地盤の非線形弾性特性を考慮した簡易で高精度な築堤解析手法

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要約

フィルダム基礎地盤の弾性特性の非線形性を表現できる新しい築堤解析手法を開発した。特に軟岩や断層部分のように比較的軟質な地盤において、有用性が顕著である。

  • 担当:農業工学研究所・造構部・構造研究室
  • 代表連絡先:0298-38-7571
  • 部会名:農業工学
  • 専門:基幹施設
  • 対象:計測・設計技術
  • 分類:研究

背景

地盤上にフィルダム等の重量構造物を建造する場合、安全性を確保するために築造時および築造後の変形挙動を解析等によって予測する必要がある。現行の一般的な解析手法では、弾性特性の線形性を仮定し、使用する弾性係数は平板載荷試験や孔内水平載荷試験などから得ている。しかし、実際の地盤の弾性特性は様々な物理条件に対して非線形的に変化するため、地盤の固さが低下するほど線形仮定と実挙動との差異が大きくなり、軟岩や断層破砕帯などの軟質な地盤では変形を過大評価する傾向が強いという問題が生じていた。そこで、大きな影響因子である深度とひずみに対する地盤の弾性特性の非線形的変化を、簡易な推定式により表現して基礎地盤の構成モデルに組み込むことで、より精度の高い応力変形予測を可能とする築堤解析法の開発を試みた。

成果の内容・特徴

  • 縦5m×横5m×高さ3mのコンクリ-ト製土槽内に山砂を締め固めて人工的に作製した地盤を対象に、5種類の弾性特性調査試験を実施した。その結果をもとに、地盤の弾性係数の推定式を組み込んだフィルダム築堤解析手法(以下、“非線形法”と呼ぶ。)を開発した( 図1)。
  • 実際のダム(Bダム、図2)を対象にして従来法と非線形法を適用して予測沈下量を実測値と比較した結果、従来法よりも格段の精度向上が得られた。基礎地盤内の最大沈下量は、従来法では実測値の約10倍であったのに対し、非線形法では約1.3倍であった(図3)。

成果の活用面・留意点

フィルダム築堤時の、軟岩、断層帯などの軟質な地盤の変形挙動予測に特に有用である。今後、他の地盤への適用性を検証するために、実際のダムにおける事例の蓄積が必要である。

具体的データ

図1 基礎地盤の非線形弾性特性を校了した応力変形解析法
図2 Bダム解析横断面
図3 堤軸直下における沈下量の比較

その他

  • 研究課題名:ダム基礎地盤の変形および透水性の評価法
  • 予算区分:経常(依頼)
  • 研究期間:平成12年度(平成9年～12年)
  • 研究担当者:田頭秀和、向後雄二、安中正実(農林水産技術会議事務局)
  • 発表論文等:1)Tagashira H., Yasunaka M. and Masukawa S.:Simplified Embanking Analysis of Filldams Considering Non-linear Elastic Property of Their Foundation,GeoEng2000,No.1090(CD-ROM)
                      2)田頭秀和、増川 晋、安中正実:フィルダム静的・動的挙動解析へのPS検層の適用、農業土木学会誌、Vol.67、No.11、pp.11～17、1999