第 50 回地盤工学研究発表会
2015 年 9 月

504

E - 12 （札幌）
二重鋼矢板堤防の地震・津波複合災害に対する性能評価－その 1

地震時の挙動の検討－

液状化，津波，鋼矢板

新日鐵住金株式会社正会員○戸田和秀，乙志和孝

高知大学

国際会員

原忠，学生会員

谷

株式会社技研製作所

正会員

古市秀雄，弘瀬智隆

株式会社 CPC

正会員

西美宏

剛整

1. はじめに2011 年の東北地方太平洋沖地震以降，発生確率の高い南海トラフ地震等の巨大地震への備えとして，海岸堤防等の海洋保全施設には地震による被害を軽微に留め，その後到来する津波に対しても倒壊しない「粘り強い」構造が求められている。著者らは， 二重鋼矢板堤防の，地震・津波の連続した複合災害に対する構造性能に関する研究を進め，構造が容易に倒壊せず越流津波に対しても粘り強さが期待できることを示した 1), 2)。本報では，実大構造を想定し偏土圧が作用する方向性を持った傾斜堤構造を対象に，地震時の変形挙動を動的有効応力解析(code: LIQCA2D13)にて検証した。
3.0m

解析対象構造体は，液状化地盤上に設置される実大規模のコンクリート被覆式海岸傾斜堤を想定した(図 1(a))。堤体高
H=5.0m, 堤体幅 B=3.0m，法面勾配 n=1:0.8～1.0 とし，堤体8.0m 2.0m

2. 解析諸元5.0m
沖積砂層（液状化層）状化地盤(沖積砂層)が堆積しそれより下部は非液状化層(洪積砂層)の条件とした。対策工はハット形鋼矢板(45H 型) を10.0m

下地盤は厚さ 2.0m の表土(沖積粘土層)の下に厚さ 8.0m の液洪積砂層(a)用いた天端幅 B=5.0m，頭部をタイ材で連結した二重鋼矢板

無対策5.0m，粘性土層には R-O モデル，盛土については液状化層と同等のモデル，コンクリート被覆部には弾性体モデルを適用した。矢板は降伏モーメントまでを初期弾性勾配とするバイ・10.0m

解析モデルは，液状化地盤には砂の繰返し弾塑性モデル3)8.0m 2.0m構造とした(図 1(b))。

リニア型の弾塑性梁要素でモデル化し，コンクリートと地盤，矢板と地盤間にはジョイント要素を配して地盤変形への追5.0m
沖積砂層（液状化層）
洪積砂層

鋼矢板

随と所定のすべりや剥離を考慮できるようにし，頭部を奥行(b)き方向に等間隔ピッチを模擬したタイ材で結合した。側方境

図1

解析モデル

界は側面の影響を無視できる程度の広い範囲に水平地盤を表1

解析パラメータ3)設け，その側部を疑似自由地盤境界 とし，底面は粘性境界として入力地震動を入射した。地下水面は地表面から 1.15mの深さに設定し解析では当該箇所に排水境界を設けた。動的二重鋼矢板堤防

3

単位体積重量(kN/m )初期間隙比

γe018.00.8

透水係数(cm/s)

ksλκ1.0×100.0087
0.00087-3会議(2003)で想定された 2 連動東南海・南海地震波形(高知県

圧縮指数
膨潤指数
疑似過圧密比モデル)を用いた。液状化層に用いた解析パラメータ一覧を

初期せん断係数比

OCRG0 /σm0 '

変相応力比

M m

破壊応力比

M fB0B1CfD0n解析で用いる地震波形を図 2 に示す。本解析では，中央防災表 1 に示す。
加速度(gal)400

Accmax=355gal

200

硬化関数中のパラメータ0
ダイレイタンシー係数-200-4000

規準ひずみ(弾性)

2040

図260

時刻(sec)80100

基準ひずみ(塑性)異方性パラメータ

入力地震動

*

*
*

γ

1.21473
1.01.26000
60
0.01.21.0

P*0.004

E*0.013

γCd2000

Study on seismic behaviors of levees reinforced double steel sheet piles under condition on unsymmetrical pressure
Kazuhide TODA, Kazutaka OTSUSHI (Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation), Tadashi HARA, Mihiro TANI(KochiUniversity), Hideo FURUICHI, Tomotaka HIROSE (GIKEN, Ltd.), Tsuyoshi NISHI (CPC, Ltd.)1007

3. 解析結果

1.00
0.90
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00

地震動終了時の変形と過剰間隙水圧比（Δu/σv0’）の分布を
図 3 に，堤体天端中央の鉛直変位の時刻歴を図 4 に示す。強い加速度と振動継続時間の長い地震波形で基礎地盤が液状化し，堤体直下ではほぼ Ru=1.0 近くまで過剰間隙水圧の上昇が見られた。加速度振幅が大きくなる 20 秒付近から堤体(a)無対策の沈下が見られ，無対策では主要動終了後も沈下が継続し地1.00
0.90
0.80
0.70
0.60
0.50
0.400.30
0.20
0.100.00

震終了時には 1.0m を超える鉛直変位が生じた。一方，二重鋼矢板堤防では主要動終了後に沈下は収束し約 0.1m の残留鉛直変位に留まった。また，偏土圧が作用する条件下より堤体の水平変位に着目すると，無対策では約 0.3m の変状が見られるも二重鋼矢板堤防ではほとんど変状が見られなかっ(b)た。以上より，二重鋼矢板構造は，矢板が締切り内地盤の側図3される。さらに，矢板自体は沈下せず天端高さを確保するため，地震後の津波到来時にも遮水機能が維持されると考えられる。また，本解析により偏土圧など側方への作用力に対しても非液状化層に根入れされた二重鋼矢板堤防が構造として抵抗し，水平方向への変状が抑制されることも示された。

堤体中央鉛直変位(m)

方変形を抑制するため堤体沈下を大きく抑制できると判断

二重鋼矢板堤防

堤体の変形状況と過剰間隙水圧比コンター
Time(sec)00.0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-1.2

二重鋼矢板堤防の，堤体直下および矢板締切り外近傍位置

102030405060

二重鋼矢板堤防
無対策
二重鋼矢板堤防

図4での過剰間隙水圧の時刻歴を図 5 に示す。堤体直下地盤では無対策

堤体天端中央の鉛直変位時刻歴0Time(h)5101520切ることで地盤が拘束され応力が等方的となり有効応力経1.4

堤体直下

1.2

法尻側間隙水圧が上昇した場合であっても堤体の変状が抑制されたのは，堤体下地盤の鉛直方向に圧縮，水平方向に伸張するひずみを矢板が拘束し変形が抑制されたためと考えられる。

過剰間隙水圧比Ru

過剰間隙水圧値は高い値を示したが，これは 2 列の矢板で締1.6路が原点に向かいやすくなることが要因と考えられる。過剰70

1.00.80.60.4

矢板に生じる水平変位，応答曲げ応力の深度分布を図 6，0.2

図 7 に示す。矢板に生じる残留応力は降伏応力内(955.5(kN・0.0図5m))に収まっており，構造体としての健全性が示された。偏過剰間隙水圧の時刻歴
水平変位(m)

土圧の作用により水平方向への変形が卓越するも二重鋼矢-0.100
5.0

板構造が持つ剛性・強度により，堤体の変状が抑制されると-0.050

0.000

0.050

0.100推察される。
4. まとめ
偏土圧を考慮した二重鋼矢板堤防の地震時挙動を動的有効応力解析にて検証した主要な知見は下記のとおりである。
1)

二重鋼矢板構造による補強方法は，偏土圧が作用する

深度位置(m)0.0

海側

陸側-5.0海側／地震終了時
海側／水圧消散時-10.0

海陸側／地震終了時

条件下においても堤体沈下および水平方向への変形抑制に効果的である。
2)

海陸側／水圧消散時

-15.0

図6

鋼矢板は地震による沈下がほとんど生じず天端高さが矢板応答水平変位の深度分布応答曲げモーメント(kN・m)維持されることから，地震後の津波・高潮現象に対し-1,000 -750 -500 -250
5.0ても遮水機能が発揮されると考えられる。
参考文献：1) 乙志和孝，原忠，古市秀雄，西剛整，吉原健郎；地盤剛性回復を考慮した鋼矢板補強堤防の動的有効応力解析，日本地震工学会第 10 回年次大会，2013. 2) 中山知大，古市秀雄，原忠，西剛整；二重鋼矢板で補強された堤防の津波に対する安定性の検証，第 49 回地盤工学研究発表会，
2014.
3)液状化解析手法 LIQCA 開発グループ: LIQCA2D13(2013 年公開版)資料, 2013.

深度位置(m)

堤体

250 500 750 1,000

海側

表層

陸側
海側／地震終了時

-5.0

液状化層

海側／水圧消散時

海陸側／地震終了時-10.0

海陸側／水圧消散時

非液状化層

鋼矢板降伏応力-15.0

図710080.00

矢板応答曲げモーメントの深度分布

80