JP2002302935A - 耐液状化格子状深層混合処理工法における格子状改良体の簡易設計方法 - Google Patents

耐液状化格子状深層混合処理工法における格子状改良体の簡易設計方法

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JP2002302935A
JP2002302935A JP2001110562A JP2001110562A JP2002302935A JP 2002302935 A JP2002302935 A JP 2002302935A JP 2001110562 A JP2001110562 A JP 2001110562A JP 2001110562 A JP2001110562 A JP 2001110562A JP 2002302935 A JP2002302935 A JP 2002302935A
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improved body
ground
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model
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弘 古屋
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 格子状改良体に要求される格子ピッチを簡易
かつ迅速に見積もることができる、耐液状化格子状深層
混合処理工法における格子状改良体の簡易設計方法を提
供する。 【解決手段】 液状化層厚Dおよび液状化層のN値をそ
れぞれ変化させた格子状改良体を埋設しない場合におけ
る所定ケースの一次元地盤モデルを作成してこれに地震
波を入力した場合における応答波を一次元動的解析によ
り求め、D、N値、改良体の強度、中間壁数、格子ピッ
チLの異なる格子状改良体を埋設した場合における所定
ケースの二次元モデルを作成して二次元動的解析を行う
ことで抵抗率をF求めて抵抗率F≧1.0となるよ
うな液状化層厚D、液状化層のN値、格子ピッチLの関
係をグラフ化し、これを用いて液状化地盤に適用する格
子状改良体の格子ピッチLを見積もる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、耐液状化格子状
深層混合処理工法における格子状改良体の簡易設計方法
に関し、とくに、格子状改良体に要求される格子ピッチ
を簡易かつ迅速に見積もる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、特許1930164号などにも
あるように、液状化対策工法として、耐液状化格子状深
層混合処理工法(TOFT工法)が知られている。
【0003】TOFT工法は、液状化対象地盤にコンク
リートなどで形成された格子状改良体を埋設して砂地盤
のせん断変形を抑止し、これにより過剰間隙水圧の発生
を防止するようにしたもので、サンドコンパクション工
法やサンドドレーン工法、といった他の処理工法に比べ
て施工時に発生する騒音・震動等が少ないといった特徴
を有し、阪神大震災等においても充分な効果が確認さ
れ、各種の建設に際しての地盤改良、海底や河川の工事
における軟弱地盤の改良などに広く適用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、TOFT工
法による地盤改良に際しては、一般に、震度法をベース
とした地震時の外力に対する安定性(外部安定、内部安
定、全体安定)の検討を行い、その結果に基づいて外力
計算や安定計算を行うことで、強度、埋設深度、格子ピ
ッチといった格子状改良体の各種の仕様が決定され、通
常、その一連の作業には多大な時間と労力が要求され
る。
【0005】しかしながら、実際には顧客にプレゼンテ
ーションを行う場合や概略設計段階などのように、厳密
性よりもむしろ簡易かつ迅速に格子状改良体の仕様を見
積もることが要求される場合には、前記の作業を経るこ
とは煩に耐えず非効率であった。
【0006】この発明は、このような観点に基づいてな
されたもので、耐液状化格子状深層混合処理工法におい
て決定しなければならない格子状改良体の各種の仕様の
うち、とくに格子状改良体に要求される格子ピッチを簡
易かつ迅速に見積もることができる、耐液状化格子状深
層混合処理工法における格子状改良体の簡易設計方法を
提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明は、耐液状化格子状深層混合処理工法における
格子状改良体の簡易設計方法であって、液状化層厚Dお
よび液状化層のN値をそれぞれ変化させた格子状改良体
を埋設しない場合における所定ケースの一次元地盤モデ
ルを作成してこれら地盤モデルのそれぞれに所定の地震
波を入力した場合における応答波を一次元動的解析によ
り解析し、液状化層厚D、液状化層のN値、格子状改良
体の強度、中間壁数、格子ピッチL、をそれぞれ変化さ
せた格子状改良体を埋設した場合における所定ケースの
二次元地盤モデルを作成してこれら各地盤モデルについ
て前記一次元モデルをフリーフィールドモデルとした二
次元動的解析を行って各地盤モデルの格子内における液
状化に対する抵抗率Fを求め、前記各二次元地盤モデ
ルと前記抵抗率との関係から抵抗率F≧1.0となる
ような液状化層厚Dと液状化層のN値、および格子ピッ
チLの関係をグラフとして表現し、地盤改良の対象とな
る液状化地盤の液状化層厚Dおよび液状化層のN値が知
れている場合に、これらの値に対応する格子ピッチLを
前記グラフから読みとることで、前記液状化地盤に適用
する格子状改良体の最適格子ピッチLを見積もることと
する。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例による、
耐液状化格子状深層混合処理工法における格子状改良体
の簡易設計方法について詳述する。本実施例では、ま
ず、格子状改良体の最適格子ピッチLを簡易に決定する
のに利用するグラフの作成に必要となる、抵抗率F
1.0となるような液状化層厚D、N値、格子ピッチL
の関係を求めるために、所定の層構造を呈する液状化地
盤にTOFT工法における格子状改良体を埋設した地盤
モデルを設定し、この地盤モデルについてFEM解析を
実施する。
【0009】図1はその地盤モデルの模式図である。こ
の図に示すように、この地盤モデルは、基盤層と、この
基盤層の上に積層する厚さ10mの粘性土層からなる非
液状化層と、この上に積層する単一砂層からなる液状化
層(層厚D=5〜20m、細粒分含有率Fc=20%、
地下水位GL−1.0m)からなる。また、格子状改良
体は、前記モデル地盤の20m四方からなる所定領域
に、粘性土層に1.0mだけ嵌入した状態で埋設してい
る。なお、前記の抵抗率Fとは、次式で定まる量であ
り、液状化地盤の改良度合いを示す量である。 F=R/L R:地震時せん断強度比 L:地震時せん断応力比
【0010】つぎに、前記FEM解析をつぎの(1)〜
(3)の順に実施する。 (1)液状化層厚Dおよび液状化層のN値をそれぞれ変
化させた、格子状改良体を適用しない場合における12
ケースの一次元地盤モデルを作成する。 (2)(1)における各一次元地盤モデルに対し、
「『道路橋示方書・同解説V耐震設計編』、(社)日本
道路協会、平成8年12月」に記載のタイプII地震波
(1995年、神戸海洋気象台地盤上波形)」(図2を
参照)を2E波として入力した場合における一次元動的
解析を実施した基本応答波(E+F波)を求める。ここ
で前記一次元動的解析は、「SHAKE」(建設省土木
研究所資料第1778号:地盤の地震時の応答特性の数
値解析法)を参照)を用いて行った。 (3)液状化層厚D、N値、前記格子状改良体の強度、
中間壁数、格子ピッチLをそれぞれ変化させた、格子状
改良体を埋設した場合における図3に示す38通りの二
次元地盤モデルを作成し、これら地盤モデルについて前
記の一次元地盤モデルをフリーフィールドモデルとして
二次元動的解析を行い、各地盤モデルの格子内における
液状化に対する抵抗率Fを求めた。図4にその結果を
示す。
【0011】ここで前記二次元動的解析手法としては、
等価線形法により地盤の非線形特性を考慮できる全応力
解析コード「F−DAPIII」を採用した。また、二次
元動的解析においては、三次元形状であるモデル地盤を
二次元に置き換えてモデル化する必要があるが、このモ
デル化は、図5,図6に示すように格子状改良体の部分
を二重要素モデルで置き換えることで行った。また、格
子状改良体の部分には、加振方向に平行な面内方向と、
加振方向に垂直な面外方向に格子状改良体が存在するた
め、この部分に格子状改良体と地盤との二重の要素を持
たせることとした。
【0012】なお、このFEM解析において以下に示す
定数を採用することとした。
【0013】・地盤定数 基盤層、粘性土層、および格子状改良体の地盤定数とし
ては、つぎの表1、2に示す値を用いた。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】また、これらの表において、基盤層につい
ての定数は平均的な洪積砂層を、粘性土層についての定
数は一般的な沖積粘土層を想定した値となっている。ま
た、砂層における初期せん断剛性については、拘束圧依
存性を考慮して以下のように設定した。
【数1】 ocVo’:各モデルの中央深度における有効上
載圧およびせん断剛性率G’ :深度z(m)で
の有効上載圧およびせん断剛性率 ・非線形特性((G/G)−γ、h−γ) 砂層、および粘性土層の非線形特性については「『地盤
の動的変形特性に関する実験的研究(II)−広範囲なひ
ずみ領域における砂の動的変形特性−』、建設省土木研
究所報告書第153号、1980.3.、岩崎,龍岡,
吉田」、および、前述の「『地盤の地震時の応答特性の
数値解析法−SHAKE,DESRA−』、建設省土木
研究所資料第1778号、1982.2.」を参考にし
て設定した。その非線形特性を図7に示す。ここで各土
層とも拘束圧を考慮し、とくに砂層では5mごとにその
中央深度での応力を求めて非線形特性を設定した。ま
た、(G/G)−γの算定式は以下の通りである。
【0017】
【数2】 f(γ):P=1kg/cm m’(γ):ひずみ関数で与えられる指数 P:平均有効主応力 なお、基盤層および格子状改良体は線形材料とし、h=
0.02とした。
【0018】・液状化強度 砂層の液状化強度(動的せん断強度比R)は、「『道路
橋示方書・同解説 V耐震設計編』、(社)日本道路協
会、pp.94-95、平成8年12月」に基づいて決定した。
なお、動的せん断強度比Rは、同一砂層内では拘束圧に
よらず一定値を示すものと考え、各モデルとも砂層の中
央深度でのσvo’を用いて算定した。表3にその結果
を示す。
【0019】
【表3】
【0020】つぎに、図4に示すFEM解析結果に基づ
いて、前記各二次元モデルと前記抵抗率との関係から抵
抗率F≧1.0となるような液状化層厚D、N値、格
子ピッチLの関係をグラフ化した。図8は、図4から各
液状化層厚DにおいてF=1.0となる格子間隔L
(m)を求め、それを近似曲線で結んでグラフ化したも
のである。ここで液状化層圧Dと液状化層のN値が知れ
ている場合には、このグラフを用いることで、液状化の
抑制度合いを示す抵抗率Fが最低安全率である1.0
以上を満たすような格子状改良体の格子ピッチLをたち
どころに知ることができる。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、地盤モデルについての
解析により求めたグラフを利用して、液状化層圧Dと液
状化層のN値が知れている場合に格子状改良体の格子ピ
ッチを簡易かつ迅速に見積もることができる。従って、
従来のように格子状改良体の仕様決定に際して複雑な外
力計算や安定計算などの手順を経ることなく容易に格子
状改良体に要求される格子ピッチを見積もることがで
き、とくに顧客にプレゼンテーションを行う場合や概略
設計段階などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による地盤モデルを示す図で
ある。
【図2】本発明の一実施例における解析に際し地盤モデ
ルに入力する地震波の一例を示す図である。
【図3】本発明の一実施例による二次元地盤モデルの模
式図、および設定した各種の数値を示す図である。
【図4】本発明の一実施例による解析により求めた抵抗
率Fの様子を示す図である。
【図5】本発明の一実施例による地盤モデルの二次元モ
デルへの置き換えの様子を説明する図である。
【図6】本発明の一実施例による地盤モデルの二次元モ
デルへの置き換えの様子を説明する図である。
【図7】本発明の一実施例による地盤モデルの解析にお
いて採用した、地盤の非線形特性を示す図である。
【図8】本発明の一実施例による、抵抗率F≧1.0
を満たす液状化層圧Dと液状化層のN値、格子状改良体
の格子ピッチLの関係を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 耐液状化格子状深層混合処理工法におけ
    る格子状改良体の簡易設計方法であって、 液状化層厚Dおよび液状化層のN値をそれぞれ変化させ
    た格子状改良体を埋設しない場合における所定ケースの
    一次元地盤モデルを作成してこれら地盤モデルのそれぞ
    れに所定の地震波を入力した場合における応答波を一次
    元動的解析により解析し、 液状化層厚D、液状化層のN値、格子状改良体の強度、
    中間壁数、格子ピッチL、をそれぞれ変化させた格子状
    改良体を埋設した場合における所定ケースの二次元地盤
    モデルを作成してこれら各地盤モデルについて前記一次
    元モデルをフリーフィールドモデルとした二次元動的解
    析を行って各地盤モデルの格子内における液状化に対す
    る抵抗率Fを求め、 前記各二次元地盤モデルと前記抵抗率との関係から抵抗
    率F≧1.0となるような液状化層厚Dと液状化層の
    N値、および格子ピッチLの関係をグラフとして表現
    し、 地盤改良の対象となる液状化地盤の液状化層厚Dおよび
    液状化層のN値が知れている場合に、これらの値に対応
    する格子ピッチLを前記グラフから読みとることで、前
    記液状化地盤に適用する格子状改良体の最適格子ピッチ
    Lを見積もることを特徴とする。
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