JP5190655B2 - 部分改良地盤の液状化強度の簡易評価法、および部分改良地盤の変形量の簡易評価法 - Google Patents
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Description
そして、そのために、本算定法においては、部分改良地盤の等価剛性と改良率との関係を、単位周期構造体の縦横比と改良体の剛性と原地盤の剛性とをパラメータとして予め求めて簡易チャート化しておき、その簡易チャートを用いて部分改良地盤の等価剛性を簡易に求めることを主眼とする。
(a)は直径lRの柱状の改良体をx方向(幅方向)の間隔lx、y方向(長さ方向)の間隔lyをもって配列して造成した場合であって、この場合の単位周期構造体は2辺がlx,lyの矩形(lx=lyの場合には正方形)の中心に直径lRの柱状の改良体が配置されたものである。この場合の改良率R、すなわち単位周期構造体の面積に対する改良体の面積の比、つまりは部分改良地盤全体の面積に対する改良体全体の面積の比は
そして、本算定法においては、上式で求められる各方向の等価剛性と改良率Rとの関係を、単位周期構造体のパターンをパラメータとして予め簡易チャート化しておくことにより、その簡易チャートを用いて部分改良地盤の各方向の等価剛性(軸剛性およびせん断剛性)を簡易に求めるものである。
図2(a)〜(d)に示す簡易チャートは柱状の改良体の場合において、lx/ly=1(つまり正方形配列)の場合のものであり、図3(a)〜(f)に示す簡易チャートは格子状の改良体の場合において、lx/ly=1,2,3とした場合のものあり、いずれもパラメータES/ERあるいはGS/GRを0、0.2、0.4、0.6、0.8としたものである。
図4はその全体作業手順の概要を示すフローチャートである。
まず、(1)地盤調査を行った結果から液状化層の深度(液状化層厚)を決定し、それに基づき、(2)液状化後に部分改良地盤に作用する外力を決定する。
一方、(3)改良体の形状(柱状あるいは格子状)とその剛性、単位周期構造体の縦横比(lx/ly)を決定する。また、改良率を仮決定し、その改良率に対応する液状化後の等価剛性を簡易チャートにより求める。
そして、(4)等価剛性と外力とにより変形量を算定し、設計条件を満足しなければ改良率を修正して条件を満足するまで以上の手順を繰り返す。なお、その際に必要であれば改良率の修正に併せて、あるいはそれに代えて、他の条件(単位周期構造体のパターンや改良体の剛性等)の見直しを行っても良い。
以上を設計条件を満足するまで繰り返し、条件を満足すれば改良率を確定させることにより、(5)側方流動対策の決定とする。
(1)液状化層厚の決定
図5において層厚H4で示す砂層が液状化対策が必要な層であり、その範囲を地盤改良するとする。図示例の場合には格子状の改良体の造成による部分地盤改良とし、単位周期構造体のlx=15m、ly=5mとし、したがってlx/ly=3とする。
改良体の前面および背面の液状化層が全て液状化するとして、液状化後に地盤改良体にかかる外力を算定する。
護岸前面側(水面を原点とする座標Z1として示す)においては、Z1=0〜H1までは河川あるいは海の水圧がかかり、Z1=H1〜HI+H2までは水圧+土圧がかかる。すなわち、地盤の単位体積重量γt、水の単位体積重量γWとすると、
P1=γwZ1 at Z1=0〜H1
P1=γwZ1+γt(Z1−H1) at Z1=H1〜H1+H2
護岸背面側(地下水位を原点とする座標Z2として示す)においては、Z2=0において土被り圧がかかり、Z2=0〜H4は土被り圧+地下水圧がかかる。すなわち
P2=γtH3 at Z2=0
P2=γtH3+γtZ2 at Z2=0〜H4
上記の外力により地盤改良体にはその横断面に沿う鉛直面(z−x面)に沿ってせん断変形が生じるので、ここでは部分改良地盤のその方向の等価せん断剛性GzxHを図3(d)に示した簡易チャートにより求める。この場合、改良体のせん断剛性GRをセメント系地盤改良を想定してGR=38.5MN/m2とし、原地盤のせん断剛性GSは液状化によりGS=0.1MN/m2になると想定して、簡易チャートにおけるパラメータGS/GR=0とする。
そして、改良率Rの仮決定をR=50%とすれば、単位周期構造体の縦横比lx/ly=3であるから、図6に示すように簡易チャートの縦軸GzxH/GR=0.43、ゆえに、等価剛性GzxH=38.5×0.43=16.5MN/m2として求められる。
上記の外力を負荷した際の部分改良地盤の変形量を算定する。その算定は2次元弾性有限要素法によるか、あるいは、より簡易な手法として、部分改良地盤全体をせん断棒にモデル化することにより行うことができ、いずれの場合も以下に示すようにほぼ同様の結果が得られる。
(4−1)2次元弾性有限要素法による場合
図5に示している各諸元、H1=3m、H2=7m、H3=2m、H4=10m、lx=15m、ly=5m、γt=17kN/m3、γw=10kN/m3を用いて、2次元弾性有限要素法により変形量を算定する。その結果、図7に示すように最大変形量が3cmと算定された。
(4−2)せん断棒による場合
図8に示すように、部分改良地盤全体をその等価剛性と同等の剛性を有するせん断棒にモデル化し、そのせん断棒に上記の外力を作用させた際に生じる変形量を算定する。この場合
改良体背面側の外力 P2=(34+204)×10/2=1190kN/m
改良体前面側の外力 P1=30×3/2+(30+149)×7/2=671.5kN/m
外力の合力 P=P2-P1=1190-671.5=518.5kN/m
等価せん断剛性 GzxH=16.5MN/m2=16.5×103kN/m2
等価せん断バネ k=GzxHW/l=16.5×103×15/10=24.8×103kN/m2
水平方向変形量 x=P/k=518.5/24.8×103=0.02m=2cm
この場合の算定結果は、2次元弾性有限要素法による場合の算定結果に比べて若干の誤差があるものの、この種の解析においては両者の結果は実質的に同等であるといえるし、少なくとも評価結果に影響しない範囲内の誤差であるといえる。
以上で算定された変形量が設計条件を満足すれば、改良率の仮決定(上記の場合はR=50%)が妥当であったのでその改良率を最終決定として対策決定とする。変形量の算定結果が設計条件を満足しなければ改良率を変更して以上の手順を繰り返す。すなわち、変形量が過大であれば改良不足であるので改良率を大きくするように変更し、変形量が過小であれば改良過剰であるので改良率を小さくするように変更し、満足すべき結果が得られるまで以上の手順を繰り返せば良い。勿論、その際に必要であれば、すなわち改良率の修正のみでは条件を満足できない場合には、単位周期構造体のパターンや改良体の剛性も併せて見直せば良い。
本実施形態の評価法は、図9にフローチャートとして示した一連のステップ(i)〜
(ix)により構成されるものであり、以下にその詳細を説明する。
図12は(2)式と次の(4)〜(6)式を用いて求めたものである。
図13は液状化強度曲線の模式図を示したものである。
(4)式はRl1回の繰返しで 1/Nl だけ液状化に近づいたとみなせるので、20回の繰返しせん断が生じた際の累積損傷度Rnは(5)式のように表せる。この状態で生じる過剰間隙水圧比は、De Alba の提案式である(6)式で表すことができる。αrfは実験定数であるが、緩い砂では0.7程度の値をとる。
したがって、以上で説明した本発明の部分改良地盤の変形量の評価法は、その過程で過剰間隙水圧比Δu/σν’を求めることから、部分改良地盤の液状化強度を評価するための評価法としても適用できるものである。
Claims (2)
- バットレス状改良体や格子状改良体もしくは柱状改良体が造成された部分改良地盤の液状化強度を簡易に評価する方法であって、
改良前の地盤に地震時に生じるせん断応力τdを算出し、
前記せん断応力τdに基づいて改良前の地盤のせん断ひずみγiを算出し、
改良後の部分改良地盤の等価せん断剛性Geqを算出し、
改良後の地盤における改良体間の未改良地盤に生じるせん断ひずみγiを求め、
該せん断ひずみγiに応じた等価せん断剛性Geqを再決定し、
再決定した等価せん断剛性Geqを用いてせん断ひずみγiが一定の値に収束するまで計算を行ってせん断ひずみγiを決定し、
決定したせん断ひずみγiに基づいて未改良地盤に生じる過剰間隙水圧比Δu/σν’を求め、
該過剰間隙水圧比Δu/σν’に基づいて部分改良地盤の液状化強度を評価する
ことを特徴とする部分改良地盤の液状化強度の簡易評価法。 - バットレス状改良体や格子状改良体もしくは柱状改良体が造成された部分改良地盤の変形量を簡易に評価する方法であって、
改良前の地盤に地震時に生じるせん断応力τdを算出し、
前記せん断応力τdに基づいて改良前の地盤のせん断ひずみγiを算出し、
改良後の部分改良地盤の等価せん断剛性Geqを算出し、
改良後の地盤における改良体間の未改良地盤に生じるせん断ひずみγiを求め、
該せん断ひずみγiに応じた等価せん断剛性Geqを再決定し、
再決定した等価せん断剛性Geqを用いてせん断ひずみγiが一定の値に収束するまで計算を行ってせん断ひずみγiを決定し、
決定したせん断ひずみγiに基づいて未改良地盤に生じる過剰間隙水圧比Δu/σν’を求め、
改良体に作用する外力を算定し、
前記等価せん断剛性Geqおよび前記外力に基づいて部分改良地盤の変形量を評価する
ことを特徴とする部分改良地盤の変形量の簡易評価法。
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