遠心実験に用いるメチルセルロースの温度依存性による液状化地盤挙動への影響の解明

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K20474
• Research Institution: Building Research Institute
• Principal Investigator: 的場 萌子 国立研究開発法人建築研究所, 国際地震工学センター, 研究員 (30913579)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2024-03-31
• Keywords: 飽和地盤 / 遠心載荷実験

Outline of Annual Research Achievements

上部構造物・鋼管杭基礎－飽和地盤系の縮小模型試験体を用いた既往の遠心載荷実験では，一回の大地震により地盤が液状化した際に，鋼管杭が崩壊して上部構造物が倒壊する現象が示されており，杭の終局メカニズムが明らかにされている。一方，複数回大地震動により杭基礎が損傷する場合は，地震動により液状化時の地盤性状が刻一刻と変化するため，構造物と地盤の動的相互作用の変化を考慮する必要がある。既往の杭基礎の遠心載荷実験では，間隙水圧についての時間に関する相似則を合わせるため，水の代わりに粘性を調整したメチルセルロース溶液を用いているが，代替間隙水の粘性の温度依存性が及ぼす地盤の地震時挙動への影響はほとんど考慮されていない。
これを踏まえ本研究では，複数回の地震動を受けて液状化する地盤－構造物系の動的相互作用効果を精緻に検討できる実験手法の開発のため，遠心力載荷実験装置を利用した実験を行い，飽和地盤の地震時挙動に及ぼすメチルセルロース溶液の粘性の温度依存性による影響を明らかにする。
本研究期間を通じて，液状化地盤－上部構造物・コンクリート充填鋼管杭系の縮小模型を用いた遠心載荷実験結果に基づき，複数回の地震動を受ける飽和地盤－杭基礎系の動的挙動を分析した。具体的には，地盤が液状化する際の指標である過剰間隙水圧の応答性状（上昇特性，消散時間）や地盤内加速度応答と，メチルセルロース溶液の動粘度，溶液中のメチルセルロース量（濃度），粘性調整時の水温との関係を整理した。また，液状化地盤におけるコンクリート充填鋼管杭の終局耐力と終局時までのメカニズムを明らかにした。