マンホール浮き上がり検討例

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たつぞうとどろき
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1 マンホールの地震時液状化浮き上がり解析 ( 地震時せん断応力は略算で算定 ) 目次 (1) 基本方針 1, 本解析の背景 2 2, 構造諸元 2 3, 本解析の内容 2 4, 本解析の目的 2 5, 設計方針及び参考文献 2 6. 使用プログラム 3 7, 変形解析のフロー 3 8, 概要図 3 (2) 地盤概要 1, 地盤の概説 5 ( 一部省略 ) 2, ボーリング調査結果 5 3, 設計外力 6 (3) 自重変形解析の概要 1,ALIDによる自重変形解析法の概説 10 (ALID)( 一部省略 ) 2, 解析モデル 11 (4) マンホールの設計 1, マンホールの構造 12 2, 構造計算 12 (5) 地震時自重変形解析 1, 解析モデル 13 ( 一部省略 ) 2,ALID 解析モデル 15 3,ALID 解析結果 16 4, 結果の整理 17 マンホールの地震時液状化による浮き上がりを ALID により行った ( 株 ) ブルドジオテクノ 1

2 (1) 基本方針 1, 本解析の概説本解析は液状化を考慮した静的 FEM 解析である解析法は, 液状化に伴う堤防及び盛土の変形を基礎地盤の砂質土層が液状化し, 砂質土層の剛性が低下したことに起因して発生するものと仮定し, 解析における外力として土層の自重のみを考慮する静的自重変形解析である 2, 構造諸元設置場所県市町地内線設備地盤雨水排水 ( マンホール ) 道路地下に設置調査報告書参照 3, 本解析の内容本解析は道路設置マンホールの地震に対する液状化の影響を考慮した浮き上がり量を概略推定する FEM 解析解析モデル解析条件液状化自重沈下解析二次元静的有効応力ステップ解析行わない ( 現状の状態を解析 ) 液状化の判定液状化定数の計算 FL による N 値及び諸定数によるプログラム内部計算 4, 本解析の目的目的設計状態想定する荷重など解析の目的沈下量予測地震時レベル 1 2 液状化を考慮した堤防の自重沈下量概略値を推定 5, 設計方針及び参考文献下水道施設の耐震対策指針と解説 ( 日本下水道協会 ) 下水道施設耐震設計例 - 管路施設編 ( 日本下水道協会 ) 道路橋示方書 Ⅴ( 日本道路協会 ) 河川堤防の地震時変形量の解析方法 ( 国土技術研究センターー ) 液状化に伴う流動の簡易評価法 ( 安田ら ) 2

3 6, 使用プログラム静的 FEM 解析コード :ALID(ALID 研究会 ) マンホールの設計 ( フォーラムエイト ) 二次元有効応力解析マンホール構造地盤液状化の判定 7, 変形解析のフロー土質定数の設定 : 試験値の適用定数の推定仮定設計外力の算定レベル 1,2 マンホールの構造マンホールの設計解析モデル ( 二次元 ) 液状化を考慮した土質定数の決定 (1) 地震前の応力解析有限要素法による自重変形解析 (2) 液状化時の変形解析 ALID により解析 (3) 残留変形解析安全性の確認 8, 概要図 1 地盤断面図 3

4 2 マンホール構造図 4

5 (2) 地盤概要 1, 地盤の概説調査では 1 本のボーリング (No.3) が実施され土質試験が行われている土層は同一と思われる層はまとめてできるだけ簡単なモデルとなるようにしているただし土層の連続についてはサンプル及び観察結果等を参考に連続土層を設定した ( ここでは説明のため大きくまとめていることに注意 ) 2, ボーリング調査結果 1No.3: 5

6 耐震設計上の地盤種別 ( 道路橋示方書 Ⅴ P32 による ):2 種地盤 PAGE=7 液状化の判定資料 ( 道路橋示方書 Ⅴ P134 による ) PAGE=8~9 * ボーリング調査により地層構成標準貫入 N 値が実施され結果は上図に示す * 地盤層 3~7 の砂質層は土の粒度試験が行われている 3, 設計外力 ALID の解析には液状化に対する抵抗率 FL が必要であるため道路橋示方書 Ⅴ(P134) により設計値を算定する地域区分 (P27) B 地域 (0.85) レベル 1 (P35) レベル 2 (P35) khc=0.15x0.85=0.128 khc=0.7(2 種地盤 )x0.85=0.595 マンホールの設計では下水道施設の耐震対策指針と解説 (P25) 地域区分 (P27) B 地域 (0.85) レベル 1 (P25) レベル 2 (P28) 応答変位法による (P120) 6

7 地盤種別ボーリング番号 -No.3 層番号層名層種別層厚平均 N 値平均せん断弾性波速度 Hi/Vsi Hi(m) Vsi(m/s) (sec) 1 BS 砂質土 AS 砂質土 AS 砂質土 AS 砂質土 AC 粘性土 AS 砂質土 AS 砂質土 AS 砂質土 AS 砂質土合計 Tg = 4 Σ(Hi/Vsi) = (sec) よって耐震設計上の地盤種別は Ⅱ 種地盤となる解説 : 道路橋示方書 Ⅴ 耐震設計編 P32 Ⅰ 種地盤 : 良好な洪積地盤及び岩盤硬質砂れき層など Ⅱ 種地盤 :Ⅰ 種 Ⅲ 種にも属さない洪積地盤及び沖積地盤 Ⅲ 種地盤 : 沖積地盤のうち軟弱地盤耐震設計上の地盤面 : 十部堅固な地盤 (Vsi 300m/s) Tg <Tg <Tg 粘性土層 Vsi=100Ni 1/3 1 Ni 25 砂質土層 Vsi=80Ni 1/3 1 Ni 50 7

8 8 1 章液状化 1.1 液状化の判定 (1) レベル 1 計算深度 (m) N 値 Ip FC (%) D50 (mm) D10 (mm) R L FL 判定注 ) 地表面から 20m までを表示判定 := 液状化しない,= 液状化する (2) レベル 2 計算深度 (m) N 値 Ip FC (%) D50 (mm) D10 (mm) R L FL 判定

9 計算深度 (m) N 値 Ip FC (%) D50 (mm) D10 (mm) R L FL 判定注 ) 地表面から 20m までを表示判定 := 液状化しない,= 液状化する 9

10 (3) 自重変形解析法の概説 1, 自重変形解析法の概説 1 解析法の概要本解析法は, 二次元断面を対象とし各節点の変位量を算出するすなはち地震によって液状化した層は剛性が低下しこれによって堤体が沈下するまた砂質土層の剛性低下に伴う堤防の変形が地震動が終了した後に発生するものと仮定するため, 慣性力に起因する変形は考慮しない剛性低下率は液状化に対する抵抗率 FL 及び細粒分含有率 FC の関数として与えられ地震前の土の剛性 T L と FC が分かれば沈下量を求めることが出来る比較的簡便な方法である液状化層の剛性低下の特徴は, 下図に示すように地震前の解析には液状化層のせん断弾性係数 Go として OA 線の傾きを使用する一方地震後の解析では液状化層については剛性低下そたせん断弾性係数 G1 として OC 線の傾きを使用するポアソン比については地震前の解析では常時 ν0 を用い地震後の解析では体積弾性係数 K が地震前後で一定となるよう逆算した地震後のポアソン比 ν1 を用いる比液状化層についても地震前の解析では常時の G ν を使用し地震後の解析では液状化層の過剰間隙水圧の影響等によりある程度のせん断剛性の低下を見込んだ物性値 G ν を用いて変形量を算出する ( 出典 : 河川堤防の地震時変形量の解析方法 ) 2 解析のフロー本解析法では, 1 液状化層 2 液状化層上部に位置する非液状化層 ( 堤体の盛土と表土層 ) 3 液状化層の下部に位置する非液状化層の 3 種類の土層で液状化時における剛性を設定する液状化時における剛性の設定方法は 1 液状化層は, 液状化時の剛性低下を考慮した変位を応力解放法により内部計算する 2 液状化層の上部に位置する非液状化層 ( 堤体の盛土と表土層 ) については, 下部の液状化層の影響を受け, 液状化の程度が大きいほど剛性が低下しやすいため経験値による剛性の低下率により算定する 3 液状化層の下部に位置する非液状化層については, 液状化の発生に伴う剛性の低下を考慮しない液状化層の剛性低下を考慮した有限要素法による変形解析は, 下図に示す通り自重を用いて地震前のせん断弾性係数とポアソン比を用いた地震前の変形解析と液状化が発生し剛性の低下が生じた際のせん断弾性係数とポアソン比を用いた液状化時の変形解析の 2 ステップの解析を行い, 両者の差分をとることにより液状化の発生に伴う変位を求めることができるただし以上に述べた解析は, 土中の間隙水の移動を無視した非排水条件を仮定しており, 液状化層に発生した過剰間隙水圧が地震後に消散することにより生じる体積圧縮に伴う変位量が考慮されないため, それを別途算定し, 合計の変位量を求める合計変位量は液状化時の流動変形量と液状化後の過剰間隙水圧の消散による沈下量を合算する 10

11 液状化の判定解析モデル作成パラメータ設定地震前の変形解析液状化時の変形解析液状化層の体積圧縮変位量算定非排水条件変形量を合計 = 自重沈下量自重変形解析 : ALID ( 出典 : 河川堤防の地震時変形量の解析方法 ) 2, 解析モデル ( 二次元 FEM) 1FEM 解析モデル側方の境界の影響を少なくするため左右へ解析地盤深さを目安とし側方地盤域を設定したモデル ( 側方地盤域 + 解析目標域 ) の左右部分についてはモデル全体長 ( 解析目標長の 10 倍 ) を考慮した付加地盤 ( 水位考慮 ) を設定したモデルの境界条件はモデルの両側面は付加地盤水平固定としモデル底面は水平変位と鉛直変位を固定とした解析モデル図各解析結果に記載 2 要素適用モデル要素モデル液状化の有無要素種類構成則モデル方式 Con - ソリッド弾性平面応力要素各土層液状化層上部ソリッド剛性低下 MC/DP 各土層液状化層ソリッドバイリニアー液状化要素各土層非液状化層ソリッド弾塑性 MC/DP 11

12 (4) マンホールの設計 1. マンホールの構造 2. 構造計算使用プログラムマンホールの設計 ( フォーラムエイト ) ファイル名 :2110 計算結果詳細目次設計条件計算結果省略 12

13 (5) 地震時自重変形解析結果 1. 解析モデル解析モデルは上図に示すように解析目標である解析目標域より左右に側方地盤域を設定した境界条件は両側面は付加地盤水平固定としモデル底面は水平変位と鉛直変位を固定とした付加地盤の設定長 ={( 解析目標域 x10)-( 解析目標域 + 深さ x2)}/2 ={(10mx10=100m)-( x2=51.2m)}/2 =24.4m 構成要素は図のように 1~12 まで設定した各要素の設定は以下の通り番号 * 土質液状化層物性モデル液状化時条件 1 AS MC/DP 剛性低下 2 AS MC/DP 剛性低下 3 AS MC/DP 剛性低下 4 AS MC/DP バイリニアー 5 AC MC/DP 剛性低下 6 AS MC/DP バイリニアー 7 AS MC/DP バイリニアー 8 AS MC/DP バイリニアー 9 AS MC/DP バイリニアー 10 マンホール弾性 * すべてソリッド要素 * 設定値は別紙調査結果参照 * 液状化層はレベル 2 時 13

14 各要素のパラメータ番号 * 土質 γ G ν Dr φ c ψ 1 AS AS AS AS AC AS AS AS AS Con γ: 単位体積重量 (kn/m3)( 一般値による推定 ) G: せん断弾性係数 (kn/m2)(n 値より推定 ) ν: ポアソン比 ( 推定値 ) Dr: 相対密度 (Meyerhof 式より推定 ) φ: せん断抵抗角 ( )(N 値より推定 ) c: 粘着力 (kn/m2)(n 値より推定 ) ψ: ダイレイタンシ角 ( )(N 値より推定 ) 変形係数の応力依存性を考慮するため Janbu の実験式による推定式により算定した番号 * 土質 k n 1 AS AS AS AC 液状化層の液状化抵抗率 FL: レベル2) 番号 * 土質 FL ALID 4 AS 今回のALID 解析ではプログラム内で自動計算する 6 AS AS AS AS 使用プログラム ALID (ALID 研究会 ) ファイル名 :

15 2.ALID 解析モデル 1 ブロック図 2 メッシュ図 15

16 3.ALID 解析結果 ( ここではレベル 2 タイプ Ⅱ を掲載する ) 1 残留変形図 (x1.0) 2FL 値分布図 16

17 3 液状時間隙水圧分布図 4. 結果の整理 1 液状化によるマンホール天端浮き上がり量の確認浮き上がり量 (m) 59.4cm * 液状化による天端浮き上がり量は約 0.6m という結果を得た 17

01宅地液状化沈下(161008)

01宅地液状化沈下(161008) 造成宅地の液状化沈下量の推定目次 (1) 基本方針 1, 本解析の説明 2 2, 構造諸元 2 3, 本解析の概要 2 4, 本解析の内容 3 5, 本解析の目的 3 6, 設計方針及び参考文献 3 7. 使用プログラム 3 8, 変形解析のフロー 3 9, 概要図 4 (2) 概要 1, 地盤の概説 5 2, 設計外力 5 3, 液状化の判定 5 (3)ALID 解析の概要 1,ALIDによる自重変形解析法の概説