| 研究課題/領域番号 |
15360249
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
山田 恭央 筑波大学, 大学院・システム情報工学研究科, 教授 (90111476)
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| 研究分担者 |
松島 亘志 筑波大学, 大学院・システム情報工学研究科, 助教授 (60251625)
榊原 潤 筑波大学, 大学院・システム情報工学研究科, 助教授 (10292533)
小長井 一男 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (50126471)
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| キーワード | 液状化 / 杭基礎 / 可視化実験 / SPH / 微視力学 / 構成則 |
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| 研究概要 |
液状化に伴う流動は、液状化してせん断抵抗力を失った地盤が、数mにも達する大きな変位を生じる現象であり、その流動圧によって橋梁や建物の基礎杭が被害を受ける。我が国では海岸線沿いに多くの大都市が立地しており、このような液状化・流動化危険地域において適切に杭の設計を行うための設計体系の立案が急務とされている。
もともと固体的であった飽和地盤が強震動により液状化すると、その後はあたかも流体のように振る舞うが、ある大きさ以上のせん断歪みに到達すると急激にせん断剛性が回復して、その後は再び固体のように振る舞う。本研究では、このような複雑な材料特性のモデル化を粒状体の微視力学を用いて検討する。そして、得られた材料特性を用いて流動地盤と杭の相互作用を解析するために、有限変形問題特有の数値解析上の問題、歪みの局所化の問題、現象の3次元性などを考慮した新しい解析過程の構築を行う。
本年度は、以下の3項目を並行して実施した。
(1)液状化およびそれに伴う側方流動の振動台可視化実験と杭に作用する流体力の計測
液状化地盤模型の振動実験において、地盤の詳細な運動をPIVを用いて可視化・定量化した。(1)水平地盤、(2)傾斜地盤、(3)護岸模型地盤の3種類の地盤モデルについて、アクリル土槽側面および上方から高速度カメラ撮影を行い、液状化前から流動状態、さらに間隙水圧消散に伴う剛性回復挙動までの地盤変形速度分布を定量的に取得することができた。また、杭模型を挿入したケースも行い、流動速度と杭に作用する力の関係を検討した。これらの結果は、液状化地盤の数値解析のための基礎データとなる。
(2)SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)法による流動化地盤の剛性回復挙動のシミュレーション
昨年に引き続き、流動地盤の大変形解析が可能なSPH法を用いて、液状化した地盤の変形解析を行った。液状化地盤の累積せん断ひずみがある閾値に到達したときに、流体の粘性を上昇させるという簡易的な剛性回復モデルを用いた場合の解析結果を、既往の振動台実験結果と比較し、ある程度の一致を確認した。しかしながら、SPHの境界力の影響など、今後の検討課題も残った。
(3)粒状体の微視力学に立脚した構成モデルの開発
粒状体の微視的物性を妥当に考慮できる、微視力学構成モデルの開発を行い、個別要素法解析、3軸圧縮試験、一面せん断試験等の基礎要素試験によってその妥当性を検証した。このモデルに流動化地盤の剛性回復メカニズムを組み込むことが今後の課題となる。
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