20209

日本建築学会大会学術講演梗概集（東海） 2012 年 9 月

層状地盤に支持される杭先端の鉛直支持性能
その２：FEM 解析に基づく検討

杭FEM 解析

先端支持力2 層地盤

正会員
同○山崎雅弘*堀井良浩**

沈下

１．はじめに
本論では FEM 解析結果に基づいて中間層下が粘性土層ことを表し，A_H3 は中間層厚が 3D，A_H0 は層厚が 0，である場合について，粘性土の強度である粘着力（剛性

砂質土 A, B の均一地盤の極限先端支持力 Rpu は 6.37MN,は粘着力に比例すると仮定する），中間層の層厚と剛性・4.95MN であった。これは極限先端支持力度 qpu にする

強度，有効上載圧の先端支持力特性に対する影響と，極と 8.11 MN/m2, 6.31MN/m2 である。粘性土 A の均一地盤

限先端荷重度（杭径の 10%沈下時の先端荷重度）の評価の場合，Rpu は 0.48 MN となり，qpu は 0.61MN/m2 である。

1)

すなわち粘性土地盤に杭が設置されていることを示す。

方法として直接基礎の 2 層地盤の支持力式 の適用性につ

この図より，中間層厚が 4D である A_H4 の P~δ関係いて検討し，その１で得られた知見と比較する。

は均一地盤と等しいが，砂質土 A では 3D，砂質土 B で２．FEM モデル
FEM モデルを図１

は 2D になると中間層下の粘性土の影響が見られる。図

CL
D/2400 kPa

３は P を Rpu で，δを 10cm で除し正規化した荷重比～に示ように軸対象アイD

L1層で構成した。佐伯等 2)D

L2層の研究では杭先端よりD

L3層

上方の地盤は杭先端のD

L4層ソパラメトリック要素

沈下量比関係を示している。層厚が小さくなるのにともない，P～δ関係の曲率が大きくなることがわかる。他のケースもほぼ同様であった。
極限先端支持力度 qpu と中間層の層厚比 H/D の関係を
図４，図５に示す。図中の実線と点線は，解析結果の支持力にほとんど影響qpu と適合する荷重分散角θと，θ=tan-1(0.3)によって評を与えないことが示さ価した qpu を示している。前者のθの値は凡例に示してれているため，杭先端
L5層6Dから下をモデル化し，いる。図４(a)を見ると，H/D がゼロでは 0.61MN/m2，H/D が大きくなるとともに qpu は大きくなる。H/D が 4解析モデル上端には有と均一地盤を表す H/D が 10 の qpu がほぼ等しい値であ効上載圧σ'v を作用さるので，H/D が 4 以上になると中間層下の地盤の影響はせた。地盤の構成方程ほとんど無いと言える。

式は Duncan 等 3)が提解析結果と適合するθに対して粘性土の粘着力 c と剛5D案したものを用いる。

図１

解析モデルは文献 4 で性およびσ'v の影響は大きく，砂質土 A と B の差，即FEM モデル

ち剛性パラメータ K の影響は小さい。また，粘性土の示したモデルと等しい。解析に用いたパラメータを表１

剛性と強度はσ'v の影響を受けないが，中間層の砂質土に示す。上載圧σ'v＝0.4 MN/m ，0.2 MN/m ，杭径 D ははσ'v が大きくなると共に剛性と強度が大きくなる。こ1000mm である。の 2 つの特徴から，中間層の強度が下層の粘土層のそれ

３．解析結果
図２は粘性土 A の下層地盤で上載圧が 0.4MN/m2 の場に対して大きくなると適合するθが大きくなる特徴があると言える。これは杭先端荷重が下に伝ってもこれに抵合の荷重～沈下量関係（P～δ関係）を示している。凡

抗する反力が粘性土層から得られず，荷重が周囲へ伝達

例 A_H*は中間層のパラメータが砂質土 A、中間層厚 Hされる傾向が強くなるためと考えられる。

=10D（D は杭径）で 2 層地盤ではなく均一地盤である

θ =tan-1(0.3)の点線は (b)の c=0.1MN/m2 ， σ 'v=0.2M/m2の場合は解析結果と適合する θ の実線と等しいが，その他は解析結果を下回る。従って，θ=tan-1(0.3)で qpu を評価

2

表１
中間層K
φ（°）
中間層下層c (MN/m2)
K

2

地盤パラメータ

砂質土 A

砂質土 B

2462

852

38.538.5°
粘性土 A
粘性土 B
粘性土 C
0.1
0.050.03
350
175105m=n=0.0, Rf=0.9, Kb=100K(ν=0.495)

粘性土 D
0.0135

して設計することは安全側となる。しかし，軟弱な粘性土では H/D が 4 においても評価値が解析値を大きく下回ることと，H/D が 4 以上になると中間層下の影響が殆ど無いという解析結果との間には大きな差がある。この差

Bearing Behavior of Vertically Loaded Piles on Bearing Layers
Part2 Study on FEM Analysis Results― 417 ―YAMAZAKI Masahiro, HORII Yoshihiro

［参考文献］

が小さい評価手法の提案が今後の課題である。
４．まとめ
中間層に支持される杭先端の荷重沈下関係および先端支持力を FEM 解析によって，その支持力特性と荷重分散角による支持力評価の適用性について検討を行った。
なお，本報告は「建築基礎設計のための地盤定数検討小委員会地盤抵抗評価 WG（主査：桑原文夫）」（2008.
12～）の活動成果の一部である。

‐2‐4‐60‐4‐6

θ=tan‐1(0.45)

θ=tan‐1(0.3)

864200246810H/D

解析結果

864200246810H/D

20図４

解析結果

42046810H/D

42042046810H/D(d) c=0.03 MN/m2, σ'v=0.4 MN/m2

図５* 岡山理科大学工学部建築学科** 大成建設（株）技術センター

6810H/D

200246810H/D

解析結果

θ=tan‐1(1.2)

θ=tan‐1(0.3)

10864200246810H/D(f) c=0.01 MN/m2, σ'v=0.2 MN/m2

θ=tan‐1(0.3)

解析結果864200246810H/D

θ=tan‐1(0.3)

624

解析結果

θ=tan‐1(1.7)

64200420468H/D(e) c=0.01 MN/m2, σ'v=0.4 MN/m2246810H/D

θ=tan‐1(0.3)

62θ=tan‐1(0.3)(c) c=0.05 MN/m2, σ'v=0.4 MN/m2

80

θ=tan‐1(0.5)8(b) c=0.1 MN/m2, σ'v=0.2 MN/m2

804

解析結果

先端支持力度(MN/m2)

θ=tan‐1(1.0)

2θ=tan‐1(0.3)

6θ=tan‐1(0.3)

60

θ=tan‐1(0.5)(c) c=0.05 MN/m2, σ'v=0.4 MN/m2

8(a) c=0.1 MN/m2, σ'v=0.4 MN/m2
解析結果

1010

θ=tan‐1(0.3)

62θ=tan‐1(1.7)

B_H3
B_H0

極限先端支持力度と中間層厚の関係（砂質土 A の場合）

808

B_H4
B_H18(e) c=0.01 MN/m2, σ'v=0.4 MN/m2

先端支持力度(MN/m2)

先端支持力度(MN/m2)

θ=tan‐1(0.45)

6H/D(d) c=0.03 MN/m2, σ'v=0.4 MN/m2

解析結果

解析結果

4

θ=tan‐1(0.3)

先端支持力度(MN/m2)

先端支持力度(MN/m2)

θ=tan‐1(1.0)

B_H*
B_H2

10(b) c=0.1 MN/m2, σ'v=0.2 MN/m2

100.6

A_H3
A_H0

θ=tan‐1(0.3)

41荷重比～沈下量径比620.8(b)砂質土 B

800.60.4(a) 砂質土 A

10(a) c=0.1 MN/m2, σ'v=0.4 MN/m2
解析結果

A_H4
A_H1

図３

先端支持力度(MN/m2)

先端支持力度(MN/m2)

解析結果

0.4

1
A_H*
A_H2

B_H3
B_H0P～δ関係

100.20.8(b)砂質土 B

図２

先端支持力度(MN/m2)

0.61(a) 砂質土 A

010.2

‐10
B_H4
B_H10.80.4‐10B_H*
B_H2

0.60.20.8

A_H3
A_H00.40‐8A_H4
A_H10.20‐8A_H*
A_H2荷重比荷重比

6沈下量比‐2荷重(MN)
42

先端支持力度(MN/m2)00

先端支持力度(MN/m2)

8

先端支持力度(MN/m2)

610

解析結果

先端支持力度(MN/m2)

荷重(MN)
4沈下量比

2沈下量(cm)

沈下量(cm)001) 日本建築学会：建築基礎構造設計指針,pp.116-117,2001. 2)佐伯英一郎，
岩松浩一，木下雅敬：Non-Displacement Pile の先端支持力推定のための地盤の「平均Ｎ値」に関する解析的一考，日本建築学会構造系論文集，第 535号，pp.87-94，2000， 3)Duncan. J. M, Byrne. P, Wong. K. S & Mabry.
P: Strength, Stress-strain and Bulk Modulus Parameters for Finite
Element Analyses for Stresses and Movements in Soil Masses, Report No.
UCB/GT/80-01, Univ. of California, Berkeley, 1980． 4)山崎雅弘：杭先端の荷重沈下量関係に影響をおよぼす地盤領域の検討，日本建築学会論文
報告集，第 652 号，pp.1113-1120,2010．

θ=tan‐1(1.2)

θ=tan‐1(0.3)

8642002468H/D(f) c=0.01 MN/m2, σ'v=0.2 MN/m2

極限先端支持力度と中間層厚の関係（砂質土 B の場合）
* Dept. of Architecture, Okayama University of Science** Technology Center, Taisei Corporation― 418 ―10