平成14年3月11日

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1 戦 -11 土 構 造 物 の 特 性 を 踏 まえた 性 能 設 計 に 関 する 研 究 研 究 予 算 : 運 営 費 交 付 金 ( 一 般 勘 定 ) 研 究 期 間 : 平 1~ 平 4 担 当 チーム: 材 料 地 盤 研 究 グループ( 土 質 振 動 ) 研 究 担 当 者 : 佐 々 木 哲 也 榎 本 忠 夫 中 島 進 要 旨 本 研 究 は 従 来 の 経 験 技 術 を 重 視 しつつ 土 構 造 物 に 性 能 設 計 を 導 入 するに 際 しての 技 術 課 題 の 解 決 を 目 的 として 実 施 するものである 昨 年 度 の 検 討 により 安 定 計 算 法 および 限 界 水 平 震 度 という 指 標 を 用 いる 事 によって 被 害 の 有 無 を 設 計 計 算 で 概 ね 判 別 できる 事 がわかった また ) 安 定 計 算 で 担 保 される 擁 壁 の 耐 震 性 を 評 価 する 目 安 として 設 計 水 平 震 度 と 地 表 面 加 速 度 擁 壁 の 残 留 変 位 の 関 係 を 見 出 すことができた 以 上 を 踏 まえ 本 年 度 は1) 標 準 設 計 で 担 保 される 擁 壁 の 耐 震 性 の 評 価 ) 動 的 解 析 法 の 実 務 設 計 への 適 用 性 の 検 証 3) 擁 壁 の 変 形 性 能 を 考 慮 した 耐 震 設 計 法 に 関 する 検 討 の 3 項 目 に 関 して 検 討 を 行 った その 結 果 動 的 解 析 の 適 用 に 当 たっての 必 要 条 件 を 抽 出 できた また 過 去 の 動 的 遠 心 模 型 実 験 の 結 果 を 踏 まえつつ 擁 壁 の 合 理 的 な 耐 震 設 計 法 の 枠 組 みを 見 出 すことができた 今 後 は 擁 壁 の 荷 重 変 位 メカニズムのモデル 化 を 行 いつつ 限 界 状 態 や 要 求 性 能 の 設 定 も 含 めた 擁 壁 の 性 能 設 計 の 枠 組 みに 取 り 組 んでいく 予 定 である キーワード: コンクリート 擁 壁 補 強 土 壁 性 能 設 計 標 準 断 面 擁 壁 1. はじめに 近 年 盛 土 擁 壁 などの 土 構 造 物 抗 土 圧 構 造 物 の 設 例 えば 1-1 ) 1- ) 計 にも 性 能 設 計 の 概 念 が 導 入 されつつある 1-3) 性 能 設 計 では 最 初 に 重 要 度 や 安 全 性 供 用 性 修 復 性 を 勘 案 して 要 求 性 能 を 定 め 性 能 に 応 じた 限 界 状 態 を 設 定 する そして 想 定 される 作 用 に 対 する 構 造 物 の 状 態 が 限 界 状 態 を 超 えないことを 照 査 することで 要 求 性 能 が 満 たされることを 照 査 する 想 定 される 作 用 の 種 類 としては 例 えば 降 雨 地 震 常 時 の 作 用 などがあ り それぞれの 作 用 に 対 して 構 造 物 の 特 性 に 応 じた 要 求 性 能 を 設 定 することになる 性 能 設 計 の 概 念 を 導 入 する 事 によって 要 求 性 能 を 満 足 する 範 囲 内 で 従 来 の 方 法 によらない 解 析 手 法 構 造 な どを 採 用 することが 可 能 となり 構 造 物 の 設 計 を 合 理 化 することも 可 能 である しかし これまで 土 構 造 物 の 設 計 では 材 料 の 不 均 質 性 や 施 工 の 不 確 実 性 外 力 の 不 確 かさなどを 勘 案 して 従 来 の 経 験 技 術 を 重 視 した 設 計 が 行 われてきた このため 土 構 造 物 の 設 計 を 性 能 規 定 型 の 設 計 法 へと 移 行 するためには 想 定 する 作 用 の 規 模 頻 度 を 定 めること 想 定 する 作 用 に 対 する 構 造 物 の 要 求 性 能 を 明 確 にすること 作 用 に 対 する 構 造 物 の 応 答 を 評 価 する 手 法 を 開 発 すること 要 求 性 能 に 応 じた 限 界 状 態 を 定 めること などその 課 題 は 多 い また 従 来 の 設 計 計 算 法 で 担 保 される 構 造 物 の 性 能 を 明 確 化 することも 必 要 となる 本 研 究 は 土 構 造 物 に 性 能 設 計 を 導 入 するために こ れらの 技 術 課 題 の 解 決 あるいは 今 後 の 展 開 を 整 理 するこ とを 目 的 として 実 施 するものであり 平 成 1 年 度 には 模 型 実 験 並 びに 地 震 被 害 事 例 の 分 析 を 行 い 現 行 の 設 計 計 算 法 で 担 保 されるコンクリート 擁 壁 ジオテキスタイ ル 補 強 土 壁 の 耐 震 性 を 評 価 することを 試 み 以 下 のこと が 明 らかとなった 従 来 の 安 定 計 算 法 に 加 えて 限 界 水 平 震 度 という 指 標 を 用 いる 事 によって 被 害 の 有 無 を 設 計 計 算 で 概 ね 判 別 できる 事 がわかった また 安 定 計 算 で 担 保 される 擁 壁 の 耐 震 性 を 評 価 す る 目 安 として 設 計 水 平 震 度 と 地 表 面 加 速 度 擁 壁 の 残 留 変 位 の 関 係 を 見 出 す 事 ができた 具 体 的 には コンクリート 擁 壁 の 場 合 には 設 計 水 平 震 度 としてk h =0.15 から 0. 程 度 を 考 慮 して 耐 震 設 計 を 行 うことで レベル 地 震 動 のような 大 規 模 地 震 動 に 対 しても 変 位 量 が 壁 高 の5% 程 度 にとどま ることが 模 型 実 験 の 分 析 結 果 より 明 らかとなった ただし 被 害 事 例 と 比 較 した 場 合 現 行 の 安 定 計 算 法 では 被 害 の 有 無 を 区 分 けすることはできるもの の 被 害 規 模 の 大 小 を 適 切 に 評 価 するまでには 至 ら なかった - 1 -

2 このため 擁 壁 の 耐 震 設 計 に 性 能 設 計 の 概 念 を 導 入 する 為 には 擁 壁 の 性 能 をより 精 緻 に 評 価 可 能 な 設 計 計 算 法 について 検 討 する 必 要 がある 以 上 昨 年 度 の 研 究 で 得 られた 知 見 に 基 づき 本 研 究 の 最 終 目 的 である 性 能 照 査 型 設 計 法 の 提 案 ならびに 従 来 の 安 定 解 析 に 基 づく 擁 壁 の 耐 震 性 の 明 確 化 に 向 けて 1 ) 標 準 設 計 擁 壁 の 耐 震 性 評 価 ) 動 的 解 析 法 による 試 解 析 3) 過 去 に 実 施 した 動 的 遠 心 模 型 実 験 の 分 析 による 設 計 計 算 法 の 枠 組 みの 構 築 の3 点 について 本 年 度 は 検 討 を 行 ったので その 内 容 を 報 告 する. 標 準 断 面 擁 壁 の 耐 震 性 に 関 する 検 討.1. 検 討 条 件 土 木 構 造 物 標 準 設 計 第 巻 ( 平 成 1 年 版 ) 手 引 き -1) では 設 計 業 務 の 省 力 化 を 意 図 して 道 路 土 工 に おけるブロック 積 み 重 力 式 もたれ 式 および 片 持 ち 梁 式 擁 壁 について 表 -.1 の 荷 重 条 件 における 標 準 的 な 断 面 が 示 されている 地 震 について 考 えると 標 準 設 計 に よる 擁 壁 の 適 用 条 件 は 水 平 震 度 k h =0.15 以 下 となってい るが 具 体 的 にどの 程 度 の 耐 震 性 能 を 有 しているのかに ついては 必 ずしも 明 らかになっていない 以 上 のこと を 鑑 み 今 年 度 は 標 準 設 計 により 決 定 する 断 面 の 擁 壁 に 関 して 地 震 時 の 安 定 計 算 を 行 い 昨 年 度 の 知 見 と 併 せ て 標 準 断 面 擁 壁 の 耐 震 性 を 明 確 化 することを 試 みた 検 討 対 象 は 重 力 式 擁 壁 逆 T 型 擁 壁 もたれ 式 擁 壁 とし 擁 壁 高 さは3 5 8mとした ただし 重 力 式 擁 壁 の 擁 壁 高 さ8mについては 標 準 設 計 に 収 録 されて いないため 常 時 の 作 用 に 対 して 安 定 が 満 足 できるよう な 断 面 形 状 を 別 途 設 定 した 表 -. に 安 定 計 算 を 行 った 擁 壁 の 諸 元 ならびに 解 析 条 件 を 示 す 裏 込 め 材 の 強 度 定 数 は 表 -.3 に 示 す 標 準 設 計 図 集 における C1 C C3 を 用 いた 支 持 地 盤 の 種 類 と 許 容 支 持 力 度 基 礎 底 面 と 地 盤 との 間 の 摩 擦 係 数 を 併 せて 表 -.4に 示 す 盛 土 表 面 の 上 載 荷 重 については 10kN/m とした 背 後 地 盤 と 壁 面 との 間 の 摩 擦 係 数 δについては 擁 壁 形 式 に 合 わせて 文 献 -1 に 準 拠 して 設 定 し 土 とコンクリートの 境 界 面 についてはδ=φ/3 逆 T 型 擁 壁 の 仮 想 背 面 については δ=β(ただし 地 表 面 が 平 坦 なため 結 果 的 にδ=0)と した 土 圧 については 常 時 地 震 時 ともに 文 献 - と 同 様 を 試 行 くさび 法 で 求 め 擁 壁 高 さの 1/3 の 地 点 に 作 用 さ せた 文 献 -1 において 考 慮 している 地 震 時 における 荷 重 は 地 震 時 土 圧 として 上 載 荷 重 を 無 視 した 常 時 の 土 圧 を 試 行 くさび 法 で 算 定 し 躯 体 の 自 重 などに 起 因 する 慣 性 力 を 震 度 法 で 考 慮 している しかし 本 検 討 では 文 献 - に 準 拠 して 地 震 時 土 圧 と 慣 性 力 の 両 者 を 荷 重 とし て 考 慮 して 安 定 計 算 を 行 った 擁 壁 の 外 的 安 定 として 擁 壁 の 滑 動 転 倒 支 持 力 に ついて 検 討 した 安 定 条 件 は 文 献 - に 準 拠 し 表 -.5 に 示 すとおりとした 水 平 震 度 については 中 規 模 地 震 動 としてk h =0.15 大 規 模 地 震 動 としてkh=0.0 を 考 慮 し た( 以 下 それぞれL1 L と 称 する) 表 -.1 荷 重 条 件 の 整 理 項 目 常 時 地 震 時 (kh=0.15) 上 載 q=10kn/m を 考 慮 考 慮 せず 圧 土 圧 試 行 くさび 法 にて 算 定 した 主 働 土 圧 試 行 くさび 法 にて 算 定 した 常 時 の 主 働 土 圧 慣 性 力 考 慮 せず 躯 体 の 自 重 について 考 慮 表 -.3 裏 込 め 地 盤 条 件 種 類 γ(kn/m ) φ( 度 ) C C C 表 -.4 支 持 地 盤 の 種 類 と 許 容 支 持 力 度 及 び 摩 擦 係 数 支 持 地 盤 の 種 類 許 容 支 持 力 度 摩 擦 係 数 qa(kn/m ) μ=tanφb φ 材 300 ( 砂 質 地 盤 ) c 材 ( 粘 性 土 地 盤 ) 検 討 結 果 表 -.6 に 検 討 結 果 を 一 覧 表 としてまとめる 結 果 を 要 約 すると 以 下 のとおりである 滑 動 に 関 して 安 定 を 満 足 できないケースが 多 かっ た 特 に L 地 震 動 を 考 慮 した 場 合 には 全 てのケース において 滑 動 に 対 する 安 定 を 満 足 することができ なかった L1 地 震 動 を 対 象 とした 場 合 についても 活 動 に 対 して 安 全 率 1. を 満 足 できるケースは 少 なかった が 安 全 率 1.0 までも 確 保 できないのは せん 断 抵

3 表 -. 対 象 とした 検 討 ケース 断 面 形 式 種 類 擁 壁 高 許 容 支 持 力 裏 込 材 前 面 勾 配 背 面 勾 配 上 載 盛 土 μ kh 擁 壁 高 底 版 幅 底 版 厚 基 礎 前 面 幅 天 端 幅 (m) (kpa) 種 類 γ(kn/m 3 ) φ( 度 ) N1 N (m) (m) (m) (m) (m) (m) もたれ 式 擁 壁 C C 重 力 式 擁 壁 C 標 準 断 面 3 (L1:0.15) C (L:0.0) C 逆 T 型 擁 壁 ( 地 震 を 考 慮 し ない) C 表 -.5 安 定 条 件 のまとめ 許 容 値 安 定 条 件 常 時 地 震 時 (L1,L) B 6 転 倒 e e = ( m) B 3 a e ea = ( m) 備 考 e a Fs = 1. 0 e 滑 動 Fs 1. 5 Fs 1. 支 持 力 q q ( kn / m ) a q 1.5qa ( kn / m ) qa Fs = 1. 0 q 表 -.6 安 定 計 算 結 果 のまとめ 断 面 形 式 種 類 擁 壁 高 許 容 支 持 力 裏 込 材 転 倒 滑 動 支 持 力 (m) (kpa) 種 類 γ(kn/m 3 ) φ( 度 ) 常 L1 L 常 L1 L 常 L1 L もたれ 式 擁 壁 C C 重 力 式 擁 壁 5 00 C 標 準 断 面 C C 逆 T 型 擁 壁 ( 地 震 を 考 慮 し ない) C 抗 角 φの 小 さな C C3 を 裏 込 め 土 として 用 いた 場 合 であった 転 倒 支 持 についてはせん 断 断 抵 抗 角 が 小 さいC3 を 裏 込 め 土 として 用 いた 場 合 や 支 持 地 盤 が 軟 弱 な 場 合 を 除 いて 安 定 を 満 足 できる 結 果 となった 図 -.1 は 模 型 実 験 や 被 災 事 例 の 分 析 結 果 から 得 られ た 擁 壁 の 耐 震 性 を 残 留 変 位 量 と 地 表 面 加 速 度 および 擁 壁 の 限 界 震 度 の 関 係 として 示 したものである -3) 同 図 の 意 味 については 文 献 -3 に 詳 しく 記 載 されているが 例 えば 文 献 - に 準 拠 し 水 平 震 度 0. 程 度 を 考 慮 して 耐 震 設 計 がなされた 擁 壁 の 場 合 には 少 なくとも 兵 庫 県 南 部 地 震 相 当 の 地 表 面 加 速 度 が 800gal 程 度 の 大 規 模 地 震 に 対 しても 擁 壁 の 変 位 量 が 壁 高 の 5% 程 度 にとどま るということを 示 している これに 対 して 本 研 究 の 標 準 断 面 擁 壁 に 関 する 安 定 計 算 結 果 によると L1 地 震 動 に 対 しても 滑 動 に 対 して 所 要 の 安 定 性 を 満 足 することができないという 結 果 が 得 られた 一 方 で 常 時 の 安 定 性 は 満 足 していることから 地 盤 条 3

4 件 や 擁 壁 の 諸 元 に 応 じてばらつきはあるものの 標 準 断 面 擁 壁 の 限 界 水 平 震 度 k hcr は 0 から 0.15 の 間 であろうこ とが 推 測 される 仮 に 限 界 水 平 震 度 が 0.15 程 度 であった とすると 地 表 面 加 速 度 が 50gal 600gal 700gal 程 度 でそれぞれ 変 位 量 が 壁 高 の % 程 度 に 至 ることと なる しかし 近 年 の 大 規 模 地 震 において 斜 面 部 のよ うに 支 持 地 盤 が 不 安 定 な 場 合 や 沢 部 湧 水 地 で 排 水 処 理 が 不 十 分 な 場 合 や 常 時 から 何 らかの 変 状 が 生 じてい た 個 所 を 除 くと 大 規 模 な 被 害 は 生 じていないという 実 状 と 上 記 の 解 析 結 果 は 必 ずしも 対 応 していない 定 計 算 においては 支 持 地 盤 への 基 礎 の 根 入 れによる 受 働 抵 抗 を 無 視 していることなどが 考 えられる 標 準 設 計 図 集 においては C1 地 盤 でもせん 断 抵 抗 角 が 35 度 程 度 で あり 良 好 に 締 め 固 められた 裏 込 め 土 のせん 断 抵 抗 角 と 比 較 すると 著 しく 小 さく 作 用 力 を 過 大 評 価 しているも のと 思 われる また 図 -. の 動 的 遠 心 模 型 実 験 の 結 -4) 果 より コンクリート 擁 壁 の 場 合 には 支 持 地 盤 への 基 礎 の 根 入 れにより 擁 壁 の 耐 震 性 が 向 上 していることが 分 かる 擁 壁 工 指 針 では 支 持 地 盤 への 基 礎 の 根 入 れを 壁 高 の 0%または 最 低 50cm 以 上 とることとしているが 今 回 の 標 準 断 面 擁 壁 に 関 する 安 定 計 算 では 一 般 的 な 設 計 計 算 と 同 様 に 根 入 れの 効 果 を 無 視 している これらのこ とに 起 因 して 実 態 と 今 回 の 安 定 計 算 から 求 めた 標 準 断 面 擁 壁 の 耐 震 性 に 乖 離 が 生 じたものと 考 えられる こう した 解 析 結 果 を 踏 まえて 抽 出 された 課 題 については 3. にて 動 的 解 析 結 果 の 考 察 とともに 整 理 する 3. 動 的 解 析 法 の 適 用 性 検 証 図 -.1 限 界 水 平 震 度 と 最 大 加 速 度 および 擁 壁 変 位 量 の 関 係 擁 壁 上 部 変 位 / 擁 壁 高 さ 根 入 れ 無 し 根 入 れ1.5m 根 入 れ0.75m 擁 壁 上 部 変 位 根 入 れ1.5m 斜 面 角 度 0 度 ( 加 振 はすべて1Hz0 波 の 正 弦 波 ) 根 入 れ 9m 深 さD 1.5m 3.75m 振 動 台 最 大 加 速 度 (gal) 図 -. 支 持 地 盤 への 基 礎 の 根 入 れが 擁 壁 の 耐 震 性 に 及 ぼす 影 響 このように 実 情 と 安 定 計 算 結 果 との 間 に 乖 離 が 生 じた 理 由 について 考 察 してみると 安 定 計 算 で 用 いる 地 盤 の せん 断 抵 抗 角 に 相 当 な 安 全 余 裕 があるということや 安 3.1. 解 析 手 法 の 概 要 兵 庫 県 南 部 地 震 で 多 くの 土 構 造 物 が 被 災 して 以 降 動 的 な 解 析 により 盛 土 や 擁 壁 などの 残 留 変 位 を 評 価 する 手 例 法 に 関 する 研 究 が 進 められてきた えば ) その 結 果 模 型 実 験 や 限 られた 被 災 事 例 など 限 定 された 事 例 に 対 しては 解 析 結 果 と 実 験 結 果 被 害 程 度 などを 評 価 し 得 るまでに 解 析 技 術 は 進 歩 してきた 以 上 の 背 景 の もとで 本 年 度 は 実 務 設 計 への 動 的 解 析 手 法 の 適 用 性 を 検 証 することを 意 図 して 標 準 的 な 断 面 を 有 する 擁 壁 に 関 して 試 解 析 を 行 った 以 下 ではその 結 果 について 報 告 する 本 研 究 で 使 用 した 擁 壁 の 地 震 時 変 位 量 評 価 法 は Okamuraら 3-1) が 提 案 した 重 力 式 擁 壁 の 支 持 地 盤 におけ る 地 盤 反 力 に 着 目 した 変 位 量 評 価 手 法 をもとにして 高 橋 ら 3-4) の 提 案 に 基 づき 降 伏 曲 面 および 塑 性 ポテンシャ ルを 修 正 した 計 算 法 を 用 いた なお 後 述 する 降 伏 曲 面 や 塑 性 ポテンシャルを 規 定 するパラメータについては 過 去 の 被 災 事 例 3-5) および 土 木 研 究 所 が 実 施 した 遠 心 模 型 実 験 結 果 3-6) に 整 合 するように 設 定 した 適 用 した 計 算 手 法 では 擁 壁 底 部 に 水 平 荷 重 H 鉛 直 荷 重 V モーメント M が 作 用 する 支 持 力 問 題 を 想 定 し V-H-M/B(B は 基 礎 幅 )の 一 般 荷 重 空 間 を 考 える Okamura らの 手 法 に 改 良 を 加 え 高 橋 らは 式 -3.1 式 -3. に 示 す 降 伏 曲 面 塑 性 ポテンシャルを 提 案 した 4

5 表 -3.1 解 析 対 象 とした 擁 壁 の 諸 元 断 面 形 式 種 類 擁 壁 高 許 容 支 持 力 裏 込 材 前 面 勾 配 背 面 勾 配 上 載 盛 土 μ 擁 壁 高 底 版 幅 底 版 厚 基 礎 前 面 幅 天 端 幅 (m) (kpa) 種 類 γ(kn/m 3 ) φ( 度 ) N1 N (m) (m) (m) (m) (m) (m) もたれ 式 擁 壁 C 標 準 断 面 重 力 式 擁 壁 C 逆 T 型 擁 壁 ( 地 震 を 考 慮 し C ない) 重 力 式 擁 壁 逆 T 型 擁 壁 もたれ 式 擁 壁 H kh W W Pa δw H/3 kh W H W Pa δw H/3 H kh W W α Pa δw H/3 δw=0.5φ δw=φ 図 -3. 各 擁 壁 における 作 用 力 の 模 式 図 δw=0.5φ H F = mv max 式 -3.1 G = F + M B H + C ψvmax mvmax V V max 式 -3. V 1 V max C1 C + M B V ψvmax V V V max max C V 1 V V V max max = 0 = 0 解 析 にあたって 設 定 するパラメータは μ( 水 平 荷 重 に 対 する 抵 抗 パラメータ) Ψ( 転 倒 モーメントに 対 する 抵 抗 パラメータ) V max ( 極 限 鉛 直 支 持 力 ) および 塑 性 ポ テンシャル 曲 面 の 大 きさを 調 整 するパラメータとしての c 1 c である 変 位 計 算 においては 地 震 時 に 時 刻 t において 擁 壁 に 作 用 する 荷 重 が 降 伏 曲 面 の 内 側 にあるか 外 側 にあるか を 判 定 し 内 側 にある 場 合 には 擁 壁 は 変 位 しないとする 外 力 が 降 伏 面 を 超 える 場 合 には 擁 壁 に 変 位 が 発 生 する と 想 定 し その 方 向 は 塑 性 変 位 ポテンシャルの 法 線 方 向 に 決 定 され Newmark のβ 法 を 用 いて 時 間 積 分 を 行 うこ とで 変 位 量 を 算 出 する 3.. 解 析 条 件 解 析 対 象 は 重 力 式 擁 壁 もたれ 式 擁 壁 逆 T 型 擁 壁 で 断 面 形 状 等 は 表 -3.1 にまとめる 表 -.1 にまとめた 標 準 断 面 擁 壁 の 断 面 とほぼ 同 一 である 解 析 条 件 として 表 表 -3. 解 析 条 件 の 概 要 解 析 ケース せん 断 抵 抗 角 受 動 土 圧 φ( 度 ) (%) ケース ケース ケース ケース ( gal ) ( sec 図 -3.1 入 力 地 震 動 波 形 -3. に 示 すように 背 面 地 盤 のせん 断 抵 抗 角 φと 根 入 れ 部 の 受 働 土 圧 の 考 慮 の 有 無 を 変 化 させた 壁 面 摩 擦 角 δ については 土 とコンクリートの 間 の 摩 擦 角 として δ =φ/3 を 与 えた 地 震 時 土 圧 については 修 正 物 部 岡 部 法 3-7) を 簡 便 化 した 文 献 3-8 の 手 法 を 用 いて 算 定 した その 際 残 留 強 度 については 表 -3. に 示 す 値 の 0.7 倍 と 仮 定 した 入 力 地 震 動 波 形 としては 図 -3.1 に 示 す 文 献 3-8 にお ける 直 下 型 地 震 動 を 想 定 したレベル- 地 震 動 を 用 い 3-9) た V max については 道 路 橋 示 方 書 Ⅳ 下 部 構 造 編 におけ 5

6 る 直 接 基 礎 の 極 限 支 持 力 の 算 定 式 を 用 いて 算 定 した そ の 際 基 礎 地 盤 のせん 断 抵 抗 角 φは 常 時 の 安 全 率 3 を 考 慮 した 許 容 支 持 力 q a =300kPaから 求 めた 極 限 支 持 力 に 対 応 するように 逆 算 して φ=45 度 とした 本 検 討 では 動 的 遠 心 模 型 実 験 および 被 災 事 例 の 逆 解 析 ( 例 えば 文 献 3-4)に 基 づき μ=0.66 Ψ=0.55 に 設 定 し 塑 性 ポテンシャル 曲 面 を 規 定 するパラメータと して c 1 =0.44 c =0 と 設 定 した これらのパラメータを 式 -3.1 式 -3. に 代 入 して 降 伏 曲 面 塑 性 ポテンシャ ル 曲 面 を 規 定 した 解 析 にあたっては 図 -3.1 に 示 す 入 力 地 震 動 波 形 を 基 礎 の 底 面 に 入 力 し 地 震 による 外 力 として 地 震 時 土 圧 と 慣 性 力 を 考 慮 したうえで 図 -3. に 示 す 力 の 組 み 合 わせ のもとで 基 礎 底 面 中 央 部 における 外 力 H M V を 算 定 した 受 働 土 圧 については 常 時 の 受 働 土 圧 を 考 慮 し 表 -3. に 示 すように 受 働 土 圧 を 考 慮 する 割 合 を 変 化 させ て 解 析 を 行 った の 無 視 など 一 定 の 安 全 余 裕 度 を 確 保 するための 現 行 設 計 計 算 法 での 計 算 条 件 を いわゆるレベル 地 震 動 のような 大 規 模 地 震 動 に 対 しても 適 用 した 場 合 には 過 大 な 変 位 量 が 与 えられる 結 果 となった 以 上 の 結 果 は 大 規 模 地 震 に 対 しては 常 時 で 考 慮 して いる 安 全 余 裕 を 見 直 す 必 要 もあることを 示 唆 している 今 回 の 解 析 結 果 によると 裏 込 め 土 のせん 断 抵 抗 角 φを 良 好 に 締 め 固 められた 材 料 の 実 際 の 強 度 に 整 合 する 値 に 設 定 することと 支 持 地 盤 への 基 礎 の 根 入 れによる 受 働 抵 抗 を 適 切 に 考 慮 することが 重 要 であることが 示 唆 され る 上 記 のうち 特 に 裏 込 め 土 のせん 断 抵 抗 角 をいかに 設 定 するかについては 設 計 法 のみならず 現 場 での 締 め 固 め 管 理 法 を 見 直 すことも 視 野 に 入 れなければ 本 質 的 な 解 決 には 至 らないであろう また 基 礎 の 根 入 れによ る 受 働 土 圧 についても 特 に 地 震 時 については 学 術 的 な 知 見 も 十 分 でなく 今 後 の 検 討 が 必 要 な 課 題 と 考 えられ る 3.3. 解 析 結 果 表 -3.3 に 解 析 結 果 の 一 覧 を 図 -3.3 に 正 規 化 した 擁 壁 の 水 平 変 位 と 擁 壁 高 さの 関 係 を 示 す なお 外 力 として いわゆるレベル1 地 震 動 3-8) を 用 いた 場 合 には 擁 壁 に 残 留 変 位 は 生 じなかった レベル 地 震 動 に 対 する 今 回 の 解 析 結 果 から 読 み 取 れることは 以 下 のとおりである いずれのケースにおいても 耐 震 性 は 重 力 式 擁 壁 もた れ 式 擁 壁 逆 T 型 擁 壁 の 順 に 高 くなった 過 去 の 被 害 事 例 をみると 一 般 にもたれ 式 擁 壁 よりも 重 力 式 擁 壁 の 方 が 耐 震 性 は 高 い 傾 向 にあり 上 記 の 結 果 のうち 重 力 式 擁 壁 ともたれ 式 擁 壁 の 結 果 は 実 情 と 逆 転 傾 向 にあった 裏 込 め 土 のせん 断 抵 抗 角 は 計 算 結 果 に 顕 著 な 影 響 を 及 ぼす(Caseと Case4との 比 較 ) 基 礎 の 根 入 れによる 受 働 土 圧 は 擁 壁 の 残 留 変 位 に 顕 著 な 影 響 を 及 ぼす(Caseと Case3との 比 較 ) Case4 のように 道 路 土 工 - 擁 壁 工 指 針 でせん 断 抵 抗 角 の 標 準 値 として 示 しているφ=30 度 程 度 の 値 を 用 いると 受 働 土 圧 を 考 慮 したとしても 擁 壁 に 過 大 な 変 位 が 生 じた 道 路 構 造 物 として 良 好 な 支 持 地 盤 上 に 建 設 された コンクリート 擁 壁 が 地 震 により 倒 壊 に 至 ることは なかったというこれまでの 実 績 を 踏 まえると 今 回 の 解 析 条 件 の 範 囲 では Case1が 最 も 実 状 に 近 い 解 析 結 果 であった 安 全 側 の 地 盤 定 数 の 使 用 や 根 入 れによる 受 働 土 圧 表 -3.3 解 析 結 果 一 覧 表 ( 高 さ 沈 下 量 滑 動 量 の 単 位 は m で 転 倒 角 度 の 単 位 は 度 ) Case 形 式 高 さ 沈 下 量 水 平 滑 動 量 転 倒 角 度 もたれ 式 Case φ=45 重 力 式 % 逆 T 型 もたれ 式 Case φ=40 重 力 式 % 逆 T 型 もたれ 式 Case φ=40 重 力 式 % 逆 T 型 もたれ 式 Case φ=30 重 力 式 % 逆 T 型

7 正 規 化 した 擁 壁 変 位 ; dtop/h(%) Case1 φ=45 度 受 働 土 圧 100% 考 慮 もたれ 式 擁 壁 重 力 式 擁 壁 逆 T 型 擁 壁 正 規 化 した 擁 壁 変 位 ; dtop/h(%) Case φ=40 度 受 働 土 圧 50% 考 慮 もたれ 式 擁 壁 重 力 式 擁 壁 逆 T 型 擁 壁 擁 壁 高 さ; H(m) 擁 壁 高 さ; H(m) (1)Case1 () Case 正 規 化 した 擁 壁 変 位 ; dtop/h(%) Case3 φ=40 度 受 働 土 圧 0% 考 慮 もたれ 式 擁 壁 重 力 式 擁 壁 逆 T 型 擁 壁 擁 壁 高 さ; H(m) 正 規 化 した 擁 壁 変 位 ; dtop/h(%) Case4 φ=30 度 受 働 土 圧 50% 考 慮 もたれ 式 擁 壁 重 力 式 擁 壁 逆 T 型 擁 壁 擁 壁 高 さ; H(m) (3)Case3 (4)Case4 図 -3.3 正 規 化 した 擁 壁 の 水 平 変 位 と 擁 壁 高 さの 関 係 4. 擁 壁 の 変 形 性 能 を 考 慮 した 耐 震 設 計 法 に 関 する 検 討 4.1. はじめに 冒 頭 で 述 べたように 前 年 度 の 検 討 により 現 行 の 耐 震 設 計 法 の 下 で 適 切 な 施 工 により 建 設 された 擁 壁 は 大 地 震 においても 倒 壊 に 至 らないであろうことが 示 唆 され た 一 方 で. 標 準 断 面 擁 壁 に 関 する 検 討 3. 動 的 解 析 法 の 適 用 性 検 証 により 想 定 する 作 用 が 大 きい 場 合 現 行 の 震 度 法 による 耐 震 設 計 で 用 いることを 前 提 とした 荷 重 モデルや 地 盤 定 数 の 設 定 では 計 算 結 果 が 不 合 理 な 結 果 となりうることが 明 らかになった 解 析 技 術 を 向 上 させることのほか 基 礎 の 根 入 れを 考 慮 するための 地 震 時 受 働 土 圧 のように 動 的 解 析 法 を 道 路 盛 土 擁 壁 など の 土 構 造 物 に 適 用 するにあたって 解 決 すべき 技 術 課 題 も 多 い それに 加 えて 現 状 では 通 常 規 模 の 道 路 盛 土 擁 壁 な どの 設 計 時 には 安 定 計 算 に 用 いる 地 盤 の 定 数 が 不 明 な 場 合 も 多 く これらの 情 報 が 不 十 分 なまま いたずらに 残 留 変 位 を 計 算 して 照 査 を 行 う 意 義 は 少 なく 擁 壁 の 残 留 変 位 を 求 める 場 合 には, 計 算 結 果 の 確 からしさが 模 型 実 験 結 果 や 被 害 無 被 害 事 例 に 対 する 試 解 析 を 通 じて 保 障 されている 手 法 を 選 定 するとともに 裏 込 め 材 基 礎 地 盤 の 土 質 や 力 学 特 性 値 を 慎 重 に 設 定 する 必 要 がある 上 記 のような 現 状 を 踏 まえつつ 本 年 度 は 擁 壁 の 性 能 規 定 型 の 設 計 法 の 枠 組 みについての 検 討 も 行 ったので その 内 容 について 以 下 で 報 告 する 実 際 の 地 震 時 挙 動 を 踏 まえつつ 設 計 法 を 構 築 するとい う 観 点 から 本 年 度 の 検 討 対 象 は 過 去 に 実 施 した 動 的 遠 心 模 型 実 験 の 結 果 が 豊 富 な 分 割 型 壁 面 のジオテキスタイ ル 補 強 土 壁 と 重 力 式 擁 壁 とした 分 割 型 壁 面 の 補 強 土 壁 7

8 ( 以 下 単 に 補 強 土 壁 という)の 耐 震 設 計 4-1) での 検 討 項 目 を コンクリート 擁 壁 の 場 合 4-) との 比 較 とともに 以 下 にまとめる 補 強 土 壁 においては 1) 壁 面 との 接 合 部 における 定 着 切 れ 土 中 からの 引 抜 け 破 断 のそれぞれの 項 目 に 対 する 補 強 材 の 内 的 安 定 ) 滑 動 転 倒 支 持 に 対 する 補 強 領 域 の 外 的 安 定 3) 補 強 土 壁 と 背 後 基 礎 地 盤 の 全 体 安 定 の 3 項 目 すべてに 関 して 所 要 の 安 全 率 を 確 保 するように 壁 高 にあわせて 補 強 材 の 諸 元 等 が 決 定 され る コンクリート 擁 壁 の 場 合 には 補 強 材 の 内 的 安 定 が 擁 壁 を 構 成 する 部 材 に 関 する 内 的 安 定 に 置 き 換 わるのみ で 設 計 における 照 査 事 項 については 補 強 土 壁 とほとん ど 違 いがない ここで 地 震 時 土 圧 補 強 領 域 あるいは 擁 壁 の 自 重 に 起 因 する 慣 性 力 の 算 定 法 は 同 じである 上 に 考 慮 する 設 計 水 平 震 度 も 補 強 土 壁 とコンクリート 擁 壁 で 同 じ 値 となっている また 補 強 土 壁 コンクリート 擁 壁 ともに 背 後 の 裏 込 め 地 盤 または 盛 土 材 料 として 建 設 発 生 土 の 利 用 を 前 提 としているため 文 献 4-1) 4-)に 示 されている 地 盤 の 強 度 定 数 ( 例 えばせん 断 抵 抗 角 φ)の 標 準 値 は 良 く 締 固 められた 土 のせん 断 抵 抗 角 よりもかなり 小 さい こう した 手 法 による 設 計 は その 計 算 が 簡 便 であるとともに 設 計 時 に 地 盤 定 数 が 不 明 瞭 な 場 合 が 多 い 道 路 土 工 構 造 物 にも 一 定 の 安 定 性 を 付 与 できるという 利 点 がある 反 面 で 以 下 の 短 所 がある 1) 補 強 土 壁 と 重 力 式 擁 壁 で 同 等 の 荷 重 モデル 設 計 水 平 震 度 を 用 いているため 補 強 土 壁 と 重 力 式 擁 壁 の 違 い 特 に で 後 述 するような 補 強 土 壁 の 粘 り 強 い 変 形 性 能 が 適 切 に 評 価 できない ) 設 計 計 算 の 結 果 得 られるのがある 水 平 震 度 に 対 す る 安 全 率 であり 擁 壁 補 強 土 壁 の 地 震 動 に 対 する 応 答 値 ( 例 えば 地 震 後 の 残 留 変 位 量 )が 直 接 的 に 評 価 できない 3) )に 関 連 して 設 計 水 平 震 度 が 実 際 の 地 震 動 と 直 接 的 に 関 連 付 けられていないので 実 際 の 地 震 動 と 応 答 値 の 関 係 も 明 確 ではない 4) さらに) 3)に 関 連 して 良 質 な 材 料 を 用 いて 良 好 な 施 工 ( 例 えば 入 念 な 締 固 め)を 行 った 場 合 の 構 造 物 の 安 定 性 の 向 上 度 合 いが 直 接 的 に 評 価 でき ない 以 上 のような 課 題 を 背 景 としつつ 補 強 土 壁 や 重 力 式 擁 壁 のより 合 理 的 な 設 計 法 を 提 案 するための 研 究 を 行 っ てきた その 際 特 に 念 頭 に 置 いているのは 1) 設 計 計 算 の 結 果 の 応 答 値 を 安 全 率 に 変 わる 直 接 的 な 指 標 とす ること ) 震 度 法 と 安 全 率 による 従 来 設 計 法 との 連 続 性 を 有 すること 3) 補 強 土 壁 の 粘 り 強 い 変 形 特 性 を 考 慮 できること 4) 良 好 な 施 工 による 構 造 物 の 品 質 の 向 上 が 適 切 に 評 価 できる 方 法 であること 以 上 の 4 点 であ る 以 下 ではまず 動 的 遠 心 模 型 実 験 の 結 果 より 補 強 土 壁 の 地 震 時 挙 動 を 重 力 式 擁 壁 と 対 比 させながら 説 明 し それ を 踏 まえて 補 強 土 壁 の 特 性 を 踏 まえた 設 計 法 の 概 念 を 述 べた 上 で 最 後 に 提 案 する 設 計 法 による 試 計 算 結 果 を 示 すことにする 4.. 動 的 遠 心 模 型 実 験 の 実 験 条 件 方 法 本 報 で 述 べる 動 的 遠 心 模 型 実 験 では 図 -4.1 に 示 すよ うに 高 さ 8mm のアルミ 製 L 型 金 具 に 重 力 場 における 最 大 引 張 り 強 さ.1kN/m の 高 密 度 ポリエチレン 製 のジオ テキスタイルを 取 り 付 けた 壁 面 模 型 を 多 層 に 積 み 重 ねる 事 でジオテキスタイル 補 強 土 壁 模 型 を 作 製 した 図 -4. に 本 報 で 検 討 対 象 とする 実 験 模 型 の 概 要 を 加 振 条 件 を 表 -4.1 にまとめる 表 -4.1 中 には 後 述 する 重 力 式 擁 壁 に 関 する 動 的 遠 心 模 型 実 験 の 加 振 条 件 も 併 せて 示 してい る なお この 後 は 図 -4. 中 の 実 験 ケース 名 を 用 いて 各 実 験 を 呼 称 する 図 -4. 中 の 寸 法 値 は 実 物 大 換 算 した 値 であり 以 降 では 模 型 の 寸 法 計 測 値 について 述 べる 際 に 特 に 断 りがない 限 りは 実 物 大 換 算 した 値 を 用 いる 遠 心 加 速 度 は 50G まで 作 用 させて 壁 高 を 増 大 させた GW01 実 験 以 外 は 全 て 0Gである 補 強 土 壁 模 型 の 高 さは 全 実 験 共 通 で 400mm であるため 実 物 大 換 算 した 場 合 に は GW01 実 験 では 壁 高 が 0m それ 以 外 の 実 験 では 高 さ 8m の 補 強 土 壁 が 基 礎 地 盤 の 上 に 構 築 された 状 況 に 相 当 する 基 礎 地 盤 背 後 地 盤 共 に 気 乾 状 態 の 東 北 硅 砂 7 号 を 用 いて 作 製 し 基 礎 地 盤 背 後 地 盤 の 相 対 密 度 Dr はそ れぞれ 約 100% 80%である 図 -4.3 に 加 振 波 形 の 一 例 を 示 す 本 研 究 では 正 弦 波 および 二 通 りの 地 震 波 を 用 いて 最 大 加 速 度 を 徐 々に 増 大 させる 形 式 で 加 振 を 行 った 正 弦 波 加 振 は 補 強 土 壁 の 崩 壊 メカニズムを 把 握 するために 最 大 加 速 度 を 段 階 的 に 増 大 させる 形 式 で 行 なった これに 対 して 地 震 波 に よる 加 振 波 形 としては レベル 地 震 動 に 相 当 する 大 規 模 地 震 に 対 する 補 強 土 壁 の 耐 震 性 を 把 握 することを 主 な 目 的 として 道 路 橋 示 方 書 4-3) の 地 表 面 におけるレベル -1 地 震 動 (プレート 境 界 型 地 震 動 地 震 波 A) レベル - 地 震 動 ( 直 下 型 地 震 動 地 震 波 B)を 用 いた 本 報 では 一 連 の 研 究 で 壁 面 高 さ 補 強 材 配 置 基 礎 地 盤 条 件 壁 面 工 の 形 式 背 後 地 盤 条 件 を 変 化 させて 実 施 8

9 表 -4.1 加 振 条 件 と 振 動 台 加 速 度 のまとめ( 単 位 は 実 物 大 換 算 値 で gal) Case Step1 Step Step3 Step4 Step5 Step6 Step7 Step8 Step9 GW01 S_137 S_40 S_356 S_459 S_669 GW0 S_130 S_48 S_391 S_500 S_655 S_770 S_45 S_739 S_40 GW03 S_13 S_45 S_391 S_545 S-645 S_78 S_69 S_747 S_45 GW04 S_14 S_54 S-364 S-497 S_656 S_75 GW05 S_1 S_3 S_38 S_540 S_604 GW06 S_115 S_30 S_395 S_563 A_35 B_896 S_68 S_708 GW07 S_41 S_385 S_550 B_919 S_656 S_689 GW16 B_309 B_671 B_113 RW01 S_76 S_98 S_194 S_310 S_39 S_45 RW03 B_167 B_4 B_5 B_350 B_480 B_54 B_676 B_70 RW S_133 S_66 S_307 S_377 S_440 S_*; 正 弦 波 加 振 で 最 大 加 速 度 が*galである 事 を 示 す A( 又 はB)_*; 地 震 波 A(またはB)による 加 振 で 最 大 加 速 度 が*galである 事 を 示 す 最 大 加 速 度 は 慣 性 力 が 擁 壁 前 面 方 向 に 作 用 する 方 向 ( 土 層 右 向 きへの 加 速 )の 最 大 値 を 示 す した 全 19 ケースの 実 験 4-4) のうち 補 強 材 の 長 さと 配 置 補 強 土 壁 の 高 さを 変 化 させた 全 8 ケースを 対 象 として 検 討 を 行 なった 図 -4.4 に 計 測 機 器 の 配 置 図 の 一 例 を 示 す 壁 面 の 水 平 変 位 背 後 地 盤 の 地 表 面 沈 下 量 応 答 加 速 度 補 強 材 の 伸 びひずみ 補 強 土 壁 底 面 及 び 補 強 材 端 部 と 背 後 地 盤 と の 境 界 部 に 作 用 する 土 圧 を 計 測 した また 本 報 では 重 力 式 擁 壁 との 比 較 を 行 いながら 補 強 土 壁 の 耐 震 設 計 法 を 構 築 するための 検 討 を 行 うので 重 力 式 擁 壁 に 関 する 遠 心 模 型 実 験 の 結 果 も 参 照 する 本 報 で 参 照 する 重 力 式 擁 壁 に 関 する 遠 心 模 型 実 験 4-5)4-6) は 図 -4.5 に 示 すような 実 物 大 で 高 さ 9m 底 版 幅 4.5mまた は 3.75mの 重 力 式 擁 壁 模 型 が 水 平 な 基 礎 地 盤 の 上 に 構 築 された 状 況 に 相 当 する 模 型 実 験 で 気 乾 状 態 の 豊 浦 砂 で 作 製 された 基 礎 地 盤 背 後 地 盤 の 相 対 密 度 は 約 80%であ る 加 振 は 補 強 土 壁 の 場 合 と 同 様 に 徐 々に 最 大 加 速 度 を 増 大 させる 形 式 で 行 い RW01 RW 実 験 では Hz0 波 の 正 弦 波 を 用 いて RW03 実 験 では 図 -4. に 示 した 地 震 波 B を 用 いて 徐 々に 最 大 加 速 度 を 増 大 させて 加 振 を 行 った なお 排 水 三 軸 圧 縮 試 験 より 求 めた 各 実 験 の 背 後 地 盤 のせん 断 抵 抗 角 φは 補 強 土 壁 に 関 する 模 型 実 験 で 背 後 地 盤 に 用 いた 東 北 硅 砂 7 号 でφ=40 度 重 力 式 擁 壁 の 背 後 地 盤 に 用 いた 豊 浦 砂 でφ=41 度 程 度 とほぼ 同 等 だった 以 下 では これらの 実 験 結 果 より 補 強 土 壁 の 地 震 時 の 変 形 特 性 について 重 力 式 擁 壁 との 対 比 とともに 考 察 する 図 -4.1 壁 面 工 および 補 強 材 模 型 ( 単 位 は 模 型 寸 法 で mm) GW01-50G ( ) 内 の 寸 法 値 はGW01の 寸 法 値 GW03-0G 8(0) 1.6 (4) GW (1) 4.8 ( 参 考 ) 壁 面 工 の 大 きさ( 図 -1 参 照 ) GW GW GW06 GW07, 補 強 土 壁 および 背 後 地 盤 の 変 形 状 況 のまとめ 背 後 地 盤 の 変 形 状 況 図 -4.6 に 補 強 土 壁 (GW 07 実 験 )と 重 力 式 擁 壁 (RW 実 験 )における 擁 壁 の 変 位 と 基 礎 背 後 地 盤 の 変 形 状 況 背 後 地 盤 ; 東 北 硅 砂 7 号 Dr 80% 基 礎 地 盤 ; 東 北 硅 砂 7 号 Dr 100% 図 -4. 実 験 模 型 の 概 要 ( 単 位 は 実 物 大 換 算 値 で m) 9

10 加 速 度 (gal) 800 正 弦 波 (Hz0 波 ) 地 震 波 B 地 震 波 A Time(sec) 図 -4.3 加 振 波 形 の 一 例 ( 単 位 は 実 物 大 換 算 値 ) 安 定 補 助 材 : 変 位 計 : 土 圧 計 : 加 速 度 計 10 8 主 補 強 材 背 後 地 盤 (Dr=80%) 1.6 基 礎 地 盤 (Dr=100%) 30 図 -4.4 実 験 模 型 および 計 測 機 器 の 配 置 図 (GW07 実 験 の 場 合 単 位 は 実 物 大 換 算 値 で m) 確 認 できる また すべり 土 塊 内 部 の 変 形 は 後 述 する 補 強 土 壁 の 背 後 地 盤 と 比 較 すると 顕 著 ではない また 擁 壁 直 下 の 基 礎 地 盤 (Dr=80%)でも 変 形 が 生 じている 特 に つま 先 部 では 擁 壁 底 版 が 基 礎 地 盤 にめり 込 むように 変 位 しており つま 先 部 前 面 の 基 礎 地 盤 でもすべり 面 が 確 認 できる 補 強 土 壁 の 場 合 には 基 礎 地 盤 (Dr=100%)の 変 形 は 重 力 式 擁 壁 ほど 顕 著 ではない この 傾 向 は 基 礎 地 盤 の Dr=70%とした 実 験 でも 概 ね 同 様 であった 7) また 重 力 式 擁 壁 の 背 後 地 盤 のように 明 瞭 なすべり 面 とすべり 土 塊 は 確 認 できない これは 重 力 式 擁 壁 では 擁 壁 の 変 位 とともにすべり 土 塊 が 背 後 地 盤 に 生 じたすべり 面 に 沿 っ て その 形 状 を 保 ちながら 変 位 する 傾 向 が 強 いのに 対 し て 補 強 土 壁 ではすべり 土 塊 と 共 に 壁 面 が 変 位 するとい うよりは 背 後 地 盤 特 に 補 強 材 が 配 置 されている 領 域 ( 補 強 領 域 ) 自 体 の 変 形 により 補 強 土 壁 の 変 状 が 進 行 し たことに 起 因 すると 考 えられる Wall facing after shaking of amax=689gal Initial position of wall facing and reinforcements m RW01 RW RW 9.0 背 後 地 盤 豊 浦 砂 ;Dr 80% 9.0 背 後 地 盤 豊 浦 砂 ;Dr 80% 基 礎 地 盤 ; 豊 浦 砂 Dr 80% の 違 いを 示 す GW07 実 験 は 壁 高 が 8mであり 鉛 直 方 向 配 置 間 隔 1.0m で 長 さ 3.1m の 主 補 強 材 が 主 補 強 材 の 間 に 長 さ 1.4m の 安 定 補 助 材 が 配 置 されている 補 強 土 壁 に 関 する 実 験 であり RW 実 験 は 壁 高 9.0m 底 版 幅 3.75m の 重 力 式 擁 壁 に 関 する 実 験 である 両 実 験 とも Hz0 波 の 正 弦 波 の 最 大 加 速 度 を 段 階 的 に 増 大 させていく 形 式 で 実 験 を 行 った GW07 実 験 については 正 弦 波 加 振 の 間 に 一 度 だけ 地 震 波 B による 加 振 も 行 ったが 地 震 波 による 変 位 増 分 は 正 弦 波 加 振 と 比 較 するとごく 小 さく( 水 平 変 位 にして 壁 高 の 0.5% 程 度 ) 大 局 的 には 補 強 土 壁 の 変 形 状 況 に 影 響 を 及 ぼしたとは 考 えづらい 実 験 に 用 いた 擁 壁 模 型 の 地 震 時 安 定 性 は 異 なっている 上 に 加 振 レベルも 異 なる 擁 壁 の 変 形 状 況 を 比 較 するこ とは 厳 密 には 適 当 ではないが 図 -4.6 からは 地 震 時 挙 動 変 形 状 況 の 明 らかな 違 いとして 以 下 の 事 が 読 み 取 れる 重 力 式 擁 壁 の 場 合 には 背 後 地 盤 に 明 瞭 なすべり 面 が 基 礎 地 盤 ; 豊 浦 砂 Dr 80% 図 -4.5 検 討 対 象 とする 重 力 式 擁 壁 模 型 の 概 要 ( 単 位 は 実 物 大 換 算 値 で m) Position of wall facing after shaking of amax=440gal m GW07 Initial position of wall facing RW 図 -4.6 補 強 土 壁 と 重 力 式 擁 壁 の 変 状 状 況 の 比 較 壁 面 工 の 局 所 的 な 安 定 性 本 報 で 検 討 対 象 とした 補 強 土 壁 に 関 する 動 的 遠 心 模 型 実 験 の 中 では 図 -4. ならびに 表 -4.1 に 示 した 実 験 のう ちで GW01 GW 04 GW05 GW06 の 各 実 験 において 補 強 土 壁 を 構 成 する 部 材 である 補 強 材 壁 面 に 顕 著 な 変 状 10

11 が 生 じた これらの 実 験 は 補 強 材 の 長 さと 配 置 を 変 化 させて 実 施 した 実 験 であるが 図 -4.7 から 図 に 各 実 験 における 実 験 終 了 時 の 補 強 土 壁 と 背 後 地 盤 の 変 状 状 況 を 示 す なお 図 -4.7 から 図 には 背 面 土 中 に 生 じたすべり 面 や 模 型 解 体 中 に 補 強 材 の 顕 著 な 伸 長 が 確 認 された 箇 所 も 併 せて 示 している 前 述 したように す べり 面 よりも 壁 面 側 の 背 後 地 盤 で 顕 著 な 変 形 が 生 じてい る 図 -4.7 図 -4.9 に 示 したGW01 GW05 実 験 では 最 後 の 加 振 ステップである 最 大 加 速 度 a max =669gal 540galの 加 振 中 に 壁 面 工 が 脱 落 したために 背 後 地 盤 が 前 面 へと 流 出 してしまい 加 振 後 の 補 強 土 壁 には 特 に 天 端 付 近 で 原 型 をとどめないほどの 顕 著 な 変 状 が 生 じた GW01 実 験 は 実 物 大 換 算 した 場 合 に 壁 高 0m の 補 強 土 壁 に 対 して 長 さ 1m の 主 補 強 材 が 鉛 直 方 向 配 置 間 隔.5m で 8 層 配 置 された 条 件 に GW05 実 験 は 壁 高 8m の 補 強 土 壁 に 長 さ 4.8m の 主 補 強 材 が 鉛 直 方 向 配 置 間 隔 1 から m で 5 層 配 置 された 条 件 に 相 当 する GW01 実 験 では 基 礎 地 盤 から 14 段 目 16 段 目 の 壁 面 工 が GW05 実 験 では 1 から 14 段 目 及 び 16 段 目 の 壁 面 工 が 脱 落 した これに 対 して 図 -4.8 図 に 示 した ように GW04 GW06 実 験 でも 壁 面 には 比 較 的 大 きな 変 位 が 生 じたが 壁 面 工 の 脱 落 には 至 らなかった GW01 GW05 実 験 では 壁 面 工 の 脱 落 は 安 定 補 強 材 が 設 置 されていない 壁 面 工 で 生 じた これに 対 して GW04 実 験 では 長 さ 4.8mの 主 補 強 材 が 設 置 されていなかった 壁 面 には 補 助 材 が 配 置 されていたため 補 強 土 壁 に 比 較 的 顕 著 な 変 状 が 生 じても 壁 面 工 が 脱 落 に 至 らなかったも のと 推 測 される 一 方 で GW06 実 験 では 主 補 強 材 の 長 さ が 3.1mで 補 助 材 が 設 置 されていない 段 もあり かつ 壁 面 に 比 較 的 顕 著 な 変 状 も 生 じていたにもかかわらず 壁 面 工 の 脱 落 には 至 らなかった GW01 GW05 実 験 では 壁 面 工 の 脱 落 が 生 じた 箇 所 における 主 補 強 材 の 鉛 直 方 向 配 置 間 隔 は ~.5mだったのに 対 してGW06 実 験 では 半 分 以 下 の 1.0mであり 補 助 材 は 無 かったものの 主 補 強 材 の 鉛 直 方 向 配 置 間 隔 が 比 較 的 狭 かったために 今 回 の 加 振 条 件 では 壁 面 工 が 脱 落 に 至 らなかったものと 推 測 される 今 回 の 実 験 と 同 様 に 1999 年 に 発 生 した 台 湾 集 集 地 震 で は 補 強 材 の 鉛 直 方 向 配 置 間 隔 が 大 きな 場 合 に 補 強 材 間 の 壁 面 工 の 脱 落 を 引 き 金 にして 補 強 土 壁 が 崩 壊 に 至 っ た 事 例 (4-7) もあり 壁 面 工 の 間 の 安 定 補 助 材 の 重 要 性 が 被 災 事 例 模 型 実 験 の 両 面 から 確 認 された 土 槽 補 剛 材 GW01 step5 amax=669gal.5m 図 -4.7 GW01 実 験 終 了 時 の 壁 面 背 面 土 の 状 況 GW04 step6 amax=75gal 1.0m 図 -4.8 GW04 実 験 終 了 時 の 壁 面 背 面 土 の 状 況 GW05 step5 amax=604gal 1.0m 図 -4.9 GW05 実 験 終 了 時 の 壁 面 背 面 土 の 状 況 GW06 step8 amax=704gal 1.0m 図 GW06 実 験 終 了 時 の 壁 面 背 面 土 の 状 況 補 強 材 の 伸 長 実 験 終 了 後 に 模 型 地 盤 を 撤 去 する 際 補 強 材 の 変 状 を 確 認 した その 結 果 図 -4.8 図 に 示 すように GW04 実 験 では 二 箇 所 GW06 実 験 では 一 箇 所 において 補 強 材 の 伸 長 が 生 じていた 図 は GW04 実 験 の 場 合 であ る ただし いずれの 実 験 においても 補 強 材 の 破 断 は 11

12 確 認 されなかった 図 -4.7 から 図 に 示 すように 壁 面 工 の 脱 落 が 生 じた GW01 GW05 実 験 と 比 較 すると 補 強 材 に 伸 長 が 確 認 されたのみの GW04 GW06 実 験 では 壁 面 の 変 状 の 程 度 は 比 較 的 軽 微 で 壁 面 の 原 形 は 保 持 され ていた 図 に 示 した 補 強 材 の 伸 長 に 着 目 すると 補 強 材 の 顕 著 な 伸 長 は 補 強 材 の 全 長 にわたって 平 均 的 に 生 じるのではなく 局 所 的 に 生 じる 傾 向 が 強 かったこと がわかる また 図 -4.7 から 図 に 示 すように 補 強 材 の 顕 著 な 伸 長 が 確 認 された 箇 所 は すべり 面 上 ある いはすべり 面 の 延 長 上 にある 傾 向 が 強 かった 今 後 はひ ずみゲージの 計 測 値 などからすべり 面 の 発 生 状 況 と 張 力 の 増 大 傾 向 に 因 果 関 係 があるのかを 考 察 したい 壁 面 工 の 局 所 的 な 安 定 性 と 補 強 材 の 伸 長 が 補 強 土 壁 の 地 震 時 挙 動 に 及 ぼす 影 響 壁 面 工 の 局 所 的 な 安 定 性 が 損 なわれ 壁 面 が 脱 落 する ことや 補 強 材 に 伸 長 が 生 じること 等 が 補 強 土 壁 の 地 震 時 挙 動 に 及 ぼす 影 響 を 把 握 するために 正 規 化 した 水 平 変 位 d max /Hと 振 動 台 の 最 大 加 速 度 a max との 関 係 を 図 -4.1 に 示 す 最 大 加 速 度 a max については 慣 性 力 が 補 強 土 壁 の 前 面 に 向 かって 作 用 する 方 向 の 最 大 値 を 正 規 化 した 水 平 変 位 としては 各 加 振 後 の 水 平 変 位 の 残 留 値 を 壁 高 Hで 正 規 化 した 値 を 用 いた なお 水 平 変 位 は 基 礎 地 盤 からの 高 さhが 壁 高 の %の 位 置 における 水 平 変 位 ( 図 -4.4 参 照 )の 計 測 値 の 中 から その 最 大 値 d max を 代 表 値 とした 水 平 変 位 は 遠 心 力 載 荷 前 を 初 期 値 とした 累 積 値 であり GW06 実 験 については 正 弦 波 加 振 の 結 果 のみを 抽 出 して 図 中 に 示 した また 図 中 に 示 し た 凡 例 のうち 例 えばGW01(W and E)のWは 実 験 で 壁 面 の 脱 落 が 生 じたこと Eは 補 強 材 の 顕 著 な 伸 長 が 確 認 され た 事 をそれぞれ 示 している なお 図 中 には 壁 面 の 脱 落 や 補 強 材 の 伸 長 が 生 じなかったGW0 実 験 の 結 果 も 比 較 のために 併 せて 示 した GW01 GW05 実 験 では 壁 面 工 の 脱 落 が 生 じた 加 振 ステッ プで レンジオーバーとなり 変 位 が 計 測 できない 段 階 に まで 変 位 量 が 増 大 した 特 に 壁 高 が 0m と 高 く 主 補 強 材 の 配 置 間 隔 が.5m と 他 の 実 験 と 比 較 して 広 い GW01 実 験 では 壁 面 工 の 脱 落 が 生 じる 前 においても 加 振 レ ベルの 増 大 に 伴 う 変 位 量 の 増 加 傾 向 が 他 の 実 験 と 比 較 し て 急 激 だった 一 方 で GW05 実 験 では 壁 面 工 の 脱 落 が 生 じる 前 は 他 の 実 験 と 水 平 変 位 の 増 大 傾 向 がほぼ 同 様 だ ったが 壁 面 工 の 脱 落 が 生 じた 最 大 加 速 度 540gal の 加 振 ステップでは 水 平 変 位 が 急 増 し その 他 の 実 験 よりも 急 激 に 補 強 土 壁 背 後 地 盤 の 変 状 が 進 展 する 結 果 となった 図 補 強 材 の 伸 張 (GW04 実 験, 最 下 段,3 段 目 図 中 の h は 基 礎 地 盤 からの 高 さを 示 す) Normalized horizontal displacement ;dmax/h (%) W; Local instability of wall facing E; Extension of reinforcement GW01(W and E) GW0 GW04(E) GW05(W) GW06(E) Maximum base acceleration ;amax(gal) 図 -4.1 振 動 台 加 速 度 と 残 留 水 平 変 位 の 関 係 これに 対 して 補 強 材 に 伸 長 が 生 じた GW04 GW06 実 験 と 特 に 補 強 材 の 損 傷 が 確 認 されなかった GW0 実 験 とを 比 較 すると 補 強 材 の 伸 長 が 生 じた 各 ケースにおいて 水 平 変 位 の 増 大 傾 向 が 格 段 に 急 激 な 訳 ではなく 今 回 の 実 験 条 件 の 範 囲 では 一 部 の 補 強 材 に 生 じた 伸 長 が 即 座 に 補 強 土 壁 の 耐 震 性 を 低 下 させるような 結 果 とはならなか った これは 補 強 土 壁 の 変 形 抵 抗 メカニズムがシステムと して 冗 長 性 を 有 していることを 示 唆 しており このこと を 利 用 すると 例 えば 大 規 模 地 震 時 などには 要 求 性 能 を 満 足 できる 範 囲 内 で 補 強 材 の 部 分 的 な 伸 長 や 破 断 を 許 ( 例 容 する 設 計 法 えば4-8) も 成 立 しうると 考 えられる ただし 4-9) 過 去 の 実 物 大 実 験 の 結 果 では 補 強 材 の 破 断 が 複 数 個 1

13 所 で 生 じた 場 合 には 常 時 の 状 態 であっても 補 強 土 壁 が 崩 壊 に 至 る 事 が 報 告 されているため 補 強 材 の 破 断 或 い は 伸 長 がどこまで 許 容 されるのかについては 今 後 詳 細 な 検 討 が 必 要 になると 考 えられる 水 平 震 度 と 残 留 変 位 量 の 関 係 図 では 補 強 土 壁 重 力 式 擁 壁 の 応 答 加 速 度 を 重 力 加 速 度 で 正 規 化 して 求 めた 水 平 震 度 k hr と 各 加 振 終 了 時 の 残 留 変 位 量 との 関 係 (k hr -d max /H 関 係 )を 比 較 して いる 図 中 横 軸 の 残 留 変 位 の 定 義 は 図 -4.1 と 同 様 で 補 強 土 壁 重 力 式 擁 壁 の 残 留 水 平 変 位 の 最 大 値 を 壁 高 で 正 規 化 した 値 d max /Hとして 示 している ここで 補 強 土 壁 の 場 合 のd max の 定 義 は 前 記 のとおりであるが 重 力 式 擁 壁 については 最 大 水 平 変 位 が 擁 壁 天 端 で 生 じていたため 擁 壁 天 端 における 水 平 変 位 をd max として 壁 高 Hで 正 規 化 し た また 応 答 加 速 度 については 壁 面 中 腹 ( 壁 高 の 1/ の 高 さ)で 計 測 した 補 強 土 壁 重 力 式 擁 壁 の 応 答 加 速 度 の 最 大 値 を 重 力 加 速 度 で 除 したk hr という 指 標 を 用 いる こととした なお 応 答 加 速 度 の 最 大 値 としては 擁 壁 に 外 向 き( 前 面 方 向 )の 慣 性 力 が 作 用 する 方 向 の 加 速 度 の 最 大 値 を 用 いた 図 中 で 比 較 対 象 としたのは 補 強 土 壁 に 関 する 実 験 と して GW0 GW03 GW04 GW05 GW06 GW16 実 験 であり 重 力 式 擁 壁 に 関 する 実 験 として RW01 RW03 RW 実 験 で ある 実 験 条 件 は 図 -4. 図 -4.5 および 表 -4.1 にまとめ たとおりであるが 補 強 土 壁 については 壁 高 が 8m で 補 強 材 の 長 さおよび 配 置 さらに 加 振 条 件 の 異 なる 実 験 を 抽 出 した GW16 実 験 は 長 さ 3.1m 1.4m の 主 補 強 材 安 定 補 助 材 がそれぞれ 8 層 ずつ 配 置 されている 補 強 土 壁 に 対 して 最 初 から 地 震 波 B によって 振 動 台 の 最 大 加 速 度 が 約 gal の 加 振 を 加 えた 実 験 である 重 力 式 擁 壁 については 対 象 とした 補 強 土 壁 とほぼ 同 等 の 高 さ(H=9m)で 底 版 幅 ならびに 加 振 条 件 の 異 なる 実 験 を 示 している 図 から 明 らかな 事 として 重 力 式 擁 壁 (RWシリーズ) では k hr の 増 大 に 伴 いd max /Hは 徐 々に 増 大 し k hr =0.5 程 度 になるとkhrがほぼ 頭 打 ちとなり d max /Hが 急 激 に 増 大 する 傾 向 にあった これは 地 盤 条 件 と 擁 壁 の 諸 元 に より 決 まる 重 力 式 擁 壁 の 抵 抗 力 の 最 大 値 が k hr =0.5 程 度 の 作 用 力 (ここでは 地 震 時 土 圧 と 慣 性 力 の 合 力 )とほ ぼ 等 しく それ 以 上 に 抵 抗 力 が 増 大 しえず 擁 壁 の 応 答 が 頭 打 ちになったためだと 考 えられる 4-10) RW 実 験 で は 変 位 が 急 増 する 段 階 でk hr も 若 干 増 大 している これ は RW 実 験 では 底 版 幅 が 3.75mと 比 較 的 狭 かったため に 基 礎 地 盤 にめり 込 むように 擁 壁 が 変 位 していく 傾 向 が 強 く このために 見 かけ 上 根 入 れ 深 さが 増 大 して 発 揮 される 抵 抗 力 が 増 したことが 影 響 していると 思 われる 補 強 土 壁 (GWシリーズ)も k hr が 比 較 的 小 さい 範 囲 では 重 力 式 擁 壁 と 同 様 に 変 位 量 が 徐 々に 増 大 する 傾 向 を 示 し ている しかし 変 位 量 の 増 加 がk hr =0.4 付 近 を 境 に 初 期 と 比 較 して 急 になったとしても 重 力 式 擁 壁 のようにほ ぼk hr 一 定 のまま 急 激 に 変 位 量 が 増 大 するのではなく k hr も 増 大 しながらd max /Hが 増 加 する 傾 向 が 強 い これは で 述 べたように 補 強 土 壁 では 補 強 領 域 の 変 形 に 伴 って 壁 面 の 変 位 が 増 大 していくことと 関 係 があると 考 えられる すなわち 補 強 材 が 破 断 しない 範 囲 であれ ば 補 強 領 域 の 変 形 量 が 増 大 するのに 伴 い 抵 抗 力 とし て 発 揮 される 補 強 材 の 張 力 も 増 大 するので 重 力 式 擁 壁 とは 異 なり k hr が 頭 打 ちになるような 挙 動 にならなかっ たものと 思 われる 今 後 は 補 強 材 に 生 じた 張 力 と 変 位 の 増 大 傾 向 に 着 目 して この 考 察 が 定 性 的 に 正 しいのかを 検 証 したい 以 下 では このような 補 強 土 壁 と 重 力 式 擁 壁 との 変 形 特 性 の 違 い 特 に 補 強 土 壁 の 粘 り 強 い 変 形 特 性 を 適 切 に 考 慮 するために k hr -d max /H 関 係 とエネルギー 一 定 則 を 用 いた 設 計 法 に 関 する 検 討 内 容 について 述 べる Horizontal seismic coefficient;khr GW06 実 験 ; 主 補 強 材 3.1m 補 助 材 1.4m 他 実 験 ; 主 補 強 材 4.8m 補 助 材 1.6m 地 震 波 加 振 GW16( 主 ;8 層, 補 ;8 層 ) RW03 正 弦 波 加 振 GW0( 主 ;8 層, 補 ;8 層 ) GW03( 主 ;8 層 ) GW04( 主 ;5 層, 補 ;11 層 ) GW05( 主 ;5 層 ) GW06( 主 ;8 層 ) RW01 RW Normalized horizontal displacement, dmax/h (%) 図 補 強 土 壁 重 力 式 擁 壁 のkhrとdmax/Hの 関 係 4.4. 変 形 性 能 を 考 慮 した 耐 震 設 計 法 の 概 念 提 案 手 法 の 概 要 図 に 提 案 する 設 計 手 法 の 概 要 を 従 来 設 計 法 と の 比 較 と 共 に 示 す 前 述 のとおり 従 来 は 所 定 の 設 計 水 平 震 度 において 補 強 材 の 内 的 安 定 補 強 領 域 の 外 的 安 定 背 後 基 礎 地 盤 を 含 めた 全 体 安 定 に 関 して 安 全 率 が 許 容 安 全 率 以 上 であるかを 照 査 してきた ただし 設 13

14 計 計 算 の 結 果 得 られるのが 安 全 率 であることと 考 慮 す る 水 平 震 度 と 地 震 動 の 大 きさ( 例 えば 地 表 面 加 速 度 など) との 関 係 が 直 接 的 には 関 連 付 けられていないため 設 計 された 擁 壁 にある 規 模 の 地 震 動 が 作 用 した 際 に どの 程 度 の 損 傷 が 生 じるのかを 直 接 的 に 評 価 できない また コンクリート 擁 壁 と 補 強 土 壁 でほぼ 同 じ 荷 重 モデル 設 計 水 平 震 度 を 用 いているため 図 に 見 られたよう な 補 強 土 壁 の 粘 り 強 い 変 形 性 能 が 設 計 に 反 映 されづらい という 短 所 もあった これに 対 して 提 案 手 法 では 以 下 の 要 領 で 設 計 計 算 を 行 うことで 上 記 の 短 所 を 克 服 することを 目 指 した 1) 設 計 水 平 震 度 の 設 定 実 際 の 地 震 動 の 規 模 と 設 計 水 平 震 度 を 対 応 させること を 意 図 して 設 計 水 平 震 度 を 文 献 4-3)に 準 拠 して 地 表 面 の 最 大 加 速 度 を 重 力 加 速 度 で 序 した 値 として 設 定 した )k hr -d max /H 関 係 とエネルギー 一 定 則 の 採 用 設 計 計 算 の 結 果 得 られる 指 標 を 安 全 率 ではなく 物 理 的 な 意 味 を 有 する 補 強 土 壁 の 応 答 値 とすることを 意 図 す ると 共 に 重 力 式 擁 壁 と 補 強 土 壁 との 変 形 特 性 の 違 いを 反 映 するために エネルギー 一 定 則 が 成 立 すると 仮 定 し k hr -d max /H 関 係 から1)で 規 定 した 設 計 水 平 震 度 に 対 する 擁 壁 の 変 位 量 を 評 価 することとした また 1) )の 考 え 方 で 設 計 計 算 を 行 うことによっ て 通 常 の 震 度 法 を 用 いた 安 定 計 算 では 内 的 安 定 の 検 討 において 設 計 水 平 震 度 における 外 力 に 対 して 補 強 材 あるいは 重 力 式 擁 壁 の 躯 体 が 部 材 として 安 定 であるよう にその 諸 元 を 決 定 する 必 要 があったのに 対 して 荷 重 の 頭 打 ち 4-10) や 低 減 を 考 慮 することもできるため 内 的 安 定 についても 合 理 化 の 可 能 性 がある 提 案 手 法 の 概 念 を 用 いた 試 計 算 従 来 法 と 比 較 して 提 案 手 法 を 用 いることによってど のような 利 点 があるのかを 把 握 するために 行 った 試 計 算 結 果 を 示 す 表 -4. はGW06 実 験 RW01 実 験 で 用 いた 補 強 土 壁 重 力 式 擁 壁 に 関 する 現 行 手 法 による 設 計 計 算 の 結 果 (k h =0.16)を 内 的 安 定 に 関 するものを 除 いてまと めたものである 地 盤 定 数 には 各 模 型 実 験 と 併 せて 実 施 した 三 軸 試 験 の 結 果 を 用 いて 補 強 土 壁 の 背 後 地 盤 基 礎 地 盤 をそれぞれφ=40 度 45 度 とし 重 力 式 擁 壁 の 背 後 地 盤 基 礎 地 盤 をφ=41 度 とした 重 力 式 擁 壁 では 滑 動 転 倒 支 持 に 対 する 安 全 率 がいずれも 許 容 安 全 率 よ りも 大 きいのに 対 して 補 強 土 壁 では 全 体 安 定 に 関 する 安 全 率 が 許 容 値 を 下 回 っている しかし 実 際 の 耐 震 性 が 表 -4. に 示 した 安 定 計 算 の 結 果 と 必 ずしも 対 応 して 設 計 水 平 震 度 中 規 模 地 震 動 ;k h =0.1~0.18 大 規 模 地 震 動 ;k h =0.16~0.4 内 的 安 定 に 関 する 検 討 外 的 安 定 に 関 する 検 討 全 体 安 定 に 関 する 検 討 安 全 率 許 容 安 全 率? YES START END 従 来 設 計 法 諸 元 の 見 直 し NO 提 案 手 法 道 路 機 能 に 及 ぼす 影 響 の 観 点 から 許 容 される 損 傷 の 度 合 い( 許 容 値 )を 設 定 khr-dmax/h 関 係 エネルギー 一 定 則 ( 従 来 の 外 的 安 定 に 相 当 ) 応 答 値 の 算 定 許 容 値 応 答 値? 設 計 水 平 震 度 レベル1 地 震 動 ;k h =0.16~0.4 レベル- 地 震 動 ;k h =0.3~0.4 レベル- 地 震 動 ;k h =0.6~0.8 いない 特 に 補 強 土 壁 の 粘 り 強 い 変 形 特 性 が 反 映 されて いないのは 図 に 示 したk hr -d max /Hの 関 係 との 比 較 からも 明 らかである ここで 図 に 一 例 を 示 すように 補 強 土 壁 と 重 力 式 擁 壁 のk hr -d max /Hの 関 係 を 初 期 勾 配 K 1 降 伏 震 度 k hy 降 伏 後 の 勾 配 低 下 率 rの 三 つの 指 標 を 用 いて バイリニア 形 式 でモデル 化 することを 考 える ここでは 実 験 結 果 を 参 考 にしてK 1 k hy rの 値 を 補 強 土 壁 でK 1 = 0. k hy = 0.4 r = 0. に 重 力 式 擁 壁 でK 1 = 0.15 k hy = 0.5 r = 0 に 設 定 した エネルギー 一 定 則 とは 図 に 示 すような 荷 重 変 位 関 係 を 有 する 構 造 物 に ある 地 震 力 が 外 力 として 作 用 した 時 構 造 物 が 線 形 応 答 するとして 求 めた 面 積 Aと 塑 性 変 形 を 考 慮 して 求 めた 面 積 Bが 等 しくなると 仮 定 し て 変 位 を 算 定 する 手 法 であり 構 造 物 の 塑 性 変 形 を 考 慮 して 比 較 的 簡 便 に 応 答 値 を 求 める 手 法 として 広 く 使 YES 応 答 値 を 用 いた 内 的 安 定 に 関 する 検 討 許 容 値 応 答 値? YES END START 図 提 案 する 設 計 法 の 概 念 図 諸 元 の 見 直 し 表 -4. 従 来 法 での 設 計 計 算 結 果 ( 安 全 率 は 地 震 時 の 安 全 率 を 示 している) 照 査 項 目 全 体 安 定 滑 動 転 倒 * 支 持 照 査 結 果 安 全 率 照 査 結 果 安 全 率 ( 許 容 値 ) 照 査 結 果 安 全 率 ( 許 容 値 ) 照 査 結 果 安 全 率 ( 許 容 値 ) 照 査 結 果 安 全 率 ( 許 容 値 ) GW06 ( 補 強 土 壁 ) kh=0.16 H=8m NG (Fs>1.000) OK.36 (Fs>1.) OK 6.73 (Fs>1.000) OK.907 (Fs>1.500) RW01 ( 重 力 式 擁 壁 ) kh=0.16 H=9m -** -** OK 1.38 (Fs>1.) OK (Fs>1.000) OK.705 (Fs>) * 転 倒 安 全 率 は 限 界 偏 心 距 離 を 偏 心 距 離 で 序 して 算 定 ** 重 力 式 擁 壁 の 全 体 安 定 は 基 礎 地 盤 が 良 好 なため 省 略 NO 14

15 われている 例 えば 文 献 4-3) ここでは 設 計 水 平 震 度 k h =0.8 として エネルギー 一 定 則 により 応 答 変 位 を 算 定 すると 補 強 土 壁 の 場 合 には d max /H=4.37 (%) 重 力 式 擁 壁 の 場 合 にはd max /H= 9.37 (%) となり 実 験 結 果 に 基 づき 設 定 した 荷 重 変 位 関 係 では あるが 補 強 土 壁 が 重 力 式 擁 壁 と 比 較 して 粘 り 強 い 変 形 性 能 を 示 すことが 定 性 的 にはよく 表 現 できている Horizontal seismic coefficient;khr khr khy r K1 1 K1 1 dmax/h For GRS walls K1=0.,khy=0.4,r=0. RW walls K1=0.15, khy=0.5,r= Normalized horizontal displacement, dmax/h (%) 図 モデル 化 したkhr-dmax/Hの 関 係 GW0 GW03 GW04 GW05 GW06 GW16 RW01 RW03 RW 図 エネルギー 一 定 則 による 応 答 変 位 算 定 の 模 式 図 5. まとめ 5.1. 標 準 断 面 擁 壁 の 耐 震 性 に 関 する 検 討 土 木 構 造 物 標 準 設 計 第 巻 ( 平 成 1 年 版 ) 手 引 き に 記 載 されている 標 準 断 面 の 擁 壁 を 対 象 として 道 路 土 工 - 擁 壁 工 指 針 に 準 拠 した 安 定 計 算 を 行 い 昨 年 度 の 検 討 で 得 られた 擁 壁 の 地 震 時 変 位 量 と 地 表 面 加 速 度 および 限 界 水 平 震 度 の 関 係 から 標 準 断 面 擁 壁 の 耐 震 性 を 評 価 す ることを 試 みた 結 果 の 概 要 をまとめると 以 下 のとおり である 滑 動 に 対 して 安 定 を 満 足 できないケースが 多 く 特 に L 地 震 動 を 考 慮 した 場 合 には 全 てのケースに おいて 滑 動 に 対 する 安 定 を 満 足 することができな かった 転 倒 支 持 についてはせん 断 断 抵 抗 角 が 小 さいC3 を 裏 込 め 土 として 用 いた 場 合 や 支 持 地 盤 が 軟 弱 な 場 合 を 除 いて 安 定 を 満 足 できる 結 果 となった 安 定 解 析 の 結 果 は 必 ずしも 昨 年 度 の 検 討 結 果 や 過 去 の 大 地 震 における 被 害 の 実 績 と 対 応 していなか った 上 記 の 問 題 は 安 定 計 算 において 裏 込 め 土 のせん 断 抵 抗 角 を 安 全 側 に 設 定 していることや 基 礎 の 支 持 地 盤 への 根 入 れの 効 果 を 無 視 していることに 起 因 すると 推 測 される 5.. 動 的 解 析 法 の 適 用 性 検 証 に 関 するまとめ 実 務 設 計 への 動 的 解 析 手 法 の 適 用 性 を 検 証 することを 目 的 として 実 施 した 標 準 的 な 断 面 を 有 する 擁 壁 に 関 す る 試 解 析 の 結 果 以 下 のことが 分 かった 背 後 地 盤 のせん 断 抵 抗 角 φ 根 入 れ 部 の 基 礎 に 作 用 する 受 働 土 圧 の 考 え 方 は 計 算 結 果 に 大 きな 影 響 を 及 ぼす 基 礎 の 根 入 れによる 受 働 土 圧 を 考 慮 し 良 好 に 締 め 固 められた 裏 込 め 土 のせん 断 抵 抗 角 に 近 い 値 を 用 いた 場 合 の 解 析 結 果 は 通 常 の 擁 壁 が 過 去 の 大 地 震 においても 倒 壊 にまで 至 ることはなかったという 実 績 と 定 性 的 には 一 致 していた 上 記 以 外 の 解 析 結 果 については 現 行 の 設 計 法 で 擁 壁 に 一 定 の 安 全 余 裕 度 を 持 たせるために 設 定 され た 地 盤 定 数 や 計 算 条 件 を そのまま 大 規 模 地 震 動 を 考 慮 した 動 的 解 析 手 法 に 適 用 したため 過 大 な 変 位 量 を 与 える 結 果 になったと 推 測 される 5.3. 合 理 的 な 耐 震 設 計 法 に 関 する 検 討 過 去 に 実 施 した 補 強 土 壁 と 重 力 式 擁 壁 の 動 的 遠 心 模 型 実 験 結 果 より その 地 震 時 挙 動 を 対 比 しつつ 実 験 結 果 に 基 づきK 1 K y rを 設 定 し エネルギー 一 定 則 を 仮 定 す ることで 補 強 土 壁 と 重 力 式 擁 壁 の 地 震 時 挙 動 の 違 いを 考 慮 できる 設 計 法 が 成 立 しうるのかについて 検 討 した その 結 果 得 られた 知 見 は 以 下 のとおりである 遠 心 模 型 実 験 の 結 果 より 壁 面 工 の 局 所 的 な 安 定 性 が 損 なわれた 場 合 には 補 強 土 壁 の 変 状 が 顕 著 とな る 傾 向 が 強 いことがわかった 本 研 究 の 実 験 条 件 の 範 囲 では 補 強 材 に 顕 著 な 損 傷 が 生 じても 補 強 土 壁 の 耐 震 性 が 即 座 に 低 下 するよ うなことはなかった 15

16 補 強 土 壁 と 重 力 式 擁 壁 の 荷 重 変 位 関 係 をモデル 化 し エネルギー 一 定 則 を 用 いることで 補 強 土 壁 の 粘 り 強 い 変 形 性 能 を 反 映 した 設 計 法 が 成 立 しう ることがわかった また この 考 え 方 は 合 理 的 な 設 計 法 として コンクリート 擁 壁 についても 適 用 が 可 能 である 6. 今 後 の 展 開 今 後 設 計 法 の 確 立 に 向 けては まず 以 下 の 検 討 が 必 要 であると 考 えられる 動 的 解 析 を 行 う 際 の 必 要 条 件 の 整 理 今 回 の 検 討 で 明 らかになったように 解 析 に 用 いる 必 要 条 件 を 十 分 に 整 理 しないままに いたずらに 動 的 解 析 を 行 うことに 意 義 は 少 ない 少 なくとも 今 回 の 解 析 条 件 の 範 囲 では 裏 込 め 土 のせん 断 抵 抗 角 φの 設 定 と 支 持 層 への 根 入 れ 効 果 の 考 え 方 については 整 理 が 必 要 であるこ とが 分 かった こうした 条 件 を 整 理 したうえで 標 準 断 面 擁 壁 に 対 して 動 的 解 析 を 適 用 することによって 標 準 断 面 擁 壁 の 耐 震 性 も 適 切 に 評 価 できると 考 えられる k hr -d max /H 関 係 のモデル 化 本 報 では 実 験 結 果 より 得 られたk hr -d max /Hの 関 係 を 用 いたが 設 計 法 を 確 立 するためには k hr -d max /H 関 係 を 計 算 で 求 める 必 要 がある 現 在 筆 者 らは 被 災 事 例 の 逆 解 析 や 模 型 実 験 結 果 数 値 解 析 によって 重 力 式 擁 壁 補 強 土 壁 のk hr -d max /H 関 係 を 求 めるための 検 討 を 行 っており この 内 容 についても 今 後 報 告 していきたい エネルギー 一 定 則 を 用 いた 設 計 法 の 検 証 本 報 では 地 盤 条 件 地 震 動 特 性 の 違 いや 破 壊 モード の 違 いを 特 に 考 慮 せず エネルギー 一 定 則 を 用 いた 試 計 算 を 行 った 今 後 は 擁 壁 の 荷 重 変 位 関 係 に 関 して 適 切 なモデル 化 を 行 った 上 で 上 記 の 地 盤 条 件 地 震 動 特 性 の 違 い 破 壊 モードの 違 いなども 含 めて エネルギー 一 定 則 を 用 いた 設 計 法 が 成 立 しうるのかを 検 証 していき たい 参 考 文 献 1-1) 日 本 道 路 協 会 : 道 路 土 工 要 綱 ( 平 成 1 年 度 版 ), ) 鉄 道 総 合 技 術 研 究 所, 鉄 道 構 造 物 等 設 計 標 準 同 解 説 土 構 造 物, 丸 善 株 式 会 社, ) 日 本 道 路 協 会 : 道 路 橋 示 方 書 同 解 説 Ⅳ 下 部 構 造 編 ) 全 日 本 建 設 技 術 協 会 : 国 土 交 通 省 制 定 土 木 構 造 物 標 準 設 計 第 巻 擁 壁 類 ) 日 本 道 路 協 会 : 道 路 土 工 擁 壁 工 指 針 ) 中 島 進 榎 本 忠 夫 佐 々 木 哲 也 : 模 型 実 験 地 震 被 害 事 例 の 解 析 による 道 路 擁 壁 の 耐 震 性 の 評 価 土 木 技 術 資 料 53(5) ) 斉 藤 由 紀 子, 岡 村 未 対, 田 村 敬 一 : 重 力 式 擁 壁 の 地 震 時 変 位 量 - 擁 壁 の 根 入 れ 深 さを 考 慮 した 地 震 時 変 位 計 算 法 の 検 証 -, 土 木 学 会 年 次 学 術 講 演 会 講 演 概 要 集 第 3 部, 第 57 巻,3 号,pp , ) Okamura, M., and Matsuo, O. :A displacement prediction method for retaining walls under seismic loadings, Soils and Foundations, Vol.4, No.1, pp , ) Nakajima, S., Koseki, J., Watanabe, K., and Tateyama, M.: A simplified procedure to evaluate earthquake-induced residual displacements of conventional type retaining walls, Soils and Foundations, Vol. 49, No., pp , ) 渡 辺 ら 3-4) 高 橋 彰 浩 杉 田 秀 樹 松 尾 修 擁 壁 の 動 的 変 形 解 析 に 用 いる 基 礎 の 支 持 力 係 数 の 簡 易 設 定 法 土 木 学 会 第 63 回 年 次 学 術 講 演 会 公 演 概 要 集 Ⅲ 305 pp ) Tatsuoka, F., Koseki, J., Tateyama, M., Munuf, Y. and Horii, K.: Seismic stability against high seismic load of geosynthetic-reinforced soil retaining structures, Keynote lecture, Proc. of the 6th International Conference on Geosynthetics, Vol.1, pp , ) 松 尾 修, 齋 藤 由 紀 子, 岡 村 未 対 : 擁 壁 に 作 用 する 地 震 時 主 働 土 圧 に 関 する 考 察 及 び 比 較 計 算, 第 6 回 地 震 工 学 研 究 発 表 会 講 演 論 文 集,pp ,001 土 研 動 的 遠 心 模 型 実 験 3-7) 古 関 潤 一 : 裏 込 め 土 中 での 滑 り 面 発 生 に 伴 うひずみ 軟 化 挙 動 を 考 慮 した 地 震 時 土 圧 算 定 法 ( 修 正 物 部 岡 部 式 ), 土 木 技 術 平 成 18 年 月 号,Vol.61, No. 3-8) 日 本 道 路 協 会 : 道 路 橋 示 方 書 同 解 説 Ⅴ 耐 震 設 計 編 ) 日 本 道 路 協 会 : 道 路 橋 示 方 書 同 解 説 Ⅳ 下 部 構 造 編 ) 日 本 道 路 協 会 : 道 路 土 工 - 擁 壁 工 指 針 ) 土 木 研 究 センター:ジオテキスタイルを 用 いた 補 強 土 の 設 計 施 工 マニュアル 改 訂 版,

17 4-3) 日 本 道 路 協 会 : 道 路 橋 示 方 書 同 解 説 Ⅴ 耐 震 設 計 編 00. 道 路 橋 示 方 書 Ⅴ 4-4) 榎 本 忠 夫 佐 々 木 哲 也 中 島 進 : 分 割 型 壁 面 のジオ テキスタイル 補 強 土 壁 に 関 する 動 的 遠 心 模 型 実 験 (その 3 補 強 土 壁 の 設 計 計 算 法 に 関 する 考 察 ), 第 5 回 ジオシンセティックスシンポジウム ) 松 尾 修 ら: 擁 壁 に 作 用 する 地 震 時 主 働 土 圧 に 関 する 考 察 及 び 比 較 計 算, 第 6 回 地 震 工 学 研 究 発 表 会 講 演 論 文 集,pp , ) 斉 藤 由 紀 子 ら: 重 力 式 擁 壁 の 地 震 時 変 位 量 - 擁 壁 の 根 入 れ 深 さを 考 慮 した 地 震 時 変 位 計 算 法 の 検 証 -, 土 木 学 会 年 次 学 術 講 演 会 講 演 概 要 集 第 3 部, 第 57 巻,3 号,pp , 00 土 研 遠 心 4-7) 台 湾 集 集 地 震 4-8) 宮 田 喜 壽, 篠 田 昌 弘 :ジオシンセティックス 補 強 土 壁 のシステム 冗 長 性 を 考 慮 した 信 頼 性 解 析 法,ジオ シンセティックス 論 文 集, 第 4 巻,pp , ) 建 設 省 土 木 研 究 所 ;ジオテキスタイルの 土 中 での 挙 動 とその 効 果 に 関 する 共 同 研 究 報 告 書 (その ), 土 木 研 究 所 共 同 研 究 報 告 書, 第 6 号, ) 渡 辺 健 治 舘 山 勝 古 関 潤 一 : 大 地 震 作 用 下 におけ る 地 震 土 圧 と 擁 壁 の 耐 震 設 計 に 関 する 考 察 第 44 回 地 盤 工 学 研 究 発 表 会 pp

18 Research on performance-based design with considering characteristics of earth structures Budged:Grants for operating expenses General account Research Period:FY Research Team : Material and Geotechnical Engineering Research Group (Soil mechanics and dynamics ) Author: Tetsuya Sasaki Tadao Enomoto Susumu Nakajima Abstract :Aim of this study is to develop general outlines of performance based design methodology for earth structures. In the first fiscal year of this research, it was attempted to evaluate seismic performance of concrete retaining walls and geosynthetics reinforced soil retaining walls, which are designed by the current empirically developed design methodologies. Based on analyses on the series of model tests and case histories of damaged retaining walls during the recent large earthquakes, it was found that the sufficient seismic stability was assured by following current seismic design guidelines, while further improvement is required for the development of performance based design methodologies, where the seismic performance evaluation is essential. Key words : performance based design, retaining structures, seismic performance, current seismic design methodology, critical seismic coefficient 18