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2014 年度 実績報告書

地震によるメカニカル継手埋設管の抜出被害分析結果に基づいたパイプラインの防災対策

研究課題

研究課題/領域番号 25282118
研究機関名古屋大学

研究代表者

北野 哲司  名古屋大学, 減災連携研究センター, 寄附研究部門教授 (90644849)

研究分担者 片桐 信  摂南大学, 理工学部, 教授 (10554412)
野中 俊宏  名古屋大学, 減災連携研究センター, 寄附研究部門助教 (40644852)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード埋設管路 / ライフライン / 数値解析 / 防災・減災 / 地震工学 / 液状化地盤 / メカニカル継手
研究実績の概要

1.地中スラストブロックの動的挙動がメカニカル継手埋設管に与える影響評価: 東北地方太平洋沖地震では、水道送水管路においてスラストブロックが変動し、埋設管に座屈や抜け出し等が発生した。スラストブロックの周辺のメカニカル継手埋設管からの漏水が起きた原因は、地震時に周辺地盤とスラストブロックとが独立して振動・挙動したため、スラストブロックの動的変位の影響を受けメカニカル継手が漏水したと考える。そこで、上記を想定したスラストブロックの地震時の挙動をFEM-DEM結合解析手法を用いてケーススタディー(地盤モデル形状、破壊面の減衰定数)を実施し、スラストブロック間に連結されるメカニカル継手埋設管への影響を評価した。
2.ソリッド-シェル解析を用いた周方向地盤ばね特性の詳細検討: 実務で埋設管の耐震性評価解析を実施する場合、埋設管を『シェル要素』で、その周辺に存在する地盤を『地盤ばね要素』でモデル化している。本研究で実施したソリッド-シェル解析結果から、埋設管に作用する土圧は、周方向で異なることが確認された。そこで、周方向に配置する地盤ばねの強度特性を明らかにすると共に、設計で用いることができる設定方法を提案した。
3.メカニカル継手埋設管の液状化被害対策工法の開発:  平成25年度の研究成果として、東北地方太平洋沖地震、兵庫県南部地震におけるメカニカル継手埋設管の被害は、面的に広がる液状化現象が発生した地盤、或いは、急傾斜地・丘陵地における斜面での表層土が滑動した地盤で発生していることが多いことが確認された。そこで、メカニカル継手埋設管の液状化被害対策について、弾塑性構成式(SYSカムクレイモデル)を搭載した水~土骨格連成有限変形解析手法を用いて、埋設管と並行にドレーン材を配置することを考え、ドレーン材の設置長さについてケーススタディーを行い、効果的な対策工法を提案した。

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

これまで、次の研究成果を挙げている。①レーザー航空測量から得られる5mメッシュ標高値を用いて、液状化現象の発生確率が高い微地形の位置を直接把握でき手法を提示した。また、その成果を濃尾平野に適用した。②ソリッド-シェル解析手法の確立では、本解析手法を用いて既往の実験結果を再現することができた。また、確立した解析手法を用いて、管周方向の地盤反力(土圧)を把握すると共に、管周方向に異なる地盤ばね特性設定値を提案した。③メカニカル継手埋設管の液状化被害対策工法の開発として、弾塑性構成式(SYSカムクレイモデル)を搭載した水~土骨格連成有限変形解析手法を用いて、埋設管と並行にドレーン材を配置することを考え、ドレーン材の設置長さについてケーススタディーを行い、効果的な対策工法を提案した。
今後の課題としては、次の通りである。①スラストブロックの地震時の挙動をFEM-DEM結合解析手法を用いてケーススタディーを実施し、スラストブロック間に連結されるメカニカル継手埋設管への影響を更に評価していく。②メカニカル継手の破断メカニズムを明確にするため、メカニカル継手の構成部品、鋳鉄管本体をモデル化し、引張変位・圧縮変位を与えて各部品の変形状況や抜出し過程を解析する。③本研究の総まとめとして、これまでの研究成果を濃尾平野に適用する。

今後の研究の推進方策

最終年度である平成27年度は、下記の課題に取り組み、各研究課題を収斂させていく。
1.地中スラストブロックの動的挙動がメカニカル継手埋設管に与える影響評価: 東北地方太平洋沖地震では、水道送水管路においてスラストブロックが変動し、埋設管に座屈や抜出し等が発生した。スラストブロックの周辺のメカニカル継手埋設管からの漏水が起きた原因は、地震時に周辺地盤とスラストブロックとが独立して振動・挙動したため、スラストブロックの動的変位の影響を受けメカニカル継手が漏水したと推定している。そこで、FEM-DEM結合解析手法を用いて、スラストブロックの地震時の挙動についてケーススタディーを実施することによって、スラストブロック間に連結されるメカニカル継手埋設管への影響を評価する。
2.地震時におけるメカニカル継手の破断メカニズム解明に向けた構成要素解析: 既往の大規模地震では、メカニカル継手に圧縮変位や引張変位が作用することによって、継手を構成している種々部品が変形・破断し、最終的には抜出し被害に至る。そこで、この被害プロセスを解析的に解明していくため、メカニカル継手を構成する種々の部品をモデル化し、引張・圧縮変位を作用させ各部品の変形挙動を把握する。なお、本課題は、地震時被害予測への適用以外に、継手の耐震補強工法の開発、更には導管ネット―ワークへの適用等、広範な検討への活用が期待される課題でもある。
3.これまでの研究成果の濃尾平野への適用: 本研究の総まとめとして、これまでの研究成果を濃尾平野に適用する。具体的には、メカニカル継手の抜出し被害は、激しく液状化する地盤で発生していることが、本研究成果から明らかになった。そこで、地理情報システムを用いて、微地形分類、地盤強度、振動特性、埋立履歴等と導管ネットワークを重ね合わせ、抜出し被害が発生し得る可能性がある地域を明らかにしていく計画である。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち謝辞記載あり 7件、 査読あり 1件) 学会発表 (13件) (うち招待講演 4件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 推進工法立坑部の立上り配管に対する地盤沈下解析と埋設管沈下管理手法 ~ケーススタディーからの考察~2015

    • 著者名/発表者名
      北野哲司,田中亮,保井基良
    • 雑誌名

      平成26年度土木学会中部支部研究発表会 概要集

      巻: - ページ: 31~32

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 地中スラストブロックの動的挙動解析と継手構造管路への影響評価2014

    • 著者名/発表者名
      川口雄大,片桐信,北野哲司
    • 雑誌名

      平成26年度土木学会関西支部年次学術講演会概要集

      巻: - ページ: Ⅰ-36

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 地中スラストブロックの地震時の挙動による継手構造管路への影響評価2014

    • 著者名/発表者名
      川口雄大,片桐信,北野哲司
    • 雑誌名

      平成26年度土木学会全国大会 第69回年次学術講演会概要集

      巻: - ページ: 405~406

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 地中構造物に対するDEMを用いた自然災害リスク箇所の特定2014

    • 著者名/発表者名
      北野哲司,田代喬,野中俊宏
    • 雑誌名

      平成26年度土木学会全国大会 第69回年次学術講演会概要集

      巻: - ページ: 407~408

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Studies of the effect of ground settlement on the buried pipe including a part passing through the building wall2014

    • 著者名/発表者名
      T. Kitano, T. Nonaka, S. Fujita
    • 雑誌名

      International Gas Union Research Conference Proceedings

      巻: - ページ: WP3-37

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 近接するスラストブロックの地震時相対変位に関する基礎的研究2014

    • 著者名/発表者名
      川口雄大,片桐信,北野哲司
    • 雑誌名

      日本水道協会平成26年度第85回水道研究発表会 概要集

      巻: - ページ: 720~721

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 地盤変状を受ける埋設鋼管のソリッド要素・シェル要素による変形解析手法に関する検討2014

    • 著者名/発表者名
      藤田周亮,小倉均,北野哲司,野中俊宏
    • 雑誌名

      第14回日本地震工学シンポジウム 概要集

      巻: - ページ: 3767~3772

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 液状化地盤における地中埋設管の地震時挙動および対策工法の一検討2014

    • 著者名/発表者名
      野中俊宏,山田正太郎,野田利弘
    • 雑誌名

      第49回地盤工学研究発表会概要集

      巻: - ページ: 1459~1460

  • [学会発表] 推進工法立坑部の立上り配管に対する地盤沈下解析と埋設管沈下管理手法 ~ケーススタディーからの考察~2015

    • 著者名/発表者名
      北野哲司,田中亮,保井基良
    • 学会等名
      平成26年度土木学会 中部支部研究発表会
    • 発表場所
      豊橋技術科学大学(愛知県・豊橋市)
    • 年月日
      2015-03-06
  • [学会発表] ライフライン地盤防災寄附研究部門 活動報告2014

    • 著者名/発表者名
      北野哲司
    • 学会等名
      東邦ガス防災講演会
    • 発表場所
      東邦ガス(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2014-12-09
    • 招待講演
  • [学会発表] 地盤変状を受ける埋設鋼管のソリッド要素・シェル要素による変形解析手法に関する検討2014

    • 著者名/発表者名
      藤田周亮,小倉均,北野哲司,野中俊宏
    • 学会等名
      第14回日本地震工学シンポジウム
    • 発表場所
      幕張メッセ(千葉県・千葉市)
    • 年月日
      2014-12-05
  • [学会発表] 自然災害に立ち向かうライフライン~ライフライン防災~2014

    • 著者名/発表者名
      北野哲司
    • 学会等名
      海部地域防災行政研究会
    • 発表場所
      あま市役所2階大ホール(愛知県・あま市)
    • 年月日
      2014-11-11
    • 招待講演
  • [学会発表] 近接するスラストブロックの地震時相対変位に関する基礎的研究2014

    • 著者名/発表者名
      川口雄大,片桐信,北野哲司
    • 学会等名
      日本水道協会平成26年度第85回水道研究発表会
    • 発表場所
      ポートメッセなごや(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2014-10-30
  • [学会発表] 自然災害に立ち向かうライフライン」~設備設計から防災・減災が始まる~2014

    • 著者名/発表者名
      北野哲司
    • 学会等名
      愛知県設備設計監理協会
    • 発表場所
      栄ガスビル(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2014-09-26
    • 招待講演
  • [学会発表] Studies of the effect of ground settlement on the buried pipe including a part passing through the building wall2014

    • 著者名/発表者名
      T. Kitano, T. Nonaka, S. Fujita,
    • 学会等名
      International Gas Union Research Conference
    • 発表場所
      コペンハーゲン(デンマーク)
    • 年月日
      2014-09-17
  • [学会発表] 地中スラストブロックの地震時の挙動による継手構造管路への影響評価2014

    • 著者名/発表者名
      川口雄大,片桐信,北野哲司
    • 学会等名
      平成26年度土木学会全国大会 第69回年次学術講演会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府・豊中市)
    • 年月日
      2014-09-12
  • [学会発表] 地中構造物に対するDEMを用いた自然災害リスク箇所の特定2014

    • 著者名/発表者名
      北野哲司,田代喬,野中俊宏
    • 学会等名
      平成26年度土木学会全国大会 第69回年次学術講演会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府・豊中市)
    • 年月日
      2014-09-12
  • [学会発表] 『地震によるライフライン被害を考える』~特に、通信土木設備~2014

    • 著者名/発表者名
      北野哲司
    • 学会等名
      東海情報通信懇談会 情報通信部会
    • 発表場所
      愛知県芸術文化センター(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2014-07-30
    • 招待講演
  • [学会発表] 液状化地盤における地中埋設管の地震時挙動および対策工法の一検討2014

    • 著者名/発表者名
      野中俊宏,山田正太郎,野田利弘
    • 学会等名
      第49回地盤工学研究発表会
    • 発表場所
      北九州国際会議場(福岡県・北九州市)
    • 年月日
      2014-07-17
  • [学会発表] 地中スラストブロックの動的挙動解析と継手構造管路への影響評価2014

    • 著者名/発表者名
      川口雄大,片桐信,北野哲司
    • 学会等名
      平成26年度土木学会関西支部年次学術講演会
    • 発表場所
      大阪産業大学(大阪府・大東市)
    • 年月日
      2014-05-31
  • [学会発表] ライフライン地盤防災寄附研究部門~平成25年度の取り組み~2014

    • 著者名/発表者名
      北野哲司
    • 学会等名
      名古屋大学減災連携研究センター 第2回寄附研究部門シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2014-05-16
  • [図書] ライフライン地盤防災寄附研究部門 平成25年度調査研究・活動報告書(ISSN 2189-4671、国会図書館納本済み)2014

    • 著者名/発表者名
      北野哲司、宮腰淳一、野中俊宏
    • 総ページ数
      191(39-73)
    • 出版者
      名古屋大学 減災連携研究センター ライフライン地盤防災寄附研究部門
  • [備考] 名古屋大学 減災連携研究センター ライフライン地盤防災寄附研究部門

    • URL

      http://www.gensai.nagoya-u.ac.jp/

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公開日: 2016-06-01  

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