砂地盤中の杭の水平抵抗に関する基礎的研究〜微小の変位から大変位に至る杭のp-y関係のモデル化〜

本研究では,砂地盤中の単杭のp-y関係に及ぼす地盤の相対密度Dr,杭径Dの影響を明らかにし,現行設計法で用いられるバイリニア型p-y関係との比較を行う目的として,単杭のp-y関係を直接計測することができる分割杭を開発し,水平載荷実験をnGの遠心力場内で実施した.この結果以下の結論を得た.(1) 初期地盤反力係数k_<hi>は換算杭径nDの増加と共に低下する応力レベルによる寸法効果を有し,この寸法効果はDr=85%で顕著に見られ,相対的にDr=60%では影響は小さい.(2) 同様に極限地盤反力P_<max>にも換算杭径nDの増加に伴い低下する寸法効果が存在し,Dr=85%の方がDr=60%より顕著である.(3) 相対密度60%,85%および10mm<換算杭径nD<500mmの範囲において,単杭のp-y関係を双曲線型p-y関係でモデル化することにより,少なくとも杭径の20%杭頭水平変位まで単杭の水平載荷実験をシミュレート可能である.(4) バイリニア型p-y関係は設定変位量以上では,杭頭水平変位,最大曲げモーメントおよびその位置を過小評価する.(5) 初期地盤反力係数は地盤の弾性係数に比例し,弾性係数に与える地盤の相対密度,歪みレベル依存性および杭径の影響を考慮することによって算出可能である.(6) 極限地盤反力は杭前面に土くさびを仮定した極限平衡法およびφ‘の応力依存性を取り込みことによって算出可能であるが,特に相対密度の小さな場合には,土くさびの形成が困難となり,地盤内で発揮されるφ'は小さくなる.Terzaghiの提唱したφ'=tan^<-1>(2/3tanφ')を用いることにより良好な結果を得た.

本研究では,砂地盤中の単杭のp-y関係に及ぼす地盤の相対密度Dr,杭径Dの影響を明らかにし,現行設計法で用いられるバイリニア型p-y関係との比較を行う目的として,単杭のp-y関係を直接計測することができる分割杭を開発し,水平載荷実験をnGの遠心力場内で実施した.この結果以下の結論を得た.(1) 初期地盤反力係数k_<hi>は換算杭径nDの増加と共に低下する応力レベルによる寸法効果を有し,この寸法効果はDr=85%で顕著に見られ,相対的にDr=60%では影響は小さい.(2) 同様に極限地盤反力P_<max>にも換算杭径nDの増加に伴い低下する寸法効果が存在し,Dr=85%の方がDr=60%より顕著である.(3) 相対密度60%,85%および10mm<換算杭径nD<500mmの範囲において,単杭のp-y関係を双曲線型p-y関係でモデル化することにより,少なくとも杭径の20%杭頭水平変位まで単杭の水平載荷実験をシミュレート可能である.(4) バイリニア型p-y関係は設定変位量以上では,杭頭水平変位,最大曲げモーメントおよびその位置を過小評価する.(5) 初期地盤反力係数は地盤の弾性係数に比例し,弾性係数に与える地盤の相対密度,歪みレベル依存性および杭径の影響を考慮することによって算出可能である.(6) 極限地盤反力は杭前面に土くさびを仮定した極限平衡法およびφ‘の応力依存性を取り込みことによって算出可能であるが,特に相対密度の小さな場合には,土くさびの形成が困難となり,地盤内で発揮されるφ'は小さくなる.Terzaghiの提唱したφ'=tan^<-1>(2/3tanφ')を用いることにより良好な結果を得た.