ken10208

保科隆

剛塑性有限要素変形解析手法の開発と土構造物への適用に関する研究

大塚悟

　本研究では，土砂災害防止法の施行によって推進されるソフト対策に対して，コストパフォーマンス等の問題から遅延するハード対策において，簡便的に斜面の崩壊メカニズムの解明や対策工のコストパフォーマンスを合理的に評価できる解析手法の開発を行うことを目的とする．
斜面の問題を解く解析手法は大きく2つに分けられ，1つ目が極限平衡法のような斜面の安定性を計ることを目的に開発された安定性評価手法で，2つ目が弾塑性有限要素法のような斜面の変形を時間的概念で追う変形解析手法である．しかし，極限平衡法では崩壊形態の仮定が必要であることから詳細な崩壊メカニズムの解明ができないこと，弾塑性有限要素法では変形から破壊に至るまでの計算できることから，有用性に優れてはいるが，解の精度が材料パラメータに左右されやすい問題が挙げられる．
そこで本研究では，このような問題に対して，精度の高い計算手法の開発として，計算に必要な材料パラメータが少ないメリットを持つ剛塑性有限要素法（RPFEM）を用いた既存の安定性評価手法の高度化と変形解析手法の開発を行った．また収束計算を行うことから，計算時間の短縮を図るために，効率的に計算ができるようにプログラミングも行った
RPFEMを用いた安定性評価では，地盤の極限状態を直接的に求めることから，初期応力の影響がなく，極限平衡法のように崩壊形態の仮定が必要ないことが利点として挙げられる．また斜面の問題では，地下水位による地盤強度の低下や亀裂や低強度層の介在によって与えられる斜面の安定性への影響を考慮する必要があること．対策工を想定した場合，地盤と対策工間の相互作用力の評価が重要であることから，これらの問題に対応した式への拡張および構成式の導入を行った．
変形解析では，地震などの動的荷重を考慮する必要があることや斜面崩壊の規模や変形量の予測が極めて重要であることから，運動方程式に仮想仕事の原理を適用し，これにRPFEMを導入することで，動的荷重を考慮した大変形解析手法の開発を行った．
また要素試験解析による検証を行い，その解から本解析手法の有用性を明らかにした．さらに，浸透流や低強度層等の不連続性を有する地盤，対策工を想定した斜面における事例解析を行うことで，既存の解析手法では困難とされていたトップリング等の崩壊形態の表現が可能であること明らかにした．

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