ken14201

朝妻　涼

軟弱粘性土地盤における杭の極限水平抵抗力の数値解析

大塚　悟

埋立地のような軟弱地盤に建設された火力発電所に代表されるプラント構造物基礎は，上部構造物の支持力確保の点から杭基礎構造が一般的である．特に，配管などを支える線状構造物や取放水設備のような地中構造物の場合，建物の杭基礎のように一定の範囲に多数の杭が打設されている場合と異なり，杭本数が少なく地盤挙動が支配的となることが特徴である．一方，兵庫県南部地震以前に建設された杭基礎は，地震時荷重として上部構造に設計震度の荷重を作用させ，その荷重に必要な水平抵抗を確保できるよう設計してきている．
したがって，現在行われているような地盤の深度方向の変位分布を考慮した応答変位法で設計や，地盤と構造物の相互作用を考慮した有限要素法による動的解析で照査することが行われていない場合が多い．そのため，原設計で上部構造の設計震度荷重に対して水平地盤反力を期待している深度（例えば弾性支承梁法なら，杭の水平抵抗に支配的な影響を与える地盤の範囲1/β）において，杭に生じる発生断面力が非常に厳しくなるケースがあり，地震後の杭の支持性能を検討する際の課題となることがある．
　現在の設計では，杭-地盤の相互作用として地盤の大変形時において，地盤の塑性化を考慮し極限水平地盤反力を設定したバイリニア型の地盤バネとしてモデル化することが各種設計基準類で示されている．これらは，ランキン等極限土圧で計算するものやBromsによるすべり線等境界条件を仮定して導出したものである．兵庫県南部地震以降，この極限水平地盤反力に関する研究は，砂質土の液状化による側方流動に対するものが主流であり，粘性土に焦点を当てて実験と解析両面から検討されたものは見当たらない．
本研究は軟弱粘性土地盤を対象に，地震により大変形を受けた際の杭周辺地盤の挙動を把握し，地盤の塑性化状態のメカニズムを検討するとともに，粘性土の水平地盤反力を設定する際の基礎データを得ることを目的とした一連の要素試験および模型実験を実施した．さらに，上界定理に基づく剛塑性有限要素法解析により，模型実験のシミュレーションを行うとともに，杭周にフリクションカットを施した場合や杭周辺地盤が杭打設により強度低下を伴う場合の影響，群杭効果に関する数値解析を行った．そして，これらの結果に基づき，地震時の杭に作用する極限水平地盤反力について考察した．

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