地盤の不整形性と履歴特性を考慮した群杭の非線形杭周地盤ばねのモデル化

大地震時の杭基礎の応答評価モデルを高度化するためには、杭周地盤の水平抵抗の非線形特性を水平地盤ばねに取り入れる必要がある。水平地盤ばねの剛性と極限地盤反力の算定式は平行成層地盤を前提に定められており、支持層が傾斜した地盤や、地盤改良等の施工上の原因で局所的に土性が変化した地盤への適用性は明確ではない。本研究では、このような地盤を「不整形地盤」と総称し、不整形地盤に建設された杭基礎の水平抵抗性状の解明とモデル化を目的とする。2022年度は特に、支持層の傾斜と、羽根付き杭の施工に伴う杭周地盤の緩みに着目し、それらの要因が杭の水平抵抗に及ぼす影響を分析した。(1)傾斜支持層の検討：支持層が傾斜した砂地盤に建設された杭基礎を、模型振動台実験のシミュレーションを通じて三次元有限要素法でモデル化した。この解析モデルを実大建物規模に拡張して単杭および群杭のモデルを構築し、静的に杭頭を水平載荷した。その結果、短い杭に応力が集中するという従来の知見に沿った現象に加え、杭長差の大きい群杭の水平地盤抵抗は杭長差がない場合とは異なるという新たな知見が得られた。(2)羽根付き杭の検討：粘性土に打設された羽根付き杭を、原位置水平載荷実験のシミュレーションを通じて三次元有限要素法でモデル化した。敷地地盤の材料特性と、杭－地盤間の剥離による非線形化、施工に伴う杭周地盤の緩みによる剛性と耐力の低下を考慮することで、解析は実験結果を良好にシミュレートできることを確認した。さらに、杭周地盤の緩みの領域と剛性および耐力の低減率を変数とする感度解析を行い、杭頭荷重と水平地盤抵抗に対する各因子の影響度を把握した。

大地震時の杭基礎の応答評価モデルを高度化するためには、杭周地盤の水平抵抗の非線形特性を水平地盤ばねに取り入れる必要がある。水平地盤ばねの剛性と極限地盤反力の算定式は平行成層地盤を前提に定められており、支持層が傾斜した地盤や、地盤改良等の施工上の原因で局所的に土性が変化した地盤への適用性は明確ではない。本研究では、このような地盤を「不整形地盤」と総称し、不整形地盤に建設された杭基礎の水平抵抗性状の解明とモデル化を目的とする。2022年度は特に、支持層の傾斜と、羽根付き杭の施工に伴う杭周地盤の緩みに着目し、それらの要因が杭の水平抵抗に及ぼす影響を分析した。(1)傾斜支持層の検討：支持層が傾斜した砂地盤に建設された杭基礎を、模型振動台実験のシミュレーションを通じて三次元有限要素法でモデル化した。この解析モデルを実大建物規模に拡張して単杭および群杭のモデルを構築し、静的に杭頭を水平載荷した。その結果、短い杭に応力が集中するという従来の知見に沿った現象に加え、杭長差の大きい群杭の水平地盤抵抗は杭長差がない場合とは異なるという新たな知見が得られた。(2)羽根付き杭の検討：粘性土に打設された羽根付き杭を、原位置水平載荷実験のシミュレーションを通じて三次元有限要素法でモデル化した。敷地地盤の材料特性と、杭－地盤間の剥離による非線形化、施工に伴う杭周地盤の緩みによる剛性と耐力の低下を考慮することで、解析は実験結果を良好にシミュレートできることを確認した。さらに、杭周地盤の緩みの領域と剛性および耐力の低減率を変数とする感度解析を行い、杭頭荷重と水平地盤抵抗に対する各因子の影響度を把握した。