フィルダム研究室
●平成11年度に実施した調査・試験・研究の成果概要 | ＜ダム部＞ |
フィルダム研究室
●平成11年度に実施した調査・試験・研究の成果概要
研究期間：平10〜平12
担当者 ： 山口嘉一、岩下友也、松浦旬
粗粒材料で構成されるロックフィルダムは、地震時慣性力の影響をすべり土塊の重量に設計震度を乗じた静的な水平荷重として評価する震度法で耐震設計を行っており、材料強度として静的なせん断強度を用いている。兵庫県南部地震を契機にして、重要な構造物についてはレベル１、レベル２地震動を想定した場合の耐震性能を照査することが求められている。ロックフィルダムでも地震時の粗粒材料の動的せん断特性を考慮して耐震性を評価する必要がある。
これまでに大型中空ねじり試験および大型三軸試験により、粗粒材料の動的強度特性に及ぼす影響因子について検討してきた。平成11年度では、載荷周波数を変えて動的の影響について、ねじりおよび三軸試験を行い、載荷周波数の動的強度特性に及ぼす影響を検討した。
研究期間：平11〜平13
担当者 ： 山口嘉一、佐藤弘行、山本重樹
公共工事のコスト縮減のため、地盤構造物設計の合理化が重要な課題の一つとなっている。この課題を解決するためには、地盤構造物の物性のばらつきやその分布形態を精度良く把握し、それが安全性に与える影響について評価する必要がある。地盤統計学によれば、物性のばらつきの影響を分析することが可能であり、設計の合理化に大きく寄与するものと考える。
11年度は、各種地盤物性のデータベース化およびその空間的相関性の分析を行った。一例として、ダム基礎のブランケット及びカーテングラウチングで得られたルジオン値に地盤統計学の一手法であるクリッギングを適用して場のルジオン値分布を推定し、観測値と比較することによりその適用性を検討した。その結果、クリッギングにより連続的な高透水領域の推定がある程度可能であることが分かった。
研究期間：平11〜平13
担当者 ： 山口嘉一、佐藤弘行、山本重樹
軟岩基礎上に安全でかつ経済的なダムを建設するためには、ダム基礎となる軟岩のひずみおよび応力レベルに依存する非線形変形特性、試験寸法を考慮した上で精度良く評価する手法を確立する必要がある。
11年度は、人工軟岩地盤を用いた平板載荷試験を行った。また、その非線形変形特性を考慮した数値解析による平板載荷試験のシミュレーションを行い、試験結果の再現性を検討するとともに、試験時の軟岩の挙動を把握した。
研究の結果、数値解析は、載荷板端部での破壊領域の影響がさほど大きくない沈下量/載荷板径（δ/φ）= 0.004程度までは人工軟岩の変形挙動の再現性が比較的良いことが分かった。
研究期間：平10〜平12
担当者 ： 山口嘉一、佐藤弘行、山本重樹
グラウチングはダム基礎岩盤の安全性確保のための止水工事である。しかし近年、複雑な地質条件の岩盤上への築造例が増え、確実な止水性の確保に加えて経済的なグラウチングが強く望まれている。そこで、高精度な基礎岩盤の透水特性の評価手法の開発、グラウチングの施工範囲の合理的な設計手法の確立、合理的なグラウト材料・グラウチング工法の開発のための調査を行う。
11年度は上記課題のうち、岩盤の透水特性の評価及び止水効果の判定法の検討を行った。前年度と同様の基礎的な検討に続き、グラウチング効果の評価手法として有効領域評価法を提案し既存の評価法と比較した。それにより有効領域評価法の優位性を示すことができた。
研究期間：平11〜平13
担当者 ： 山口嘉一、岩下友也、松浦旬
アースダムは土質地盤を基礎とし土質材料だけで堤体構成されるため、岩盤基礎上に建設されるロックフィルダムに比べ、地震時の挙動が複雑であり、結果としてその安定性について不明な部分が多い。特に、レベル２地震動に対して変形を考慮した耐震設計を確立する必要がある。本課題では、大規模地震に対するアースダムの変形予測手法、許容変形量の規定、耐震設計法の提案を行うことを目的とする。
11年度は、地震による設計上の許容永久変形量を規定するために、国内外のフィルダムの地震被災事例を調査し、地震動規模とダムの変形挙動の関連性について検討した。
研究期間：平９〜平11
担当者 ： 山口嘉一、岩下友也、松浦旬
兵庫県南部地震を契機として、レベル２地震動に対してのフィルダムの耐震性能を考慮することが求められてきている。フィルダムは現在、震度法により基本的な断面を設計した上で、耐震性を特に注意すべきダムについては通常等価線形化手法による動的解析を行い、照査している。しかし、レベル２地震動に対する大変形を想定したフィルダムの挙動をシミュレートするには、堤体の非線形性をより精密に表現できる解析が必要となる。
11年度は、逐次積分による非線形有効応力解析法により、密な粗粒材料の動的特性を考慮に入れた解析を行い、ロックフィルダムの耐震設計法の高度化に資する地震後の残留変位を求める解析法の検討を行った。
研究期間：平11〜平13
担当者 ： 山口嘉一、豊田光雄、有銘伸予
フィルダム建設では、近年コスト縮減、環境保全、省エネルギー等の見地から、材料採取や運搬の効率化、現場発生材料の有効利用、本体施工の合理化、工期の短縮などが求められている。また、現状の施工管理試験は多大な労力と時間を要しており試験方法の効率化が急務となっている。本調査は、フィルダムの本体工事を構成する各工種についてコストを分析し、全体の工事コストを削減するうえで効果の大きい工種について施工の合理化を図るとともに、本体施工を円滑に進めるうえで隘路となっている現状の施工管理試験方法を見直し、合理的な品質管理システムの構築を図るものである。
11年度は、２種類のフィルダムコア材料について、締固め含水比をかえた盛立試験を行い、室内と現場の締固め特性の類似性や相異点を考察した。
研究期間：平10〜平12
担当者 ： 山口嘉一、豊田光雄、有銘伸予
ダム建設の経済性を図るためには、設計、施工の合理化とあわせて材料の合理化が必要となる。本調査は、ダムサイト近傍で得られる材料を有効利用する方法として開発されたＣＳＧ工法を用いたダムの合理的な設計･施工法について検討を行うものである。
11年度は、越流した既設のＣＳＧ構造物において浸食後の堤体の形状変化、弾性波探査などを行い、越流抵抗性について検討した。
研究期間：平10〜平12
担当者 ： 山口嘉一、岩下友也、松浦旬
コンクリート遮水壁型ロックフィルダム(CFRD)は、我が国では石淵ダム等数ダムの建設の事例しかなく技術的な蓄積が少ない。しかし、最近施工技術の進歩等により、諸外国で施工事例が急速に増加している。CFRDは、他の型式のフィルダムに比べ堤体積を小さくできること等、建設コストの縮減、工期短縮などの面で大きなメリットがあるため、我が国においてもCFRDの建設構想があり、安全で経済的なダムを建設する観点から、CFRDの安定性、耐震性の評価方法、設計・施工法に関する調査研究を進める必要がある。10年度は、曲線破壊基準に基づくせん断強度についの安全率の算定について検討した。11年度は曲線破壊基準に基づくせん断強度を用いた安定解析および、施工費用の概算を行い中央コア型ロックフィルダム（ECRD）との比較を行った。
研究期間：平11〜平12
担当者 ： 山口嘉一、松浦旬
地震後迅速にダムの安全管理の技術的支援を行うため、ダムに設置された地震計の観測データを即時に土木研究所ダム部に収集するシステムを整備する。従来は、地震によるダムの安全性を確認するための地震計の観測データを収集するのに、地震発生後かなりの時間がかかっていた。本システムではマイクロ回線を利用した情報通信により、地震計の観測データ収集の即時性の向上および作業の効率化を図ることで、ダム安全管理の技術的支援を迅速に行うことを可能にする。
11年度では、土木研究所ダム部にダム地震計記録収集装置を製造、設置し、各地建管轄の一部のダムに設置された地震計記録を伝送するための中継装置との間の通信を可能にした。
研究期間：平10〜平11
担当者 ： 山口嘉一、佐藤弘行、山本重樹
大保ダム脇ダムのような軟岩上に築造されるフィルダムに対しては、設計時にその変形性を室内および原位置試験結果に基づいて高精度に評価したうえで、築造時の変形挙動を精度良く予測する必要がある。
11年度は、大保ダム脇ダム基礎を対象に実施された平板載荷試験結果の解析の高度化を図るため、試験面掘削により生じた緩みの無い地層の変形性を評価するために、異なる3つの径の載荷板を用いる方法について数値実験を行った。この結果、異なる3つの径の載荷板を用いて平板載荷試験を行うことで、表層緩みによる影響を排除し、緩みの無い地層の変形性を評価できる可能性があることが分かった。
研究期間：平７〜平11
担当者 ： 山口嘉一、岩下友也、松浦旬
近年、材料の有効利用の一環として、ロック材にダムサイト近傍の河床砂礫（円礫材）を利用するロックフィルダムの計画事例が増えている。本調査は、そのようなロックフィルダムの耐震設計を検討評価するために、粗粒材料について、室内の大型試験機を用いた要素試験により地震時の強度特性を検討するものである。
これまでに、砕石（角礫材）と河床砂礫（円礫材）の礫形状や過剰間隙水圧の発生による動的せん断強度特性への影響を検討してきた。平成11年度は、動的載荷時の粗粒材料の排水性能について検討した。
研究期間：平11〜平12
担当者 ： 山口嘉一、豊田光雄、有銘伸予
CSG（Cemented Sand and Gravel）は、現地発生材に少量のセメントを添加混合して強度増加を図り、改良盛立材としたものである。本調査は、CSGの混合、まき出し、転圧厚さなどの施工法の検討を行うものである。これらの施工法については、ほぼ確立されたところもあるがまだ不十分な点も多い。
11年度は、現場におけるCSGのせん断強度特性を把握するために、室内において同一締固めエネルギーを与えたときに母材の最大粒径が異なるＣＳＧのせん断強度について検討した。
研究期間：平11〜平13
担当者 ： 山口嘉一、岩下友也、松浦旬、山本重樹
忠別ダムは、砂礫基礎上に築造される大規模フィルダムである。砂礫基礎上のフィルダムにおける設計法を確立するために、忠別ダムの堤体材料である円礫材料（河床砂礫）の静的及び動的強度試験を行い堤体の地震時強度特性を検討する必要がある。また、砂礫基礎の浸透破壊抵抗性の評価を併せて行い、堤体および基礎の安定性の総合的評価を行う必要がある。
11年度は、忠別ダム砂礫の凍結サンプリング法により採取した乱さない試料と、再構成試料に対する室内パイピング試験結果を比較した。その結果、乱さない試料は基質部分の十分な結合力により、再構成試料よりもかなり大きいパイピング抵抗性を有していることが分かった。また、フィルタ基準に基づいて砂礫の粒度を分析した結果、十分な内部安定性を有していることが分かった。
研究期間：平11〜平12
担当者 ： 山口嘉一、豊田光雄
フィルダムの建設は大量の材料を用いる大規模盛立工事であり、品質管理を徹底し、かつ迅速化するうえで合理的な品質管理手法を開発することが望まれている。本調査は合理的な品質管理手法を考案し、現地試験を行いその適用性を検証するものである。
11年度は、実ダムのコア材料の締固め管理において、一測点当たりの測定容積が大きく、しかも多点数の迅速な測定が可能なＲＩ密度計を用いた手法で試行した。
研究期間：平10〜平12
担当者 ： 山口嘉一、豊田光雄、有銘伸予
本調査は、ロックフィルダムの築堤材料の有効利用を目的として材料試験および試験値の評価法、堤体ゾーニング、品質管理手法に関する検討を行うものである。
11年度はロック部において平行型、放射状型のゾーニングをした場合と均一型のゾーニングをしない場合の有限要素法による応力変形解析を行い、ゾーニング法の違いによる堤体内部の応力・変形状態の違いを検討した。