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 アンカー設計にFEMソフトをどう使うのか?
 

 

FEM解析が必要な現場  

 

 

 現在主流の解析では、過去に破壊した地すべりのような現場は、破壊面を調査し、極限平衡法によって解析・設計していると思います。

 しかしこれまで破壊経験がなく、例えば今後大きく地形変革し、その影響で破壊に至るか否かという検討をしようとする場合、皆さんはどのような方法で行っているでしょうか。多くの方は繰り返し円弧計算をかけ、最も低い安全率を示すすべり面に対して対策工などを計画していると思います。

 しかしこの計画では、最小安全率ではないが、不安定なすべり面Bに対して安全ではありません。基本的には安定解析の段階でくり返し円弧計算を行った場合は、計画安全率に達していないすべてのすべり面に対して安全なアンカーを計画しなければならないというのが理屈でしょう。しかし現実的にはそのようなことはできず、要は破壊ラインが安定解析で1つに絞れないことがおかしな解析となる原因なのです。

FEMを使ったらどうなるか

 FEM解析は微小変形理論ですので破壊の直前の状態が把握できる理論です。これを有効利用し、対策工の計画をすることを考えます。しかし現状では性能設計法に完全移行しておらず、現行の設計法とバランスを考えつつ進める必要があります。ここに示すのはひとつの案です。

 モデルとしては以下の地質と付加荷重を考えます。これをアンカー工で対策しようとする解析モデルです。


 未対策で荷重を付加した場合の長期的な斜面の安定度は以下のように解析できます。

 これは局所安全率で破壊の直前状態を探ったFEM解析結果です。法尻がまず破壊し上部に向けてすべり面が形成されるであろうことが推定できます。

 FEM解析では具体的な変位量が計算できます。また下図のように弾塑性状態も解析できます。すべり面に移行する場合は塑性状態となることがわかります。

 これにより繰り返し円弧すべり計算では複数あった破壊ラインが特定されます。

ここで現行の設計法(極限平衡法)を実施

 ここで現行の設計法を用い、予想される破壊ラインで、安定計算を行い、アンカー工を計算します。

 

FEMで計画したアンカー工を照査します

 計画したアンカーを打設した場合の斜面の動向を再びFEM解析を使って照査します。
 


 アンカーを打設したにもかかわらず、変位はほとんど変わらず破壊するように見えます。これはアンカーの打設が付加荷重の後だったために起こっています。

 次に付加荷重の前にアンカー工を打設した場合はどうなるのかを解析してみました。



 これを見るとすべり面を形成しつつあるものの、変位はアンカー工によって見事に抑えることに成功していることがわかります。

 このようにFEM解析を併用することによって、現行の設計法で説明できない部分を補填できたり、アンカー工の打設時期や定着荷重までもが議論できるようになるのです。

 みなさんも一度解析してみたらいかがですか。もっとおもしろいことができるかもしれません。

 
 本ページを作成するにあたり五大開発(株) 製「土留丸」「SSApro」 「Anchor」を使用しました 。
 
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