礫質土地盤 礫質土地盤 礫質土地盤

礫質土地盤 礫質土地盤 礫質土地盤

礫質土地盤における における における杭基礎構造物 における 杭基礎構造物 杭基礎構造物の 杭基礎構造物 の の遠心力場 の 遠心力場 遠心力場模型振動実験 遠心力場 模型振動実験 模型振動実験および 模型振動実験 および および およびその その その そのシミュレーション シミュレーション シミュレーション シミュレーション

関西電力株式会社 正会員 ○小澤 和弘，大江 一也，吉田 次男 株式会社ニュージェック 正会員 平井 俊之，片山 周平

京都大学防災研究所 正会員 井合 進

１ １ １

１．．．．はじめにはじめにはじめにはじめに

礫質土によって埋め立てられた地盤に杭基礎構造物を設計するにあたって,地震によって液状化した埋立土，及び その影響を受けた杭の挙動を把握することは重要であるが，このような研究はまだ少なく，液状化した礫質土地盤 が杭に及ぼす影響が明確でない．また，砂を対象として開発されてきた有効応力解析手法の礫質土への適用性につ いても検討する必要がある．筆者らは，礫質土の埋立地盤に建設する杭基礎構造物を対象とした遠心力場模型振動 実験およびその再現解析を二次元有効応力解析手法 FLIP により実施した．本稿では，レベル 2 地震動に相当する波 形を入力した際の再現解析結果について報告する．

２２

２２．．．．遠心力場遠心力場遠心力場遠心力場模型振動実験模型振動実験模型振動実験模型振動実験

模型の寸法及び計器配置図を図-1及び図-2に示す．遠心加速度は 50G で，模型のサイズは横 1.95m(97.5m)×奥 行き 0.8m(40m)×高さ 0.52m(26m)とした(括弧内は実物換算値)．杭はステンレス製でφ=20mm，t=1mm，長さ 502mm である．上部工はフーチング部および建屋部の 2 階建て構造とした．模型地盤材料の

粒度分布は図-3に示す．地盤の密度は Dr＝118%である．入力地震動は図-4に示すよ うに，地盤の液状化過程を詳細に把握するため継続時間が長い 2003 年十勝沖地震の 釧路港で観測された波形を振幅調整して用いた．

キーワード 礫質土，液状化，杭基礎, 遠心力場模型振動実験，有効応力解析，レベル２地震動

連絡先 〒661-0974 兵庫県尼崎市若王寺 3-11-20 関西電力株式会社 電力技術研究所 構築研究室 ＴＥＬ06-6494-9707

502

S N

23 24 15

142 フランジ

336 9

39.5 39.5

39.5

39.5

39.5

39.5

28 25

71

71 N

ップ

9 345 41.8 埋立地盤 表面位置

図-2 ひずみゲージ配置図(○

印は解析と比較した点)

0 20 40 60 80 100

0.001 0.01 0.1 1 10 100

粒径(mm)

通過質量百分率(%)

実験後粒度（地盤浅層）

実験後粒度（地盤中層）

実験後粒度（地盤深層）

平均値

図-3 埋立地盤の粒度分布 断面図

水圧計

加速度計

変位計 土圧計 ﾍﾞﾝﾀﾞｰｴﾚﾒﾝﾄ

318.2 埋立地盤

(礫質土 Dr103%)

支持地盤

(モルタル qu=1000kPa)

図-1 模型の寸法及び計器配置図(○印は解析と比較した点)

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

0 10 20 30 40 50

Time(s) Acc(cm/sec2)

図-4 入力波形

埋立地盤 (礫質土 Dr118%)

土木学会第66回年次学術講演会(平成23年度)

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３３

３３．．．．遠心力場遠心力場遠心力場遠心力場模型振動実験模型振動実験模型振動実験模型振動実験のののの再現解析再現解析再現解析 再現解析

再現解析（以降，「詳細解析」という）のパラメータ評価は，最初に，地 盤改良された固い地盤を表現するために初期せん断剛性 G_ma（G₀）をパラメ ータとして液状化前の小ひずみでの G-γ関係を実験と整合させた．次に，

過剰間隙水圧の上昇をターゲットにして液状化パラメータの評価を行った。

その際、地盤を上下 2 層に分け、各層で評価した．図-5に非排水繰返し三 軸試験と詳細解析によって求めた液状化強度曲線を示す．図-6 に過剰間隙 水圧比の時刻歴波形を示す．以降，解析と実験との比較は実スケールで行 っている．詳細解析では水圧上昇過程が精度良く再現されている．図-7 に 地盤変位の時刻歴波形を示す．詳細解析は実験値との位相のずれも見られ

ず再現性が良い．図-8に杭の曲率の時刻歴波形，図-9に 20 秒付近のスナップショットを示す．杭頭は塑性領域に 入っており、詳細解析は杭の塑性挙動を精度よく表現している．図-10に上部工慣性力と杭頭曲率との関係を示す．

杭頭曲率の最大値側と最小値側の誤差を平均した解析誤差は 7%程度であり、実験と良く整合していると言える．

４ ４ ４

４．．．．おわりにおわりにおわりにおわりに

過剰間隙水圧の上昇をターゲットにして液状化パラメータの設定を行った FLIP による再現解析（詳細解析）を実 施し，実験結果と比較した．解析結果より，改良地盤を表現するために，G_ma（G₀）をパラメータとして液状化前の 小ひずみでの G-γ関係を実験と整合させることで，地盤物性を精度良く評価できることが分かった．また，模型実 験での過剰間隙水圧の上昇過程を忠実に再現することで，地盤変位や杭の曲率についても実験結果を精度良く再現 できることが分かった．これらの結果より，実設計に際して，遠心力場模型振動実験にて実地盤を忠実にモデル化 し，本手法にて液状化パラメータを評価することで，精度の高い解析が行えると考えられる．今後，遠心力場模型 振動実験より簡便に実施可能な重力場模型振動実験から液状化パラメータを評価する手法の開発を行う予定である．

参考文献参考文献 参考文献参考文献

1)片山ら：礫質土地盤における杭基礎構造物の模型振動実験及びそのシミュレーション（逆解析編），土木学会第65 回年次学術講演会，2010

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0.1 1 10 100 1000

繰返し載荷回数　N 繰り返し応力比　σd/2σc'

試験DA=1%

試験DA=2%

試験DA=5%

試験Nu=95%

解析値（浅部） DA=1%

解析値（浅部） DA=2%

解析値（浅部） DA=5%

解析値（浅部） Ｎu=95%

解析値（深部） DA=1%

解析値（深部） DA=2%

解析値（深部） DA=5%

解析値（深部） Ｎu=95%

図-5 繰返し三軸試験結果と 要素シミュレーション

図-7 地盤変位の時刻歴波形

-0.006 -0.004 -0.002 0 0.002 0.004 0.006

-3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 上部工慣性力 （kN/m）

杭頭曲率φ (1/m)

実験値 解析値

図-10 上部工慣性力と 杭頭曲率との関係

-25 -20 -15 -10 -5 0

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

杭　曲率(10^-3/m)

G.L.(m)

実験値 (20.025s) 実験値 (20.775s) 解析値 (20.00s) 解析値 (20.72s) 降

伏 曲 率

降 伏 曲 率

図-9 杭の曲率の スナップショット 図-8 杭の曲率の時刻歴波形

図-6 過剰間隙水圧比の時刻歴波形

-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

過剰間隙水圧比

実験値 解析値 PN2(GL.-4.35m)

-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Time(sec)

過剰間隙水圧比

PN5(GL.-15.5m)

-20 -10 0 10 20

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

水平変位(cm) 実験値

解析値 AN2(GL.-2.35m)

-20 -10 0 10 20

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Time(sec)

水平変位（cm)

AN5(GL.-14.2m)

-0.006 -0.004 -0.002 0.000 0.002 0.004 0.006

0 10 20 30 40 50

曲率 （1/m） 実験値

解析値 GL.+1.15m(解析値はGL.+1.05m)

降伏曲率

降伏曲率

-0.006 -0.004 -0.002 0.000 0.002 0.004 0.006

0 10 20 30 40 50

曲率 （1/m）

GL.-4.33m(解析値はGL.-4.2m) 降伏曲率

降伏曲率

-0.006 -0.004 -0.002 0.000 0.002 0.004 0.006

0 10 20 Time (s) 30 40 50

曲率 （1/m）

GL.-15.6m(解析値はGL.-15.5m) 降伏曲率

降伏曲率

土木学会第66回年次学術講演会(平成23年度)

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