o i n t s a w a y f r o m t h e f a u l t l i n e w e r e n o r m a l i z e d b y d i v i d i n g b y t h a t o f f a u l t p l a n e a n d s h o w n in F i g u r e T h e a s s u m e d f a u l t p a r a m e t e r s to r e p r e s e n t t h e G o h m u r a f a u l t m o v e m e n t d u r i n g t h e K i t a - T a n g o E a r t h q u a k e a r e a s f o l l o w s : F a u l t d i m e n s i o n ; l e n g t h 36 k m

w i d t h 13 k m S l i p v e l o c i t y ; 25 c m / s e c . S l i p d i s p l a c e m e n t ; 3.0 m R i s e t i m e ; 6.0 s e c . T h e m a t e r i a l d a m p i n g w a s a s s u m e d a s v i s c o u s c h a r a c t e r i s t i c s e x p r e s s e d b y V o i g t m o d e l a s f o l l o w s ;

e x p - B — R w h e r e

Q c

p a r t i c l e v e l o c i t y a m p l i t u d e a t d i s t a n c e R r e f e r e n c e v e l o c i t y

a m p l i t u d e a t s o u r c e (R=0) v i s c o u s c o n s t a n t (=1/2Q) q u a l i t y f a c t o r

v e l o c i t y o f t h e s e i s m i c w a v e i n t h e r o c k

T h e m a t e r i a l d a m p i n g e f f e c t s o n t h e a m p l i t u d e c h a n g e d u r i n g w a v e p r o p a g a t i o n w a s e s t i m a t e d b y t h e a b o v e e q u a t i o n

a s s u m i n g = 25 c m / s e c , c = 3, 0 0 0 m / s e c . a n d Q = 2 0 0 . T h e c o m b i n e d e f f e c t s

c o m p u t e d a n d t h e e s t i m a t e d a m p l i t u d e a r e s h o w n in F i g u r e a g a i n s t i t s f r e q u e n c y w i t h p a r a m e t e r o f t h e d i s t a n c e f r o m t h e f a u l t .

T h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e b a s e r o c k m o t i o n is t h u s a s s u m e d a n d t h e b a s e r o c k m o t i o n a s a n i n p u t t o c o m p u t e s u b s u r f a c e r e s p o n s e w a s o b t a i n e d b y t h e f o l l o w i n g p r o c e d u r e o f m o d i f y i n g t h e t i m e h i s t o r y o f s t r o n g m o t i o n r e c o r d e d a t S a n F e r n a n d E a r t h q u a k e .

T h e a c c e l e r a t i o n r e c o r d o f t h e L a k e -

H u g h e s #4 N S - c o m p o n e n t (S21W) b y t h e S a n F e r n a n d E a r t h q u a k e , F e b r u a r y 9, 1 9 7 1 , is t h o u g h t to b e a p p r o p r i a t e to u s e b e c a u s e o f t h e r e c o r d o n t h e r o c k a n d h a v i n g t h e n e a r f i e l d c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e e p i c e n t r a l d i s t a n c e o f 29 k m . T h e t i m e h i s t o r y o f t h e p a r t i c l e v e l o c i t y w a s c o m p u t e d f r o m t h e a c c e l e r a t i o n r e c o r d t h r o u g h i n t e g r a t i o n . T h e n t h e a m p l i t u d e c h a n g e w i t h t i m e f o r a s p e c i f i e d

f r e q u e n c y is c o m p u t e d b y d i g i t a l f i l t e r i n g t e c h n i q u e . T h u s o b t a i n e d a m p l i t u d e h i s t o r y f o r e a c h f r e q u e n c y is m o d i f i e d in s u c h a w a y t h a t t h e m a x i m u m a m p l i t u d e in t h e t i m e h i s t o r y is m o d i f i e d a s t h e s a m e a m p l i t u d e as is s p e c i f i e d i n F i g u r e 1 4 a t a d i s t a n c e f r o m t h e f a u l t . T h e m o d i f i e d a m p l i t u d e h i s t o r y f o r e a c h f r e q u e n c y is t h e n s y n t h e s i z e d t o c o m p o s e a t i m e h i s t o r y o f t h e b a s e r o c k p a r t i c l e v e l o c i t y a t t h e s p e c i f i e d d i s t a n c e f r o m t h e f a u l t a t K i t a - T a n g o E a r t h q u a k e . T h e s e c o m p u t e d t i m e h i s t o r i e s b a s e d o n t h e L a k e - H u g h e s #4 r e c o r d w e r e u s e d a s b a s e r o c k m o t i o n to c o m p u t e t h e r e s p o n s e o f t h e t o p of t h e s u b s u r f a c e g r o u n d .

I n t h i s s t u d y , t h e d a m a g e d s i t e o f o n l y n e a r t h e G o h m u r a f a u l t w e r e

a n a l y s e d a n d s h o w n b e c a u s e it w a s t h o u g h t b e t t e r t o m a k e a s e p a r a t e a n a l y s i s o f t h e d a m a g e e f f e c t s n e a r t h e G o h m u r a a s t h e m a j o r f a u l t f r o m t h e m i n o r Y a m a d a f a u l t .

T h e t o t a l o f 1 1 s u b s u r f a c e m o d e l s to r e p r e s e n t 27 s i t e s s h o w n in t h e p r e c e e d - i n g s e c t i o n w e r e u s e d to s i m u l a t e t h e e a r t h q u a k e g r o u n d m o t i o n b y a c o m p u t e r p r o g r a m m e S H A K E 3. T h e s t r a i n d e p e n d e n t c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e s o i l s w e r e a s s u m e d t h a t t h e r i g i d i t i e s d e c r e a s e w i t h s t r a i n i n c r e a s e a n d t h e d a m p i n g f a c t o r s i n c r e a s e w i t h i n c r e a s e o f s t r a i n a s s h o w n in F i g u r e 1 5 . T h e r i d i d i t i e s in t h e f i g u r e a r e n o r m a l i z e d b y d i v i d i n g t h e i n i t i a l s h e a r m o d u l u s w h i c h w a s d e t e r m i n e d b y s h e a r w a v e v e l o c i t y f o r e a c h s u b l a y e r .

T h e m a x i m u m a c c e l e r a t i o n o f t h e a s s u m e d b a s e r o c k m o t i o n w a s f o u n d to v a r y f r o m 1.5g a t t h e f a u l t l i n e to 0 . 2 3 g a t t h e d i s t a n c e o f 10 k m a w a y f r o m t h e f a u l t . T h e c o m p u t e d m a x i m u m a c c e l e r a t i o s a t t h e t o p s u r f a c e o f t h e g r o u n d a t v e r y n e a r f a u l t w e r e f o u n d a s 1.4g a t t h e g r o u n d w i t h t h i c k n e s s o f a b o u t 1 0 m

( M i n e y a m a s i t e ) to 0 . 2 8 g w i t h t h i c k n e s s o f 3 0 m (/Amino s i t e ) . T h e s e c o m p u t e d m a x i m u m a c c e l e r a t i o n s a t t h e t o p s u r f a c e a r e s h o w n in T a b l e 2.

A m o n g t h e d a m a g e s o f v a r i o u s s t r u c t u r e s , t h e w o o d e n h o u s e s w e r e c o n s i d e r e d as

a p p r o p r i a t e to c o m p a r e t h e r e p o r t e d d a m a g e r a t i o a n d t h e e x p e c t e d d a m a g e p o t e n t i a l b a s e d u p o n t h e a s s u m e d g r o u n d m o t i o n f o r e a c h s i t e . T h e e x p e c t e d d a m a g e p o t e n t i a l o f t h e w o o d e n s t r u c t u r e w a s t a k e n a s t h e r e l a t i v e d i s p l a c e m e n t v a l u e t h r o u g h t h e e a r t h q u a k e r e s p o n s e a n a l y s i s o f t h e g r o u n d m o t i o n a t t o p s u r f a c e

o f e a c h s i t e . T h e m a x i m u m r e s p o n s e v a l u e w i t h t h e r a n g e o f p e r i o d f r o m 0.5 to

1.0 s e c . w h i c h is e x p e c t e d as t h e n a t u r a l p e r i o d o f t h e w o o d e n h o u s e at f a u l u r e u n d e r ' e a r t h q u a k e l o a d i n g c o n d i t i o n .

(10)

58

D i s p l a c e m e n t r e s p o n s e v a l u e s d e c r e a s e w i t h t h e d i s t a n c e f r o m as s h o w n in F i g u r e 1 6 , w h i c h a r e f o u n d to c o r r e s p o n d w e l l w i t h t h e c h a n g e of t h e r e p o r t e d d a m a g e r a t i o n . T h e g e n e r a l t e n d e n c y o f t h e r e s u l t s o f t h e r e l a t i o n b e t w e e n t h e d a m a g e r a t i o a n d r e l a t i v e d i s p l a c e m e n t r e s p o n s e v a l u e as t h e d a m a g e p o t e n t i a l w e r e r e a s o n a b l y g o o d as s h o w n in F i g u r e 1 7 .

T h e r e s p o n s e v a l u e o f 7 - 10 cm is f o u n d to c o r r e s p o n d to d a m a g e r a t i o of 4 0 % a n d 20 c m a n d is a l m o s t 1 0 0 % of t h e r a t i o , w h i c h is r e a s o n a b l e c o m p a r e d w i t h t h a t f o u n d for f a i l u r e c r i t e r i a d u e to c y c l i c l o a d i n g .

T h e c o m p a r i s o n of t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e c o m p u t e d g r o u n d m o t i o n s to d a m a g e i s t r i b u t i o n a l o n g t h e d i s t a n c e f r o m t h e f a u l t c o u l d b e c o n c l u d e d t h a t t h e a s s u m e d b a s e r o c k m o t i o n s n e a r the f a u l t b a s e d u p o n t h e c o n s t a n t p a r t i c l e v e l o c i t y w a s o n e o f t h e p o s s i b l e s o l u t i o n s a t t h e s o u r c e of t h e e a r t h q u a k e .

C O N C L U S I O N :

T h e s u m m a r y of t h e p r e s e n t s t u d y a n d t h e c o n c l u s i o n o b t a i n e d is a s f o l l o w s : 1. T h e K i t a - T a n g o E a r t h q u a k e w a s s t u d i e d

a s o n e o f t h e t y p i c a l c a s e s , to m a k e c l e a r t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e g r o u n d m o t i o n n e a r the f a u l t b a s e d u p o n t h e c h a n g e o f t h e d a m a g e d i s t r i - b u t i o n w i t h t h e d i s t a n c e f r o m t h e f a u l t a s w e l l a s t h e g r o u n d c o n d i t i o n . 2. T h e p a r t i c l e v e l o c i t y o f t h e b a s e

r o c k m o t i o n w a s s u p p o s e d to h a v e s o m e l i m i t e d m a x i m u m v a l u e d e t e r m i n e d b y t h e c h a r a c t e r i s t i c s of t h e r o c k . 3. T h e s o u r c e s p e c t r a of t h e e a r t h q u a k e

m o t i o n is a s s u m e d to h a v e a c o n s t a n t a m p l i t u d e o f t h e p a r t i c u l e v e l o c i t y a g a i n s t f r e q u e n c y .

4. T h e a m p l i t u d e o f t h e b a s e r o c k m o t i o n a w a y f r o m t h e s o u r c e r e g i o n a r e c o n - s i d e r e d t o d e c r e a s e d u e to s p a c e - r a d i a t i n g a n d m a t e r i a l d a m p i n g d u r i n g t h e t r a v e l of t h e w a v e s .

5. T i m e h i s t o r y o f t h e b a s e r o c k m o t i o n w a s o b t a i n e d by m o d i f y i n g a r e c o r d o n r o c k s i t e at L a k e - H u g h e r #4 by t h e S a n F e r n a n d E a r t h q u a k e -

6. G r o u n d c o n d i t i o n s o f t h e s u b s u r f a c e l a y e r s i n t h e a r e a w e r e e s t i m a t e d b y b o r i n g l o g s , s e i s m i c r e f r a c t i o n s u r v e y a n d m i c r o t r e m o r m e a s u r e m e n t s . 7. T h e r e s p o n s e o f t h e c o m p u t e d g r o u n d

m o t i o n a t t h e t o p s u r f a c e w a s f o u n d to g i v e r e a s o n a b l e c o r r e s p o n d e n c e w i t h t h e r e p o r t e d d a m a g e r a t i o o f w o o d e n h o u s e s t r u c t u r e .

8. T h e a s s u m e d s o u r c e s p e c t r a a n d t h e c h a n g e o f b a s e r o c k m o t i o n n e a r t h e f a u l t is c o n s i d e r e d o n e of t h e p o s s i b l e s o l u t i o n s o f t h e s t r o n g g r o u n d m o t i o n a t K i t a - T a n g o E a r t h q u a k e .

R E F E R E N C E S :

1 . A k i , K. ( 1 9 7 2 ) , " S c a l i n g L a w o f E a r t h q u a k e S o u r c e T i m e F u n c t i o n "

G e o p h y s . J.R. A s t r . S o c . , 3 1 , p p 3 - 2 5 . 2. B r u n e , J.N. ( 1 9 7 0 ) , " T e c t o n i c S t r e s s

a n d t h e S p e c t r a o f S e i s m i c W a v e s f r o m E a r t h q u a k e , " J. G e o p h y s . R e s . , 7 5 , p p 4 9 9 7 - 5 0 0 9 .

3. B r u n e , J.N. ( 1 9 7 6 ) , " T h e P h y s i c s of E a r t h q u a k e S t r o n g M o t i o n ,

S e i s m i c R o s k a n d E n g i n e e r i n g D e c i s i o n s ,

" E l s v i e r S c i e n t i f i c P u b . C o . , N Y . 4. E s h e l b y , J . D . ( 1 9 5 7 ) , " T h e D e t e r m i n -

a t i o n of t h e E l a s t i c F i e l d of a n E l l i p s o i d a l I n c l u s i o n a n d R e l a t e d P r o b l e m s , " P r o c . R o y . S o c . , A 2 4 1 p p 3 7 6 - 3 9 6 .

5. E s h e l b y , J . D . ( 1 9 6 3 ) , " T h e D i s t r i b u t i o n o f D i s l o c a t i o n in a n E l l i p t i a l g l i d e z o n e , " P h y s . S t a t e S o l . , 3, p p 2 0 5 7 - 2 0 6 0 .

6. E s t e v a , L . a n d V i l l a v e r d e , B . ( 1 9 7 3 ) , " S e i s m i c R i s k , D e s i g n

S p e c t r a a n d S t r u c t u r a l R e l i a b i l i t y , "

P r o c . 5 t h W C E E , R o m e p p 2 5 8 6 - 2 5 9 7 . 7. G e l l e r , R. ( 1 9 7 6 ) , " S c a l i n g R e l a t i o n

for E a r t h q u a k e S o u r c e P a r a m e t e r s a n d M a g n i t u d e , " B . S . S . A . 6 6 , p p 1 5 0 1 - 1 5 2 3 .

8. H a s k e l N . A . ( 1 9 6 9 ) , " E l a s t i c D i s p l a c e m e n t s in t h e N e a r F i e l d o f a P r o p a g a t i n g F a u l t , " B S S A , 5 9 , p p 8 6 5 - 9 0 8 .

9. H o u s n e r , G.W. ( 1 9 6 9 ) , " E n g i n e e r i n g E s t i m a t e s o f G r o u n d S h a k i n g a n d M a x i m u m E a r t h q u a k e M a g n i t u d e , "

P r o c . 4 t h W C E E , S a n t i a g o .

1 0 . I c h i k a w a M . ( 1 9 7 1 ) , " R e a n a l y s i s o f M e c h a n i s m of E a r t h q u a k e s w h i c h O c c u r r e d in a n d N e a r J a p a n a n d S t a t i s t i c a l S t u d i e s o n t h e N o d a l P l a n e S o l u t i o n s O b t a i n e d , " G e o p h y s . M a g . , 35 p p 2 0 7 - 2 7 4 .

1 1 . K a n a m o r i , H . ( 1 9 7 2 ) , " D e t e r m i n a t i o n o f E f f e c t i v e T e c t o n i c S t r e s s A s s o c - i a t e d w i t h E a r t h q u a k e F a u l t i n g - T h e T o t t o r i E a r t h q u a k e 1 9 4 3 " , P h y s . E a r t h P l a n e t . I n t e r . , 5 p p 4 2 6 - 4 3 4 . 1 2 . S a i t a , T . ( 1 9 3 9 ) , " E x p e r i m e n t s in

t h e V i b r a t i o n a n d D e s t r u c t i o n o f a W o o d e n D w e l l i n g H o u s e , " B u l l e t i n o f t h e E a r t h q u a k e R e s e a r c h I n s t i t u t e V o l . 1 7 , p p 1 5 2 - 1 6 7 i n J a p a n e s e . 1 3 . S e e d H . B . , I d r i s s , I.M. a n d K i e f e r ,

F.W. ( 1 9 6 8 ) , " C h a r a c t e r i s t i c s of R o c k M o t i o n d u r i n g E a r t h q u a k e s , "

E E R C , U n i v . o f C a l i f o r n i a , B e r k e l e y , E E R C - 6 8 - 5 , p p 2 3 .

1 4 . T h e S e i s m i c E x p l o r a t i o n G r o u p of J a p a n ( 1 9 7 6 ) , " E x p e r i m e n t a l S t u d i e s o n G e n e r a t i o n a n d P r o p a g a t i o n of S e i s m i c W a v e s , " p p 1 1 9 - 1 5 7 , in J a p a n e s e .

(11)

1 5 . T a n i g u c h i , T. ( 1 9 2 7 ) , " D a m a g e s o f B u i l d i n g s in t h e P r o v i n c e o f T a n g o d u e to D e s t r u c t i v e E a r t h q u a k e , "

B u l l . E . R . I . 3, p p 1 3 3 - 1 6 2 , in J a p a n e s e .

1 6 . T s u b o i , T . ( 1 9 3 0 ) , " I n v e s t i g a t i o n o n t h e D e f o r m a t i o n of t h e E a r t h ' s C r u s t i n t h e T a n g o D i s t r i c t c o n n e c t e d w i t h t h e T a n g o E a r t h q u a k e o f 1 9 2 7 . (Part 2 ) " , B u l l . E . R . I . , V o l . 9.

T h i s p a p e r w a s p r e s e n t e d a t t h e S o u t h P a c i f i c R e g i o n a l C o n f e r e n c e o n E a r t h q u a k e E n g i n e e r i n g , W e l l i n g t o n , M a y 1 9 7 9 .