01宅地液状化沈下(161008)

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こうだいらぶり
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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 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 6 2, 解析モデル概要 7 3, 堤防下側及び直下地盤の軟弱化 10 (4) 地震時自重変形解析 1,FEM 解析モデル 11 2,ALID 解析モデル 12 3,ALID 解析結果 13 4, 結果の整理 14 宅地の地震時液状化自重沈下解析を ALID により行った ( 株 ) ブルドジオテクノ 1

2 (1) 基本方針 1. 本設計の説明造成後 11 年の敷地において建築のために地盤調査をしたところ液状化層が見つかったそのため造成地に木造住宅を建築するにあたって大地震時液状化による敷地の自重地盤沈下量を FEM 解析により推定する断面図 2. 構造諸元工事場所県市地内擁壁 L 型擁壁全高さ 6.3m 鉄筋コンクリート造基礎 : 地盤改良 ( セメント全改良 ) 建物木造 2 階基礎 : べた基礎 3, 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

3 4, 本解析の内容本解析は既設土堤防の地震に対する液状化の影響を考慮した沈下量を概略推定する 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( 内部計算 ) による N 値及び諸定数によるプログラム内部計算 5, 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大地震液状化を考慮した堤防の自重沈下量概略値を推定 6, 設計方針及び参考文献宅地防災マニュアル ( 平成 19 年版 ) 建築基礎構造設計指針 ( 日本建築学会 2001) 道路橋示方書耐震設計編 (2002) 液状化に伴う流動の簡易評価法 ( 安田ら ) 7, 使用プログラム静的 FEM 解析コード :ALID(ALID 研究会 ) 二次元有効応力解析 8, 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大地震解析モデル ( 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 ( 本報告書 ) 安全性の確認 3

4 9, 概要図 4

5 (2) 概要 1, 地盤の概説調査では 1 本のボーリング (No.4) が実施され土質試験が行われている土層は液状化判定上同一区分 ( 例 : 砂質土粘性土礫など ) 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 ( ここでは説明のため大きくまとめていることに注意 ) またボーリング調査が 1 本であるため地盤性状は水平成層としている数本のデータがあれば地盤層の傾斜を考慮できるところである今後の調査結果によって地盤性状が判明した場合には再度検討を行い珍な k 量を計算する必要があるボーリング調査結果盛土 N =10.2 γ=16 1 ( 砂質シルト ) 2 盛土 ( 粗砂 ) N =7.8 γ=17 Fc=3.4 D10= 自然地層 N =6.1 γ=17 Fc=11.9 D10=0.107 ( 中砂 ) 基盤層 N =47.2 γ=19 4 ( 中礫 ) N : 平均 N 値 γ : 湿潤単位堆積重量 (kn/m3)( 一般値 ) Fc: 細粒分含有率 (%)( 測定値 ) D10= 土の10% 粒径 (mm)( 測定値 ) 注意 : 上記は液状化判定を目的としており土層の細かい区分をまとめている ( たとえば土層 0.3m としても定数判断に使用する N 値がなければ使い物にならないため ) 耐震設計上の地盤種別 Ⅱ 種地盤計算書 : 省略する ( 道路橋示方書 Ⅴ P32 による ) 2, 設計外力 1 固定荷重名称 ( 固定荷重 ) 鉄筋コンクリート改良土単位体積重量 24.5(kN/m3) 20.0(kN/m3) 2 追加荷重建物重量 2F 造上部構造荷重 7.0(kN/m2) 小規模建築物基礎設計指針 P54 1F 積載荷重 1.3(kN/m2) 施行令 85 条 1F 床荷重 0.51(kN/m2) 小規模建築物基礎設計指針 P54 基礎荷重 4.80(kN/m2) t200x24(kn/m3)=4.8kn/m2 計 13.61=14.0(kN/m2) 5

6 3 設計震度 ( 仮定地表面加速度 ) 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レベル 1 仮定地表加速度省略レベル 2 仮定地表加速度 700GAL FL は ALID 内で自動算定する 3, 液状化の判定液状化の判定液状化 1 該当しない剛性低下層 2 液状化層 3 液状化層液状化の判定は道路橋示方書 Ⅴ 及び建築基礎構造設計指針などの判定式があるがここでは層中の分布性状を考慮するため ALID により自動算定する (ALID では道路橋示方書 Ⅴ によっている ) 6

7 (3)ALID 解析の概説 1,ALID による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 6

8 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 2, 解析モデル ( 二次元 FEM) 概要 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 7

9 弾性個体材料において変形が一定の範囲 ( 弾性範囲内 ) では変形しても元に戻るつまり弾性を示す材料をいう材料が線型弾性を示すとき応力 σ はひずみ ε に比例しその比例定数を弾性率という特に一方向に対する引っ張り ( 圧縮 ) 変形に対する弾性率 E をヤング率という σ = Eε ( フックの法則 ) バイリニアー下図に示す簡単なバイリニアーで近似するこのモデルでは下図に示した強度回復点 ( 以下 : 抵抗変曲点という ) までのせん断応力 - せん断ひずみ関係の割線勾配 G1 のみを用いて解析し解析結果に抵抗変曲点を越えたひずみが生じた場合でもこれ以降について G2 を用いた再計算を行う ( 出典 : 液状化に伴う流動の簡易評価法 : 安田ら ) 弾塑性 (MC/DP) 降伏基準に MC(Mohr-Coulomb) 式塑性ポテンシャルに DP(Drucker-Prager) 式を採用するひずみと応力の関係を参考として下図に示す ( 出典 : 弾塑性有限要素法がわかる ( 地盤工学会 ) ) 8

10 剛性低下液状化要素の剛性低下は液状化安全率 FL の値に従って下図により低減率を推定する ( 出典 : 河川堤防の地震時変形量の解析方法 ) 沖積層については剛性の応力依存性を考慮するため以下 Janbu 式による応力依存パラメータを考慮する k: 応力依存パラメータ σm n n: 応力依存パラメータ ( 砂質土 =0.5) k=e/ σm: 平均主応力 Pa Pa: 大気圧 3 液状化後の沈下右下図より液状化層の N1 の平均値と液状化の判定で得られる液状化に対する抵抗率 FL を用いて液状化層の体積ひずみを求め液状化層の層厚を乗じて液状化層の体積圧縮に伴う沈下量を求める ( プログラム内計算 ) ( 出典 : 堤防 ( 土堤 ) の地震時変形解析計算例 ( 案 )) 9

11 解析要素パラメータ各解析結果に記載 3, 堤防下側及び直下地盤の軟弱化上図のような堤体底部及び直下部分は地震時の軟弱化が指摘されている ( 地盤工学会誌 Vol.62 P34~41 講座など ) 本解析に当たっては直下層 FL 1 の場合は液状化層をモデル化し FL>1 の場合は直下層に応力依存性の剛性低下条件を設定する 10

12 (4) 地震時自重変形解析結果 1.FEM 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左側面は鉛直自由水平固定両右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 盛土 MC/DP 剛性低下 2 盛土 ( 液状化層 ) MC/DP バイリニアー 3 軟弱層 ( 液状化層 ) MC/DP バイリニアー 4 基盤層弾性 5 擁壁 ( 鉄筋コンクリート ) 弾性 6 改良地盤 ( セメント全改良 ) 弾性 7 粘性土 ( ため池側 ) MC/DP * すべてソリッド要素 * 設定値は別紙調査結果参照各要素のパラメータ番号土質 γ G ν Dr φ c ψ 1 C ASF ASF DG

5 CON 24.5 10416667 0.2 6 CS 20.0 5159 0.26 7 AC 16.0 10000 0.

(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 2 ASF 2417 0.5 3 ASF 23456 0.

13 5 CON CS AC γ: 単位体積重量 (kn/m3)( 一般値による推定 ) G: 断弾性係数 (kn/m2) 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 2 ASF ASF 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 ) 盛土部分のせん断剛性低下率番号 * 土質 G1/G0 1 C 0.025( 推定値 ) ALID: データファイル名中地震 ( レベル 1): 省略大地震 ( レベル 2): ALID 解析モデル 1 ブロック図 2 メッシュ図 12

14 3.ALID 解析結果 ( ここでは大地震を掲載する ) 1 残留変形図 (x1.0) 2FL 値分布図 13

15 4. 結果の整理 1 堤防天端沈下量の確認沈下量 (m) 26cm ** 擁壁改良地盤及び液状化層を考慮した静的自重変形解析の結果地表面沈下量は約 26cm (MAX) という結果を得た ** ただし本数値はあくまで推定値による概算値であることに注意 ** 建物への影響等を考慮し沈下量を検討する必要がある沈下量に対して問題がある場合には対策工を検討する 14

マンホール浮き上がり検討例

マンホール浮き上がり検討例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