動土質研究室 ●平成10年度に実施した調査・試験・研究の成果概要

土構造物の耐震設計法に関する研究

　1993年釧路沖地震では沢部を横断する盛土が、また1995年兵庫県南部地震ではため池に接する盛土が大規模に破壊した事例が目立った。いずれも盛土内に浸透水や地下水が存在しており、飽和した盛土の流動破壊が疑われる事例である。本研究は、このような流動破壊の発生メカニズム、および支配要因を解明し、災害防止のための知見を得ることを目的とするものである。６〜10年度にわたり、片盛土および単純斜面模型を用いた動的遠心模型実験を行った結果、傾斜が急で密度の緩い単純斜面では流動破壊する現象を再現できた。また、締固め密度は盛土の変形に著しく影響し、十分に締め固めていれば変形は抑えられることが分かった。

浸透水の作用を受ける盛土の耐震性評価法に関する研究

　過去の地震の際、山岳部の渓流を横断する盛土に大規模崩壊が生じる例が多く見られている。盛土の一部が浸透水で飽和していることが原因となっていることが考えられる。本研究は、このような大規模崩壊の発生メカニズムおよび支配要因を解明し、災害防止のための知見を得ることを目的とするものである。そこで10年度は、単純斜面模型を用いた動的遠心模型実験を行った。その結果、斜面の流動破壊現象を再現することができ、破壊メカニズムに関する基礎的知見を得た。

地盤災害の抑止技術の開発

　本研究は、当該地域諸国において発生し得る各種地震災害のうち、地盤災害について、その予測評価技術、耐震設計・対策技術の開発を行うものである。
　10年度は第�T期への本格的な研究を目指すための準備研究として位置付けられていることから、カウンターパートとなる予定の香港科技大学工学部李助教授との打合せを通じて、研究課題の絞り込みを行った。同助教授との意見交換の結果、香港側において、同助教授が既に開発済みの解析手法をＡＰＥＣ地域に適用できるよう簡略化を行う方向で検討を行い、日本側においては、液状化事例データ・ベースを用いた液状化予測手法の開発を行うこととし、最終目標であるマスタープランにおいては両手法を併記することで合意した。

下水道施設の液状化対策に関する調査

　下水道管路施設は過去の地震において液状化による被害を受けてきた。本調査では下水道管渠施設の合理的な液状化対策について検討してきた。
　10年度は地中構造物の地震時液状化による浮上がり被害防止対策の１つとして、矢板締切り工法の効果の把握、および設計法の構築を目的とした動的遠心模型実験を行った。また、釧路沖地震で浮き上がったマンホール周辺地盤の常時微動を観測し、浮上がり被害とH/Vスペクトルとの相関を検討した。さらに、下水道管渠の地震時液状化被害を防止する観点から埋戻し土の締固めに着目し、必要な施工管理基準のあり方を見いだす目的で、全国20自治体を対象にアンケートを実施し、下水道管渠の現行の埋戻し施工における工事規定・施工実態等に関する情報の収集を行った。

大規模地震を考慮した地中構造物の耐震設計法に関する試験調査（その２）

　兵庫県南部地震において地中構造物に浮き上がりによる被害は生じなかった。現行評価法を適用すると被害が生じる判定となるため、合理的な浮上がり安定性評価手法を検討する必要がある。
　10年度は、9年度に引き続き、動的遠心模型実験により共同溝の地震時浮上がりに及ぼす地盤密度・入力地震動・地下水位等の影響について調べるとともに、実験結果を対象に現在提案されている浮上がり安定性評価手法による評価を行い、これらの手法の大規模地震時への適用性を検討した。その結果、浮き上がり安定性に及ぼす要因を明らかにすると共に、現行評価手法では浮き上がりの有無を判定することはできるが、浮き上がり量は評価することができないことを明らにした。

大規模地震時の土留構造物の挙動に関する試験調査

　兵庫県南部地震を受けて各種土木構造物の耐震設計法の見直しが行われているが、土留構造物においても大規模地震時における耐震性の評価が課題となっている。本課題は、従来型の擁壁を対象に動的遠心模型実験および有限要素解析を行い、変形を考慮した大規模地震時における耐震性評価法を提案することを目的とする。
　10年度は、重力式および逆Ｔ式擁壁の動的遠心模型実験を行い、両者の挙動の違いを調べるとともに、背面土圧について分析を行った。その結果、同一の設計震度で設計された重力式と逆Ｔ式で耐震強度に有意な差は見られないこと、躯体に作用する慣性力と土圧の位相は異なり、両者の関係は擁壁が滑動するか否かにより複雑に変化することが分かった。

長大橋梁の耐震設計法の合理化に関する試験調査（その２）

　長大橋梁基礎の経済的な設計のために、大規模地震時を想定したより合理的な設計法を確立する必要がある。
　10年度は、９年度に行われた直接基礎の動的遠心模型実験を対象とし、地震応答解析とひずみ軟化法を組み合わせた方法による基礎の地震時沈下量解析を行い、実験結果と解析結果とを比較することにより解析法の妥当性を検討した。また、同解析法を東京湾口道路3P基礎に適用し地震時沈下量解析を行った。

落石防災対策の合理化に関する試験調査（その３）

　９年度に実施された落石に関する実態調査から、現行落石便覧の発生落石エネルギー評価式は過大評価している傾向が見られた。そこで、10年度は斜面上に停止したと思われる落石の分布状況と落石重量・形状及び斜面状況との関連を調べる目的で、全国40箇所の斜面を対象に落石分布の調査を実施した。その結果、落石運動には落石の形状、質量の影響が大きいことがわかった。

堤防の耐震性向上に関する調査

　河川堤防の耐震性判定は、過剰間隙水圧を考慮した円弧滑り計算法（Δu法）によって行われているが、その他に土の動的強度を用いた計算法（動的強度法）も提案されている。これら２手法の適用性を検討することを目的に、過去の地震によって被災した堤防の20断面を対象とした安定計算を行った。
　その結果、堤防の沈下量と安全率Fsの関係において、Δu法ではFsを過小評価する傾向があり、Fsと沈下量との相関も低いのに対し、動的強度法ではある程度合理的な評価が可能であることが明らかとなった。
　また、耐震対策工の一つである固化改良について、簡便な動的解析法による固化改良体の変位予測手法を試作した。これを用い変位量を照査項目とする設計を行うことにより、現行法で設計した改良体より大幅に改良体寸法を縮小することができる可能性があることを示した。
　さらに、強震記録が得られ固結工法施工現場を対象とし、２次元等価線形解析によって未改良土の液状化抑制効果を検討し、格子間隔により未改良土及び改良壁に生じるせん断応力が大きく変化することを明らかにした。

堤防の耐震性向上に関する調査
耐震設計技術の調査

　地盤の液状化による堤防沈下量を定量的に評価できる手法が望まれていることから、液状化性地盤上の盛土の動的遠心模型実験を行うと共に、実験を対象とした有限要素解析を行い、同解析法の適用性を検討した。実験の結果、過去の地震により発生したような、比較的短い加振時間中に堤体高さの50%以上が沈下する大変形挙動が再現でき、地盤の変形メカニズムを詳細に観察した。また有限要素解析では、微少変形を仮定した計算では堤体沈下量を過大評価するが、計算結果はある程度実験で観察された現象を捉えたものとなった。

地中構造物の液状化時の安定性評価に関する試験調査

　兵庫県南部地震において地中構造物に浮き上がりによる被害は生じなかった。現行評価法を適用すると被害が生じる判定となるため、合理的な浮上がり安定性評価手法を検討する必要がある。そこで、動的遠心模型実験により共同溝の地震時浮上がりに及ぼす地盤密度・入力地震動・地下水位・地盤の不透水層存在等の影響について調べるとともに、実験結果を対象に現在提案されている浮上がり安定性評価手法の大規模地震時への適用性を検討した。その結果、浮き上がり安定性に及ぼす要因を明らかにすると共に、現行評価手法では浮き上がりの有無を判定することはできるが、浮き上がり量は評価することができないことを明らにした。