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地盤内の様々な挙動の数値解析

掘削、盛土、地下水の汲み上げや地震などにより、地盤は変形し、土中では様々な挙動を示し、場合によってはその地盤変形により既設構造物などに障害が発生することもあります。当財団では、地盤掘削、盛土、地下水流動、地震などによる地盤挙動とその影響を予測するために、種々の数値解析を行っています。

地盤変形解析
トンネル掘削に伴う地盤内応力変化の分布
地盤掘削や盛土などによる地盤挙動を多次元的に解析します。この例は、シールドトンネル掘削工事において切羽圧や裏込注入圧などの施工条件を考慮した荷重モデルにより、トンネル周辺地盤の挙動と近接構造物への影響を解析したものです。
シールドトンネル掘削時の地盤変形要因
圧密沈下解析
埋立・盛土による地盤の圧密沈下挙動を弾粘塑性モデルによる粘土の時間依存性挙動を考慮した解析法により予測します。この例は、軟弱地盤上の築堤工事による圧密沈下挙動を弾粘塑性モデルを用いた土〜水連成解析により予測したものです。
▲築堤工事による地盤内の過剰間隙水圧の変化

土留変形解析
開削工事における土留壁の設計・施工管理では、弾塑性法(梁ばねモデル)による変形解析が実務的に広く使われています。当財団では、過去に実施した土留変形の計測管理データの逆解析により、土留背面土圧と地盤反力係数の設定方法に関する調査研究を行い、適切な解析法の提案を行ってきました。
計測値
解析手法1
解析手法2
解析手法3
構造物の応力解析
トンネルや土留壁などの構造物に発生する応力を解析し、構造物の安全性を確認します。この例は、シールドトンネルについて、セグメントをシェル要素、継手を回転ばね、周辺地盤を盤ばねによりモデル化し、ジャッキ推力、裏込注入圧、テールシール部の偏圧などの施工時荷重によって、セグメントに発生する応力状態を解析したものです。
シールドトンネルにおける施工工事荷重によるセグメント応力

浸透流解析
建設工事による地下水位変動に伴う流れや、降雨斜面浸透などの水の挙動を解析します。この例は、開削工事の水位低下工における土留壁の遮水効果を検討したものです。遮水効果の良否により、周辺地盤への水位変動の違いが示されています。
▲開削部の地下水位低下による地下水位の分布

動的解析
地震時に発生する液状化現象や土構造物の安定性評価のために、動的FEM解析等による解析を行います。この例は、プラスチックボードドレーン(PD)による液状化抑制に関する研究で、振動台実験結果をシミュレーション解析したものです。過剰間隙水圧の発生が抑制される状況が示されています。
▲PD材による地震時の過剰間隙水圧の抑制状況
(振動台実験の解析)



財団法人 地域 地盤 環境 研究所
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