傾斜地での深礎基礎の圧縮支持力低下についての検討
中部電力（株） 鈴木正嘉 山崎秀樹 伊藤沢
基礎地盤コンサルタンツ（株） ○鈴木俊介 阪上最一 神村真 西岡壮志
１．はじめに
送電鉄塔基礎として深礎基礎を採用する場合、傾斜地での圧縮支持力は、支持力低減率＊1＊2を用いて平坦地より低減し て評価される。ここで用いる支持力低減係数は、極限支持力に関するものである。傾斜角が圧縮支持力に及ぼす影響は、
破壊の進行に伴い変化すると考えられるので、支持力低減率は、地盤強度・変形量によって変化すると考えられる。筆者 らは、より合理的な設計手法を目指して、FEM解析と遠心模型実験を実施し、傾斜地での圧縮支持力特性を確認した。
その結果、変位量と支持力低減率の関係が明らかになったので、ここに報告する。
２．地盤条件および構成モデル
想定する地盤モデルは、送電鉄塔建設サイトを対象としている。地盤は風化層（表層）と支持層（基盤層）の２層構造 とし、風化層はN値20､厚さ5m、支持層はCL級（風化花崗岩，N値100）とCM級（未風化花崗岩，N値300）の２ 種類とした。各層の地盤定数を表−1に示す。深礎基礎は、送電用鉄塔を対象とする場所打ちRC基礎であり、その寸法 は、直径2.5m、長さ6m、支持層根入れ1mである。図−1にFEM解析用のモデル図を示す。
使用したFEMモデルは、東京大学田中忠次教授により開発されたものである。このモデルは、モール・クーロンの破 壊基準をもつ弾塑性モデルで、せん断帯の概念を導入し、ひずみ軟化挙動をシミュレート可能としている特徴を持つ。
表−１ 材料特性および主な材料パラメータ
遠心実験用地盤 FEM
N値 E0(MN/m2)
C(kN/m2) Φ(deg.) C(kN/m2) Φ(deg.)
表層 20 353 11 35 2 30
支持層（CL級） 100 1148 126 33 98 35 支持層（CM級） 300 1099 1127 47 980 45
表−２ 実施ケース
３．遠心模型実験の目的
FEM 解析結果の定量的な評価のため、遠心模型実験を実施し、
支持力の比較を行った。実験に使用した遠心模型実験機は、ドラム 型遠心実験機であり、最大半径1.2m、最大加速度490Gである。
当実験での、遠心加速度は200Gとした。
４．結果
図−２、図−３に40°傾斜地盤における遠心実験の載荷後の断面形状とFEM 解析によるせん断ひずみコンター図を 示す。遠心実験では基礎底面から斜面下方へ、弱いすべり面が見られるが概ねパンチング破壊形状を呈している。FEM 結果も同様で、斜面下方への破壊面は見られず、パンチング破壊形状である。
傾斜(°) 材料 CL級 CM級
0 FEM／遠心 FEM／遠心
30 FEM FEM
40 FEM／遠心 FEM／遠心
底面：変位固定条件 1m
5m
基盤層 側面：水平変位固定条件
表層
30m 30m
基礎体 D=2.5m
30m 強制変位
傾斜角 30,40度
図―1 モデル図（FEM用、根入れ1m）
図−2 遠心実験載荷後の地盤変位（CL級40度） 図−3 FEMせん断ひずみ分布図（CL級40度、変位50mm）
キーワード：深礎基礎，圧縮支持力，斜面，遠心模型実験，FEM解析
連絡先：基礎地盤コンサルタンツ（株）応用情報部，阪上最一，Tel.03-5276-6231，Fax.03-3234-7439 土木学会第58回年次学術講演会（平成15年9月）
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図−5 荷重−変位関係（遠心実験）
1.00
0.69
0.50 0.84 0.94 0.94 0.97
0 0.5 1
0 10 20 30 40 50 傾斜角（θ）
低減係数 η
低減係数
（高速道路調査会）
FEM（CM級）：変位25mm
FEM（CL級）：極限支持力 FEM（CL級）：変位25mm
図−4、図−5にそれぞれFEM解析と遠心実験の荷重−変位関係を、図−6に遠心実験およびFEM解析での支持力低 下率−傾斜角関係を示す。図−7に低減係数と傾斜角の関係を示す。
荷重−変位関係は、遠心模型実験・FEM解析とも、傾斜角度が大きくなるほど斜面による低減が大きくなっており、
CM級地盤はCL級地盤より地盤傾斜の低減が小さい。これは、CM級は粘着力成分が大きく、φ材であるCL級より傾 斜の影響を受けにくいことによる。（図−4、5）
また、遠心実験とFEM解析の支持力低下率−傾斜角の関係は、精度よく対応しており、両結果から得られた傾向は整 合しているものと判断できる。（図−6）
また、斜面の支持力低減率は、極限支持力では、高速道路調査会の低減係数と同等であるが、JEC-127（送電用支持物 設計基準）において上部構造物の変位を考慮した場合の目安としている極限変位25mmでの低減率はわずかであり、支 持力を現在以上に大きく見込める可能性があることを示している。（図−7）
５．おわりに
遠心模型実験、FEM 解析より深礎基礎の傾斜地盤での支持力低減率の傾向を示した。斜面での支持力低減率は、既存 の設計より非常に小さいこと、また材料特性に依存することが示された。
参考文献）
※ 1. Meyerhof, G. G. The ultimate bearing capacity of foundations on slope,Proc.4th ICSMFE, vol.1, pp.384-386,1957
※ 2. 深礎杭の設計に関する研究報告書, (財)高速道路協会,S53.2
図−7 傾斜角と低減係数の関係 図−4 荷重−変位関係（FEM解析）
図−6 支持力低下率−傾斜角関係（遠心実験、FEM 解析）
（根入れ 1.0m,25mm 変位時）
0 10 20 30 40 50
0 100 200 300 400 500 600
先端支持力 Pn (MN)
変位 δ (mm) θ=0°
θ=0°
θ=30° θ=30° CM級
CL級 θ=40°
θ=40°
傾斜角θ
荷重 Pt (MN)
0 50 100 150 200
0 10 20 30 40 50
変位 δ (mm)
荷重 Pt(MN)
CM級 θ＝0°
θ＝40°
CL級 θ＝0°
θ＝40°
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
0 10 20 30 40 50
傾斜角θ(°)
支持力低下率
FEM CL FEM CM 実験 CL 実験 CM
現状の支持力低減係数
CM級 CL級
土木学会第58回年次学術講演会（平成15年9月）
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