2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of rigid plastic finite element method using nonlinear shear strength of soil material and quantitative analysis of design standard
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18H01533
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
大塚 悟 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (40194203)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 支持力 / 複合荷重 / 数値解析 / 支持力式 / 土水連成解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度の研究実績について項目毎に記載する．
（１）基礎の支持力模型試験：鉛直・水平・モーメントの組み合わせ荷重の試験が可能な模型試験装置の設計および製作を実施した．載荷装置は荷重および変位制御が可能な載荷方式として，模型土槽も3次元と2次元平面ひずみ条件に対応できるスペックとした．試験装置の製作は大学の工作センターを活用し，部品発注により自主製作をした．想定以上に製作時間が必要になったが．試験機のチューニング期間の短縮化を図り，研究計画への影響を小さくする対応を行った．
（２）剛塑性有限要素解析手法の高度化：剛塑性有限要素解析と飽和・不飽和浸透解析をハイブリッドに連成する土水連成解析手法を開発・整備した．解析手法は海岸ケーソン防波堤の津波に対する安定性評価に適用した．ケーソン基礎には鉛直・水平・モーメントの複合荷重が作用し，マウントには津波による浸透力が作用する複雑な問題である．解析結果は他機関で実施した遠心模型実験によく一致し，解析結果の妥当性が検証された．また，基礎と地盤の接地圧分布について新しいモデルを導入することにより，偏心・鉛直荷重に対する基礎の鉛直荷重・モーメントの極限荷重空間を提案した．
（３）地震時擁壁土圧の解析：静的震度法を用いた地震時土圧（静的および主働・受働時の土圧）の解析手法を開発した．土圧および土圧作用位置に関して物部・岡部の土圧理論との比較により検証した．土水連成解析を用いると地下水位や地盤の浸透力がある場合にでも，実際問題に即した解析が可能になった．
（４）基礎の寸法効果を考慮した支持力解析手法の開発：豊浦砂の拘束圧に対する強度の非線形特性を用いて，非線形降伏関数に基づく有限要素解析プログラムを開発した．砂質地盤の鉛直支持力は，基礎の寸法効果を考慮できる建築学会の設計基準との比較を行い，半経験式である支持力式と同様の結果を得た．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
数値解析手法の開発と高度化について，研究は順調に進捗した．その成果は学会論文集や国際会議等へ投稿している．特に基礎の支持力解析については，鉛直・水平・モーメントの複合荷重で生じる基礎と地盤間の接地圧分布の変化に対して，新しいモデルを考案することにより合理的に信頼性の高い解が得られるようになった．その効果は砂質地盤および粘性土地盤に対して適用性を確認した．全般的に解析的研究は概ね順調に進展したが，一方で実験的研究は支持力試験装置の製作に苦戦した．基礎の載荷機構が複雑であること，外部委託によらずに自主製作になったことから，各種パーツの製作や納品に時間がかかり，製作の進捗に遅れが生じた．この点については試験機のチューニング期間を短縮化するなど研究計画に影響が出ないように配慮した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究成果を踏まえて，今後に以下の研究を実施する．
（１）組み合わせ荷重に対する基礎の支持力解析では，偏心・傾斜荷重に対する基礎の鉛直・水平・モーメントの組合せ荷重に対する支持力空間の解析を行う．今年度に開発した接地圧分布の評価手法が偏心・傾斜荷重に対して機能するか確認する．地盤はDrucker-Prager型の線形強度を用い，砂質地盤のほか粘性土地盤についても解析を実施する．様々な条件で事例解析を実施し，得られた成果をとりまとめて支持力公式を提案する．
（２）基礎の支持力模型試験に関して，偏心・鉛直荷重に対して砂質地盤の支持力模型試験を実施する．基礎と地盤間の接地圧分布の計測を実施する．
（３）豊浦砂の拘束圧に対する強度の非線形特性に基づいて，基礎の寸法効果を考慮した支持力解析を実施する．対象地盤は砂質地盤として，基礎の寸法効果を取り入れた支持力公式の高度化を図る．
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