杭の設計における沈下量算定手法の合理化

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K14245
• Research Institution: Setsunan University
• Principal Investigator: 寺本 俊太郎 摂南大学, 理工学部, 准教授 (60757425)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 杭の周面摩擦 / 一面せん断試験 / 紫外線励起蛍光樹脂粒子 / 有限要素法

Outline of Annual Research Achievements

【A1】21年度は，一連の一面せん断要素実験を実施し，実験パラメータが2要素間の境界面におけるせん断特性に及ぼす影響を把握し，定式化に成功した．今年度は，未実施であった乾燥砂のケースを実施し，式の対象範囲を拡張した．
【B1】21年度は円形の供試体に対して簡易な矩形メッシュでモデル化し，比較的良好な精度が得られていたが，22年度はより詳細な円形メッシュとして再解析を実施した．その結果，再現解析の精度がさらに向上した．
【A2】21年度の回転載荷模型実験において，場所打ちモルタル模型杭に作用する拘束圧σnが過小評価されている可能性が予想されていた．23年度に鋼管杭を模擬したアルミ模型杭を製作し拘束圧を計測したところ，土層側面での計測値と比較して1/2以下程度であることが分かった．23年度は，拘束圧の載荷機構および土層内構成について再検討する．
【B2】の本実験の3D弾塑性FEM再現結果を実施した．本解析結果および【A1】の可視化実験の結果を踏まえて，回転載荷模型実験装置の改良を行う必要がある．
22～23年度の成果により，部材境界のせん断特性を把握する実験手法が確立され，また地盤構造物の数値解析で問題となる地盤－構造物の不連続面の表現方法が明確化された．23年度の研究で，杭周面が粗いアースドリル工法等の条件下における解析的再現も達成できれば，実験・載荷試験結果の事前予測や，増し杭された群杭といった複雑な設計・施工条件における評価等の，幅広い活用が期待される．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

【A1】の紫外線励起蛍光樹脂粒子を用いた一面せん断要素実験の可視化については，半導体不足のためロードセルを入手できないことから，22年度においてもまだ完成に至っていない．その代わりに，未実施であった乾燥砂のケースの実施や，数値解析の精度向上に取り組んだ．
21年度で予想された【A2】の回転載荷模型実験における問題について，追加実験で原因究明はできたものの，その解決には時間を要する．
【A】や【B】が完了していないため，以降の【C】や【D】については未着手である．
以上より，研究計画全体の進捗を評価すると，やや遅れていると判断できる．

Strategy for Future Research Activity

【A1】で未実施であった紫外線励起蛍光樹脂粒子を用いた一面せん断要素実験の可視化について取り組む．その結果を踏まえて，【B1】の数値解析における条件の見直しも行う．それらの結果と【B2】の結果を踏まえて，【A2】回転載荷模型実験の実験手法を見直し，再実験を実施する．
【C】杭の施工条件が鉛直支持機構に及ぼす影響の定量評価を目的として，ここまでの結果を用いた杭―地盤全体系の数値解析を実施する．その結果より，周面摩擦力度分布，杭先端と杭周面の荷重分担機構について評価し，【D】杭の設計における沈下量算定手法の合理化を目指す．

Causes of Carryover

【次年度使用額が生じた理由】
可視化実験装置が完成していないことから，可視化実験に着手できておらず，PIV解析用ソフトを購入するには尚早と判断したため．
【使用計画】
可視化実験装置が完成し，ある程度実験を実施した後，適切なPIV解析用ソフトを購入する（５０万円程度）．実験に係る消耗品を購入する（１０万円程度）．