Title
Fluid Dynamics based Large Deformation Analysis in
Geomechanics with Emphasis in Liquefaction Induced Lateral
Spread( 内容の要旨(Summary) )
Author(s)
Hadush Seged Hagos
Report No.(Doctoral
Degree)
博士(工学) 甲第159号
Issue Date
2002-03-25
Type
博士論文
Version
URL
http://hdl.handle.net/20.500.12099/1880
※この資料の著作権は、各資料の著者・学協会・出版社等に帰属します。氏名(本籍) 学 位 の 種 類 学位記号番号 学位授与年月日 専 攻 学位論文題 目 Hadush SegedIagos (エチオピア) 博 士(工学) 甲 第 15.9 号 平成14年 3月25日 生産開発システム工学専攻 FIuidDynaAic$basedLargeDefornationAmalysisin6eomechanic8
Yith E山sisinLiqpefactionInduced LateralSpread
(液体力学に基づいた地盤の大変形解析を用いた 液状化に伴う側方流動の研究) 学位論文審査委員 (主査)教 授 八 嶋 厚 (副査)教 授 杉 戸 真 太 教 授 藤 田 裕 一 郎 助教授 張 峰
論文内容の要旨
現状の液状化解析手法では､初期状態からある程度小さな歪み領域までの地盤の挙動を 再現することは可能であるが､初期状態から液状化後の大変形までを予測することは困難 である｡しかしながら､液状化に伴う側方流動によって発生する地盤のせん断ひずみは､ 数10%を超えるものであり､時には100%を超える場合もある｡ 過去の大地震の被災事例や､模型実験等の結果から､液状化した地盤は､流体的な挙動 を示すということが明らかとなっている｡これらの結果より､本論文では地震後の液状化 した地盤の大変形解析に対して､流体力学に基づいた新しい解析手法を適用する云それに ょり､液状化地盤の大変形に対して有効な解析手法を確立することを目的とした｡ 本論文の内容は以下に示すとおりである｡ 第1章では､過去の大地震で発生した液状化による構造物の被災事例､および液状化地 盤の側方流動による被災パターンを示した｡第2章では､本研究に関係の深い従来の研究 についてまとめた｡第3章では､本研究で用いた土のモデルについて述べた｡本研究では､ Binghamモデルと擬塑性流体(pseudoplastic)モデルの2種類のモデルを用いた0第4 章では､本研究で用いた解析手法について説明した｡本研究では､2種類の流体力学的な 解析手法を用いた｡1つ目の手法は､Navier･Stokes方程式を支配方程式とするSIMPLE 法を用いて､自由境界面の追跡にはVOF法を採用した｡2つ目の手法には､CIP法を採 用した｡CIP法を採用した理由は､多層流体場の解析を可能とするためである｡この手法 を用いることにより､液状化層と非液状化層が混在するような､より現実の現象に近い解 析が可能となる｡第5章では､本研究で行った数値解析の結果について述べた｡本研究で は､はじめに､過去に行われた模型液状化地盤を用いた振動台実験を再現した｡実験では､-15-流体の相似則を用いて､液状化地盤の流動特性について調べている｡本研究の解析結果は､ 実験で明らかにされた液状化地盤の流動特性をよく表現できており､また､相似別の妥当 性についても明らかにした｡さらに､液状化屑と非液状化層が混在する場に対して､本研 究の解析手法を適用した｡過去の振動台実験で､液状化層の上に非液状化層が存在する場 合を想定した実験を行っている｡本研究では､この実験についても､数値解析で再現した｡ 解析結果は実験結果を概ね再現できた｡第6章では本研究の結論を述べた｡ 本研究では､流体力学的な解析手法を用いて､液状化地盤の大変形時の挙動を再現する ことを試みた｡その結果､液状化地盤の変形解析に対する有効性を確認することができた｡
論文審査結果の要旨
現状の液状化解析手法では､初期状態からある程度小さな歪み領域までの地盤の挙動を 再現することは可能であるが､初期状態から液状化後の大変形までを予測することは困難 である｡しかしながら､液状化に伴う側方流動によって発生する地盤のせん断ひずみは､ 数10%を超えるものであり､時には100%を超える場合もある｡本論文では地震後の液状 化した地盤の大変形解析に対して､新しく､流体力学に基づいた解析手法を提案し､適用 している｡それにより､液状化地盤の大変形に対して有効な解析手法を確立することを目 的としている｡以下に､本研究の成果をまとめる. 1)流体力学の分野で高度に発達した汎用性の高いNavier･Stokes方程式の解法を､地盤 工学という固体力学的な領域に応用した｡ 2)液状化地盤の変形解析に流体力学的な解析手法を適用するために､液状化地盤をBingham流体および擬塑性流体と仮定して､それぞれのモデルの挙動を再現できるモ
デルを用いて､液状化地盤の流動特性を再現した｡ 3)自由境界面の処理にVOF法を用いた､Navier･Stokes方程式を支配方程式とするSIMPLE 法による解析手法､およびCIP法を用いた解析手法の2種類の解析手法により､過去に行 われた模型振動台実験を再現している｡特に､CIP法を用いた解析手法では､多層流体場 の解析が可能となるために､液状化層と非液状化層が混荏するような､より現実に近い現 象を解析することが可能となっている｡ 4)模型振動台実験では､.液状化砂層の流体的な特性を調べるために､振動台内の液状化砂層 について､液状化層厚と流動速度の間の相似則を検証している｡解析結果についても同様 の検証をしたところ､液状化層厚の異なる解析結果の間に､実験で得られた相似則が成立 しており､本研究の解析手法が液状化地盤の流体的な挙動を表現することが可能であるこ とが検証された｡ 5)さらに､液状化層と非液状化層が混在する場に対して､本研究の解析手法を適用した｡過去の振動台実験では､液状化層の上に非液状化層が存在する場合を想定した実験を
行っている｡解析結果は実験結果を概ね再現できていた｡-16-以上が､本研究の主な成果であり､本研究の成果は､今後の耐震設計および地盤解析の発 展に大いに役立つものと考えられ､工学的意義は非常に大きい｡したがって､本研究は学 位論文として認定するに値するものと判定した｡
