2022 Fiscal Year Research-status Report
A proposal for estimation of friction pile-unsaturated ground interactions using model test and numerical analysis
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22K14323
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
熊 曦 金沢大学, 地球社会基盤学系, 助教 (10897680)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 不飽和土 / 杭 / 模型実験 / 数値解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，静的載荷条件下で不飽和地盤における杭と土の相互作用に着目し，実験的及び解析的に杭と不飽和地盤の挙動を把握することが目的とする。そのため，今年度は不飽和土の模型実験装置を提案し，地盤飽和度の変化が杭の支持力特性に及ぼす影響を模型実験による検討を行った。具体的には，吸引法により異なる初期サクションを持つ均一な模型地盤を作成し，模型杭の貫入試験，静的単調・準静的繰り返し載荷試験を実施し，杭の貫入・養生・供用過程において地盤のサクション変化をマイクロテンションメーターにより計測した。特に，模型地盤の初期状態を把握するために，初期サクションと初期含水比を計測し，コーン貫入試験を行った。
本研究で提案してきた不飽和模型地盤の作成方法は，模型実験レベルで地下水位面の変動が地盤の力学特性・水理学特性に与える影響を精度良くに再現することが確認できた。また，不飽和地盤における杭の鉛直支持力および荷重-沈下曲線の初期剛性は，飽和地盤における杭に比べてより大きい値を示し，不飽和土の有効応力理論を適用することで，杭の支持力特性をより正確に評価する可能性が示唆された。
さらに，信頼性のある数値実験を行うために，杭貫入に常に発生する有限変形も考慮に入れる解析手法の確立が不可欠である。変形が地盤材料の水分特性曲線に及ぼす影響を調べるために，保水性試験とサクション一定の圧密試験を行った。その結果，異なる種類の土であっても，一定のサクション下では，飽和度と間隙比がほぼ線形であることが分かり，提案してきた水分特性曲線モデルの有効性を検証した。
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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
本年度は，地盤飽和度の変化が杭の支持力特性に及ぼす影響について模型実験による検討および，保水性試験と圧密試験を含む要素試験を行った。模型実験においては，不飽和地盤における杭の鉛直支持力および荷重-沈下曲線の初期剛性が，飽和地盤における杭より大きいことを明らかにした。要素試験においては，異なる種類の土であっても，一定のサクション下では，飽和度と間隙比はほぼ線形であることが分かり，提案してきた水分特性曲線モデルの有効性を検証した。
当初は，模型実験で用いた珪砂6号の要素試験を実施し，その応力・変形関係を把握することを目標に掲げていたが，準備状況から解析手法の検証を先に実施した。また，本研究で提案してきた不飽和模型地盤の作成方法は，模型地盤の含水比・サクションを精度良くに制御することが確認できた。本研究の目的の一つである，サクションを含めた種々の物理量が均一な模型地盤を作成することを達成できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，不飽和珪砂6号の力学特性を調べるための三軸圧縮試験を実施し、その応力・変形関係を明らかにする。昨年度は主に，変形が地盤材料の水分特性曲線に及ぼす影響を調べるために，保水性試験とサクション一定の圧密試験を行った。しかし，構成式のパラメータを決定するためには，三軸試験の結果が不可欠である。また，水位上昇速度が異なる地盤における模型杭の力学挙動に関する実験を実施する。昨年度は地下水位一定の条件で杭の載荷試験を行ったが，今後は地下水位の変動が摩擦杭の安定性に及ぼす影響を調査することが目的である。さらに，杭基礎模型実験を対象に数値解析を行い，模型実験結果により同じ条件下で実施する数値解析の結果を検証する。採用した解析手法の妥当性を検証してから，模型実験では完全に網羅できない条件（載荷経路・水理・飽和条件）での杭・不飽和地盤の相互作用のメカニズムを数値実験により探求する。
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