博士（工学）林 宏親 学位論文題名

     博士（工学）林   宏親 学位論文題名

泥炭地盤の変形挙動解析に用いる 地盤定数の評価法に関する研究

学位論文内容の要旨

  本 研 究 は ， 特 異 な 工 学 的 性 質 を 有 す る 泥 炭 地 盤 の 変 形 挙 動 解 析 に お い て ， 弾 塑 性 モ デ ル を 導 入 し た 水 一 土 連 成 有 限 要 素 法 を 適 用 す る 場 合 の 土 質 パ ラ メ ー タ ー の 評 価 方 法 を 明 ら か に す る も の で あ る 。   泥 炭 地 盤 上 に 盛 土 を 築 造 し た 場 合 ， 盛 土 直 下 の 地 盤 の み な ら ず ， そ の 周 辺 地 盤 に も 主 に せ ん 断 に 起 因 す る 大 き た 変 形 が 生 じ る 。 こ の よ う な 変 形 の 解 析 手 法 と し て ， 土 の 弾 塑 性 構 成 モ デ ル を 取 り 入 れ た 水 ‐ 土 連 成 有 限 要 素 法 が 有 効 と 考 え ら れ る 。 粘 土 の 弾 塑 性 構 成 モ デ ル な ら び に そ の 有 限 要 素 解 析 へ の 適 用 に 関 し て は ， 既 に 様 々 な 研 究 が な さ れ て お り ， 多 く の 知 見 が 得 ら れ て い る 。 し か し ， 泥 炭 地 盤 が 対 象 の 場 合 ． 実 務 レ ベ ル で の 土 質 パ ラ メ ー タ ー の 決 定 法 が 確 立 し て い な い の が 現 状 で あ る 。   そ こ で ， 本 研 究 に お い て ， 盛 土 施 工 に よ る 泥 炭 地 盤 の 詳 細 な 動 態 観 測 結 果 か ら ， 実 挙 動 を 整 理 し た 上 で ， 粘 土 の 弾 塑 性 構 成 モ デ ル の 代 表 格 で あ る カ ム ク レ イ モ デ ル を 用 い た 有 限 要 素 解 析 を 実 施 し ， そ の 有 効 性 を 明 ら か に し た 。 次 に ， 地 盤 の 水 平 変 形 に 着 目 し た 土 質 パ ラ メ ー タ ー の 感 度 分 析 を 行 い ， 各 パ ラ メ ー タ ー が 解 析 結 果 に 与 え る 影 響 を 定 量 的 に 検 討 し た 。 ま た ， 特 に 解 析 結 果 に 敏 感 な 結 果 を 与 え た 土 質 パ ラ メ ー タ ー で あ る 静 止 土 圧 係 数 お よ び 透 水 係 数 に つ い て ， 泥 炭 地 盤 の 特 性 を 解 明 し ， そ の 合 理 的 な 評 価 法 を 室 内 土 質 試 験 な ら び に 原 位 置 試 験 に 基 づ い て 検 討 し た 。   さ ら に ， 本 解 析 手 法 の 実 務 へ の 普 及 を 念 頭 に 置 き ， 土 質 パ ラ メ ー タ ー の 決 定 方 法 の 違 い が ， 解 析 精 度 に 与 え る 影 響 を 検 討 す る 。 す な わ ち ， 三 軸 圧 縮 試 験 な ら び に 圧 密 試 験 結 果 な ど か ら 土 質 パ ラ メ ー タ ー を 決 定 し た 場 合 と 物 理 試 験 結 果 か ら 推 定 し た 場 合 の 解 析 精 度 の 違 い を 明 ら か に し ， よ り 合 理 的 な 土 質 パ ラ メ ー タ ー の 決 定 方 法 を 明 ら か に し た 。 こ れ は ， 泥 炭 地 盤 が 極 め て 不 均 一 に 堆 積 し て お り ， 数 少 な い 不 撹 乱 試 料 か ら よ り も ， 数 多 く の 簡 易 な 試 験 あ る い は 原 位 置 試 験 か ら 土 質 パ ラ メ ー タ ー を 決 定 し た 方 が 合 理 的 な 場 合 が あ る た め で あ る 。 こ の こ と に よ っ て ， 求 め ら れ る 解 析 精 度 に 応 じ て ， 効 率 的 な 土 質 試 験 ・ 地 盤 調 査 を 選 択 す る こ と が 可 能 に な る こ と か ら ， 実 務 に 有 益 な 情 報 を 与 え た と 考 え て い る 。

  本 論 文 の 構 成 と 内 容 を 以 下 に 示 す 。

  第1章 で は ， 研 究 の 背 景 と 泥 炭 地 盤 の 変 形 解 析 に 関 す る 既 往 研 究 に つ い て 述 べ る と と も に ， 本 研 究 の 目 的 を 明 ら か に し た 。

  第2章 で は ， カ ム ク レ イ モ デ ル に つ い て 概 説 し た 上 で ， カ ム ク レ イ モ デ ル を 導 入 し た 有 限 要 素 解 析 に 必 要 な 土 質 パ ラ メ ー タ ー に っ い て 述 べ る 。 さ ら に ， 盛 土 施 工 に 伴 う 泥 炭 地 盤 の 変 形 の 事 例 を 挙 げ て ， 実 務 で 良 く 用 い ら れ る 一 次 元 圧 密 解 析 の 限 界 と カ ム ク レ イ モ デ ル を 用 い た 有 限 要 素 解 析 の 精 度 に つ い て 検 討 し た 。

  第3章 で は ， 実 務 で 一 般 的 に 実 施 さ れ る 土 質 試 験 で は 直 接 決 定 す る こ と が で き な い ， 限 界 状 態 の

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応 力比M ， 静止土 圧係数

，透水 係数屯 ポアソ ン比v および盛土の弾性係数E を，各々独立して変 化させた弾塑性有限要素解析を実施し，解析結果に与える影響を明らかにし，これらのパラメーター の評価の重要性を示した。

第4 章で は，泥炭 の物理 インデ ックス などと 泥炭地盤の弾塑性有限要素解析に用いるパラメー ター（圧縮指数え，膨張指数におよび限界状態の応力比M) の関連を検討し，これらのパラメーター の決定法にっいて提案した。

第5 章で は，泥炭 地盤か ら採取 した試 料にっ いて実施した三軸Ko 圧密試験ならびに原位置ダイ ラトメーター試験結果についてまとめている。その結果，泥炭および有機質粘土の静止土圧係数脇 は，粘土などの無機質土よりも応力履歴に強く依存し，過圧密比の関数として表現できること，さら にその際の定数は，強熱減量とともに増大することを示した。また，ダイラトメーター試験から脇 を推定する方法を提案した。

第6 章では，泥炭地盤から採取した試料にっいての圧密試験ならぴに原位置透水試験を実施し，

その結果に基づいて泥炭の透水係数の特性を検討した。その結果，泥炭の透水係数は圧密の進行に 伴って著しく減少することが定量的に明らかとなった。さらに，物理インデックスや初期間隙比な どと圧密に伴う透水係数の減少にっいて関連づけた。

第7 章で は，第4 章から第

章まで で得ら れた知 見をとりまとめて，泥炭地盤の弾塑性有限要素 解析に用いる土質パラメーターの決定方法を提案した。

第8 章 は，本 研究の 結論で あり， 得られた 知見を 総括し 今後の 展望と 課題に っいて 述べた 。

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学 位論文審査の要旨 主査

副査 副査 副査

教 授 教 授 教 授 助 教 授

三 田地 三 浦 藤 井 田 中

学 位 論 文 題 名

利之 清一 義明 洋行

泥炭地盤の変形挙動解析に用い る 地盤 定数 の評価法に関する研究

泥炭地盤のような軟弱な地盤上に盛土を築造した場合，盛土直下のみならず，その周辺地盤にも大 きな変形が発生する。しかし，従来の設計法では，地盤の変形予測を一次元の圧密変形に限ってお り，せん断変形については，破壊を招かないように安全率を設定する程度に止まっている。すなわ ち，せん断変形にっいての解析方法は示されておらず，経験的な手法に頼っているのが現状である。

粘土地盤にっいては，弾塑性構成モデルの構築が進展し，それに基づく水−土連成有限要素解析が実 務に適用されるようになり，多くの知見が蓄積しつっある。しかし，泥炭地盤が対象の場合，構成モ デルの構築が遅れていることから粘土地盤についてのモデルを準用しているのみならず，地盤定数 の決定法が未だ確立していないのが現状である。

以上のような状況の下で，本論文は盛土施工時の詳細な動態観測結果に基づぃて泥炭地盤の変形 挙 動を整 理した上 で，粘 土地盤の構成モデルの代表格であるCam‑clay モデルを用いた有限要素解 析の有効性を明らかにするとともに，解析に用いる地盤定数の評価方法にっいて実務上有用な提案 を行ったもので，8 章からなる。

第

章では，研究の背景として，現行の設計法の問題点と泥炭地盤の変形解析に関する既往の研 究の課題について述べるとともに，本研究の目的を明らかにしている。

第

章では，Cam‑clay モデルにっいて概説した上で，盛土施工に伴う泥炭地盤の変形の事例を挙 げ て，実 務でよく 用いら れる一次元圧密解析の限界とCam‑clay モデルを用いた有限要素解析の精 度について検討している。

第

章では ，解析 に必要 な地盤定数のうち限界状態の応力比M ，静止土圧係数Ko ，透水係数屯ポ ア ソン比

および 盛土の弾 性係数E を各々独立して変化させた弾塑性有限要素解析を実施し，これ らの定数の中でも特に静止土圧係数および透水係数の解析結果に与える影響が大きいことなどを明 らかにしている。

第

章では ，解析 に用い る基本的な地盤定数である圧縮指数え，膨張指数K および限界状態の応 力 比M と泥炭の物理的性質を示す指数との相関について検討し，物理インデックスに基づく地盤定 数の簡易推定法を提案している。

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  第5章 で は ， 泥 炭 地 盤 か ら の 採 取 試 料 に つ い て 実 施 し た 三 軸Ko圧 密 試 験 な ら び に 原 位 置 に お け る ダ イ ラ ト メ ー タ ー 試 験 の 結 果 ， 泥 炭 お よ ぴ 有 機 質 粘 土 の 静 止 土 圧 係 数 協 は ， 過 圧 密 比 と 強 熱 減 量 の 関 数 と し て 表 現 で き る こ と を 示 す と と も に ， ダ イ ラ ト メ ー タ ー 試 験 か ら のKo値 の 推 定 方 法 を 提 案 し て い る 。

  第6章 で は ， 泥 炭 地 盤 か ら 採 取 し た 試 料 に つ い て の 圧 密 試 験 な ら び に 原 位 置 に お け る 透 水 試 験 を 実 施 し ， 泥 炭 の 透 水 係 数 え は 圧 密 の 進 行 に 伴 っ て 著 し く 減 少 す る こ と を 定 量 的 に 明 ら か に し て い る 。 さ ら に 圧 密 に 伴 う 透 水 係 数 の 減 少 割 合 と 物 理 イ ン デ ッ ク ス や 初 期 間 隙 比 な ど と の 関 係 を 明 ら か に し て い る 。

  第7章 で は ， 第4章 か ら 第6章 で 得 ら れ た 知 見 を と り ま と め て ， 泥 炭 地 盤 の 変 形 解 析 に 必 要 な 地 盤 定 数 の 決 定 方 法 を 提 案 し て い る 。 す な わ ち ， 三 軸 圧 縮 試 験 な ら び に 圧 密 試 験 結 果 な ど に よ る 場 合 と 、 物 理 試 験 や 原 位 置 試 験 結 果 か ら 推 定 し た 場 合 の 解 析 精 度 の 違 い を 明 ら か に し ， よ り 合 理 的 か つ 効 率 的 な 土 質 試 験 ・ 地 盤 調 査 方 法 の 選 択 の 指 針 を 与 え て い る 。

  第8章 は 本 研 究 の 結 論 で あ り ， 得 ら れ た 知 見 を 要 約 し た 上 で ， 今 後 の 展 望 と 課 題 を 述 べ て い る 。   こ れ を 要 す る に 著 者 は ， 泥 炭 地 盤 の 変 形 挙 動 解 析 に 必 要 な 地 盤 定 数 の 評 価 に 関 す る 多 く の 新 知 見 を 得 る と と も に ， 実 務 上 有 用 な 評 価 方 法 の 提 案 を 行 っ て お り ， 地 盤 工 学 の 発 展 に 寄 与 す る と こ ろ 大 な る も の が あ る 。

  よ っ て 著 者 は ， 北 海 道 大 学 博 士 （ 工 学 ） の 学 位 を 授 与 さ れ る 資 格 あ る も の と 認 め る 。

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