防災設計工学研究室　　熊谷　智樹
基礎の形状・寸法を考慮した地盤の支持力に関する研究

基礎の設計はこれまで模型試験による経験式を用いて行われてきたが，より高度な安全
性，経済性の追求から合理的な設計が求められている．そのためには模型試験による経験
的な方法に加えて数値解析などの手法を補間する検討が必要である．本研究は模型試験に
よる経験的な方法だけでなく，数値解析との相互補完により支持力の合理的評価を目的と
する．
基礎の支持力は本来三次元問題であり，その支持力解析には精緻な三次元解析が求めら
れる．さらに，三次元解析では解析速度が重要な問題である．既往の研究成果からペナル
ティ法の計算速度に関する有用性が確認されていることから，本研究ではペナルティ法を
用いた剛塑性有限要素法による三次元支持力解析プログラムの開発を行った．


　剛塑性有限要素法は対象とする地盤の破壊問題を荷重と変形間の履歴を解析することな
しに直接取り扱う手法であり，解析定数は強度定数(粘着力及びせん断抵抗角)のみと少なく，
実用的な解析手法といえる．その一方で，慣用解析では求めることが難しい互層地盤など，
幾何形状が複雑な問題の解析に優れている．また，非関連流れ則を導入することで地盤の
せん断に伴うダイレイタンシー特性についても考慮できることから，実際現象をより緻密
に表現できる特徴がある．

本研究で得られた結論を箇条書きにする．

1. 剛塑性有限要素法ではペナルティ法の利用により，大幅な高速化が実現される．精度は

2〜3％の誤差の範囲となる．Liuらによる高速化のための安定化マトリクスについても

検討をしたが効果的ではない．

2. 豊浦砂の遠心模型試験結果の数値解析を実施した．せんだん抵抗角の応力依存性を解析

に取り入れると，基礎寸法による支持力への寸法効果を表現できるが，現実的な基礎構

造物の寸法であれば，せん断抵抗角を一定とする手法でも十分な精度の支持力評価を行

うことができた．

3. 三次元解析を用いて基礎形状による支持力の差異について評価した．既存の安定解析法

では事前に破壊形態を求める必要がある．剛塑性有限要素法では破壊形態が解析の結果

として定められるが，模型試験等による破壊形態とよく一致しており，優位な解析結果

が得られた．また，解析結果を取りまとめて形状係数を求めた．

4. 斜面上の基礎の支持力問題は三次元的評価が不可欠である．過去に行われた実規模水平

載荷試験の数値解析を実施した．地盤定数の設定にまだ問題が残されるが，支持力及び

破壊形態についてはほぼ表現できており，適用性について確認した．