epsによる道路盛土の外的全体安定検討地すべり地 … · epsd - 20 盛土高さ...

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ＥＰＳによる道路盛土の外的全体安定検討

地すべり地のＥＰＳ盛土安定性検討をＦＥＭ地盤解析

目次（１）基本方針１．本計算書の説明３４３

２．道路諸元３４３３．設計方針３４４４．参考資料３４４５．設計の目的３４４６．本ＦＥＭ解析の位置付け３４４

（２）概要１．設計チャート図３４５２．使用プログラム３４５３．検討方法３４５４．解析条件３４６５．設計目標性能３４６６．解析モデルの説明３４６

（３）土質・材料定数１．土質調査・試験結果３４７２．動的解析に使用する土質・材料定数３４７３．静的解析に使用する土質・材料定数３４８

（４）設計外力１．動的解析で使用する地震波形３４９２．静的解析で使用する設計水平震度３４９２．その他の荷重３４９３．荷重の組み合わせ３４９

（５）動的ＦＥＭ解析１．検討計算のフロー３５０２．入力モデル図３５０３．解析結果図（計画）３５１～３５２４．解析結果図（工事前）３５３～３５４５．動的ＦＥＭ解析結果３５５６．動的ＦＥＭ解析結果の評価３５５

（６）静的ＦＥＭ解析１．検討計算のフロー３５６２．入力モデル図３５６～３５７３．解析結果図（①工事前）３５８４．解析結果図（②造成時）３５９５．解析結果図（③盛土時）３６０６．解析結果図（④常時）３６１７．解析結果図（⑤地震時→加力）３６２８．解析結果３６３９．静的ＦＥＭ解析結果の評価３６３

（７）安定性の判定結果検討結果３６３

＊地山への影響を含め動的＋静的ＦＥＭ地盤解析で検討する。

（株）ブルドジオテクノhttp://www.bulld.net/

斜面道路 EPS盛土

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（１）基本方針

１．本設計の説明

本検討は、発注者の求めによりＥＰＳ工法による道路盛土による地すべり斜面(地山全体）への影響を検討する。本検討は外的安定問題を取り扱うものであり、内的安定問題は行わない。検討箇所は別紙配置図の通りとする。検討状態（設計荷重条件）としては、常時と大地震時を想定する。検討手法は、せん断強度低減法(二次元静的ＦＥＭ)による安全率の算定及び変位値の検討考察によるが、設計水平震度（水平慣性力）は動的解析結果による換算静的震度を採用する。対象地盤は、調査・試験の行われていない部分は対象外とする(概要図参照)。本検討は地山の盛土設置部分の安定性が解析対象であり地滑りに対する検討は行わない。地滑り・落石等への検討及び対応は本検討の範囲外とする。

概要図（計画）

①地形概要：設置地域は、山岳(EL=220m)地区であり東西へ山頂が連なっている。最西端の山地は途切れており、孤立した分布状況である。盛土設置箇所の近傍には断層帯が走っている。近隣は地滑り防止地区であり、法尻地域には一部に崩落山がある。また、当該地区は土砂災害危険箇所に指定されており、現地には落石や小規模地滑り箇所が多数存在する。②地盤概要：当該地盤は、玄武岩山地であり、基盤は概してＮ値１００以上の頁岩である。

２．道路諸元

工事場所福岡県福岡市地内

幅員１５.０ｍ

ＥＰＳＤ-２０

盛土高さ９.０ｍ

のり勾配１：１.８

既設地山との接合段切りによる腹付け


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３．設計方針道路土工要綱（日本道路協会）道路土工のり面工・斜面安定工指針（日本道路協会１９９９）ＥＰＳ工法設計・施工基準書（案）（発泡スチロール工法開発機構２００７）

４．参考資料土木・建築にかかる設計の基本（国土交通省２００２）土木構造物の耐震設計ガイドライン（案）（土木学会２００１）技術者のためのＦＥＭシリーズ①はじめて学ぶ有限要素法（地盤工学会平成１５年）技術者のためのＦＥＭシリーズ②弾塑性有限要素法がわかる（地盤工学会平成１５年）技術者のためのＦＥＭシリーズ③弾塑性有限要素法をつかう（地盤工学会平成１５年）設計用地盤定数の決め方－土質編－（地盤工学会２００７）設計用地盤定数の決め方－岩盤編－（地盤工学会２００７）有限要素法による地滑り解析（日本地すべり学会２００６）地盤の動的解析－基礎理論から応用まで（地盤工学会）動的解析と耐震設計[第１巻]地震動・動的物性（土木学会）動的解析と耐震設計[第２巻]動的解析の方法（土木学会）

５．設計の目的基礎設置地盤（基礎地盤）に対して、設定した外力による影響を推定し安全性の判断を行う。

荷重状態想定する荷重設計荷重への対応

常時常時作用する荷重常時作用力

地震時１回～数回遭遇する荷重大地震時

設計手順チャート

地すべり安定性検討

ＥＰＳ工法概略計画

盛土荷重の算定

ＥＰＳ工法の地すべり安定性検討（注１）①内的安定検討（対象外）②外的安定検討（検討対象）

ＥＰＳ工法の細部設計

本検討で実施する部分（注１）外的安定のみ対象。

「ＥＰＳ工法設計・施工基準書（案）Ｐ６４を参考」

６．本ＦＥＭ解析の位置付け本解析は、ＦＥＭ解析で一般的に行われている以下の項目のうち、用途上②、③のみを行う。

① 数値解の解析解による検証

② 構成モデルの決定

③ 使用コードによる解析

④ 実験又はフィールドデータによる妥当性の確認

⑤ 各種コード間の比較

⑥ その他必要と思われる検証

「地盤の動的解析－基礎理論から応用まで（地盤工学会）」Ｐ２記述を参考


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（２）概要

１，設計チャート図

ＥＰＳ工法の地すべり安定性検討（注１②外的安定検討（検討対象）

設計条件（モデル）の設定：

土質定数の決定試験値の適用定数の推定・同定

設計外力の算定

動的ＦＥＭ解析（二次元）ＵＷＬＣレベル２地震

変位・応力・加速度の算定

ＦＥＭ解析結果の評価①誤差評価：アスペクト比・メッシュ細分化の評価

静的ＦＥＭ解析（二次元）ＧｅｏＦＥＡＳ弾塑性によるステージ解析

せん断強度低減法による全体安全率の算定 ①工事前②常時③地震時

安定性の判断

ＥＮＤ

２，使用プログラム

・動的ＦＥＭ解析コードＵＷＬＣ（郡馬大学工学部鵜飼研究室／フォーラムエイト）

解析結果との比較資料・論文「高規格堤防盛土設計・施工マニュアル（平成１２年３月）」リバーフロント整備センター

・静的ＦＥＭ解析コードＧｅｏＦＥＡＳ（郡馬大学工学部鵜飼研究室／フォーラムエイト）

解析結果との比較資料・論文・有限要素法による堤防の液状化時安全性評価法の提案（フォーラムエイト）・静的弾塑性地盤解析に関するセミナー（せん断強度低減法に関する資料）（フォーラムエイト）

せん断低減法の詳細解説せん断強度低減法は、「有限要素法による地すべり解析山海堂」Ｐ６３～７０に詳しい。

３，検討方法

内容手法使用プログラム：

静的ＦＥＭ解析地山の弾塑性解析及び全体安全率を算定（全応力法）ＧｅｏＦＥＡＳ

動的ＦＥＭ解析地山の動的変形及び応力の算定（全応力法）ＵＷＬＣ

安定性の判断安全率による。

検討モデルの取り扱い地盤モデル：ボーリング実施深さまでをカバー安全率や荷重の検討に使用


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４，解析条件

内容手法

解析次元二次元

解析条件平面ひずみ解析

解析手法全応力法

安全率の計算せん断強度低減法

せん断強度低減法による斜面安全率計算手法の概要説明ＰＡＧＥ＝省略

せん断強度低減法による斜面安全率計算手法の解説書ＰＡＧＥ＝省略（開発者発行）

５，設計目標性能

① 目標性能

荷重状態目標性能

常時 ①安全率Ｆｓ≧１.２（のり面・斜面安定工指針Ｐ１６６）

地震時 ①安全率Ｆｓ≧１.０（のり面・斜面安定工指針Ｐ１７５）

＊安全の検証は、＊断層については、詳細な調査を行っていないため、ここでは適当なモデル化を行い、その影響を考慮するよう努めた。・動的ＦＥＭ解析モデル：弾性モデル・静的ＦＥＭ解析モデル：ジョイント要素とした。

６，解析モデルの説明

動的解析モデル図

静的解析モデル図

奥行き（幅）１ｍ当たりにつき算定


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（３）土質・材料定数

１．土質調査・試験結果

地盤調査ボーリング調査（柱状図）ＰＡＧＥ＝省略土質・地盤試験結果ＰＡＧＥ＝省略

２．動的解析に使用する土質・材料定数

①強度定数層番号土種類 φ (ﾟ) Ｃ(kN/m2) γ(kN/m3) φ：内部摩擦角１シルト質粘性土０１５０１５Ｃ：粘着力２砂質シルト０１８１１６ γ：単位体積重量３シルト質粘土０１３８１６４砂質シルト０１６９１６５粘性土２６２１９１６６砂混じりシルト２６２４４１６７風化岩３６１４７０２３８頁岩４５２３５０２６９風化岩４２１１００２４１０風化岩４０９５０２４１１路体（砂質土）３２７５１８１２盛土（砂質土）３０５６１７１３ＥＰＳ０.２０（注１）１４断層１６１５舗装Ｃｏｎ２４.５

②変形定数（注意２）層番号土種類解析モデルＧｏ(kN/m3) ν σm'(kN/m2) ｍ１粘性土ＨＤ１２７３５２０.４０６００.６２粘性土ＨＤ１５４１０８０.４０１０６０.６３粘性土ＨＤ１２８１８６０.４０８００.６４粘性土ＨＤ１４６９３８０.４０１０２０.６５粘性土ＨＤ１７４６９１０.４０２２１０.６６粘性土ＨＤ１８７７６００.４０３６２０.６７岩盤ＨＤ７７０２０６０.２５５７８０.６８岩盤ＨＤ１１５７０２３０.２５１３６２０.６９岩盤ＨＤ８２９１４２０.２５５２４０.６１０岩盤ＨＤ８９２４８３０.２５５０６０.６１１砂質土ＨＤ１１３４９４０.３３４８０.５１２砂質土ＨＤ１０２３７００.３３１７００.５層番号土種類解析モデルＥo(kN/m3) ν１３ＥＰＳ弾性５００００.１２１４断層弾性２８０００.４５１５舗装Ｃｏｎ弾性２０００００００.２０Ｇｏ：初期せん断剛性ν：ポアソン比σm'：初期平均有効拘束圧ｍ：指数Ｅｏ：初期弾性定数注１：ＥＰＳ工法設計・施工基準書（案）による注２：記載は初期値とし、ひずみ依存を考慮した最終採用値は別ページに記載する

③地盤構成モデル（解析で使用する土質・地盤モデル）構成要素

表層地盤平面ひずみ要素基盤岩路体・盛土ＥＰＳ，舗装境界条件・底面：固定条件

・側面：鉛直方向＝自由、水平方向＝固定


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３．静的解析に使用する土質・材料定数

①強度定数層番号土種類内部摩擦角φ (ﾟ) 粘着力(kN/m2) 単位体積重量(kN/m3)１シルト質粘性土０１５０１５２砂質シルト０１８１１６５粘性土２６２１９１６６砂混じりシルト２６２４４１６７風化岩３６１４７０２３８頁岩４５２３５０２６１１路体（砂質土）３２７５１８１２盛土（砂質土）３０５６１７１３ＥＰＳ０.２０（注１）１４断層１６１５舗装Ｃｏｎ２４.５

②変形定数層番号土種類解析モデル弾性定数(kN/m3) ポアソン比ダイレタンシ－角 (ﾟ)１粘性土ＭＣ－ＤＰ６７２０００.４００２粘性土ＭＣ－ＤＰ８１２０００.４００５粘性土ＭＣ－ＤＰ９８００００.４０２６６粘性土ＭＣ－ＤＰ１０９２０００.４０２６７岩盤ＭＣ－ＤＰ１２００００００.２５３８８岩盤ＭＣ－ＤＰ４２００００００.２５４５１１砂質土ＭＣ－ＤＰ８４００００.３３３２１２砂質土ＭＣ－ＤＰ７８４０００.３３３０１３ＥＰＳ弾性５００００.１２１４断層ジョイント２８００注１１５舗装弾性２００００００００.２０

注１：ＥＰＳ工法設計・施工基準書（案）による＊ＭＣ：モールクーロンモデル（説明ＰＡＧＥ＝省略）③地盤構成モデル（解析で使用する土質・地盤モデル）

構成要素表層地盤平面ひずみ要素基盤岩路体・盛土ＥＰＳ，舗装境界条件・底面：固定条件

・側面：鉛直方向＝自由、水平方向＝固定


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（４）設計外力

１，動的解析で使用する地震波形

本書は、代表として上記１波のみ掲載する。（一般には３波で検討する）①地震波：エルセントロ (El Centro) 1940 NS②最大加速度＝341.7(cm/s/s）③継続時間：５３.７６秒④出典：日本建築センター（1994年研究助成版）

２，静的解析で使用する設計水平震度

設計水平震度のり面工・斜面安定工指針Ｐ１７５

設計水平震度地域別補正係数標準設計水平震度地盤種別ｋh ｃ (福岡県) ｋo(大地震)

大地震０.１４０.７０．２ Ⅱ種ｋh＝ｃ・ｋo ｋh：設計水平震度

ｃ：地域別補正係数（Ｐ１７６、７の参図３－２）地盤種別：以下によりＵＳＥⅡ種

地盤種別 Ⅱ種ＰＡＧＥ＝２１

＊道路中心の鉛直断面で検討。

設計水平震度のり面工・斜面安定工指針付録５．設計水平震度ｋh 地震時慣性力用震度の計算

大地震０.３６ＰＡＧＥ＝２２

ＵＳＥ設計水平震度０.３６

水平慣性力３.５４

最大加速度抽出ＰＡＧＥ＝省略

３，その他の荷重

設計条件載荷重 (kN/㎡)

常時１０.０

４，荷重の組み合わせ

常時自重

大地震時自重＋大地震の影響

エルセントロ (E l Cen tro ) 1940 NS

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 10 20 30 40 50 60

継続時間（ｓ）

加速

度（

cm

/s/


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（５）動的ＦＥＭ解析

１，検討計算のフロー

動的ＦＥＭ解析（ＵＷＬＣ）・二次元（幅１ｍ当たりにつき算定）

・設計条件（モデル）・土質定数・設計外力の設定

動的ＦＥＭ解析（ＵＷＬＣ）全応力解析

初期応力：コード内で自動計算非線形による動的解析：地表面最大加速度を算定（静的震度に換算：設計外力を参照）①盛土時②工事前

動的解析の設定条件・積分方法：ＮｅｗＭａｒｋ－β法・質量マトリックス：コンシスタント質量マトリックス・減衰マトリックス：コンシスタント減衰マトリックス(ただし、粘性減衰としてRayleigh減衰を考慮するため、コンシスタント減衰マトリックスを適用)

結果の整理

ここに：本検討計算

２，入力モデル図

①盛土時

②工事前


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３，解析結果図（計画）

モデル図全体変位（１０倍最大時）

主応力図主ひずみ図

Ｘ方向変位コンタ図Ｙ方向変位コンタ図

Ｘ方向応力コンタ図Ｙ方向応力コンタ図

せん断応力コンタ図せん断ひずみコンタ図


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Ｘ方向ひずみコンタ図Ｙ方向ひずみコンタ図

時刻歴図－Ｘ方向変位（１）時刻歴図－Ｘ方向変位（２）

時刻歴図－Ｘ方向変位（３）時刻歴図－Ｘ方向変位（４）

時刻歴図－Ｘ方向加速度（１）応答スペクトル－Ｘ方向加速度


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４，解析結果図（工事前）

モデル図全体変位（１０倍最大時）

主応力図主ひずみ図


Ｘ方向応力コンタ図Ｙ方向応力コンタ図

せん断応力コンタ図せん断ひずみコンタ図


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Ｘ方向ひずみコンタ図Ｙ方向ひずみコンタ図

時刻歴図－Ｘ方向変位（１）時刻歴図－Ｘ方向変位（２）

時刻歴図－Ｘ方向変位（３）時刻歴図－Ｘ方向変位（４）

時刻歴図－Ｘ方向加速度（１）応答スペクトル－Ｘ方向加速度


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５，動的ＦＥＭ解析解析結果

以上の結果から、説明出来る内容を以下に述べる。（一部のみ抜粋する）

①時刻歴図（Ｘ方向変位図）で１，２，３，４点を計画時と工事前で比較。水平変位（ｍ）盛土地点（注１）盛土のり尻崖下部頂上部状態Ｎｏ．１Ｎｏ．２Ｎｏ．３Ｎｏ．４計画時０.１４０.１３０.０９０.１８工事前０.１２０.１２０.０９０.１８

＊注１：盛土地点は、計画時は盛土天端・工事前は地山天端で同一ではない。直接比較できないので参考程度。

②水平変位は、Ｎｏ.２のみ盛土を行ったために１ｃｍほど大きくなっている。これは、盛土荷重による慣性力

の影響であると思われる。

③地表面加速度は、計画時は工事前よりも９％ほど大きくなっている。（計画＝１２.４４m/s2、工事前＝１１.４１m/s2)

④応力の検討は、動的解析に使用した定数が静的解析のための定数であり（動的試験によっていない）ため行わない。

以下省略

６，動的ＦＥＭ解析結果の評価

①誤差評価：アスペクト比・メッシュ細分化の評価ＰＡＧＥ＝省略


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（６）静的ＦＥＭ解析

１，検討計算のフロー

静的ＦＥＭ解析（ＧｅｏＦＥＡＳ）弾塑性解析・二次元（幅１ｍ当たりにつき算定）

・設計条件（モデル）・土質定数・設計外力の設定

ス ①工事前：現状（変位＝０）：ＰＡＧＥ＝３５８

テ②造成時：切土施工：ＰＡＧＥ＝３５９

｜

ジ ③盛土時：施工後：ＰＡＧＥ＝３６０

解④常時：：ＰＡＧＥ＝３６１

析

⑤地震時：→加力：ＰＡＧＥ＝３６２

結果の整理

２，入力モデル図

①工事前：現状・水位を入力（図のように）・初期応力算定とするため（変位＝０）

②造成時：切土直後を想定・水位を入力（図のように）


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③盛土時・施工後・水位を入力（図のように）

④常時・載荷重を作用・水位を入力（図のように）

⑤地震時・→加力・水位を入力（図のように）


358

３．解析結果図（①工事前）

解析モデル変形図

省略（変位＝０）

主応力図（最大）主ひずみ図（最大）

局所安全率コンタ図

最大ひずみ増分コンタ図（安全率）


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４．解析結果図（②造成時）

解析モデル変形図（Ｘ２０倍）（最大）





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５．解析結果図（③盛土時）






361

６．解析結果図（④常時）






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７．解析結果図（⑤地震時）







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８，解析結果

設計条件全体安全率のり尻部水平変位(cm) 土層応力（のり尻箇所）（せん断強度低減法）（静的絶対値）（せん断応力）(kN/m2)

①工事前２.９８５ ≧ １.２０変位なし（＝０設定）０.１６許容値内

②造成時(切土工) ２.９８４ ≧ １.５００.００ｃｍ０.２０許容値内

③盛土時２.６７３ ≧ １.５００.１６ｃｍ（盛土直後）４.９５許容値内

④常時２.６０７ ≧ １.２００.１９ｃｍ４.８６許容値内

⑤地震時：→加力１.４３４ ≧ １.００５.０７ｃｍ３.８０許容値内

＊解説・詳細は別紙参照。

検討結果詳細ＰＡＧＥ＝省略

静的解析に使用する震度ＰＡＧＥ＝省略

９，静的ＦＥＭ解析結果の評価

①誤差評価：アスペクト比・メッシュ細分化の評価ＰＡＧＥ＝省略

（７）安定性の判定結果

設計条件全体安全率（せん断強度低減法）

①工事前２.９８５ ≧ １.２０

②造成時(切土工) ２.９８４ ≧ １.５０

③盛土時２.６７３ ≧ １.５０

④常時２.６０７ ≧ １.２０

⑤地震時：→加力１.４３４ ≧ １.００

＊解説・詳細は別紙参照。

検討結果詳細ＰＡＧＥ＝省略

変位に関する考察省略

応力に関する考察省略


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