既設土構造物の高耐震補強と高耐震環境適合土構造物建設への補強土工法の高度化利用

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13852011
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 龍岡 文夫 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70111565)
• 研究分担者: 内村 太郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (60292885) ; 古関 潤一 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (30272511) ; 東畑 郁生 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (20155500) ; 田中 忠治 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (70167500)
• キーワード: 土構造物の耐震性 / 既設構造物の耐震補強 / ジオテキスタイル / 補強士構造物 / プレロード / プレストレス / 非線形三要素モデル / 変形シミュレーション

研究概要

本研究の目的の目的は、土構造物の利点(経済性・環境適合性)を活かしながら、「自重・交通荷重による残留変形が大きい、耐震性が低い、斜面掘削工事では土工量の大きい場合には環境破壊につながる等」の欠点を克服して、既設土構造物を補強する工法、および重要永久構造物としての高耐震かつ環境に適合した新設土構造物(斜面掘削を含む)の建設設計法の開発を行うことある。「盛土・地山内部の最大引張りひずみの発生方向に引張り補強材を配置して安定化を図る補強土工法」を活用して、土木・建築構造物の新しい構造形式を開発するとともに高度な数値解析法を含む設計法を開発するための研究を行った。
本年度は、以下のような研究を行った。
ジオテキスタイルで補強した礫と砂質土の独立構造物の模型(高さ55cm、断面積50cmx50cm)および背後に土圧を受ける橋台の模型(高さ55cm、奥行き50cm、長さ200cm)を作成して、長期一定鉛直荷重によるクリープ載荷試験と長期繰返し鉛直載荷試験を行い、構造物模型の変形を精密に計測して、様々なクリープ変形と繰返し載荷による残留変形の関連を検討した。繰返し載荷による変形には含まれる粘性による変形は無視できないこと、繰返し載荷による変形は応力軸を変更したクリープ変形として扱えることが判明した。
上記模型を用いて振動台実験を行い、地震時の変形性と安全性を検討した。その結果、レベルII地震動に耐えることのできる土構造物を、申請者らが創案した「補強領域にタイロッドでプレロードを与え、プレストレス状態で供用する工法」で対処できること、この方法により補強土構造物の鉛直剛性は飛躍的に向上するが、さらにタイロッドの締結部にラチェット構造を併用すると非常に高い耐震性を示すことが判明した。更に。この工法によりジオテキスタイル補強土構造物を非常に高い靭性と減衰性を活かした橋台等永久構造物や免震構造体としての建設できる見通しを得た。
礫と砂質土およびジオテキスタイルの繰返し三軸圧縮試験を系統的に行い、繰返し載荷による即時変形特性と残留変形特性を検討した、その際、実際のジオテキスタイル補強土構造物内部での応力経路を出来るだけ忠実に再現する一方、軸ひずみと側方ひずみを局所的に正確に測定した。また、クリープ変形試験を行い、繰返し載荷による残留変形との関連性を検討した。また、クリープ特性や載荷速度依存性を系統的に調べ、モデル化の方向を検討した。その結果、繰返し載荷時の変形には大きな粘性による変形が含まれることが再確認できた。また、これらの実験結果を「観測される応力」=「非粘性応力σ^f」+「粘性応力σ^v」、及び「観測されるひずみ速度」=「弾性ひずみ速度ε^e」+「非可逆ひずみ増分ε^<ir>」と仮定する非線形三要素モデルによってシミュレーションできることが分かった。

研究成果

• [文献書誌] 平川大貴, 柴田芳雄, 龍岡文夫, 内村太郎: "クリープ・繰り返し載荷時におけるジオテキスタイル補強土構造物の変形特性"第37回地盤工学研究発表会論文集. (to appear). (2002)
• [文献書誌] 柴田芳雄, 平川大貴, 龍岡文夫: "補強材の剛性が補強土構造物の変形特性に与える影響"第37回地盤工学研究発表会論文集. (to appear). (2002)
• [文献書誌] 古谷明寿, 半井健一郎, 内村太郎, 龍岡文夫: "免震構造としてのPLPSジオテキスタイル補強土の振動台実験"第37回地盤工学研究発表会論文集. (to appear). (2002)
• [文献書誌] 半井健一郎, 渡辺健治, 舘山勝, 龍岡文夫: "3次元模型振動実験によるPLPS補強土橋台の耐震性評価"第37回地盤工学研究発表会論文集. (to appear). (2002)
• [文献書誌] 伊藤寛倫, KO Dong Hee, 平川大貴, 龍岡文夫: "繰返し及びクリープ載荷時の砂の残留変形"第37回地盤工学研究発表会論文集. (to appear). (2002)
• [文献書誌] 本田聖一朗, 半井健一郎, 内村太郎, 龍岡文夫: "プレローディド・プレストレスト補強土構造物の適切な初期プレストレス値について"第37回地盤工学研究発表会論文集. (to appear). (2002)