自立式矢板護岸の地震時大変形挙動に対する FLIP TULIP の適用性検討
上田
1.

恭平*

研究の目的

地盤の液状化を対象とした研究手段として，遠心模型実験や数値解析による地盤挙動の予測やそのメカニズム解明があげられる．しかし，実験者によって生じる実験結果の不確実性や客観的な解析の妥当性を示すことは非常に困難である．この現状を打破するため，多数の研究機関が共通の地盤条件に対して一斉実験，一斉解析を行うことで結果の整合性を評価し，地盤災害の予測技術向上を目指す国際プロジェクト LEAP （Liquefaction Experiments and Analysis Projects）が発足した 1)．本
研究では，他の研究機関と結果を比較するための初期段階として，LEAP-RPI-2020 で取り扱う自立式矢板を有する地盤・構造物系の地震時大変形挙動を対象に，遠心模型実験と二次元有効応力解析を実施することで解析手法の適用性について考察する．
2.

研究の方法

Horizontal Displacement(cm)(1) 遠心模型実験
図 1 実験模型の概略
遠心模型実験には京都大学防災研究所の遠心力載荷装置（回転半径 2.5 m）を用いた．実験は遠表 1 実験ケース
心場の相似則を用いて縮尺 1/40 とした．実験模型の概液 状 化 層
矢 板 変 位PGACase
略図を図 1 に示す．矢板には厚さ 3 mm のアルミニウ
2Dr(%)(m/s )(cm)
ム板を使用した．オタワ砂を用いて空中落下法により
155.
20.
15940砂を供給した後，メトローズで地盤全体を飽和させた．
実験は表 1 に示す延べ 4 ケースを行い，加振波には 1269.90.160
18Hz のテーパ付正弦波 20 波を使用した．
369.50.173
38(2) 有効応力解析
457.20.21845
有限ひずみ理論に基づくひずみ空間多重
Case2
Case1
せん断モデル 2)を土の構成則とする二次元
有効応力解析プログラム FLIP TULIP を用
いて，遠心実験 Case 2~4 の再現解析を行った．実験結果との比較を行うため，解析寸法を実験模型のプロトタイプと同じになるように設定し，下部砂層は非排水条件，上部砂層は排水条件で解析を行い，矢板は線Case4
Case3形はり要素とした．地盤の境界条件は底面を固定境界，側面を鉛直ローラーとしている．また摩擦力の影響を考慮するため，矢板・地盤節点間にジョイント要素を設けている 3)．矢板下端と地盤は変位を拘束させTime(s)Time(s)た．地盤や矢板，ジョイントに関するパラ図 2 矢板変位時刻歴（黒：実験，赤：解析）
メータは過去の試験，解析事例を参考に決定した 3), 4)．全てのケースで共通のパラメータを使用している．解析手順として，まず物理現象で5050404030302020101000-10-10Horizontal Displacement(cm)0*京都大学防災研究所・助教

1020304050600102030405060010203040506070506040503040203020101000-10-100102030405060

は圧密に相当する静的解析（自重解析）を行い，動的解析に移行する．
3.

得られた成果Horizontal Displacement(cm)(1) 遠心模型実験
四か所のレーザー変位計の値を地表面高さに補正し矢板変位量の評価に用いた．各ケースで得られた矢板変位量時刻歴を図 2 に示す．入力地震動の大きさが同程度である
Case 1 と Case 2 を比較すると，Case 2 よりも緩い地盤であ図 3 加振後の様子（実験：Case 2）
る Case 1 の方が矢板の最終変位量は大きい．液状70化による地盤変形は緩い地盤の方が大きいという60
従来の結果と合致する．上部地盤の相対密度が65%となるように地盤作製を行った Case 3, Case 450の矢板変位量の時刻歴を比較すると，Case 4 は40Case2
Case 3 より緩い地盤でありかつ入力地震動は大き30Case3いにもかかわらず，加振後の矢板変位量に Case 2
Case420と Case 3 間ほどの明確な差はみられなかった．こ
こから，入力地震動の大小は必ずしも矢板変位の10大小とは一致せず，矢板変位量を決定づける他の00102030405060
要因が存在することが分かった．要因としては地Time(s)
盤と土槽壁間の摩擦の状況がケース間で全く同じ
図 4 矢板変位時刻歴の解析結果の比較ではないことなどが考えられる．一例として，
図 3 に加振後の矢板変位の様子を示す．
(2) 有効応力解析
自重解析後からの矢板変位量の時刻歴を，遠心実験の時刻歴と比較して図 2 に示す．全ケースにおいて実験では加振後矢板変位量はある値に収束するが，解析では加振後も矢板変位が続いている．Case 2 と Case 4 は実験よりも解析結果の加振後の矢板変位量が大きくなっているが，
図 5 加振後の様子（解析：Case 2）
Case 3 では同程度である．遠心実験で構造物と地盤の位置関係や地盤密度に関してケース間で再現性が完全に担保されているとは言えないため，このような違いが生じるものと考えられる．実験のばらつきを考慮した解析精度の検証については，他の研究機関との比較を通じて今後検討を進める予定である．有効応力解析における Case 2~4 の矢板変位量を図 4 に示す．遠心実験では Case 3と Case 4 の矢板変位量が比較的近い値となったが，解析では Case 3 と Case 4 の矢板変位量は大きく異なり，Case 2 と Case 3 で近い値が得られた．実験と解析で矢板変位量が一致しないケースはあるものの，同じ地盤・構造物系に対して入力地震動の強さを変化させたときに，地震動の大小と矢板変位の大小が必ずしも一致していないことが実験同様明らかになった．地盤系に構造物があることで加振による地盤内の応力状態が複雑に変化し，揺れやすい地震波の振幅の条件が地盤の相対密度に応じて変化することが原因として考えられる．最後に，図 5 に加振後の矢板変位の様子を示すが，図 3 の実験における変形モードを適切に再現できていることがわかる．
参 考 文 献1) M. Manzari et al.: LEAP projects: Concept and challenges, Geotechnics for Catastrophic Flooding Events, 109-116,
2015. 2) Iai et al.: Finite Strain Formulation of a Strain Space Multiple Mechanism Model for Granular Materials,
International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 37(9), 1189-1212, 2013. 3) FLIP コンソー
シアム：各種解析事例，FLIP 研究会 14 年間の検討成果のまとめ，3-3-1 - 3-5-70. 4) Vargas et al.: Influence of therelative density and K0 effects in the cyclic response of Ottawa F-65 Sand- Cyclic Torsional Hollow-Cylinder Shear Testsfor LEAP-ASIA-2019, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 133, 106111, 2020.