マンホール浮き上がり検討例

(1)

マンホールの地震時液状化浮き上がり解析

（地震時せん断応力は「略算」で算定）目次（１）基本方針１，本解析の背景２２，構造諸元２３，本解析の内容２４，本解析の目的２５，設計方針及び参考文献２６．使用プログラム３７，変形解析のフロー３８，概要図３（２）地盤概要１，地盤の概説５（一部省略）２，ボーリング調査結果５３，設計外力６（３）自重変形解析の概要１，ＡＬＩＤによる自重変形解析法の概説１０（ＡＬＩＤ）（一部省略）２，解析モデル１１（４）マンホールの設計１，マンホールの構造１２２，構造計算１２（５）地震時自重変形解析１，解析モデル１３（一部省略）２，ＡＬＩＤ解析モデル１５３，ＡＬＩＤ解析結果１６４，結果の整理１７マンホールの地震時液状化による浮き上がりを「ＡＬＩＤ」により行った。 (株)ブルドジオテクノ

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(１)基本方針１，本解析の概説本解析は、液状化を考慮した静的ＦＥＭ解析である。解析法は，液状化に伴う堤防及び盛土の変形を基礎地盤の砂質土層が液状化し，砂質土層の剛性が低下したことに起因して発生するものと仮定し，解析における外力として土層の自重のみを考慮する静的自重変形解析である。２，構造諸元設置場所 ○○県○○市○○町地内 △△線設備雨水排水（マンホール）道路地下に設置地盤調査報告書参照３，本解析の内容本解析は、道路設置マンホールの地震に対する液状化の影響を考慮した浮き上がり量を概略推定する。ＦＥＭ解析液状化自重沈下解析解析モデル二次元解析条件静的有効応力ステップ解析行わない（現状の状態を解析）液状化の判定ＦＬによる液状化定数の計算Ｎ値及び諸定数によるプログラム内部計算４，本解析の目的目的設計状態想定する荷重など解析の目的沈下量予測地震時レベル１、２液状化を考慮した堤防の自重沈下量概略値を推定

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６，使用プログラム・静的ＦＥＭ解析コード：ＡＬＩＤ（ＡＬＩＤ研究会）二次元・有効応力解析・マンホールの設計（フォーラムエイト）マンホール構造、地盤液状化の判定７，変形解析のフロー土質定数の設定：試験値の適用定数の推定・仮定設計外力の算定レベル１，２マンホールの構造「マンホールの設計」解析モデル（二次元）液状化を考慮した土質定数の決定（１）地震前の応力解析有限要素法による自重変形解析（２）液状化時の変形解析ＡＬＩＤにより解析（３）残留変形解析安全性の確認８，概要図 ①地盤断面図

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(２)地盤概要１，地盤の概説調査では１本のボーリング（Ｎｏ.３）が実施され、土質試験が行われている。土層は同一と思われる層はまとめて、できるだけ簡単なモデルとなるようにしている。ただし、土層の連続については、サンプル及び観察結果等を参考に連続土層を設定した。（ここでは説明のため大きくまとめていることに注意）２，ボーリング調査結果 ①Ｎｏ.３：

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耐震設計上の地盤種別（道路橋示方書Ⅴ Ｐ３２による）：２種地盤ＰＡＧＥ＝７液状化の判定資料（道路橋示方書Ⅴ Ｐ１３４による）ＰＡＧＥ＝８～９＊ボーリング調査により、地層構成・標準貫入Ｎ値が実施され、結果は上図に示す。＊地盤層③～⑦の砂質層は、土の粒度試験が行われている。３，設計外力ＡＬＩＤの解析には液状化に対する抵抗率ＦＬが必要であるため、道路橋示方書Ⅴ（Ｐ１３４）により設計値を算定する。地域区分（Ｐ２７）Ｂ地域（０.８５）レベル１（Ｐ３５）ｋｈｃ＝０.１５ｘ０.８５＝０.１２８レベル２（Ｐ３５）ｋｈｃ＝０.７（２種地盤）ｘ０.８５＝０.５９５マンホールの設計では、下水道施設の耐震対策指針と解説（Ｐ２５）地域区分（Ｐ２７）Ｂ地域（０.８５）レベル１（Ｐ２５）応答変位法による（Ｐ１２０）レベル２（Ｐ２８）

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地盤種別

ボーリング番号－Ｎｏ.３平均せん断弾性波速度Ｈｉ(m) Ｖsｉ(m/s) (sec) 1 BS 砂質土 0.95 8 160 0.0059 2 AS 砂質土 2.40 7 153 0.0157 3 AS 砂質土 1.50 13 188 0.0080 4 AS 砂質土 2.33 7 153 0.0152 5 AC 粘性土 1.55 15 247 0.0063 6 AS 砂質土 3.60 9 166 0.0217 7 AS 砂質土 2.21 4 127 0.0174 8 AS 砂質土 2.50 7 153 0.0163 9 AS 砂質土 3.54 5 137 0.0258 20.58 合　　計 0.1323

Ｔg　＝　4　×　Σ（Ｈｉ／Ｖsi）　＝

0.529

（ｓec）　　よって、耐震設計上の地盤種別は Ⅱ種地盤となる。解説：道路橋示方書Ⅴ耐震設計編Ｐ３２耐震設計上の地盤面：十部堅固な地盤（Vsi≧３００m/s) 平均Ｎ値Ｈｉ／Ｖsｉ Ⅰ種地盤：良好な洪積地盤及び岩盤、硬質砂れき層などＴg≦０.２層番号層名層種別層厚 Ⅱ種地盤：Ⅰ種、Ⅲ種にも属さない洪積地盤及び沖積地盤０.２＜Ｔg≦０.６０ Ⅲ種地盤：沖積地盤のうち軟弱地盤０.６０＜Ｔg

粘性土層

_V

si

=100N

i1/3

1≦N

i

≦25

砂質土層

_V

si

=80N

i1/3

1≦N

i

≦50

(8)

1章液状化

1.1 液状化の判定

(1)レベル1 計算深度 (m) N値 Ip FC (%) D50 (mm) D10 (mm) R L FL 判定 1.200 2.200 3.200 4.200 5.200 6.200 7.200 8.200 9.200 10.200 11.200 12.200 13.200 14.200 15.200 16.200 17.200 18.200 19.200 8.0 4.0 10.0 15.0 12.0 5.0 8.0 20.0 12.0 10.0 9.0 2.0 5.0 4.0 11.0 4.0 6.0 4.0 5.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 18.9 2.8 2.8 5.1 5.1 5.1 5.1 9.8 9.8 11.1 11.1 6.8 6.8 6.8 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.355 0.256 0.160 0.228 0.204 0.190 0.088 0.136 0.119 0.196 0.116 0.137 0.109 0.120 0.138 0.150 0.159 0.172 0.175 0.177 0.178 0.178 0.176 0.175 0.173 0.171 0.168 0.166 2.570 1.701 1.007 1.326 1.168 1.075 0.494 0.766 0.675 1.120 0.673 0.801 0.650 0.723 × × × × × × × × × × × ○ ○ ○ × ○ ○ ○ ○ 注）地表面から20mまでを表示判定：×＝液状化しない，○＝液状化する (2)レベル2 計算深度 (m) N値 Ip FC (%) D50 (mm) D10 (mm) R L FL 判定 1.200 2.200 3.200 4.200 5.200 6.200 7.200 8.0 4.0 10.0 15.0 12.0 5.0 8.0 0.0 0.0 0.0 18.9 2.8 2.8 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.653 0.388 0.191 0.637 0.694 0.732 1.025 0.558 0.261 × × × × ○ ○ ×

(9)

計算深度 (m) N値 Ip FC (%) D50 (mm) D10 (mm) R L FL 判定 12.200 13.200 14.200 15.200 16.200 17.200 18.200 19.200 2.0 5.0 4.0 11.0 4.0 6.0 4.0 5.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 5.1 9.8 9.8 11.1 11.1 6.8 6.8 6.8 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.088 0.152 0.126 0.257 0.123 0.153 0.113 0.128 0.823 0.820 0.814 0.806 0.797 0.788 0.777 0.766 0.107 0.186 0.155 0.319 0.154 0.194 0.145 0.167 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 注）地表面から20mまでを表示判定：×＝液状化しない，○＝液状化する

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(３)自重変形解析法の概説１，自重変形解析法の概説 ①解析法の概要本解析法は，二次元断面を対象とし、各節点の変位量を算出する。すなはち、地震によって液状化した層は剛性が低下し、これによって堤体が沈下する。また、砂質土層の剛性低下に伴う堤防の変形が地震動が終了した後に発生するものと仮定するため，慣性力に起因する変形は考慮しない。剛性低下率は液状化に対する抵抗率ＦＬ及び細粒分含有率ＦＣの関数として与えられ、地震前の土の剛性、ＴＬとＦＣが分かれば沈下量を求めることが出来る比較的簡便な方法である。液状化層の剛性低下の特徴は，下図に示すように、地震前の解析には液状化層のせん断弾性係数Ｇo としてＯＡ線の傾きを使用する。一方、地震後の解析では、液状化層については剛性低下そたせん断弾性係数Ｇ1としてＯＣ線の傾きを使用する。ポアソン比については、地震前の解析では常時ν0を用い、地震後の解析では体積弾性係数Ｋが地震前・後で一定となるよう逆算した地震後のポアソン比ν1を用いる。比液状化層についても、地震前の解析では常時のＧ・νを使用し、地震後の解析では液状化層の過剰間隙水圧の影響等によりある程度のせん断剛性の低下を見込んだ物性値Ｇ・νを用いて、変形量を算出する。（出典：河川堤防の地震時変形量の解析方法） ②解析のフロー本解析法では， ①液状化層 ②液状化層上部に位置する非液状化層（堤体の盛土と表土層） ③液状化層の下部に位置する非液状化層の3 種類の土層で液状化時における剛性を設定する。液状化時における剛性の設定方法は、 ①液状化層は，液状化時の剛性低下を考慮した変位を「応力解放法」により内部計算する。 ②液状化層の上部に位置する非液状化層（堤体の盛土と表土層）については，下部の液状化層の影響を受け，液状化の程度が大きいほど剛性が低下しやすいため、経験値による剛性の低下率により算定する。 ③液状化層の下部に位置する非液状化層については，液状化の発生に伴う剛性の低下を考慮しない。液状化層の剛性低下を考慮した有限要素法による変形解析は，下図に示す通り、自重を用いて地震前のせん断弾性係数とポアソン比を用いた地震前の変形解析と液状化が発生し剛性の低下が生じた際のせ

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液状化の判定解析モデル作成パラメータ設定地震前の変形解析自重変形解析：非排水条件液状化時の変形解析ＡＬＩＤ変形量を合計＝自重沈下量液状化層の体積圧縮変位量算定（出典：河川堤防の地震時変形量の解析方法）２，解析モデル（二次元ＦＥＭ） ①ＦＥＭ解析モデル・側方の境界の影響を少なくするため、左右へ解析地盤深さを目安とし側方地盤域を設定した。・モデル（側方地盤域＋解析目標域）の左右部分については、モデル全体長（解析目標長の１０倍）を考慮した付加地盤（水位考慮）を設定した。・モデルの境界条件は、モデルの両側面は付加地盤・水平固定とし、モデル底面は水平変位と鉛直変位を固定とした。解析モデル図各解析結果に記載 ②要素適用モデル

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(４)マンホールの設計１．マンホールの構造

２．構造計算

使用プログラム「マンホールの設計」（フォーラムエイト）ファイル名：２１１０

(13)

(５)地震時自重変形解析結果１．解析モデル解析モデルは上図に示すように、解析目標である「解析目標域」より左右に側方地盤域を設定した。境界条件は、両側面は付加地盤・水平固定とし、モデル底面は水平変位と鉛直変位を固定とした。付加地盤の設定長＝｛（解析目標域ｘ１０）－（解析目標域＋深さｘ２）｝／２＝｛（１０ｍｘ１０＝１００ｍ）－（１０＋２０.６ｘ２＝５１.２ｍ）｝／２＝２４.４ｍ構成要素は図のように①～⑫まで設定した。各要素の設定は以下の通り。番号＊土質液状化層物性モデル液状化時条件 ① ＡＳＭＣ／ＤＰ剛性低下 ② ＡＳＭＣ／ＤＰ剛性低下 ③ ＡＳＭＣ／ＤＰ剛性低下 ④ ＡＳ ○ ＭＣ／ＤＰバイリニアー ⑤ ＡＣＭＣ／ＤＰ剛性低下 ⑥ ＡＳ ○ ＭＣ／ＤＰバイリニアー ⑦ ＡＳ ○ ＭＣ／ＤＰバイリニアー

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各要素のパラメータ番号＊土質 γ Ｇ ν Ｄｒ φ ｃ ψ ① ＡＳ１７.０８４２１０.３３６７.２２２３２.７７.６ ② ＡＳ１８.０７３６８０.３３５３.５２５３２.０７.０ ③ ＡＳ１７.０１３６８４０.３３６５.２６３３４.４９.４ ④ ＡＳ１６.０７３６８０.３３４５.６７０３１.０６.０ ⑤ ＡＣ１８.０１４４８３０.３３６４.１３４３.７５ ⑥ ＡＳ１９.０９４７４０.３３４６.９７６３１.３６.３ ⑦ ＡＳ２０.０４２１１０.３３２９.３９１２６.８１.８ ⑧ ＡＳ２０.０７３６８０.３３３７.００８２９.０４.０ ⑨ ＡＳ２０.０５２６３０.３３２９.４４３２６.８１.８ ⑩ Ｃｏｎ２４.５１０４１６６７０.２・γ：単位体積重量（ｋＮ／ｍ３）（一般値による推定）・Ｇ：せん断弾性係数（ｋＮ／ｍ２）（Ｎ値より推定）・ν：ポアソン比（推定値）・Ｄｒ：相対密度（Ｍｅｙｅｒｈｏｆ式より推定）・φ：せん断抵抗角（゜）（Ｎ値より推定）・ｃ：粘着力（ｋＮ／ｍ２）（Ｎ値より推定）・ψ：ダイレイタンシ角（゜）（Ｎ値より推定）変形係数の応力依存性を考慮するためＪａｎｂｕの実験式による推定式により算定した。番号＊土質ｋｎ ① ＡＳ９５５７６０.５ ② ＡＳ３８６７７０.５ ③ ＡＳ５４９０９０.５ ⑤ ＡＣ６７９８８１.０液状化層の液状化抵抗率ＦＬ：レベル２）番号＊土質ＦＬＡＬＩＤ ④ ＡＳ０.３２９今回のＡＬＩＤ解析では、プログラム内で自動計算する ⑥ ＡＳ０.３３５ ⑦ ＡＳ０.１７４ ⑧ ＡＳ０.２３１ ⑨ ＡＳ０.１６６

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２．ＡＬＩＤ解析モデル ①ブロック図

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３．ＡＬＩＤ解析結果（ここではレベル２タイプⅡを掲載する） ①残留変形図（ｘ１.０）

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③液状時間隙水圧分布図

４．結果の整理

①液状化によるマンホール天端浮き上がり量の確認浮き上がり量（ｍ）