消波構造物を支持する砂地盤の波浪による流動化機構の研究

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本研究は、海底地盤の力学挙動を室内実験及び数値解析を用いて解明しようとしているものであり、得られた研究成果は以下のとおりである。1.海底地盤の挙動を解明するにあたり重要かつ基本的な事項である水平地盤の作製は、スリットを有する頂角30°高さ640mmのサンドポッパー(表面はステンレス製)を用いて試料を空中落下させることにより作製した。この方法では、スリットの幅(最大20mmまで可変可能)及びポッパーの移動速度、落下高さを調整することにより任意の密度(相対密度Dr=25〜95%)の地盤を作製できる。また、本模型土槽(長さ2000mm、高さ700mm、奥行き600mm)のような比較的大きな土槽においても均一に模型地盤を作製できる利点がある。2.波浪場における構造物・地盤の力学挙動は、2次元平面ひずみ模型土槽と波浪を再現可能な装置を用いて調べている。この装置は波浪力を鉛直方向、水平方向各2本のロッドによって再現するものである。海底地盤に伝わる変動水圧は土槽上部に拘束板を設置し、ボリュームスターを介して変動圧を載荷することにより再現している。このシミュレートは、実海域での構造物下での任意点の応力を弾性解によって求め、模型地盤の任意点の応力と等しい条件の下で相似則(応力の縮尺1/κ、長さの縮尺1/λ)を導入し、各ロットの分担力を算出した。この4本のロッドにより波浪を再現するには、各ロッドの位相差が非常に重要であることが示された。3.波浪ような繰返し載荷を受ける構造物・地盤系の破壊は、要素試験での非排水せん断挙動と類似の考え方で結果の整理が可能であることがわかった。また、繰返し回数の増加にともない間隙水圧の上昇はみられるが、その破壊はいわゆる液状化挙動とは異なり、側方流動によるところが大のようである。4.波浪力による地盤の流動破壊に対する抵抗力は、構造物の基礎形状を工夫すること(例えば構造物底部に側壁の設置)、及び地盤内に矢板を設置することにより効果が現れるが、側壁の長さ及び厚さ、矢板の設置位置によってかなり変化することがわかった。