海岸土堤防の地震による液状化残留変形解析 目次 ＰＡＧＥ （１）基本方針 １，本解析の内容 ２，構造諸元 ３，本解析の目的 ４，設計方針及び参考文献 ２ ２ ２ ２ （２）概要 １，耐震検討 ２，土質定数 ３，設計外力 ４，液状化の判定 ５，解析モデル ６，有限要素法による自重変形解析 ７，安全性の確認 ３ ３ ４ ４ ４ ５ ６ （３）土質定数 １，現場状況 ２，液状化判定に使用する土質定数 ３，ＦＥＭ解析に使用する土質定数 ７ ７ ８ （４）設計外力の算定 （地震応答解析） １，設計外力 ２，動的解析で使用する設計外力 ３，地震応答解析 ４，地震応答解析結果 ９ ９ ９ １０ （５）液状化の判定 １，耐震設計上の地盤種別 ２，液状化の判定 １２ １２ （４）自重変形解析 １，自重変形解析 ２，ＦＥＭ解析モデル ３，ＦＥＭ解析結果 １３ １３ １４ （５）結果の整理 省略 堤防の液状化大地震時残留変形を有限要素法を用いた自重変形解析にて実施した。 使用プログラム＝静的ＦＥＭ「ＧｅｏＦＥＡＳ 群馬大学・フォーラムエイト」 本例は紙面の都合により、 レベル２地震動（地震応答解析によるせん断応力を用いて算定したＦＬ値）のみ掲載した。 (株)ブルドジオテクノ 1 (１)基本方針 １，本解析の内容 本解析は、既設海岸堤防のレベル２地震に対する液状化の影響を考慮した沈下量を概略推定するため に、ＦＥＭ解析(静的照査)法による変形解析「ＧｅｏＦＥＡＳによる自重変形解析」を行う。ただし、 調査箇所は断面に対し１箇所であるため、基盤面及び各地層の傾斜・構成等は不明であるため水平層と 仮定した。本設計に使用している数値及び諸定数等については、調査結果及び支給値はそのまま使用し ているが、それ以外のものについては一般値又は仮定値を用いている。今後これらの数値等の相違が判 明した場合には、再度安全性等を照査する必要がある。 ２，構造諸元 設置場所 九州管内 海岸堤防 堤防 傾斜型（コンクリート被覆式）, 盛土による土堤防 高 さ： ７.４ｍ 天端幅： ６.６ｍ 敷 幅：３８.２ｍ ３，本解析の目的 目的 設計状態 想定する荷重など 解析の目的 沈下量予測 地震時 レベル２ 液状化を考慮した堤防の自重沈下量を推定する ４，設計方針及び参考文献 漁港海岸保全施設の耐震性能設計のガイドライン（案）（平成２２年水産庁漁港漁場整備部防災漁村課） 港湾の施設の技術上の基準・同解説 （２００７年日本港湾協会） 河川構造物の耐震性能照査指針・解説（平成２４年国土交通省水管理・国土保全局治水課） 道路橋示方書Ⅴ耐震設計偏 （平成１４年） 河川砂防技術基準 同解説（国土交通省河川局・日本河川協会） 河川堤防の構造検討の手引き（平成２４年国土技術研究センタ－） 河川堤防の地震時変形量の解析手法（平成１４年国土技術研究センタ－） 液状化に伴う流動の簡易評価法（１９９９年安田、吉田、安達ら） 弾塑性地盤解析セミナー資料（平成２６年フォーラムエイト） 2 (２)概要 １，耐震検討（地震時の残留沈下） ①耐震検討チャート図 土質定数の設定： 試験値の適用 設計外力の算定 レベル２ 液状化の判定 ＦＬ法による液状化判定 解析モデル（二次元） 定数の推定・仮定 １次元地震応答解析（ＵＷＬＣ） 液状化を考慮した土質定数の決定 （１）地震前の変形解析 ＧｅｏＦＥＡＳ により解析（自重変形解析） （２）液状化後の変形解析 （３）液状化層の体積圧縮変位量の解析 安全性の確認 ②目標性能 荷重状態 目標性能 レベル２（タイプⅠ） 液状化による残留沈下量 ＜ 越流しない高さ レベル２（タイプⅡ） ③地域係数 ・耐震設計の地域別補正係数 道路橋示方書Ⅴ耐震設計偏 Ｃz＝１.００ ２，土質定数（液状化を考慮した定数を含む） 番号 層種 定数表 １ 盛土・埋土 液状化判定に使用する定数 自重変形解析に使用する定数 ２ 沖積土(水位以上) ３ 沖積土(水位以下) ４ 洪積土 3 ＰＡＧＥ＝７ ＰＡＧＥ＝８ ３，設計外力 ①地盤の特性値Ｔｇをもとに地盤種別→Ⅱ種地盤 ②地震動の水平震度を算出「漁港海岸保全施設の耐震性能設計のガイドライン（案）」 （レベル１） ＝０.１ （Ｐ２２表8） （レベル２タイプⅠ）＝０.２６ （レベル２タイプⅡ）＝０.３０ ＰＡＧＥ＝ ③被覆コンクリート ＦＥＭ上はソリッド要素としてモデル化 無筋コンクリート単位体積重量 ２２.６（ｋＮ／ｍ３） 港湾の施設の技術上の基準・同解説Ｐ２９８ 消波ブロック ２０.０（ｋＮ／ｍ2） 発注者指示 転石 １０.０（ｋＮ／ｍ2） ④消波ブロック及び捨石 ＦＥＭ上は積載荷重として加力 ⑤地下水（地上部含む） 対象とする地下水等は海水を対象とする 海水の単位体積重量 １０.１（ｋＮ／ｍ３） 理科年表 ４，液状化の判定 ①上記水平震度を用いて、地表面－２０ｍまでの土層に対して、「道路橋示方書Ⅴ耐震設計 偏 平成２４年版」に基づいて液状化の判定を実施。 ②液状化の判定に用いる全上載圧及び有効上載圧は、地表面から計算する。 ③使用プログラム：「杭基礎の設計 フォーラムエイト」 ５，解析モデル（二次元ＦＥＭ） ①ＦＥＭ解析モデル ・側方の境界の影響を少なくするため、解析領域の幅は天端中心から両方向にそれぞれ堤 敷幅の５倍を目安として設定する。 （堤防（土堤）の地震時変形解析計算例Ｐ９参照） ・モデルの境界条件は、モデルの両側面は水平変位を固定とし、モデル底面は水平変位と 鉛直変位を固定とした。 ・水平メッシュ分割は、平均Ｎ値より推定計算したＶｓ値をもちいて波長（Ｌm）を算定 し、Ｌ／５を分割する厚さの目安値としてメッシュ分割を行った。 ・鉛直メッシュ分割は、堤防直下及び法尻かた堤高の２倍程度の範囲は０.５～１ｍ程度 で分割し、その外側は２～５ｍ程度とした。 解析モデル図 ＰＡＧＥ＝ 4 ②要素適用モデル 記号 液状化層 構成則 モデル方式 盛土 弾性 せん断剛性低減材料 沖積土（地下水位以上） 弾性 せん断剛性低減材料 沖積土（地下水位以下）注１ 液状化しない 弾性 せん断剛性低減材料 沖積土（地下水位以下） 液状化する バイリニア弾性 液状化材料 沖積土（地下水位以下）注２ 液状化しない 弾塑性 ＭＣ(モールクーロン) ＊上記土層は、ＦＥＭ解析上ではソリッド要素（面要素）として取り扱う。 ＊液状化層及びせん断剛性低減層の数値算定はプログラム内で自動計算する。 （以下に概要掲載） 注１：液状化層より上、中間にある層。 注２：液状化層より下にある層。 「ＧｅｏＦＥＡＳ」ヘルプより 「ＧｅｏＦＥＡＳ」ヘルプより ６，有限要素法による自重変形解析及び体積圧縮変位量の解析 ①液状化の剛性低下 液状化層の剛性低下を考慮した解析では、右図のよう に経路に従って、この仮定を追跡し、変形量を算定 する。 「フォーラムエイトセミナー資料」より ②液状化後の沈下：右下図より液状化層のN1の平均値と液状化の判定で得られる液状化に対する抵抗率FL を用いて、液状化層の体積ひずみを求め、液状化層の層厚を乗じて、液状化層の体積圧縮に伴う沈下量を 5 求める。 (プログラム内自動計算) 「ＧｅｏＦＥＡＳヘルプ」より ③液状化後の変形解析 有限要素法を用いた自重変形解析では、 （1）地震前（液状化前）の変形解析 （2）地震後（液状化時）の変形解析を行なう。 両者の差分が、液状化による変位量ということになる。また、この解析方法では、（3）液状化層の体 積圧縮に伴う沈下量（変形解析）については考慮されないため、それを別途算定し、合算することで、 堤防全体の変位量を求める。 ７，安全性の確認 堤防の沈下高さが設定水位より上側である場合は、この堤防は危険ではないことになり、 設定水位より下側である場合は、この堤防は危険であることになり何らかの対策を求められ る。 土堤防の保護コンクリート天端に着目し、天端の沈下量を算出し検討する。 6 (３)土質定数 １，現場状況 ２，液状化判定に使用する土質定数 ボーリング調査結果及び室内試験等により設定した土質定数を以下に示す。 7 ３，ＦＥＭ解析に使用する土質定数 液状化の判定の項で、算定したＦＬ値及び要素モデルを以下に示す。 8 (４)設計外力の算定 １，設計外力 ＊地震レベル：レベル２（タイプⅠ、タイプⅡ） タイプ１＝発生頻度が低いプレート境界に生じる海洋形の大規模な地震 タイプ２＝発生頻度が極めて低いマグニチュード７級の内陸直下型地震 ２，動的解析で使用する設計外力 ＊レベル２タイプ１ ＊八戸波 １９６８年Ｎ－Ｓ （出典：ビルディングレター） ＊作用時間=２０秒、最大加速度＝２２９.７ＧＡＬ ＊レベル２タイプ２ ＊神戸ポートアイランド １９９５年Ｎ－Ｓ （出典：日本道路協会） ＊作用時間＝２０秒、最大加速度＝－７０６.６ＧＡＬ ３，地震応答解析 使用プログラム ・動的ＦＥＭ解析コード：ＵＷＬＣ（群馬大学／フォーラムエイト） 二次元 全応力法モデル「ＨＤモデル」により、各層に作用する最大せん断応力を算定する。 9 ４，地震応答解析結果 八戸 神戸 10 八戸 神戸 11 (５)液状化の判定 １，耐震設計上の地盤種別（道路橋示方書Ⅴ耐震設計編Ｐ２５） ＴG ：地盤の特性値(sec) Ｈi：i番目の地層の平均せん断弾性波速度(m/sec) ＴG＝４ 粘性土層の場合 Ｖsi = 100Ｎi1/3 (1≦Ｎi≦25) 砂質土層の場合 Ｖsi = 80Ｎi1/3 (1≦Ｎi≦50) Ｎi：標準貫入試験によるi番目の地層の平均Ｎ値 i ：当該地盤が地表面から基盤面までn層に区分される時の、 地表面からi番目の番号 地盤の特性値Ｔo(s) 地盤種別 Ｔo ＜ ０.２ Ⅰ種地盤 ０.２ ≦ Ｔo ＜ ０.６ Ⅱ種地盤 ０.６ ≦ Ｔo Ⅲ種地盤 n Ｈi i=1 Ｖsi 耐震設計上の地盤種別の計算 Ⅲ種地盤 ２，液状化の判定（道路橋示方書Ⅴ耐震設計編Ｐ１２１） 使用プログラム ・杭基礎の設計（フォーラムエイト） 12 (６)自重変形解析 １，自重変形解析 使用プログラム ・静的ＦＥＭ解析コード：ＧｅｏＦＥＡＳ（群馬大学／フォーラムエイト） 二次元 プログラムが持つ「H19河川構造物の耐震性能照査指針対応」機能を用いて解析を行う。 本解析のフローを以下に示す。 （ＧｅｏＦＥＡＳヘルプより） ２，ＦＥＭ解析モデル 天端の沈下量の算定は、堤防天端Ｃｏｎ部分の鉛直方法の各節点での値を平均する。 13 ３，ＦＥＭ解析結果 14
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