農業用圧力管路屈曲部の力学挙動の解明と老朽水路の長寿命化への展開

圧力管路の屈曲部においては，内水圧と屈曲角度に応じてスラスト力が作用する．スラスト力は，管路に周辺地盤との相対変位を発生させ，継手の離脱を引き起こす原因となる．それゆえ，埋設管路の安定性を評価する上では，周辺地盤との相互作用により決定される管路の移動量を定量的に予測することが必須であるものの，地盤反力が著しく低下する液状化時における管路の移動量を予測する手法は確立されておらず，各種対策の要否を検討する上で重要な課題である．今年度は，新規に製作した実験土槽を用いて，アルミ製模型管の水平載荷実験を実施した．上向き浸透流により有効応力を変化させた地盤内で，荷重制御と変位制御の二通りの手法で模型管に水平変位を与えた．実験結果の比較から，有効応力に応じた水平変位量と水平抵抗力の関係は，異なる載荷の制御方法で同様であることが示された．水平載荷実験により得られた変位－抵抗力関係について双曲線近似を施した結果，地盤有効応力の低下は，双曲線の初期勾配ならびに最大水平抵抗力に影響を及ぼすことが明らかとなった．最大抵抗力は，既往研究で提案されている支持力係数と，過剰間隙水圧を考慮した有効単位体積重量を用いて算定できることが明らかとなり，埋設深や管径等の各種埋設条件を考慮した変位－抵抗力関係の予測式を構築した．さらに，模型実験に対して，間隙水を考慮した個別要素法（DEM）による数値シミュレーションを実施した．上向き浸透流を流体格子間の水圧勾配で表現することにより，地盤粒子間接触力（有効応力）の低下を再現可能であることが確認された．有効応力に応じた地盤粒子の変位分布および粒子間接触力の分布状況から，管の変位に伴い受働側地盤が大きく隆起すること，接触力が管側から下方に向かって発達すること等が確認され，液状化時において，水平抵抗力を効果的に確保する補強工法の開発に寄与する知見が得られた．

圧力管路の屈曲部においては，内水圧と屈曲角度に応じてスラスト力が作用する．スラスト力は，管路に周辺地盤との相対変位を発生させ，継手の離脱を引き起こす原因となる．それゆえ，埋設管路の安定性を評価する上では，周辺地盤との相互作用により決定される管路の移動量を定量的に予測することが必須であるものの，地盤反力が著しく低下する液状化時における管路の移動量を予測する手法は確立されておらず，各種対策の要否を検討する上で重要な課題である．今年度は，新規に製作した実験土槽を用いて，アルミ製模型管の水平載荷実験を実施した．上向き浸透流により有効応力を変化させた地盤内で，荷重制御と変位制御の二通りの手法で模型管に水平変位を与えた．実験結果の比較から，有効応力に応じた水平変位量と水平抵抗力の関係は，異なる載荷の制御方法で同様であることが示された．水平載荷実験により得られた変位－抵抗力関係について双曲線近似を施した結果，地盤有効応力の低下は，双曲線の初期勾配ならびに最大水平抵抗力に影響を及ぼすことが明らかとなった．最大抵抗力は，既往研究で提案されている支持力係数と，過剰間隙水圧を考慮した有効単位体積重量を用いて算定できることが明らかとなり，埋設深や管径等の各種埋設条件を考慮した変位－抵抗力関係の予測式を構築した．さらに，模型実験に対して，間隙水を考慮した個別要素法（DEM）による数値シミュレーションを実施した．上向き浸透流を流体格子間の水圧勾配で表現することにより，地盤粒子間接触力（有効応力）の低下を再現可能であることが確認された．有効応力に応じた地盤粒子の変位分布および粒子間接触力の分布状況から，管の変位に伴い受働側地盤が大きく隆起すること，接触力が管側から下方に向かって発達すること等が確認され，液状化時において，水平抵抗力を効果的に確保する補強工法の開発に寄与する知見が得られた．