| 研究課題/領域番号 |
23K04032
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分22030:地盤工学関連
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
阿部 慶太 日本大学, 工学部, 准教授 (10425928)
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| 研究分担者 |
仙頭 紀明 日本大学, 工学部, 教授 (40333835)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2025年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | もたれ壁 / 耐震補強 / 地山補強土工法 / 静的載荷実験 / 数値解析 / 振動台実験 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、過去の地震で転倒等甚大な被害が多く発生しているもたれ壁の補強法の合理化を主題とする。従来、もたれ壁の補強は、地山に複数の補強材を打設する地山補強土工法により行われているが、現状では補強材の補強効果として補強材周面の引抜き抵抗力のみ考慮している。一方、地震時では、壁の変形に伴い背面の地山が滑動して補強材自体が曲げ、せん断変形し、補強材の部材抵抗が発現することで、より大きな補強効果が発揮すると考えられる。そこで、補強材の部材抵抗に着目した模型実験とともに、粒子法による数値解析を実施し、補強材の補強効果を合理的に考慮した、もたれ壁の補強法の提案を行う。
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| 研究実績の概要 |
本研究は，過去の地震で転倒等甚大な被害が多く発生しているもたれ壁の補強法の合理化を主題とする．従来，もたれ壁の補強は，複数の地山補強材を打設する地山補強土工法により行われているが，現状では地山補強材の補強効果として地山補強材の変形の影響を考慮していない．一方，地震時では，壁および背面地盤の変位に伴い地山補強材自体が曲げ，せん断変形し，地山補強材の張力の発現性に影響を及ぼすことが考えられる．そこで，地山補強材の変形，部材抵抗に着目した模型実験とともに，壁，背面地盤，地山補強材の変形を再現可能な粒子法による数値解析を実施し，地山補強材の補強効果を合理的に考慮した，もたれ壁の補強法の提案を行う．
令和5年度は，壁の傾斜に伴う地山補強材の張力の発現性を検証するために1/10スケール模型を製作し，静的載荷実験を実施した．実験模型は，壁高5.0mのもたれ壁に地山補強材を挿入した状態を模擬したものであり，壁下端をヒンジとしロッドで壁模型上部を引くことで壁の傾斜を模擬した．壁背面には，湿潤砂で背面地盤を模擬し，壁上部または下部に地山補強材模型を挿入した．地山補強材模型に設置したひずみゲージと一方向ロードセルにより壁傾斜時の地山補強材に発生する変形量，張力を計測した．また，地山補強材の剛性の影響を調べるため，相似則を考慮しつつ，曲げ剛性が異なる二種類の地山補強材模型を用いて実験を行った．その結果，地山補強材の設置位置，曲げ剛性が張力の発現性と地山補強材の変形に影響を及ぼす傾向があることが確認され，特に，地山補強材を下部に設置した場合は，壁の傾斜に伴い地山補強材の張力が増加する傾向が確認された．
また，既往のもたれ壁模型を用いた振動台実験を対象に粒子法（MPM）による数値解析を実施し，地山補強材による補強前後のもたれ壁の変位，土圧の変化の傾向を概ね表現できることを確認した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
壁の傾斜に伴う地山補強材の張力の発現性を検証するために，1/10スケール模型を用いた静的載荷実験を実施し，令和5年度計画に示した「補強材の部材抵抗による補強効果に着目した載荷実験」を予定通り実施した．本実験より，以下に示すような地山補強材の設置位置，曲げ剛性が張力の発現性と地山補強材の変形に影響を及ぼす傾向があることを確認した．これらの知見について，今後，さらに追加の実験を実施し検証する必要がある．
1) 壁模型の傾斜角と地山補強材模型の曲げひずみの関係より，地山補強材の曲げ剛性の違いは，地山補強材の降伏点に至るまでの壁の傾斜角の大きさに影響を与える傾向がある．
2) 壁模型の傾斜角と地山補強材模型の張力の関係より，地山補強材の設置位置の違いが張力の発現性に影響を及ぼし，特に下部設置時では，壁の傾斜に伴い張力が増加する傾向がある．
3) 地山補強材模型の変形量と背面地盤内のすべり面位置の関係より，地山補強材の曲げ剛性の違いが，すべり面前後の地山補強材の変形量に影響を及ぼす傾向がある．
また，既往のもたれ壁模型を用いた振動台実験を対象に粒子法（MPM）による数値解析を実施し，令和5年度計画に示した「振動台実験モデル決定のための予備検討解析」を予定通り実施した．この数値解析により，室内要素実験から得られた解析パラメータに基づき，壁，背面地盤，地山補強材の変形の程度に制限なく解析できること，地山補強材による補強前後のもたれ壁の変位，土圧の変化の傾向を表現できるものの，定量的な再現性に向けては解析モデルに課題があることを確認した．以上より，計画した実験および数値解析を予定通り実施しているものの，さらなる追加の実験，解析モデルの課題解決に向けた検討が必要であることから，「おおむね順調に進展している」と判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
令和6年度は，令和5年度に実施した静的載荷実験と数値解析より得られた知見を活かし，令和6年度計画に示した「補強材の部材抵抗による補強効果に着目した振動台実験」を予定通り実施する．そのため，補強前後のもたれ壁と地盤からなる縮小模型を設計・製作する．その後，製作した模型を日本大学工学部が保有する二次元振動台装置と土槽に設置し，4.0m高さのもたれ壁の1/10スケール模型の振動台実験を実施する．その際，地山補強材模型にはひずみゲージを貼付け，地山補強材模型のひずみと変形量を計測する．また，ロードセルにより地山補強材模型の張力と，もたれ壁模型に作用する背面・前面土圧，底面支持力を計測する．地山補強材模型の諸元は，令和5年度実施した静的載荷実験結果を踏まえ決定し，無補強のもたれ壁を模擬した1ケースと地山補強材の設置位置を変えた補強後のもたれ壁を模擬した2ケースの計3ケースの振動台実験を実施する．さらに，壁の傾斜および滑動に伴う地山補強材の張力の発現性と変形への影響を検証するために，1/10スケール模型を用いたもたれ壁の静的載荷実験を追加実施する．
また，粒子法（MPM）を用いた実験結果の再現解析を実施し，令和6年度計画に示した「振動台試験結果を踏まえた再現解析」を実施する．実験結果を再現するための解析プログラムの改良を行い，壁の変位，壁に作用する合力（背面・前面土圧，底面支持力），地山補強材の張力および変形量，背面地盤のすべり面位置を再現対象とする．解析パラメータは室内要素実験結果に基づき決定する．
令和7年度は，令和5,6年度の結果を踏まえて，「部材抵抗を加味したもたれ壁の補強法の提案」と「最終研究成果の取りまとめ」に取り組む．
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