砂地盤中の杭基礎の繰返し水平載荷挙動に関する実験的研究と土の構成モデルの開発

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単杭および群杭に対して一連の水平載荷試験を行い、基礎の水平抵抗の発揮メカニズムや各杭の荷重分担率の変化、フーチング回転の問題などを系統的に明らかにするため、一連の室内模型実験を実施した。特に、近年、送電線基礎として広く用いられる深礎(短杭)について、山岳部に施工された場合を想定して水平抵抗特性を調べる実験を行った。斜面近傍の短杭の水平支持力特性は種々の極限地盤反力分布モデルが提案されているが、その妥当性を実験的に検討するため、乾燥砂により模型斜面を作製し、その斜面肩近くにアルミニウム製の模型杭(短杭)を設置して水平載荷する一連の試験を行った。基礎のタイプは単杭と4本群杭の各ケースである。斜面から基礎までの距離を変化させた検討、載荷高さを変化させた検討などを併せて実施して、その抵抗特性をとりまとめた。以上と平行して砂の繰返し載荷履歴を考慮した構成モデルを構築し、三次元弾塑性有限要素法による数値解析を用いて各実験ケースの結果をシミュレートすることを試みた。初めに杭基礎を含まない土のみの場合に本構成モデルが有効であるか検証するため、盛土の地震時挙動の数値シミュレーションを行った。他機関の盛土の動的遠心模型実験結果を引用して、その再現を行ったものである。一方、上述のような短杭の模型実験の結果を三次元弾塑性有限要素法により再現することも試みた。模型実験で実測された現象の力学的機構(地盤内の応力分布、杭に発生する曲げひずみの分布など)の解釈を目的とした。その結果、解析は模型実験の結果を定量的によく再現し得ることが確認された。今年度の実験的、解析的研究を通じて、斜面近傍の短杭の水平支持力に影響を与える要因(杭間隔、載荷高さ、斜面からの距離など)に関する様々な知見を得た。本課題の成果の一部は海外の国際会議等において発表した。