(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持地盤の上方に存在する軟弱地盤に地表から所定の深さ及び水平方向の所定の長さにわたって改良され、且つ構造物がその上に配置された改良体が、前記支持地盤に対して水平方向に滑る滑動を許容した免震モデルにおける前記改良体の形状を設計する方法において、
所定の震度における前記改良体の滑動量と該改良体の滑動しにくさを示す滑動安全率との相関である滑動量−滑動安全率相関を求める手順と、
所定の震度における前記改良体の深さ又は水平方向の長さと滑動安全率との相関である寸法−滑動安全率相関を求める手順と、
前記滑動量−滑動安全率相関を参照して、所与の滑動量に対する滑動安全率を求める手順と、
前記寸法−滑動安全率相関を参照して、前記求めた滑動安全率に対する前記改良体の深さ又は水平方向の長さを求める手順と、
を具備することを特徴とする地盤免震化設計法。
【請求項２】
前記滑動量−滑動安全率相関を求める手順は、前記免震モデルの所定の震度における、前記改良体の滑動量と、これに対する滑動安全率とからなるデータを複数組求める手順と、該複数組のデータから前記滑動量と前記滑動安全率との相関を推定し求める手順とを具備することを特徴とする請求項１に記載の地盤免震化設計法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤における免震構造設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大都市近郊の臨海部においては、深い基礎構造を有する高層建物の建設が多いが、このような臨海部は軟弱地盤が厚く堆積した地盤環境にあり、また、埋め立てにより人工的に地盤を構築した軟弱な地盤になっている場合が多い。しかし、埋め立て地盤における液状化の発生は、高層建物のような構造物の倒壊等の被害を招来する恐れがあるため、液状化対策は必要不可欠となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、地震時の液状化が予想される軟弱地盤上の高層建物のような構造物では、構造物周辺、構造物直下の液状化地盤の下端深さまで、深層混合処理、浸透固化注入等の固化系の液状化対策が実施される場合がある。このような固化系の液状化対策の設計では、水平方向及び深さ方向に広範囲な液状化対策を施すこととなり、施工規模が大きくなり、工期も長くなる。また、改良体の滑動を許容しないことから、改良体上の構造物へ地震力が直接伝達され、構造物の水平震度を低減させることができない。このような問題に対して、構造物が改良体の上で滑動する縁切りモデルによる理論解析が適用されるが、改良体への適用はみられない。
【０００４】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液状化対策の設計において、地震時の改良体の滑動を許容し、所定の滑動安全率が見込まれる許容滑動量に対応する改良体の寸法を効率的に縮小する地盤免震化設計法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、第１の発明は、支持地盤の上方に存在する軟弱地盤に地表から所定の深さ及び水平方向の所定の長さにわたって改良され、且つ構造物がその上に配置された改良体が、前記支持地盤に対して水平方向に滑る滑動を許容した免震モデルにおける前記改良体の形状を設計する方法において、所定の震度における前記改良体の滑動量と該改良体の滑動しにくさを示す滑動安全率との相関である滑動量−滑動安全率相関を求める手順と、所定の震度における前記改良体の深さ又は水平方向の長さと滑動安全率との相関である寸法−滑動安全率相関を求める手順と、前記滑動量−滑動安全率相関を参照して、所与の滑動量に対する滑動安全率を求める手順と、前記寸法−滑動安全率相関を参照して、前記求めた滑動安全率に対する前記改良体の深さ又は水平方向の長さを求める手順と、を具備することを特徴とする。
第１の発明によれば、様々な震度と前記改良体の様々な滑動量とに対して、前記改良体の滑動安全率を求め、該滑動安全率から前記改良体の前記軟弱地盤中での最適な深さ及び水平方向の最適な長さを求めることが可能となる。
【０００６】
また、第１の発明において、前記滑動量−滑動安全率相関を求める手順は、前記免震モデルの所定の震度における、前記改良体の滑動量と、これに対する滑動安全率とからなるデータを複数組求める手順と、該複数組のデータから前記滑動量と前記滑動安全率との相関を推定し求める手順とを具備する地盤免震化設計法を第２の発明とした。
第２の発明によれば、様々な震度と前記改良体の様々な滑動量とに対して、前記改良体の滑動安全率を求め、該滑動安全率から前記改良体の前記軟弱地盤中での最適な深さ及び水平方向の最適な長さをより効率的に求めることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
＝＝＝免震モデル＝＝＝
本実施形態における免震モデルを構造物が擁壁等の長尺構造物に適用した例について図１を参照しつつ説明する。図１は、免震モデルの断面を示した図である。図１に示される断面に対する奥行き（紙面と直交する方向）は十分に長く、地盤及び構造物の形状が、その断面の形状で規定されるものとする。
【００１０】
図１において、改良体１の横長の断面の形状は長方形で、この上に構造物としての擁壁３が配置されており、擁壁３の断面の形状は逆Ｔ字型である。地盤については、支持地盤７、軟弱地盤９が、下方から上方へ、この順序で堆積している。さらに、逆Ｔ字型の擁壁３の一方向（図１中で右側）には背後地盤１１が堆積している。免震モデルにおいては、軟弱地盤９は液状化地盤であるとする。本実施形態における液状化地盤は、地下水位が浅く、緩い砂地盤に地震力が作用して、粒子間の間隙水圧が上昇して、せん断抵抗力が著しく減少した地盤であるとする。
【００１１】
改良体１の地盤に対する配置として、軟弱地盤９を深さ方向について全て改良し、さらに支持地盤７の途中まで改良した、図１（Ａ）に示される根入型と、軟弱地盤９を深さ方向について全て改良し、支持地盤７の表面に改良体１の底面が接触している、図１（Ｂ）に示される着底型と、軟弱地盤９の途中まで改良して非改良層を残置した、図１（Ｃ）に示される残置型との３通りがある。
【００１２】
＝＝＝滑動量と滑動安全率との相関＝＝＝
地震によって改良体１が水平方向へ滑る滑動量と、改良体１の滑動しにくさを示す滑動安全率との相関を求める手段の一つとして、本実施形態では遠心力模型振動実験を使用する。
【００１３】
遠心力模型振動実験とは、振動台上に配置した回転装置に免震モデルの縮小模型を搭載し、回転装置の回転により免震モデルに見かけの重力を与え、振動台の振動により見かけの地震を与えて、縮小模型に作用する慣性力等を測定する実験である。
【００１４】
遠心力模型振動実験に用いた模型の断面を図２に示す。改良体１の、水平方向の長さとしての幅は２５０ｍｍである。擁壁３の底部は改良体１の表層に埋め込まれ、改良体１の表面から高さ１６０ｍｍ露出しており、その一方向（図２中の右側）には同じ高さの背後地盤１１がある。改良体１の深さは２００ｍｍと１６０ｍｍとの２通りであり、図２（Ａ）は、改良体１の深さが２００ｍｍの根入型の固定モデルを表し、図２（Ｂ）は、改良体１の深さが１６０ｍｍの着底型の免震モデルを表し、図２（Ｃ）は、改良体１の深さが２００ｍｍ着底型の免震モデルを表し、図２（Ｄ）は、改良体１の深さが１６０ｍｍの残置型の免震モデルを表す。
【００１５】
遠心力模型振動実験において、上記の４つのモデルに正弦波の水平振動を与え、図３（Ａ）に示されるような、改良体１が水平方向へ滑る滑動量と、改良体１の滑動しにくさを示す滑動安全率との相関を示す４つのデータ、及び、図３（Ｂ）に示されるような、擁壁３の基部の曲げ歪み度と、上記の滑動安全率との相関を示す４つのデータが得られた。図３（Ａ）は、改良体の滑動量を横軸とし、滑動安全率を縦軸として実験結果をプロットしたグラフを示し、図３（Ｂ）は、擁壁３の基部の曲げ歪み度を横軸とし、上記の滑動安全率を縦軸として実験結果をプロットしたグラフを示している。ここで、図２（Ａ）で示される根入型の改良体１のデータにおいて、その滑動が発生しないと仮定して、図３（Ａ）においては滑動量が０ｍ、滑動安全率が１．０に固定され、図３（Ｂ）においては滑動安全率が１．０に固定されている。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）それぞれの他の３点のデータにおいては、上記の固定されたデータからの相対値が、各々のデータの絶対値としてプロットされている。図３（Ａ）に示されるように、改良体１が、根入型、深さ１６０ｍｍの着底型、深さ２００ｍｍの着底型、残置型である順に滑動安全率が低下するとともに滑動量が増加し、また滑動安全率が低下すると、図３（Ｂ）に示されるように、擁壁３の基部の曲げ歪み度が低減し、擁壁３は倒壊しにくくなる。
【００１６】
本発明では、改良体１の滑動量と滑動安全率との相関を、上記の遠心力模型等による実験により求めるものであるが、本実施形態においては、実験による相関を数値解析による相関で補完する。数値解析では、地盤及び建築物から成るシステムの形状や重量等を数値化し、これに数値化した振動を与えてシステムの運動方程式を解き、システムに作用する垂直抗力や慣性力等を理論的に求めた。
【００１７】
数値解析に用いた免震モデルの断面を図４に示す。５つの改良体１の幅は全て同じで、１２．５ｍである。擁壁３の底部は改良体１の表層に埋め込まれ、改良体１の表面から高さ８ｍ露出しており、その一方向（図４中の右側）には同じ高さの背後地盤１１がある。軟弱地盤９の深さ１０ｍに対し、改良体１の深さが１２ｍの根入型、改良体１の深さが１０ｍの着底型、改良体１の深さが８ｍ、６ｍ及び４ｍの３通り残置型のモデルを設定する。図４（Ａ）は、固定モデルでの改良体１の深さが１２ｍの根入型を表し、図４（Ｂ）は、免震モデルでの改良体１の深さが１０ｍの着底型を表し、図４（Ｃ）は、免震モデルでの改良体１の深さが８ｍの残置型を表し、図４（Ｄ）は、免震モデルでの改良体１の深さが６ｍの残置型を表し、図４（Ｅ）は、免震モデルでの改良体の深さが４ｍの残置型を表す。
【００１８】
数値解析において、上記の１つの固定モデル及び４つの免震モデルに臨海波の水平振動を与え、改良体１の滑動量を得て、改良体１の滑動量と滑動安全率との相関を示す５つのデータを得た。図５は滑動量を横軸とし、滑動安全率を縦軸として５つの解析結果をプロットしたグラフを示す図である。
【００１９】
図５に示されるように、固定モデルにおける滑動量０ｍ及び滑動安全率１．０から、免震モデルにおける改良体１の深さ１０ｍの着底型、深さ８ｍの残置型、深さ６ｍの残置型、深さ４ｍの残置型にかけて滑動量が大きくなり、滑動安全率が低下するほど滑動量が増加している。
【００２０】
本実施形態では、実験及び数値解析等で得た改良体１の滑動量と滑動安全率とのデータから任意の相関についても、実験や解析等によらずに推定することができる。例えば、図３（Ａ）及び図５のそれぞれ４点及び５点のプロットに、曲線を内挿や外挿等で当てはめることにより、滑動量と滑動安全率との相関を推定することができる。これにより、様々な滑動量に対して、上記の相関曲線によって対応付けられた滑動安全率を得ることができる。図６に、図３（Ａ）及び図５のプロットを合わせて示し、上記の当てはめによって得られた相関曲線を示す。
【００２１】
相関曲線は、上記の内挿及び外挿の曲線に限定されるものではない。例えば多項式等の解析的な数式を、図３（Ａ）及び図５のプロットに対して最小二乗法で当てはめることによって滑動量と滑動安全率との相関を表す曲線を得ることもできる。
【００２２】
＝＝＝改良体の寸法導出手順＝＝＝
本発明の請求項１に記載の改良体の寸法導出手順における本実施形態においては、先ず軟弱地盤９に対して、水平方向及び深さ方向について深層混合処理、浸透固化注入等の液状化対策を施して固化するものとする。
【００２３】
本実施形態では、深さ１０ｍの軟弱地盤９等の断面の形状は以下の通りである。擁壁３の底部は改良体１の表層に埋め込まれ、改良体１の表面から高さ８ｍ露出しており、その一方向には同じ高さの背後地盤１１がある。軟弱地盤９に液状化対策を施して固化した地盤の深さ１０ｍに対し、改良体１の深さが８ｍの残置型、改良体１の深さが１０ｍの着底型、改良体１の深さが１１ｍの根入型、改良体１の深さが１２ｍの根入型を設定する。ここで、上記の４通りの改良体１の深さに対して、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９及び１．０の６つの滑動安全率が得られるような改良体１の幅Ｂを求める。改良体１の幅Ｂと、これに対する滑動安全率とからなる多数のデータを計算し、該データどうしを容易に内挿して相関を求めることができる。図７に、４通りの深さそれぞれに対して、０．５乃至１．０の滑動安全率が得られるような改良体１の幅Ｂをプロットしたもの、及び、このプロットを結んだ相関曲線を示す。
【００２４】
＝＝＝改良体躯体数量の縮小＝＝＝
免震モデルによって得られた図６及び改良体の寸法導出手順によって得られた図７を使って、免震モデルにおける改良体１の所定の滑動量に対する、０．５乃至１．０の滑動安全率を満足する改良体１の幅Ｂを求めることができる。例えば、図６の滑動量と滑動安全率との相関曲線から、滑動量が０ｃｍ、３０ｃｍ及び５０ｃｍに対する、小数点以下２桁目で四捨五入した滑動安全率を、それぞれ１．０、０．７及び０．５と求めることができる。図７の着底型の相関曲線において、滑動安全率１．０に対応する改良体１の幅Ｂは２２ｍであり、滑動安全率０．７に対応する改良体１の幅Ｂは１３．７ｍであり、残置型の相関曲線において、滑動安全率０．５に対応する改良体１の幅Ｂは１４．７ｍである。免震モデルに基づく設計法により得た背後地盤慣性力及び擁壁土圧合力の、擁壁３に作用する全水平力は、改良体１の滑動安全率が１．０では５０１ｋＮ／ｍ、滑動安全率が０．７では３１３ｋＮ／ｍ、滑動安全率が０．５では２８２ｋＮ／ｍであり、滑動安全率が低下するとともに低減し、擁壁３が倒壊しにくくなっている。
【００２５】
以上から、本実施形態において、改良体１の滑動を許容し、滑動安全率０．５乃至０．７を許容とすれば、擁壁３を倒壊させる力をおよそ６０％に抑制しつつ、改良体１の数量を５０％乃至６０％に低減できることがわかる。
【００２６】
本実施形態によれば、固化系の液状化対策の設計において、改良体１の滑動安全率の拘束を緩和することにより、改良体１及び擁壁３の地震時の滑動変位を要求性能として改良体１の滑動を許容し、上記の要求性能に対応して、改良体１の寸法、擁壁３の断面を縮小することが可能となった。
【００２７】
＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
上記の実施形態においては、改良体１の滑動量と滑動安全率との相関が４組及び５組であるとしたが、これに限定されるものではない。例えば、解析的な式を、上記の相関に対して最小二乗法で当てはめる場合は、上記の式のパラメータの数よりも１個多い数を、相関の組数とすることができる。
【００２８】
また、上記の実施形態においては、改良体１及び擁壁３は長尺構造物であるとしたが、これに限定されるものではない。例えば、改良体１及び擁壁３は、その奥行きが断面の幅より短くてもよい。但し、改良体１及び擁壁３が長尺構造物であれば、免震モデルにおける改良体１及び擁壁３の形状を、その長手方向に垂直な平面による断面の形状で規定することが容易となる点で望ましい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、様々な震度と改良体の様々な滑動量とに対して、改良体の滑動安全率を求め、該滑動安全率から前記改良体の軟弱地盤中での最適な深さ又は水平方向の最適な長さを効率的に求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】免震モデルの断面を示した図である。
【図２】遠心力模型振動実験に用いた免震モデルの断面を示した図である。
【図３】遠心力模型振動実験による滑動量と滑動安全率との相関（Ａ）、及び、曲げ歪み度と滑動安全率との相関（Ｂ）をプロットしたグラフを示した図である。
【図４】数値解析に用いた免震モデルの断面を示した図である。
【図５】数値解析による滑動量と滑動安全率との相関をプロットしたグラフを示した図である。
【図６】遠心力模型振動実験及び数値解析による滑動量と滑動安全率との相関のプロット及び推定相関曲線のグラフを示した図である。
【図７】滑動安全率と改良体の幅との相関のプロット及びこのプロットをなめらかに結んだ相関曲線のグラフを示した図である。
【符号の説明】
１  改良体
３  擁壁
７  支持地盤
９  軟弱地盤
１１  背後地盤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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