強震時の非線形挙動は強震動予測に対し大きな影響を及ぼすが，これを理論的な地盤応答解析で表現しようとした場合，限られた情報の中で適切な土の動的非線形特性を選択し地盤構造に割り当てなければならないのが現状である．それに対し，地震動の拡散波動場理論に基づき，単一地震でも同理論が成立すること，および上下動増幅特性が強震時にも弾性挙動を示すことを仮定できれば，強震時の水平上下両方向の地震基盤入射スペクトルや非線形水平増幅特性を経験的に求めることができる．この拡散波動場理論に基づく手法の妥当性を検討するため，日本国内のいくつかの観測点で弱震動や強震動に対し提案手法を適用し地震基盤スペクトルや水平増幅特性を推定した．得られた結果を地盤の動的変形特性を用いた既往手法である等価線形解析による結果と比較し，提案手法の適用性を示すとともに，その適用限界についても検討を行った．S波直達部を含む地震波形では拡散波動場状態に達していないと考えられる場合もあったが，S波後半からの地震記録を用いることで水平上下スペクトル比や地表地中スペクトル比の特に高振動数域でS波直達部を含む記録と同程度の非線形性を示しつつ拡散波動場状態が成立する可能性があることが分かった．提案手法により求めた地震基盤スペクトルは等価線形解析結果とよく対応するものが得られ，また地表記録の位相と組み合わせた入射波を作成し等価線形解析により地表地震動を推定したところ観測記録とよく一致するものが得られた．
