| Project/Area Number |
23K26248
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| Project/Area Number (Other) |
23H01554 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 23010:Building structures and materials-related
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| Research Institution | Chiba Institute of Technology |
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Principal Investigator |
金田 一広 千葉工業大学, 創造工学部, 教授 (30314040)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中井 照夫 中部大学, 工学部, 客員教授 (00110263)
余川 弘至 中部大学, 工学部, 准教授 (20736087)
鈴木 比呂子 千葉工業大学, 創造工学部, 教授 (60401527)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | 既存杭 / 弾塑性モデル / 連成解析 / 模型実験 / 杭撤去 / 弾塑性構成モデル / 撤去 |
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| Outline of Research at the Start |
今後建築物のリニューアルに伴い、既存杭の撤去が行われる。撤去後に周辺地盤の乱れが発生して強度が低下するという事例が多く発生している。強度低下が見られれば、地震時に水平耐力の低下が懸念される。しかし、この既存杭の撤去に伴いなぜ周辺地盤が乱れるか、メカニズムが明らかにされていない。本研究ではメカニズムの解明を目指す。
まず既存杭撤去に伴う施工過程を模擬した模型実験を実施する。画像解析などを駆使して、各杭撤去工法に伴う周辺地盤の変形を把握する。
次に最新の地盤弾塑性力学に基づく土水連成解析によって理論的に検討する。さらにこの最新弾塑性力学の解析手法を講習会などを通じて地盤技術者に広く提供する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
今後建築物のリニューアルに伴い、既存杭の撤去が行われる。撤去後に周辺地盤の乱れが発生して強度が低下するという事例が多く発生している。強度低下が見られれば、地震時に水平耐力の低下が懸念される。しかし、この既存杭の撤去に伴いなぜ周辺地盤が乱れるか、メカニズムが明らかにされていない。本研究ではメカニズムの解明を目指す。
2024年度では、2023年度に引き続き既存杭撤去に伴う施工過程を模擬した模型実験を実施した。地盤内の強度を非破壊で評価できるベンダーエレメント試験を導入し、乾燥砂の模型地盤に杭を設置して、引き抜き実験を行った。杭を引き抜くと同時にガラスビーズを導入し引き抜きに伴う杭の崩壊を防止した。杭から近い地盤ではせん断波速度Vsの低下がみられ、杭から離れれば低下が小さくなることが分かった。この傾向は実際の地盤と同様である。
一方で、最新の地盤弾塑性力学に基づく土水連成解析によって理論的に検討をすすめた。土の構成モデルはSubloading tijモデルを用いている。縁切引抜工法は、杭の周りに泥水を噴射させながらケーシングを貫入して杭と地盤の摩擦を切って、その後杭を引き抜く工法となる。数値解析では、ケーシング貫入は地盤の掘削としてモデル化した。杭の引き抜き時に、引き抜き速度が速い場合は杭周辺の地盤の掘削坑内への引き込みが発生する。数値解析ではその地盤の引き込みを内側へ強制変位を与えることでモデル化した。2024年度はこの強制変位を与える地盤の領域や強制変位量に関してさらに詳しい検討を実施した。杭引き抜きに伴う周辺地盤の引き込みによって杭周辺地盤でアーチング効果が生じて、有効応力の増加がみられ、さらにその周辺地盤は応力の低下が発生した。また3次元解析も実施して杭を複数引き抜くとき杭間隔が狭いほど中間の地盤が乱れ、杭間隔が広いほどその影響は小さくなることも解析的に示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
模型実験に関して、画像解析、ベンダーエレメント試験の導入によって杭を撤去する地盤の挙動を把握できるようになってきた。画像解析は地盤内のせん断ひずみの可視化が可能となり、引き抜き過程によってどの地盤がどの程度のひずみが発生しているかについて定性的にも定量的にも評価できるようになった。2023年度までは杭引き抜き後の地盤の強度をはり貫入試験で行っていたが、杭引き抜き過程では地盤を乱す恐れがあるために試験終了後のみの評価しかできなかった。しかし2024年度に導入したベンターエレメント試験は非破壊で地盤の剛性を評価できるため、杭を引き抜く過程において地盤の剛性を評価できるようになり、より詳細に地盤の乱れを調べることができるようになった。今後さらに分析を進めていく。
２次元軸対象による数値解析においても、杭撤去に伴う複雑なプロセスを理論的な背景をもって単純化することによって現象を解明することができている。杭を引き抜くことによって孔内に地盤が引き込まれ、孔壁にアーチング効果が生じ、その周辺地盤では逆に応力の低下が生じることが示された。孔壁に地盤が引き込まれる現象についてさらに理論的検討及び感度解析を実施して信頼性を高めた。また、3次元解析も実施した。解析メッシュが広く時間的もかかるができるだけ簡易にメカニズムを検討するように工夫した。杭間隔の違いによって杭が引き抜かれることによる杭間地盤の乱れについて検討も実施してきている。
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| Strategy for Future Research Activity |
模型実験に関しては、画像解析、ベンダーエレメントの知見を活かしてさらに検討を進めていく。杭を引き抜いたのちにガラスビーズを導入していたが、埋戻し材を変更することの影響について調べる。また、地盤条件（密度や粒形など）を変えることで周辺の地盤が乱れやすさなどのデータの収集と分析を実施し、論文としてまとめることを目指す。
数値解析に関しては、2023年度に引き続きケーシング貫入時に投入される泥水の影響が周辺地盤にどのような影響を及ぼしているか水と土の連成解析によって明らかにする。さらに、杭撤去は複数本にわたって行われ、３次元的な配置によってどのくらいの杭間隔で影響が大きくなるかなど、３次元解析を進める。模型実験の再現解析も実施し、弾塑性モデルの妥当性を確認するとともに、実験結果と齟齬や収束性が悪い場合などは弾塑性モデルの修正、高度化も進める。最終的には論文集として成果を発表することを目指す。
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