不同沈下地盤に埋設される管路の力学挙動(遠心実験)

不同沈下地盤に埋設される管路の力学挙動(遠心実験)

　　　　　　大阪市立大学　　学生会員　徳増　健・正会員　東田　淳 　　　　　　中央復建コンサルタンツ　　　　　　　正会員　八谷　誠

ままま

ま ええ がええが きががき 　地盤が不同沈下した時の中小口径きき 管路の軸方向挙動を遠心加速度30g場の降下床 実験で調べている。これまでの実験^{1), 2)}は主と して固定地盤側の反力土圧に注目し、降下床の 幅

(

原型で

3m)<

固定地盤の幅

(

同

15m)

の条件で 行ってきたが、今回は、沈下地盤側の管路の上 半分に働く土圧に注目し、降下床の幅

(15m)>

固 定地盤の幅(3m)の条件で実験を行い、まさ土地 盤に埋設した模型管路

(R

管路

)

の土圧と変形が 不同沈下によってどう変化するかを捉えた。

実実実

実 験験 方験験方方方 法法法法 　実験に用いた硬質アルミ製の模型管(R管路、外径

D=2cm、長さ59cm、原型換算EI=2.31x10

¹⁰

kgf・cm

²

)を図-1に示

す。この模型管を、図

-2

に示すように、まさ土

(

表

-1)

を用いて 作成した模型地盤中に埋め、遠心加速度30g場で実験容器の右

側の床

(

幅

50cm)

を一定速度で降下させ、床の降下量

s

、管路の

上半分と下半分に作用する垂直土圧

σ

U・

σ

Lとせん断土圧

τ

U・

τ

L、模型管路の内桁

(

幅

12mm

×高さ

h4.5mm)

の曲げひずみ

ε

、管両端の沈下量

δ

P

*

を測定した。実験条件として地盤 密度

ρ

dを1.5、1.6、1.7g/cm³の3通り、土被り高Hを4、6、8cm(H/D=2、3、4)の3通りにそれぞれに変えた。これま での実験と同様に、容器底と管底の距離は

5cm

、管路両端の境界条件はたわみ角ゼロで鉛直変位可とし、水平変位 は左端でゼロ、右端で自由とした。床の降下は20mmまで可能であるが、内桁と土圧計のひずみがそれぞれ

1500µ

、

1800µ

に達した場合、部材の降伏を避けるため、その時点で床の降下を打切った。

実 実 実

実 験験験験 結結結結果果果果 　以下に示すデータはすべて原型換算で表す。図-3に、

ρ

d

=1.7g/cm

³、H=8cmの場合を例にとって、

σ(下

向きが正)、測定

ε

を

D/h=4.44

倍して求めた原型管の縁ひずみ

ε

(上側引張が正

)

、管両端の沈下量

δ

P

*

を境界条件とし て

ε

を積分して求めた管の変位量

δ

P

(沈下側が正)の管路軸に沿う分布が、sの増大につれてどう変化したかを示す。

図

-3

の横軸

x

は容器左内壁からの距離を表し、図中に破線で示した

x=3m

の位置が降下床の左端である。土圧

σ

は

s

の 増大につれて以下のように変化する。固定地盤側(x<3m): 管の上半分に働く

σ

U

(+側)は初期にゼロとなり、その後

変化しない。管の下半分に働く

σ

L

(-

側

)

は

x=3m

付近に集中し、全体に値が増大する。沈下地盤側

: σ

Uは三角形分布 を示し、頂点が値を増しながら右方向へ移動して、

σ

Uが増大する範囲が広がる。

σ

Lは

σ

Uが増大する範囲でゼロと なり、その右側で増える。このような

σ

Uと

σ

Lの変化につれて、

ε

と

δ

Pは増大し、変化領域も広がる。

　図-4は、床の降下量sが36cmの時点(ρd

=1.6g/cm

³・H/D=4の場合のみ、床降下をストップさせたs=30cmの時点)を 例にとって、実験の全ケースで得られた

σ

、

ε

、

δ

Pを示している。各図の

3

本のラインが

H/D=2

、

3

、

4

の場合のデー タである。どの場合も、地盤密度およびH/Dが大きくなるにつれて、

σ、ε

、

δ

Pは増大するが、変化領域の幅は狭く なる。また、沈下地盤側の

σ

Uの分布形は、地盤密度が最小の

ρ

d

=1.5g/cm

³の場合は台形状の分布であるが、地盤密 度が最大の

ρ

d

=1.7g/cm

³の場合は鋭いピークを持つ三角形分布を示し、中間密度の

ρ

d

=1.6g/cm

³の場合は両者の中間 的な分布を示す。実験中と実験後の観察結果から、床の降下に伴って地盤内に降下床左端から右斜上方に延びる 滑り面、および沈下地盤側で管路から斜上方に延びる滑り面が形成され、これらが合成される結果、沈下地盤側 の管路と固定地盤を足とする一対の三次元アーチが生じることが分かった。そして、地盤密度が大きくなるにつ キーワード 埋設管、不同沈下、遠心模型実験、土圧、変形

連絡先

:

大阪市住吉区杉本

: 3-3-138

・大阪市立大学工学部・

Tel & Fax: 06-6605-2725

図-1 (模型管路R管路)

x(cm) 0 10 20 30

図-2実験装置

φ_d Gs Uc deg

ρ

_{d max} g/cm³

ρ

_{d mim} g/cm³

ρ

_d g/cm³

w

% c_d tf/m² 2.71 70 1.92 1.37

1.50 1.70

10 10

0.9 2.3

38 38 表-1まさ土の性質

1.60 10 1.4 38 Dmax

mm 2.0

土木学会第57回年次学術講演会（平成14年9月）

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れて滑り面の傾きがゆるく な り 、 合 成 滑 り 面 が 広 く なっていることから、アー チ作用が地盤密度の増大に つれて強まるため、上記の ような地盤密度の違いによ る

σ

Uの分布形の変化が生 じたものと解釈できた。さ らに

ρ

d

=1.5 g/cm

³の場合、

x<3m

の

σ

Lには、他の大き な地盤密度の場合のような 集中が見られないが、これ は床降下に伴って生じたす べり面の近傍で、管によっ て 押 付 け ら れ た ゆ る い 地 盤 が 降 伏

し た た め と 考 え ら れる。

参 考 文 献: 1 )高 塚 他, 埋 設管路の 軸方向挙 動に関す る遠心実 験, 5 3回 土木学会 年講, pp.

454-455, 19 98 . 2) 高 木 他, 遠心模型 による埋 設管路の 軸方向挙 動 観 測, 56回土木 学 会 年 講, p p . 334-335, 2001. 3)

Hachiya etc., Response of buried pipelines subjected to differential ground settlement, ICPMG '2, 2002 (submitted).

σ (kgf/cm2) ε (µ) δp (cm)

0 1 0 2 0 3 0 4 0

0 3 6 x (m)9 1 2 1 5

(c) δp

-6000

-4000 -2000 0 2000 4000 6000

0 3 6 9 1 2 1 5

x (m) (b) ε

0 3 6 9 1 2 1 5

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2

x (m)

(a) σ

○

●

△

▲

□

■ s (cm)

06 1 21 8 3 643.5

図-3　床降下量sの増大に伴う測定結果の変化(ρ

d=1.7g/cm³, H/D=4)

δp (cm)ε (µ)σ (kgf/cm2) -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2

0 3 6 9 1 2 1 5

x (m) ρd=1.5g/cm³

H/D 2 3 4

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2

0 3 6 9 1 2 1 5

x (m) ρd=1.6g/cm³

H/D 2 3

4 (s=30cm)

ρd=1.7g/cm³

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2

0 3 6 9 1 2 1 5

x (m) H/D

2 3 4

-5000 0 5000

0 3 6 9 1 2 1 5

x (m) ρd=1.5g/cm³

-5000 0 5000

0 3 6 9 1 2 1 5

x (m) ρd=1.6g/cm³

-5000 0 5000

0 3 6 9 1 2 1 5

x (m) ρd=1.7g/cm³

0 1 0 2 0 3 0 4 0

0 3 6x (m)9 1 2 1 5

ρd=1.5g/cm³

0 1 0 2 0 3 0 4 0

0 3 6x (m)9 1 2 1 5

ρd=1.6g/cm³

0 1 0 2 0 3 0 4 0

0 3 6 9 1 2 1 5

x (m)

ρd=1.7g/cm³

図-4 s=36cm時点の測定結果 (ρ

d=1.6g/cm³・H/D=4の場合のみs=30cmの時点)

土木学会第57回年次学術講演会（平成14年9月）

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