液状化に伴う流動が杭基礎に及ぼす影響の微視力学的検討

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15360249
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 山田 恭央 筑波大学, 機能工学系, 教授 (90111476)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小長井 一男 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (50126471) ; 榊原 潤 筑波大学, 機能工学系, 助教授 (10292533) ; 松島 亘志 筑波大学, 機能工学系, 助教授 (60251625)
• Keywords: 液状化 / 流動 / 杭基礎 / 微視力学 / マイクロメカニックス / 可視化実験 / 個別要素法 / SPH

Research Abstract

液状化に伴う流動は、液状化し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る。兵庫県南部地震においては、海岸線付近の広い領域で液状化とそれに伴う流動が観測され、それによって橋梁や建物の基礎杭の被害が数多く報告された。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整備が急務である。
初年度である本年度は、液状化地盤の複雑な微視的流動挙動を観測するための実験手法の開発、およびそれを再現する微視約数値解析手法の開発を目指して、以下の検討を行った。
(1)固液混相系の3次元可視化実験手法の開発
固体粒子に粉砕ガラス粒子を用い、液体にはガラス粒子と同じ屈折率の液体にトレーサーを混入させ、シート状にしたレーザーを透過させて任意断面の固体と液体の運動を可視化し計測する手法を開発した。特に液体の運動を精度良く取り込むことを意図して、蛍光トレサーを用い、3CCDのカラー高速度カメラ、またはモノクロ高速度カメラに固体粒子からの散乱光をカットするフィルターを用いることで、固体粒子運動と液体運動を分離して解析する手法の有効性を実証した。更に、透水およびボイリング現象を対象として、計測情報の精度を詳細に検討した。
(2)イメージベース個別要素法の精度検証
砂粒子のイメージベースモデリング手法により作成した不規則形状粒子を用いて、単純せん断試験の個別要素法解析を行い、非排水条件下の液状化現象を定量的に再現できることを検証した。
(3)個別要素法とSPHを組み合わせた固液混相解析手法の開発
過剰間隙水圧の消散とそれに伴う剛性回復挙動を再現することを意図して、間隙流体をSPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)法を用いてモデル化し、透水やボイリング現象の解析を通してその精度を検証した。
この他、次年度に向けて、振動台による液状化地盤模型の流動に関する基礎検討も行った。

Research Products

• [Publications] Matsushima, T.: "Grain Rotation versus Continuum Rotation during shear Deformation of Granular Assemby"Soils and Foundations. 43・4. 95-106 (2003)
• [Publications] Saomoto, H.: "Direct Simulation and Experimental Observation of Particle-Fluid System"Proc.16th Engineering Mechanics Conference, ASCE. (2003)
• [Publications] Matsushima, T.: "Direct Element Simulation of an Assembly of Irregularly-Shaped Grains"Proc.16th Engineering Mechanics Conference ASCE. (2003)
• [Publications] 松本 優明: "液状化に伴う流動におけるミクロ構造の個別要素法解析"第38回地盤工学研究発表会. (2003)
• [Publications] 竿本 英貴: "デジタル画像を利用した粒子-流体系内部の速度場計測"土木学会第58回年次学術講演会. (2003)