大変形を考慮した3次元液状化解析法の開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11694147
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 岡 二三生 京都大学, 工学研究科, 教授 (10111923)
• 研究分担者: 小高 猛司 京都大学, 工学研究科, 助教授 (00252271) ; 八嶋 厚 岐阜大学, 工学部, 教授 (90144394) ; 足立 紀尚 京都大学, 工学研究科, 教授 (20026173) ; 沢田 和秀 岐阜県大学, 助手 (30273121)
• キーワード: 液状化解析法 / 有限変形解析 / u-p法 / u-w-p法 / 電気的物性評価法 / シミュレーション / 杭 基礎 / 動的相互作用

研究概要

大変形を考慮した液状化解析法としてU(固相の変位)-p(間隙水圧)法により定式化してきた有限変形理論に基づく3次元液状化解析法、LIQCA-FDの開発を行ってきたが、新たに支配方程式を固相と液相の相対加速度wを考慮したu-w-p法に基づいて定式化し直し、新しい有限要素液状化解析法LIQCA-FWを開発した。新たに、相対加速度を考慮したことにより、透水係数が大きく、波の周波数は高い場合においても精度よく解析することが可能となった。 用いた砂の構成式は、非線形移動硬化則に基づく繰り返し弾塑性モデルである。有限要素解析には、updated-Lagrangian法を用いた。
地盤と構造物の連成問題として、液状化発生地盤と杭基礎建物の動的解析を行った。実際、液状化性地盤での杭基礎の挙動を解析するため、兵庫県南部地震で被害のあった護岸近傍に位置する杭基礎建物に対して3次元有効応力解析を実施した。杭基礎のモデル化においては、トリリニア型のM-φ関係を有する非線形はり要素でモデル化を行った。その結果、杭頭部は建物の慣性力により、埋め立て土層内の杭は完全液状化に至る前の地盤の水平変位によって杭が破壊したことを明らかにした。
精度の高い液状化解析を行うためには、地盤の物性と構成を明らかにしておく必要がある。カルフォルニア大学デービス校では、非破壊電気探査法を開発し、動的解析の用いる地盤物性の決定法、フォーメーションファクター法を開発している。砂質系の土の構造はフォーメーションファクター法を、粘性土の構造は誘電分散法を用いる。この方法を用いて、土のパラメータを決定し、液状化解析を行った結果、1995年兵庫県南部地震時の神戸市ポートアイランドなどの地盤の挙動やthe superstition Hills地震(1987、El Centro)での地盤挙動のシミュレーションが精度よく行えることが明らかとなった。電気的なパラメータとして重要なのは、平均フォーメーションファクター、形状ファクターと異方性指数である。

研究成果

• [文献書誌] Oka, F., T.Kodaka, T.Koizumi, S.Sunami: "An effective Stress based liquefaction analysis based on finite deformation theory"Proc. 10^<th> IACMAG, Tucson Arizona, C.S. Desai et al. ed., Balkema. Vol.2. 1113-1116 (2001)
• [文献書誌] Uzuoka, R., Kubo, T., Yashima, A., Zhang, F., 2001: "Numerical Study on 3-dimensional behavior of a damaged pile foundation during the 1995 Hyogo-ken Nanbu earthquake"Proceedings of 4th International Conference on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics. Paper Number 6.22 (2001)
• [文献書誌] Arulanandan, K., X.S.Li, K.Sivathasan: "Numerical simulation of Liquefaction-Induced deformation"J. Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 126,7. 657-666 (2000)
• [文献書誌] Kodaka, T., F.Oka, R.Morimoto: "Seepage failure analysis of sandy ground using a liquefaction analysis method based on finite deformation theory"Computational Mechanics, S.Valliappan and N.Khailili eds., Elsevier Proc. The first Asian-Pacific Congress on Computational mechanics, Sydney, Australia, 20-23 Nov., 2001. Vol.1. 387-392 (2001)
• [文献書誌] Borja, R.I., Lin, C.H., Sama, K.M., Masada, G.M.: "Modelling non-linear ground response of non-liquefiable soils"Earthquake Engng. And Structural Dynamics. 29. 63-83 (2000)
• [文献書誌] Oka, F., M.Sugito, A.Yashima, Y.Furumoto, K.Yamada: "Time-dependent ground motion amplification at reclaimed land after the 1995 Hyogo-Ken-Nambu Earthquake"Proc. 12^<th> WCEE. Paper No.2046 (2000)
• [文献書誌] Yashima, A., F.Oka, H.Kanami: "3-D Analysis to evaluate of soil improvement on liquefaction of manmade island"Proc. 12^<th> WCEE. Paper No.2116 (2000)
• [文献書誌] Sugito, M., F.Oka, A.Yashima, Y.Furumoto, K.Yamada: "Time-dependent ground motion amplification characteristics at reclaimed land after the 1995 Hyogoken Nambu Earthquake"Engineering geology 56, PP.137-150. 56. 137-150 (2000)
• [文献書誌] 岡二三生: "地盤液状化の科学"近未来社. 178 (2002)