JP2020197475A - パラメータ決定装置、パラメータ決定方法及びパラメータ決定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】各種地盤に関する土木・力学シミュレーションを行う際に必要となる土質パラメータを適切に決定する。【解決手段】パラメータ決定装置１は、地盤解析システムで用いられる粒子モデルのパラメータを決定するパラメータ決定装置であって、仮想地盤の粘着力とせん断抵抗角が実地盤の粘着力とせん断抵抗角にそれぞれ所定の精度で一致するようにパラメータを決定する三軸圧縮試験数値解析部１２と、仮想地盤の地盤反力係数が実地盤の地盤反力係数に所定の精度で一致するようにパラメータを決定する引抜き試験数値解析部１３と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、各種地盤に関する土木・力学シミュレーションを実施する際に必要となる土質パラメータの決定方法に関する。

従来、電柱の不平衡荷重を分担するために支線が設けられている。また、当該支線を地盤に固定して支線張力を受け止めるために支線アンカ、支線ブロック等の地中構造物が利用されている。当該地中構造物は、地中内への敷設後長年月経過しているため、腐食等に伴う劣化により地耐力の低下等が懸念されている（非特許文献１−３）。

そこで、地中構造物の保守保全、更改計画等について様々な検討が進められている。例えば、地中構造物の劣化と地耐力に関する検討を行う場合、地中内への埋設により直接の観察が困難であることを踏まえ、各種地盤に関する土木・力学シミュレーション（数値解析シミュレーション）が行われる。

峯田、外６名、"劣化メカニズムに基づく通信設備のリスク推定の取り組み"、ＮＴＴ技術ジャーナル、Vol.29、No.11、2017年11月、p.19-p.23 峯田、外３名、"下部支線アンカーの腐食傾向及び屋外土壌モニタリング試験結果に関する考察"、防錆管理（テクニカルレポート）、Vol.61、No.4、2017年4月）、p.137- p.142 "N値とｃ・φの活用法"、公益社団法人日本地盤工学会、1998年、丸善出版、p.110-p.112 Nils Karajan、外３名、"On the Parameter Estimation for the Discrete-Element Method in LS-DYNA"、13th International LS-DYNA Users Conference（2014）、2014年6月8日-10日、p.1-1-p.1-9 Nils Karajan、外３名、"Interaction Possibilities of Bonded and Loose Particles in LS-DYNA"、9th European LS-DYNA Conference (2013)

各種地盤に関する土木・力学シミュレーションを行う場合、当該シミュレーションを行う地盤解析システム（地盤解析プログラムソフトウェア）への入力条件として、対象地盤の土質パラメータを決定する必要がある。しかし、当該土質パラメータの適正値を設定することは難しいという課題があった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、各種地盤に関する土木・力学シミュレーションを行う際に必要となる土質パラメータを適切に決定することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のパラメータ決定装置は、地盤解析システムで用いられる粒子モデルのパラメータを決定するパラメータ決定装置において、実地盤の供試体を用いて行われた三軸圧縮試験の試験結果を入力する入力部と、前記試験結果より前記実地盤の粘着力とせん断抵抗角を算出するとともに、仮想地盤の供試体を用いて前記地盤解析システムで行われた三軸圧縮試験の試験結果より前記仮想地盤の粘着力とせん断抵抗角を算出して、前記仮想地盤の粘着力とせん断抵抗角が前記実地盤の粘着力とせん断抵抗角にそれぞれ所定の精度で一致するように前記パラメータを決定する決定部と、を備えることを特徴とする。

上記パラメータ決定装置において、前記実地盤から構造物を引抜いた引抜き試験の試験結果を入力する入力部と、当該試験結果より前記実地盤の地盤反力係数を算出するとともに、前記仮想地盤の供試体を用いて前記地盤解析システムで行われた引抜き試験の試験結果より前記仮想地盤の地盤反力係数を算出して、前記仮想地盤の地盤反力係数が前記実地盤の地盤反力係数に所定の精度で一致するように前記パラメータを決定する決定部と、を更に備えることを特徴とする。

本発明のパラメータ決定方法は、地盤解析システムで用いられる粒子モデルのパラメータを決定するパラメータ決定方法において、パラメータ決定装置が、実地盤の供試体を用いて行われた三軸圧縮試験の試験結果を入力するステップと、前記試験結果より前記実地盤の粘着力とせん断抵抗角を算出するとともに、仮想地盤の供試体を用いて前記地盤解析システムで行われた三軸圧縮試験の試験結果より前記仮想地盤の粘着力とせん断抵抗角を算出して、前記仮想地盤の粘着力とせん断抵抗角が前記実地盤の粘着力とせん断抵抗角にそれぞれ所定の精度で一致するように前記パラメータを決定するステップと、を行うことを特徴とする。

上記パラメータ決定方法において、前記実地盤から構造物を引抜いた引抜き試験の試験結果を入力するステップと、当該試験結果より前記実地盤の地盤反力係数を算出するとともに、前記仮想地盤の供試体を用いて前記地盤解析システムで行われた引抜き試験の試験結果より前記仮想地盤の地盤反力係数を算出して、前記仮想地盤の地盤反力係数が前記実地盤の地盤反力係数に所定の精度で一致するように前記パラメータを決定するステップと、を更に行うことを特徴とする。

本発明のパラメータ決定プログラムは、上記パラメータ決定方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、各種地盤に関する土木・力学シミュレーションを行う際に必要となる土質パラメータを適切に決定できる。

粒子モデルの土質パラメータの例を示す図である。 三軸圧縮試験によるせん断面の例を示す図である。 ムーア・クーロン地盤モデルの例を示す図である。 三軸圧縮試験機の出力ダイヤグラムの例を示す図である。 パラメータ決定装置の機能ブロックの構成例を示す図である。 パラメータ決定処理フローを示す図である。

以下、本発明を実施する一実施形態について図面を用いて説明する。

［実施形態の概要］
小さな球状粒子からなる紛粒体バルクの挙動に対して、各種の土質パラメータが与える影響について、地盤強度に関する粒子法が報告されている（非特許文献４，５）。そこで、本実施形態では、各種地盤に関する土木・力学シミュレーション（数値解析シミュレーション）を行う際に、当該粒子法を用いる。当該粒子法では、例えば、剛体粒子、剛体粒子間の相互作用、剛体粒子間隙の液橋、当該液橋の表面張力、剛体粒子と容器壁間の摩擦力等がモデル化されている。

現在、所定の地盤解析システム（地盤解析プログラムソフトウェア）では、当該粒子法を用いて、数値解析により土木・力学シミュレーションを実行可能である。例えば、当該地盤解析システムは、仮想地盤の供試体に対する三軸圧縮試験、地中構造物の引抜き試験をシミュレーション可能である。また、当該地盤解析システムでは、数値解析によるシミュレーションを行う前に、剛体粒子等の粒子モデルに関する土質パラメータを設定可能である。

図１は、モデル化した微視的（ミクロ）な粒子モデルの土質パラメータの例を示す図である。土質パラメータとは、図１に例示したように、例えば、粒子直径、粒子質量密度、表面荷重、地盤反力係数に関わる単位体積重量、バネ定数、補正係数、膨張角（ダイレイタンシー）、粘着力、せん断抵抗角（＝内部摩擦角）等である。詳しくは、非特許文献４，５を参照されたい。

ユーザは、上記粒子モデルの土質パラメータを概略決定し、上記地盤解析システムに設定するとともに、対象地盤を仮想的に模した円柱状の供試体を当該地盤解析システム内にモデル化して、まず、三軸圧縮試験のシミュレーションを行う。

通常、三軸圧縮試験では、せん断破壊によるせん断面（亀裂）が観察される。図２は、三軸圧縮試験で観測されたせん断面を示す図である。図２（ａ）は、実地盤の供試体による実三軸圧縮試験で生じたせん断面を示している。図２（ｂ）は、シミュレーションによる三軸圧縮試験で生じたせん断面を示している。

せん断面角度αは、一般に、せん断抵抗角（＝内部摩擦角；図３参照）φを用いて、α＝π／４＋φ／２と表すことができる。更に、地盤モデルとして図３に示すムーア・クーロン地盤モデルを用いてτ＝ｃ＋σｔａｎφを定義することにより、せん断面角度α（＝π／４＋φ／２）とせん断破壊時の軸応力σから、粘着力ｃとせん断抵抗角（＝内部摩擦角）φを決定できる。

尚、τ（＝ｃ＋σｔａｎφ）は、せん断応力を示し、図４に示すように三軸圧縮試験機で応力条件を変えた際に出力された複数のダイヤグラム（応力円）の包絡線（破壊包絡線）である。ｃ，φは、破壊条件や地盤強度を決める定数であり、特にφは破壊面の方向を規定する定数であるという特別な意義を持つ。三軸圧縮試験により得られるα，ｃ，φ等の基本技術については、非特許文献３の「6.2.2 モールの応力円とモール・クーロンの破壊基準」（p.110-p.112）を参照されたい。

本実施形態では、実際に採集してきた代表試験地盤の供試体を用いた実三軸圧縮試験によるｃ１，φ１とシミュレーションによるｃ２，φ２とを突合し、所望の精度で一致する場合、設定済みの土質パラメータを用いて後段の地中構造物の引抜き試験のシミュレーションを継続する。一方、互いが一致しない場合、土質パラメータの再検討及び変更を行い、再度、三軸圧縮試験のシミュレーションを行う。ｃ２，φ２が上記所望の精度でｃ１，φ１に一致するまで繰り返し土質パラメータを調整する。以降、調整後の土質パラメータを代表試験地盤で行う三軸圧試験のシミュレーションに適用する。

次に、次段として、地中構造物の引抜き試験を行うことにより、地盤の反力係数を決定するプロセスを実施する。例えば、支線アンカの引抜き試験を行い、これにより応力（横軸）と変位量（縦軸）のグラフ上で地盤反力−変位曲線が得られるので、当該グラフの原点付近の直線の傾きを用いて地盤反力係数ｋを決定する。

本実施形態では、実際に採集してきた代表試験地盤の供試体を用いた実引抜き試験によるｋ１とシミュレーションによるｋ２とを突合し、互いに十分な一致がみられるまで、つまり、ｋ２が所望の精度でｋ１に一致するまで、繰り返し土質パラメータを調整する。以降、調整後の土質パラメータを代表試験地盤で行う地中構造物の引抜き試験のシミュレーションに適用する。

以降、ユーザは、上記二段階で調整した粒子モデルの土質パラメータを用いて、代表試験地盤について土木・力学シミュレーションを実施する。

［パラメータ決定装置の構成］
本実施形態では、地盤解析システムで用いられる粒子モデルの土質パラメータを決定するため、パラメータ決定装置を用いる。当該パラメータ決定装置は、土木・力学シミュレーションを行う地盤解析システムの内部で動作してもよいし、当該地盤解析システムと通信可能に接続された装置の内部で動作してもよい。

図５は、本実施形態に係るパラメータ決定装置１の機能ブロックの構成例を示す図である。当該パラメータ決定装置１は、主として、データ設定部１０と、データ入力部１１と、三軸圧縮試験数値解析部１２と、引抜き試験数値解析部１３と、データ出力部１４と、データ記憶部１５と、備える。

データ設定部１０は、地盤解析システム３０で用いられる粒子モデルの構成を当該地盤解析システム３０に設定する機能を備える。また、データ設定部１０は、ユーザが決定した粒子モデルの土質パラメータの初期値、又は三軸圧縮試験数値解析部１２若しくは引抜き試験数値解析部１３が決定した変更後の土質パラメータの値を、当該地盤解析システム３０に設定する機能を備える。

データ入力部１１は、実地盤の供試体を用いて行われた実三軸圧縮試験の試験結果データを入力する機能（入力部）を備える。また、データ入力部１１は、当該実地盤から地中構造物を引抜いた実引抜き試験の試験結果データを入力する機能（入力部）を備える。

三軸圧縮試験数値解析部１２は、実三軸圧縮試験の試験結果データより実地盤の粘着力ｃ１とせん断抵抗角（＝内部摩擦角）φ１を算出するとともに、仮想地盤の供試体を用いて地盤解析システム３０で行われた三軸圧縮試験の試験結果データより当該仮想地盤の粘着力ｃ２とせん断抵抗角（＝内部摩擦角）φ２を算出して、仮想地盤の粘着力ｃ２とせん断抵抗角φ２が実地盤の粘着力ｃ１とせん断抵抗角φ１にそれぞれ所定の精度で一致するように粒子モデルの土質パラメータを決定する機能（決定部）を備える。

引抜き試験数値解析部１３は、実引抜き試験の試験結果データより実地盤の地盤反力係数ｋ１を算出するとともに、仮想地盤の供試体を用いて地盤解析システム３０で行われた引抜き試験の試験結果データより当該仮想地盤の地盤反力係数ｋ２を算出して、仮想地盤の地盤反力係数ｋ２が実地盤の地盤反力係数ｋ１に所定の精度で一致するように粒子モデルの土質パラメータを決定する機能（決定部）を備える。

データ出力部１４は、パラメータ決定装置１が処理したデータをモニタ装置、記憶装置、印刷装置等に出力する機能を備える。例えば、データ出力部１４は、実地盤の粘着力ｃ１とせん断抵抗角（＝内部摩擦角）φ１、仮想地盤の粘着力ｃ２とせん断抵抗角（＝内部摩擦角）φ２、ｃ１とｃ２の比較結果、φ１とφ２の比較結果、実地盤の地盤反力係数ｋ１、仮想地盤の地盤反力係数ｋ２、ｋ１とｋ２の比較結果等を出力する。

データ記憶部１５は、パラメータ決定装置１が処理したデータを記憶する機能を備える。例えば、データ記憶部１５は、実三軸圧縮試験の試験結果データ、実引抜き試験の試験結果データ等を記憶する。

上述したパラメータ決定装置１は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェース、通信インタフェース等を備えたコンピュータとプログラム（パラメータ決定プログラム）で実現可能である。また、当該パラメータ決定プログラムを記憶媒体に記録することも可能であり、通信ネットワークを通して提供することも可能である。

［パラメータ決定装置の動作］
次に、パラメータ決定装置１で行うパラメータ決定方法について説明する。図６は、本実施形態に係るパラメータ決定処理フローを示す図である。

ステップＳ１；
まず、データ設定部１０は、ユーザが地盤解析システム３０で用いられる粒子モデルの構成を決定した後、決定した粒子モデルの構成を当該地盤解析システム３０に設定する。粒子モデルの構成とは、例えば、粒子数、粒子座標、各種係数等である。

ステップＳ２；
次に、データ設定部１０は、ユーザが粒子モデルの土質パラメータの初期値を決定した後、決定した土質パラメータの初期値を当該地盤解析システム３０に設定する機能を備える。土質パラメータとは、例えば、上述したように、粒子直径、粒子質量密度、表面荷重、地盤反力係数に関わる単位体積重量、バネ定数、補正係数、膨張角（ダイレイタンシー）、粘着力、せん断抵抗角（＝内部摩擦角）等である。

ステップＳ３〜Ｓ６（概要）；
次に、まず、三軸圧縮試験により、対象地盤における粒子モデルの土質パラメータを決定するプロセスを実行する。

例えば、商用コードが「非線形構造解析ソフトＬＳ−ＤＹＮＡ」の地盤解析システムでは、ＤＥＭ（Discrete Element Method（離散要素法）；粒子法）が実装されており、当該地盤解析システム内で非特許文献４に記載された粒子モデルの土質パラメータを設定可能である。例えば、当該商用コードに付属のデータベースに土質パラメータの値を設定することで、対象地盤の土質パラメータを設定可能である。

しかし、対象地盤としてどのような地盤モデルを採用し、粒子モデルの土質パラメータとしてどのような値を設定すればよいのかについては、概略の推量が可能である程度であり、適切な地盤モデル及び土質パラメータの適正値を設定することは、困難である。例えば、地盤モデルについては、線形弾性体モデル、ムーア・クーロン地盤モデル、プラジャードラッカー地盤モデル、カムクレイ地盤モデル、関口・太田地盤モデル等が提案されている。

そこで、本実施形態では、複数の地盤モデルのうち、粘着力ｃとせん断抵抗角（＝内部摩擦角）φを変数に有するムーア・クーロン地盤モデル（τ＝ｃ＋σｔａｎφ）を用いる。そして、当該ムーア・クーロン地盤モデルを用いて、粒子モデルで必要な土質パラメータの項目を取得し、土質パラメータの所定値を地盤解析システムへ入力することを考える。

ムーア・クーロン地盤モデルにおいて、応力状態にある物体内の一点のｘｙ平面内（ｘ；水平軸，ｙ；垂直軸）における軸応力（垂直応力）σとせん断応力τを、σ−τ平面内に描く応力円をムーアの応力円と言う（図３）。異なる応力条件下で複数の三軸圧縮試験を行ってムーアの応力円をそれぞれ描画し、複数の応力円の包絡線を見ると近似的に直線と見なすことができる（図４）。この時、当該包絡線の傾きφがせん断抵抗角（＝内部摩擦角）と呼ばれ、τ軸の切片ｃが粘着力と呼ばれる。

そこで、ステップＳ３〜Ｓ５では、当該ムーア・クーロン地盤モデルを用いて、実三軸圧縮試験と三軸圧縮試験のシミュレーションとの比較を行う。三軸圧縮試験では、地盤の供試体の表面にせん断面（亀裂）が生じるので、ムーア・クーロン地盤モデル（τ＝ｃ＋σｔａｎφ）を用いて、その時のせん断面角度αと軸応力σから、せん断抵抗角（＝内部摩擦角）φと土の粘着力ｃ（τ軸切片）等の土質パラメータを決定できる。そして、シミュレーションによるｃ２，φ２が実三軸圧縮試験によるφ１，ｃ１と所定の精度で一致しない場合、粒子モデルの土質パラメータを変更する。

ステップＳ３；
まず、ユーザは、対象の実地盤からφ５０×１００ｍｍの円柱状供試体を作成し、所定の圧縮試験機を用いて実三軸圧縮試験を実行する。その後、データ入力部１１は、当該実地盤の円柱状供試体を用いて行われた実三軸圧縮試験の試験結果データを入力する。そして、三軸圧縮試験数値解析部１２は、当該試験結果データより実地盤の粘着力ｃ１とせん断抵抗角（＝内部摩擦角）φ１を算出する。尚、圧縮試験機によっては、図３に示したようなダイアグラム（線図）を自動表示出力可能なので、三軸圧縮試験数値解析部１２は、当該ダイアグラムからｃ１，φ１を読み取るようにしてもよい。

ステップＳ４；
次に、ユーザは、地盤解析システム３０において、上記実地盤に対応する仮想地盤としてφ５０×１００ｍｍの円柱状供試体をモデル化し、数値解析によって三軸圧縮試験を実行する。具体的には、土質パラメータの現在設定値を用いて、粒子間距離、粒子間角度、回転運動、角速度、姿勢角等を変数に有する支配方程式を解くことにより、数値解析を行う。その後、三軸圧縮試験数値解析部１２は、当該試験結果データを参照し、応力値を変化させた解析結果（τ，σ）から数点をとり、ムーア・クーロン地盤モデル（τ＝ｃ＋σｔａｎφ）を用いて、仮想地盤の粘着力ｃ２とせん断抵抗角（＝内部摩擦角）φ２を算出する。

ステップＳ５；
その後、三軸圧縮試験数値解析部１２は、ステップＳ３で算出した実地盤の粘着力ｃ１とせん断抵抗角（＝内部摩擦角）φ１と、ステップＳ４で算出した仮想地盤の粘着力ｃ２とせん断抵抗角（＝内部摩擦角）φ２と、をそれぞれ比較して、高精度に一致するか否かを判定する。例えば、「ｃ_ＭＩＮ≦ｃ２≦ｃ_ＭＡＸ，φ_ＭＩＮ≦φ２≦φ_ＭＡＸ」の第１判定式が成立する場合、高精度に一致すると判定し、当該第１判定式が成立しない場合、一致しないと判定する。尚、ｃ_ＭＩＮ，ｃ_ＭＡＸは、実三軸圧縮試験で得られた粘着力ｃ１に対し、所定の要求精度を加味して定義した最小値ｃ_ＭＩＮ，最大値ｃ_ＭＡＸである。φ_ＭＩＮ，φ_ＭＡＸは、実三軸圧縮試験で得られたせん断抵抗角に対し、所定の要求精度を加味して定義した最小値φ_ＭＩＮ，最大値φ_ＭＡＸである。

ステップＳ６；
ステップＳ５で行われた判定の結果、ｃ２，φ２が高精度にｃ１，φ１に不一致又はかい離がある場合、粒子モデルの土質パラメータの設定処理に戻り、三軸圧縮試験数値解析部１２は、土質パラメータの検討を行い、土質パラメータの現在設定値を修正・変更する。その後、ステップＳ４，Ｓ５を再実行する。三軸圧縮試験数値解析部１２は、ｃ２，φ２が上記第１判定式を満たすまでステップＳ４〜Ｓ６を繰り返す。

例えば、まず検討が必要な支配項としては、仮想粒子間のばね定数であり、更にはその他の項を補正係数として調整を行う。例えば、三軸圧縮試験による円柱状供試体のシミュレーションに伴う変形で胴回りが大きくなる場合、仮想粒子間のバネ定数が小さ過ぎると考えられるので、まずは、バネ定数を大きな値へと変更した後に、再度シミュレーションを行う。続いて、補正係数を調整した後に、十分な精度の粘着力ｃとせん断抵抗角（＝内部摩擦角）φを持ったムーア・クーロン地盤モデル（のパラメータ値）を決定する。

ステップＳ７；
ステップＳ５で行われた判定の結果、ｃ２，φ２が高精度にｃ１，φ１に一致する場合、土質パラメータの現在設定値を粒子モデルの土質パラメータの値として決定し、以降、地中構造物の土木・力学シミュレーションの実施に進む。

ステップＳ８〜Ｓ１１（概要）；
続いて、対象地盤において実施する支線アンカの引抜き試験により、対象地盤の反力係数を決定することで、対象地盤における粒子モデルの土質パラメータを決定するプロセスを実行する。

埋設された下部支線アンカの上端を上方へ引っ張ると、変位量δが小さい範囲で当該支線アンカに生じる応力σと変位δとの間に比例関係がある。その比例係数を一般に地盤反力係数ｋ（＝σ／δ）と言う。線形範囲を越え、地盤に明らかな破壊が見られない範囲での地盤反力−変位曲線は、非線形の関係を示す。

例えば、上述した商用コードの地盤解析システムでは、支線アンカの引抜き試験を模擬した解析シミュレーションを実施することにより、応力と変位量のグラフ上で地盤反力−変位曲線を得ることができ、当該グラフの原点付近の直線の傾きをもって地盤反力係数ｋを決定できる。

そこで、ステップＳ８〜Ｓ１１では、実引抜き試験と引抜き試験のシミュレーションにより地盤反力係数ｋ１，ｋ２を求め、シミュレーションによるｋ２が実引抜き試験によるｋ１と所定の精度で一致しない場合、粒子モデルの土質パラメータを変更する。

ステップＳ８；
まず、ユーザは、実地盤の円柱状供試体を用いて、支線アンカの実引抜き試験を実行する。その後、データ入力部１１は、当該実地盤の円柱状供試体を用いて行われた実引抜き試験の試験結果データを入力する。そして、引抜き試験数値解析部１３は、当該実引抜き試験の試験結果データより実地盤の地盤反力係数ｋ１を算出する。

ステップＳ９；
次に、ユーザは、地盤解析システム３０において、仮想地盤の円柱状供試体を用いて、数値解析によって三軸圧縮試験を実行する。具体的には、土質パラメータの現在設定値を用いて、粒子間距離、粒子間角度、回転運動、角速度、姿勢角等を変数に有する支配方程式を解くことにより、数値解析を行う。その後、引抜き試験数値解析部１３は、当該試験結果データを用いて、当該仮想地盤の地盤反力係数ｋ２を算出する。

ステップＳ１０；
その後、引抜き試験数値解析部１３は、ステップＳ８で算出した実地盤の地盤反力係数ｋ１と、ステップＳ９で算出した仮想地盤の地盤反力係数ｋ２と、を比較して、高精度に一致するか否かを判定する。例えば、「ｋ１−δｐ≦ｋ２≦ｋ１＋δｐ」の第２判定式が成立する場合、高精度に一致すると判定し、当該第２判定式が成立しない場合、一致しないと判定する。尚、ｋ１−δｐ，ｋ１＋δｐは，実引抜き試験で得られた地盤反力係数ｋ１に対して所定の要求精度を加味した最小値，最大値である。δｐは、所定の要求誤差値である。

ステップＳ１１；
ステップＳ１０で行われた判定の結果、ｋ２が高精度にｋに不一致又はかい離がある場合、粒子モデルの土質パラメータの設定処理に戻り、引抜き試験数値解析部１３は、土質パラメータの再検討を行い、土質パラメータの現在設定値を修正・変更する。その後、ステップＳ９，Ｓ１０を再実行する。引抜き試験数値解析部１３は、ｋ２が上記第２判定式を満たすまでステップＳ９〜Ｓ１１を繰り返す。

例えば、単位体積重量γ，粘着力ｃ，せん断抵抗角（＝内部摩擦角）φ，膨張角ψ（ダイレイタンシー）等の土質パラメータを調整する。但し、三軸圧縮試験に関連する検討段階で粘着力ｃとせん断抵抗角（＝内部摩擦角）φは決定済みであるので、この段階では最小項目のみを修正する。例えば、通常圧密状態から荷重が解放され体積増加することに関わる膨張角ψ（ダイレイタンシー）については、大きく変動することはないので、修正しない。従い、ここでは、例えば、単位体積重量γを中心とした調整法で実施する。具体的には、地盤反力係数ｋが小さい場合、単位体積重量γを小さい値に変更し、地盤反力係数が大きい場合、単位体積重量γを大きい値に変更する。

ステップＳ１２；
ステップＳ１０で行われた判定の結果、ｋ２が高精度にｋ１に一致する場合、土質パラメータの現在設定値を粒子モデルの土質パラメータの値として決定する。

以後、地盤解析システム３０は、ステップＳ７，Ｓ１２の二段階で設定した粒子モデルの土質パラメータの値を用いて、地盤強度に関する粒子法を用いた数値解析シミュレーションを実施する。

［効果］
以上より、本実施形態によれば、三軸圧縮試験と地中構造物の引抜き試験の二段階で取得できるマクロな地盤パラメータ（ｃ１，φ１，ｋ１）と、シミュレーションによる地盤パラメータ（ｃ２，φ２，ｋ２）と、が所望の精度で一致するように、数値解析による地中構造物の構造評価に使用するミクロな粒子法の土質パラメータを決定するので、各種地盤に関する土木・力学シミュレーションを行う際に必要となる土質パラメータを適切に決定でき、高度な数値解析（シミュレーション）が可能となる。

粒子法では、微視的（ミクロ）な土質パラメータを用いて、粉粒体バルクをモデル化しており、一般の地盤解析システムによる粒子法を用いてシミュレーションを行った場合、当該ミクロモデルを前提として数値解析を実施しなければならない。当該ミクロモデルによる解析は、地中構造物の土木・力学解析について計算精度が保証されたものであるとは言えないが、前記のようにマクロな三軸圧縮試験の結果で、実用的なムーア・クーロン地盤モデルのパラメータが実圧縮試験の結果と良い一致を得ているのであれば、より確度の高い数値解析が実施できているものと考えられる。即ち、マクロなパラメータであるｃ，φに裏付けられた粒子法の土質パラメータを設定を行ったモデルによる数値解析となっていることを保証できる。

仮に、粒子法によるミクロモデルとムーア・クーロン地盤モデルによるマクロモデルの間にかい離があるのであれば、多大な時間を要する数値解析実施の前に、土質パラメータ修正の必要があることに気付くことができ、数値解析上の無駄をなくすことができる。

さらに、粒子法によるミクロモデルをより高精度なものとできる可能性が高い。

１…パラメータ決定装置
１０…データ設定部
１１…データ入力部
１２…三軸圧縮試験数値解析部
１３…引抜き試験数値解析部
１４…データ出力部
１５…データ記憶部

Claims (5)

1. 地盤解析システムで用いられる粒子モデルのパラメータを決定するパラメータ決定装置において、
   実地盤の供試体を用いて行われた三軸圧縮試験の試験結果を入力する入力部と、
   前記試験結果より前記実地盤の粘着力とせん断抵抗角を算出するとともに、仮想地盤の供試体を用いて前記地盤解析システムで行われた三軸圧縮試験の試験結果より前記仮想地盤の粘着力とせん断抵抗角を算出して、前記仮想地盤の粘着力とせん断抵抗角が前記実地盤の粘着力とせん断抵抗角にそれぞれ所定の精度で一致するように前記パラメータを決定する決定部と、
   を備えることを特徴とするパラメータ決定装置。
2. 前記実地盤から構造物を引抜いた引抜き試験の試験結果を入力する入力部と、
   当該試験結果より前記実地盤の地盤反力係数を算出するとともに、前記仮想地盤の供試体を用いて前記地盤解析システムで行われた引抜き試験の試験結果より前記仮想地盤の地盤反力係数を算出して、前記仮想地盤の地盤反力係数が前記実地盤の地盤反力係数に所定の精度で一致するように前記パラメータを決定する決定部と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のパラメータ決定装置。
3. 地盤解析システムで用いられる粒子モデルのパラメータを決定するパラメータ決定方法において、
   パラメータ決定装置が、
   実地盤の供試体を用いて行われた三軸圧縮試験の試験結果を入力するステップと、
   前記試験結果より前記実地盤の粘着力とせん断抵抗角を算出するとともに、仮想地盤の供試体を用いて前記地盤解析システムで行われた三軸圧縮試験の試験結果より前記仮想地盤の粘着力とせん断抵抗角を算出して、前記仮想地盤の粘着力とせん断抵抗角が前記実地盤の粘着力とせん断抵抗角にそれぞれ所定の精度で一致するように前記パラメータを決定するステップと、
   を行うことを特徴とするパラメータ決定方法。
4. 前記実地盤から構造物を引抜いた引抜き試験の試験結果を入力するステップと、
   当該試験結果より前記実地盤の地盤反力係数を算出するとともに、前記仮想地盤の供試体を用いて前記地盤解析システムで行われた引抜き試験の試験結果より前記仮想地盤の地盤反力係数を算出して、前記仮想地盤の地盤反力係数が前記実地盤の地盤反力係数に所定の精度で一致するように前記パラメータを決定するステップと、
   を更に行うことを特徴とする請求項３に記載のパラメータ決定方法。
5. 請求項３又は４に記載のパラメータ決定方法をコンピュータに実行させることを特徴とするパラメータ決定プログラム。