2017 Fiscal Year Annual Research Report
農業用ため池の地震時のすべり破壊と液状化による変形の統合的耐震診断技術の開発
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16H04994
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
毛利 栄征 茨城大学, 農学部, 教授 (90373224)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河端 俊典 神戸大学, 農学研究科, 教授 (20335425)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ため池 / 耐震診断 / 土の強度と変形 / 土の劣化と強度低下 / すべり破壊 / 超大ひずみ / 累積損傷 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
農林水産省の全国のため池一斉点検調査(平成29年3月末時点)では，4,444か所のため池で耐震診断が実施され，2,434か所で耐震不足であることが報告されているが，レベル1地震に対する調査にとどまっている。ため池堤体のレベル2の大規模地震に対する安全性を照査するためには，すべり破壊に進展する超大ひずみレベル（大変形）での土の強度と変形に関する試験結果やその解析モデルの提示が不可欠である．
H29年度は，平成28年度に実施した「微小ひずみから中ひずみ領域での強度試験」結果の分析を進めるとともに，「すべり発生後の超大ひずみレベル」まで拡張した試験を実施した。(1)超大ひずみレベルの土の強度特性を求める試験として開発した「繰返し損傷試験機（リングせん断試験機）」の試験結果を分析し，砂質土の微小・中ひずみ領域における強度低下の現象を把握することができ，プロトタイプモデルを策定した。(2)試験結果の再現性はある程度確保できたが，超大ひずみで液状化に至るような強度がほとんどゼロに近い領域では，センシング精度が悪いためさらにせん断機構と試料作成方法など改良する必要があることがわかり，その開発に着手した。(3)土の締固め度合いが土の力学的特性に与える影響を整理し，数値解析も実施して繰り返し回数と強度低下の関係や繰り返し荷重の大きさの影響を導入する必要があることが分かった．(4)その結果，土の最大強度から残留強度に低下する軟化現象については，土に損傷が蓄積される「累積損傷モデル」を拡張して「標準強度低下モデル」に導入することができることが明らかとなった。(5)変形に大きな影響を与える土の剛性については，小,中ひずみレベルから超大ひずみレベルにいたる広い範囲に適用できる剛性低下のプロトタイプモデル（一般化標準強度低下モデルの一つ）を策定し，その有効性の検証に着手した。
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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
平成28,29年度の計画に対して以下のように進捗している．
１．ため池堤体土の類型化について：(1)1,200箇所のため池の基礎地盤と堤体の土質試験結果をデータベース化した．(2)土質試験結果をもとに，ため池堤体を類型化して堤体強度（内部摩擦角φ，粘着力c）をN値から予測する式を提案した．
２．微小ひずみから中ひずみ領域での強度特性の解明について：ため池堤体のすべり破壊が発生する起点である変形の初期段階で土が発揮できる強度（最大せん断強度）と変形性能の特性を試験によって明らかにした．
(1)せん断破壊を再現するための試験装置の改造（繰返し損傷試験機） (2)繰返し損傷試験機を用いて中ひずみまでの試験を実施し，土が発揮できる最大せん断強度，残留せん断強度と変形性能の特性を試験によって明らかにした．
３．超大ひずみレベルの土の強度特性：(1)繰返し損傷試験機の精度確認を実施した。(2)繰返し損傷試験機と従来の微小ひずみ領域の試験結果の整合性を確認し，せん断機構などの不具合を解消して，超大ひずみ領域の土の強度・変形特性評価を実施した。(3)有限要素法解析を実施して，繰り返し回数と強度低下の関係や繰り返し荷重の大きさの影響に関する試験結果の妥当性と強度低下モデルに組み込むべき基本要素を得た。(4)土の最大強度から残留強度に低下する現象を表す基本モデルの考え方として，「累積損傷モデル」を採用することが重要であり，その基本要素を「標準強度低下モデル」に組み込む必要があることが明らかとなった。(5)土の小,中ひずみレベルから超大ひずみレベルにいたる堤体土の剛性低下特性のプロトタイプモデルを作成するとともに，「一般化標準強度低下モデル」の基本型の有効性の検証に着手した。
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| Strategy for Future Research Activity |
ため池堤体の土質試験結果のデータベース化や超大ひずみまでを包含した、土の強度低下モデルを確定し、「一般化標準強度低下モデル」としての妥当性を明らかにする。具体的には、ため池堤体の模型振動実験と比較して破壊現象やすべりなどの動的挙動の評価能力を見極める。
１．強度低下を導入した耐震診断手法の開発：累積損傷による強度低下を包含する「一般化標準強度低下モデル」を確立し，耐震解析に組み込み，すべり崩壊から液状化による沈下・崩壊までを包括的に予測できる耐震解析システムを提案する。
(1)塑性すべり解析を用いた「ため池堤体の超大ひずみ領域での変形を予測する手法」の妥当性を検証する。(2)堤体の液状化によるため池堤体の変形予測については，超大ひずみ時の強度低下としてモデル化し，塑性すべり解析手法による可能性を明らかにする。(3)累積損傷による強度低下を考慮したモデルを用いて，有限要素法解析によってため池堤体の変形予測を行い，そのモデルの性能を明らかにする。
２．模型実験との比較による解析の検証：ため池の模型実験を実施し，解析結果と比較検証する。(1)ため池の地震時の進行性破壊モードを模型実験によって再現する。(2)上記試験結果を基に，破壊パターンや変形量などから統合的耐震診断システムの適用性を明らかにする。(3)堤体の動的挙動の特性に関する研究成果を学会論文，シンポジウムなど内外の学術誌に投稿する。
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