液状化解析のための固液2相系の波動吸収境界条件の開発

液状化解析のように、固体と水の2相系におけるFEM非線形解析の場合、大記憶容量・時間領域解析による長時間化・不経済性が代表的な問題の1つであった。そのため、本研究では、これまでにBiotによる固体-水の運動方程式にパラキシャル近似を用いて導いていた吸収境界条件のうち、u(固体変位)-w(液体相対変位)による定式化によるモデルの信頼性について定量的な評価を試みたものである。このu-w定式化は、単相系(uのみ;線形)に対するLysmerの解と同様に、粘性(ダッシュポット型)境界条件となっているため、既存のプログラムに容易に組み込める形となっている。本研究では、2相系の2次元FEM有効応力解析(液状化解析)プログラム(名称:NUW2)をすでに開発して、その妥当性を実験等で確認しているので、このNUW2に上記の吸収境界条件を適用して、2次元地盤モデルの幾何学的・地質学的および地震学的条件の違いによる誤差の評価を、吸収境界条件を装着したモデルと無対策(自由)境界モデルとについて行った。入力地震動は、エルセントロ地震(NS方向、1940)を水平震動として鉛直方向に入射させたが、提案する吸収境界が水平動のみならず上下動をもうまく吸収するかどうかを見るため、地盤モデルは中央部に不整形部を持ち、左右に平行地盤層を持つものを、解析の対象とした。得られた結果のうち、主なものは次のようなものである。(1)表層地盤の液状化解析のための吸収境界条件の定式化を提示し、既存の液状化解析プログラムへの適用性を容易にした。(2)吸収境界条件は、自由境界条件に較べて、地盤の有限領域化に伴う誤差を大幅に軽減する。(3)吸収境界条件を用いた2次元の液状化解析では、小領域地盤モデルをマイコンで処理しても、十分な精度が期待できる。(4)地震波の斜め入射、地盤の不均質性、3次元モデルのマイコン処理等が、今後の課題となる。

液状化解析のように、固体と水の2相系におけるFEM非線形解析の場合、大記憶容量・時間領域解析による長時間化・不経済性が代表的な問題の1つであった。そのため、本研究では、これまでにBiotによる固体-水の運動方程式にパラキシャル近似を用いて導いていた吸収境界条件のうち、u(固体変位)-w(液体相対変位)による定式化によるモデルの信頼性について定量的な評価を試みたものである。このu-w定式化は、単相系(uのみ;線形)に対するLysmerの解と同様に、粘性(ダッシュポット型)境界条件となっているため、既存のプログラムに容易に組み込める形となっている。本研究では、2相系の2次元FEM有効応力解析(液状化解析)プログラム(名称:NUW2)をすでに開発して、その妥当性を実験等で確認しているので、このNUW2に上記の吸収境界条件を適用して、2次元地盤モデルの幾何学的・地質学的および地震学的条件の違いによる誤差の評価を、吸収境界条件を装着したモデルと無対策(自由)境界モデルとについて行った。入力地震動は、エルセントロ地震(NS方向、1940)を水平震動として鉛直方向に入射させたが、提案する吸収境界が水平動のみならず上下動をもうまく吸収するかどうかを見るため、地盤モデルは中央部に不整形部を持ち、左右に平行地盤層を持つものを、解析の対象とした。得られた結果のうち、主なものは次のようなものである。(1)表層地盤の液状化解析のための吸収境界条件の定式化を提示し、既存の液状化解析プログラムへの適用性を容易にした。(2)吸収境界条件は、自由境界条件に較べて、地盤の有限領域化に伴う誤差を大幅に軽減する。(3)吸収境界条件を用いた2次元の液状化解析では、小領域地盤モデルをマイコンで処理しても、十分な精度が期待できる。(4)地震波の斜め入射、地盤の不均質性、3次元モデルのマイコン処理等が、今後の課題となる。