砂地盤中の杭基礎の繰返し水平載荷挙動に関する実験的研究と土の構成モデルの開発

沙地基桩基水平循环荷载性能试验研究及土本构模型开发

• 批准号: 12750441
• 负责人: 若井 明彦
• 金额: $ 1.02万
• 依托单位: Gunma University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750441/
• 关键词: 杭基礎; 水平支持力; 模型実験; 弾塑性; 有限要素法; 斜面; 土の構成則; 地盤反力

単杭および群杭に対して一連の水平載荷試験を行い、基礎の水平抵抗の発揮メカニズムや各杭の荷重分担率の変化、フーチング回転の問題などを系統的に明らかにするため、一連の室内模型実験を実施した。特に、近年、送電線基礎として広く用いられる深礎(短杭)について、山岳部に施工された場合を想定して水平抵抗特性を調べる実験を行った。斜面近傍の短杭の水平支持力特性は種々の極限地盤反力分布モデルが提案されているが、その妥当性を実験的に検討するため、乾燥砂により模型斜面を作製し、その斜面肩近くにアルミニウム製の模型杭(短杭)を設置して水平載荷する一連の試験を行った。基礎のタイプは単杭と4本群杭の各ケースである。斜面から基礎までの距離を変化させた検討、載荷高さを変化させた検討などを併せて実施して、その抵抗特性をとりまとめた。以上と平行して砂の繰返し載荷履歴を考慮した構成モデルを構築し、三次元弾塑性有限要素法による数値解析を用いて各実験ケースの結果をシミュレートすることを試みた。初めに杭基礎を含まない土のみの場合に本構成モデルが有効であるか検証するため、盛土の地震時挙動の数値シミュレーションを行った。他機関の盛土の動的遠心模型実験結果を引用して、その再現を行ったものである。一方、上述のような短杭の模型実験の結果を三次元弾塑性有限要素法により再現することも試みた。模型実験で実測された現象の力学的機構(地盤内の応力分布、杭に発生する曲げひずみの分布など)の解釈を目的とした。その結果、解析は模型実験の結果を定量的によく再現し得ることが確認された。今年度の実験的、解析的研究を通じて、斜面近傍の短杭の水平支持力に影響を与える要因(杭間隔、載荷高さ、斜面からの距離など)に関する様々な知見を得た。本課題の成果の一部は海外の国際会議等において発表した。

在单个桩和组桩上进行了一系列水平载荷测试，并进行了一系列室内模型实验，以系统地阐明在基础上施加水平电阻的机制，每个桩的载荷共享速率的变化以及旋转旋转的问题。特别是，进行了实验以检查深基础（短桩）的水平电阻特性，这些基础（短桩）近年来已被广泛用作电力传输线基础，假设它们安装在山区。已经提出了各种极端的地面反作用力分布模型，用于在坡度附近的短桩的水平轴承能力特性，但是为了在实验上检查这些桩的有效性，进行了一系列测试，其中使用干砂制造了模型坡度，并在铝制模型桩（短桩）中安装了坡度（短桩）。基础类型是单桩和四组桩盒。我们还进行了从坡度到基础的距离改变的研究，并研究了改变负载高度并编制了电阻特征的研究。与上述同行，我们考虑了沙子的重复载荷历史记录，并尝试使用三维弹性塑料有限元法使用数值分析来模拟每个实验案例的结果。首先，为了验证该构成模型在仅使用不含桩基础的土壤时是否有效，对路堤的地震行为进行数值模拟。这是对其他发动机的路堤的动态离心模型实验的结果的再现。另一方面，我们还尝试使用上述三维弹性塑料有限元方法来重现短桩模型实验的结果。目的是解释在模型实验中测得的现象的机械机制（例如地面内的应力分布，桩中产生的弯曲应变的分布等）。结果，证实该分析能够定量地重现模型实验的结果。通过今年的实验和分析研究，获得了有关影响斜坡附近短桩的水平轴承能力的各种知识（例如桩间距，负载高度，距离斜坡的距离等）。该问题的一些结果在海外国际会议上提出。

项目成果

Akihiko Wakai,Keizo Ugai and Masayoshi Sato: "Finite element simulation for dynamic centrifuge test of a simple slope"Proc.10th International Conference of the Association for Computer Methods and Advances in Geomechanics. Vol.2. 989-992 (2001)

Akihiko Wakai、Keizo Ugai 和 Masayoshi Sato：“简单斜坡动态离心测试的有限元模拟”Proc. 计算机方法与地质力学进展协会第十届国际会议。

Akihiko Wakai,Keizo Ugai,Masayoshi Sato and Takashi Tazo: "Numerical analysis for seismic behavior of a slope based on a simple cyclic loading model"4th International Conference on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and Siol Dynamics.

Akihiko Wakai、Keizo Ugai、Masayoshi Sato 和 Takashi Tazo：“基于简单循环荷载模型的斜坡地震行为数值分析”第四届岩土地震工程和 Siol 动力学最新进展国际会议。

Jorge A. Martinez Mesen, Keizo Ugai, Fei Cai, Akihiko Wakai: "3D elasto-plastic FE analysis of piles subjected simultaneously to horizontal soil displacements and lateral forces at the pile head"Proc.5th International Conference on Deep Foundation Practic

Jorge A. Martinez Mesen、Keizo Ugai、Fei Cai、Akihiko Wakai：“同时承受水平土位移和桩头侧向力的桩的 3D 弹塑性有限元分析”Proc.5th International Conference on Deep Foundation Practical

Kwang-Seok Chae, Keizo Ugai, Akihiko Wakai: "Three-dimensional finite element studies of the behavior of short pile subjected to lateral load near a sandy slope"Journal of the Korean Geotechnical Society. Vol.17,No.3. 41-50 (2001)

Kwang-Seok Chae、Keizo Ugai、Akihiko Wakai：“沙坡附近短桩承受横向荷载行为的三维有限元研究”韩国岩土工程学会杂志。

Kwang-Seok Chae, Keizo Ugai, Akihiko Wakai: "The influence of a slope upon the lateral resistance of a deep foundation"Proc.5th International Conference on Deep Foundation Practice. 151-158 (2001)

Kwang-Seok Chae、Keizo Ugai、Akihiko Wakai：“坡度对深基础横向阻力的影响”Proc. 第五届国际深基础实践会议。