2015年3月23日月曜日

有効応力法と全応力法 その4

「河川堤防構造検討の手引き」2012 では一般全応力法が採用されています。
http://www.jice.or.jp/siryo/t1/201202090.html

3年前に改訂されたのですが、以前は有効応力法か全応力法かの記載はありませんでした。というか、全応力法前提で書かれていましたので、砂質土はCU試験となっていました。読めば分かる仕様です。
問題はため池の場合と逆で、基礎地盤などに高透水性材料があった場合です。CUでなく、CD試験が必要になります。

全応力法であることを知ってか知らずか、「砂質土でなぜCUなのだ!CDだろ!」「中間土はCUBが良い!」「砂はφ評価」という技術者が多かったように思います。中間土のCUB、φ'評価は全応力法ではダメですが、排水材料のCDは必要でした。これを受けてか、3年前の改訂で、砂質土(排水材料)でもCD,CUBが使用できるようになりました。一般全応力法によることも明記されています。(低拘束圧による試験実施も記載されました。)

どの程度の技術者が、調査計画やサンプリング後の試験提案で、基準に対応できているのかわかりません。が、基準自体はより親切かつ具体的になっていますので、対応できないのは技術者側に問題があるということになります。気を付けましょう。

2015年3月22日日曜日

有効応力法と全応力法 その3

「土地改良事業計画設計基準 設計ダム技術書 フィルダム編」では、条件により全応力法と有効応力法の使い分けが定められています。

完成後の地震時の安定計算では、先の文献の排水条件と同じ有効応力法の式が採用されています。これは、ロック材など透水性の高い材料は即時排水するため、地震に起因する間隙水圧ueやせん断による過剰間隙水圧usは発生しないという考え方でしょう。

一方、地震荷重により圧密排水しないような透水性の低い材料(非排水材料)に適用すべき式は基準で省かれています。
非排水材料は地震荷重に対し、それに応じた間隙水圧ueが発生します。そのため、文献内の式では地震荷重と相殺されています。が、せん断時の過剰間隙水圧usはそのまま残ります。有効応力法ではこれを考慮しなければなりませんが、基準ではその式が省かれているのです(ロック材と同じ式を使用することになっています)。

ため池の円弧すべりでは、ダム基準が適用されます。地域性もありますが、締固めた堤体などに粘性土が使われていることも多々あります。その場合、せん断時に正のダイレイタンシーを引き起こそうとしますが、非排水材料=定体積(水が入ってこない)ですので、負の過剰間隙水圧usが発生します。σ'=σ-u-us(ueは相殺)ですので、本来はσ'が負のusによってσ-uより大きくなるはずです。が、上記基準に従えば考慮されません。結果、堤体の強度(σ'tanφ')を過小評価することになります。その影響は先の論文のFsに表れていた通りです。

ため池基準、耐震基準は改訂されるようですが、それらの安定計算式の参照先であるダム基準はアナウンスがありません。文献と異なり、上記の影響は小さいという考えなのでしょうか?まだ私が知らない実証があるのかもしれません。
http://www.maff.go.jp/j/council/seisaku/nousin/gizyutu/h26_4/
ま、「何かおかしい」と思った際には上記も含めてチェックすべきでしょう。

次は河川。



2015年3月20日金曜日

有効応力法と全応力法 その2

先の2つ目の文献では、有効応力法も全応力法も、正しく計算すれば同じ安全率が得られるという計算例が載っています。
この文献では一般全応力法に目が行きがちですが、有効応力法の計算例も共に載っている文献としてレアですね。
http://ci.nii.ac.jp/lognavi?name=nels&lang=jp&type=pdf&id=ART0005447927

ただ、過剰間隙水圧usの計算箇所だけ詳しく書かれていません。簡単すぎて過程を省かれたのでしょうか?
とりあえず、表5(2)のusの部分だけ、計算結果を追ってみました。上に計算式を付けています。あっているでしょうか?

c' φ' ccu φcu
kN/m2 kN/m2
10 33 195 16.2
σ0=σ-u τf=ccu+σ0tanφcu σ'=σ0-us
(=(τf-c')/tanφ')
us=σ0-σ' Us=usl
m kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m
4.6 7 197.0 288.0 -281 -1293
2 23 201.7 295.2 -272 -544
1.9 25 202.3 296.1 -271 -515
4.4 26 202.6 296.5 -271 -1190

c' φ' ccu φcu
kN/m2 kN/m2
10 33 160 9.6

σ0=σ-u τf=ccu+σ0tanφcu σ'=σ0-us
(=(τf-c')/tanφ')
us=σ0-σ' Us=usl
m kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m
10.7 187 191.6 279.7 -93 -992
10.2 206 194.8 284.6 -79 -802
5 200 193.8 283.1 -83 -415
5 185 191.3 279.2 -94 -471
10.2 141 183.8 267.7 -127 -1292
8 97 176.4 256.2 -159 -1274


EXCELで計算したのですが、round 関数を使用していませんので端数は合いません。が、ほぼ同じ結果です。この計算で良いのでしょう(1箇所だけ大きく違いますが文献のミスでしょうか?)。
CUBの間隙水圧が、せん断面で発生している水圧かどうかは不明です。が、「わからないから無視する」よりは、使用した方が正解に近づくということでしょう。

続きは後日。

2015年3月17日火曜日

有効応力法と全応力法

今月の地盤工学会誌は「ため池・アースダムの耐震」特集でした。

ニューマークD法が紹介されています。今年度より実務で使われるようになりましたが、本格的な利用は来年度以降でしょうか?

読み進める中で、懐かしい言葉が目に入りました。

「圧密時有効応力法」

いわゆる全応力法のことです。雑誌「基礎工」で2002年に連載されていた「基礎の設計-優しい基礎知識」で目にしたのをよく覚えています。当時は容易に理解できず、「どこが優しいの?」と、何度も読み返した記憶があります(今でもすぐに忘れて見返しますが)。筆者は同じ龍岡先生です。

全応力法(一般全応力法、φ=0法など)と有効応力法ですが、実務ではあいまいに用いられていると思われます(情けないですが、私もあいまいに用いています)。が、定義は比較的はっきりしています。以下は三笠の一般全応力法中心の解説ですが、全応力法と有効応力法の違いを知るには参考になると思います。

http://repository.kulib.kyoto-u.ac.jp/dspace/handle/2433/175674
http://ci.nii.ac.jp/lognavi?name=nels&lang=jp&type=pdf&id=ART0005447927
http://ci.nii.ac.jp/els/110003334642.pdf
(3つ目の文献で言われる間隙水圧は、せん断時の過剰間隙水圧のことです)


要は、せん断時のダイレイタンシーに伴う過剰間隙水圧usをσ0に加える(σ'=σ0-us=σ-u-us)のが有効応力法、c・φ側に反映して考慮するのが全応力法です。
安定計算で必要なパラメーターは以下の通り異なります。
有効応力法:σ0(=σ-u)、us、c'、φ'
(一般)全応力法:σ0(=σ-u)、ccu、φcu、(cd、φd)

間隙水圧(静水圧)uはどちらも考慮されています。
が、稀に間隙水圧を考慮しない全応力σを使うのが全応力法と言われている技術者もいらっしゃいます。この辺、言葉が紛らわしいですね。全応力法を「圧密時有効応力法」、σ0を「有効な全応力」(usを差し引いていないので有効応力ではない)と先の文献で言われるのは、その辺をはっきりさせるためかもしれません。

有効応力法の場合、破壊時に発生する過剰間隙水圧usを反映しがたいという欠点があります。実際に測定できているのかどうかが分からない(おそらく測定できていない)ということでしょう。そのため、実務上はusを無視し、静水圧を引いたσ0を使用することが多いですね。その影響については2つ目の文献で触れられています。
一方、全応力法ではすべてのパラメーターを測定可能です。が、現場条件や排水条件によって強度が変化しますので、どの土質がどの時点の現場条件(応力状態)が最も危険側になるかを考えて試験を計画する必要があります。一般全応力法はそのようなニーズによって誕生したのでしょう(あいまいに使っているので、偉そうに言える立場ではありませんが)。

続きは後日。





2015年3月14日土曜日

構造物の3次元可視化

設計者でも、CG屋でもないのですが、構造物や道路計画の3次元可視化を行ってます。

最初は地質分布の妥当性・整合性確認や計算用モデル作成、計算結果のチェックなど、主に地下の可視化を行っていました。それを見ていた設計者が、徐々に地表構造物を(うまーく)入れ込んできました。

3月に入ってからは、他の技術者の設計結果、他社の調査結果を可視化しています。当初、このような可視化のみという作業に興味はありませんでした(というか、否定的でした)。が、作業を進めて行く内に、他の技術者の設計結果を後追いするのも、たまには良いかもしれないと思うようになりました。例えば、工種間の調整が取れていない部分の洗い出しや、構造物同士の干渉チェックができましたので。

今回は数km程度の広域の可視化だったのですが、いくつか問題がありました。
地質なら地形5mメッシュ、地下10mメッシュで十分な見栄えになります。が、そこに構造物が載ると全くダメ。構造物のスケールと、全体のスケール(作り込み)が違いすぎます。構造物にクローズアップすると、地表の粗さが目立ちすぎるのです。やはり可視化対象のスケールに合わせ、個別に作成するべきでしょうね。そのあたりは、見せ方やソフトの選定まで、CGのプロに頼るべき所でしょう。

以前、NHK で深層崩壊のCGを放送されていました。木を動かしたり、粉じんや土砂の飛散を表現したり。CG屋さんはすごいですね。とても印象に残っています。
LSFLOW など同じ斜面崩壊の計算結果において、あのような木が揺れ動く、土砂が押し寄せるといったポスト処理を簡単に実現してくれないものでしょうか?(粒子法だと土砂の飛散は既に実現されていますけど)
誰か作ってくれませんかね。


2015年3月11日水曜日

土砂はノンコア?オールコア?

もう一つ、積算絡みです。

近年、「土砂がノンコア積算になっているが、オールコアではないのか?」と、お客様に確認されている技術者を見かけることがあります。

お客様の積算システムに、土砂のオールコア単価はおそらく存在しません。推察ですが、海上ボーリングなどで実施する「ケーシング掘り」をイメージして、基準が作成されたのだろう思われます。
一方、私が入社したころには、既に(海上ボーリング以外は)土砂でもオールコア採取でコア箱に納められていました。これは、「土層境界の判別」「すべり面の判定」に必要なためです。作業環境上、陸上ではスライム処理が困難となる場合が多いことも理由の一つでしょう。

特に、地すべり調査では標準貫入試験不可&オールコア採取ですので、ノンコアでの積算は矛盾します。
このような背景もあってか、全地連の赤本(平成25年版)で、土砂の「オールコア」が新設されました。地質屋さんが「オールコアではないのか?」と確認する背景はココにあると思われます。

残念ながら、まだ「オールコア」を適用されたことはありません。
上記努力が受け入れられ、「オールコア」が適用されるまでには、少し時間がかかりそうです。

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20151013追記
最近は「建設物価」にも土砂のオールコア単価が載っています。適用はもうすぐでしょうか。

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20151110追記
お客様から問い合わせがありました。
通常の調査では半ペネ半コアの場合が多いと思います。その場合、厳密には貫入箇所(45cm)はノンコア、残りはオールコアの積算になります。現場の手間は変わりませんが、数量計算は煩雑になります。

2015年3月9日月曜日

解析等調査業務

積算絡みでは、地質調査業務の解析等調査業務の計上についても、よく問い合わせがあります。多くは、以下の内容です。

「断面図作成が、直接調査とコンサル業務で2重計上されている。誤りではないか?」

これ、誤りではありません。2重計上ではなく、1つの作業を2分割して計上する積算手法になっています(27年度は未確認です)。

国交省設計業務等標準積算基準書平成23年度版<標準積算基準書>
第2編 地質調査業務
http://www.mlit.go.jp/tec/gyoumu_sekisan.html
http://www.mlit.go.jp/common/001068099.pdf(p2-1-4、p2-2-16以降)

要は、以下の流れです。
  • 断面図作成作業などにかかる費用を「直接人件費」「直接労務費」に分割。
  • 「直接労務費」は一般調査の直接調査費として積算・計上(地質調査積算基準の「諸経費」の対象
  • 「直接人件費」は一般調査でなく、解析等調査業務(コンサルタント的調査業務)として設計業務等積算基準に従い積算・計上(設計業務等積算基準の「その他原価」の対象
問題なのは、「直接人件費」「直接労務費」の定義が書かれていない点です。各々どの作業を対象としているのか、具体的にはわかりません。そのため、2重計上か?と混乱されるのだと思われます。

個人的な解釈ですが、あえて作業を定義するなら「直接労務費」は断面図に柱状図を落とすまで、というところでしょうか?ココまでなら、どなたがされてもほぼ同じ結果となりますので。
一方、コンサルタント的調査業務は、検討が必要な作業、例えば、断面図作成であれば調査目的(力学特性や水理特性)に応じた土層区分を行い、ボーリング間の土層ラインのつなぎ方を検討する、といった作業に該当すると考えるのが妥当ではないでしょうか?解析等調査業務は、積算基準に書かれている通り、「一般調査業務の調査資料に基づく高度な技術力を有する業務」ですので。
つまり、「断面図作成に関しては、すべてが高度な作業ではなく、部分的に一般的な能力で実施できる作業も含まれる。その費用は一般調査として計上し区分しましょう。」という意図だと思います。

あと、ボーリング本数での補正も問題ですね。業務内で1本掘っただけで、既存ボーリングを数本見なおし、新たな知見を加えて土層線を引き直した場合でも、補正係数はn=1本と解釈されることが多いですね。この場合は作業が格段に増えますので、「直接人件費」の補正係数は既往ボーリングも含めた数が正解だと思います(あまり金額は変わりませんが)。一方、既往ボーリングを見直さず、その基準に従って判断し線をつないでいく作業であれば、n=1で良いと思います。
お客様としては、これも定義がないので、業務で実施した本数にならざるを得ないのでしょう。

ボーリングを掘ったら、必ずコンサル業務(既往資料収集・現地調査、資料整理とりまとめ)が計上されることになります。また、断面図が必要な場合もコンサル業務(断面図等の作成)の計上が必要です。2重計上ではなく、国交省さんの上記理由に基づいた結果なのです。


2015年3月8日日曜日

1軸+簡易CU試験の価格

「簡易CU試験の価格を知らないか?」と問い合わせがありました。

話を伺ってみますと、この方が言われる簡易CU試験は、「1軸3供試体+簡易CU1供試体」のことでした。で、調べても単価が載っておらず、わからないとのこと。

この手法は港湾関連でしか実施したことがないのですが、それゆえ単価を気にしたことはありませんでした。見積もりを作成する場合は1軸3供試体+三軸CU1供試体で積み上げていましたが、通常、港湾であればお客様が独自にお持ちですので。

国土交通省では公開されています。
東北地方整備局港湾空港部「建設資材等価格」 26年度上期
¥42,300-
http://www.pa.thr.mlit.go.jp/kakyoin/manual/pdf/H26dshizai-1.pdf

余談ですが、簡易CU試験(CU3供試体)も掲載されていますね。通常のCU試験より安くなっているのはなぜでしょう?


2015年3月7日土曜日

サンドドレーンとサンドコンパクション

サンドドレーン(SD)と、サンドコンパクションパイル(SCP)ですが、液状化対策、強度増加、圧密促進など、地盤改良工として使用されています。

主にSDは圧密促進、SCPは液状化対策や構造物基礎の支持力増加といった目的を持って採用されていると思うのですが、事例をみると混在しているようです。また、以前読んだ高速道路建設時の事例では、SDの沈下促進効果をほぼ否定されていました。

これらの本質について、残念ながら私は理解できていません。整理しておきましょう。
まずは、一般的な違い。この辺は多くの方が疑問に思わないところでしょう。

工法について。
http://www.umeshunkyo.or.jp/108/prom/236/page.html

護岸、岸壁、防波堤、構造物の基礎等、液状化現象対策、地盤沈下対策
砂質土:液状化防止、地盤沈下低減、せん断強度増加
粘性土:圧密促進、残留沈下の低減、せん断強度増加
http://ja.wikipedia.org/wiki/サンドコンパクションパイル工法

護岸・埋立地・盛土の沈下促進等
粘性土:圧密沈下促進、せん断強度増加
http://ja.wikipedia.org/wiki/サンドドレーン工法

東日本大震災では、SCPで液状化防止に効果あり。東京ディズニーランド。

不同沈下に制約があったり、盛土荷重のみで規定の強度増加を達成できない。(バーチカルドレーンとプレロードでは対応できない)
→盛土による圧密効果(強度増加)よりも大きく、地盤変形を抑制できるSCP(p105)
バーチカルドレーンによる盛土安定管理のフロー(p107)
地盤工学会「地盤工学・実務シリーズ11 地盤改良効果の予測と実際」


ここから、あいまいな点です。

SDと低置換SCPの違いについて。
SDの砂杭も排土杭であり、サーチャージをかけなくても圧密した例がある。
境界はどこ?違いは砂杭の硬さ?
http://ci.nii.ac.jp/naid/110003975531

阪神・淡路大震災ではSDで液状化に効果あり。
http://www.nikken.co.jp/ja/archives/pdf/0575-01.pdf

高速道路の事例
バーチカルドレーンは、ほとんどの場合、実測データから明確な沈下促進効果(残留沈下低減効果)を確認することができず、実際には強度増加促進効果を狙った安定対策工として用いられてきた。ただし、長期間の沈下追跡調査によって、SDによる沈下促進効果が確認される事例が出てきた。(p56)
「高速道路の軟弱地盤技術」鹿島出版会

やはり、何が工法の本質で、どのような地盤への適用が正解かよくわかりませんね。調査時に何に着目すれば良いのか絞れません。


余談ですが、上記の地盤工学会の図書に、面白い記載がありました。バーチカルドレーンの最終沈下量は一般的に以下の通りとなるようです。
mv法 ≦ e-logP法 < Cc法
ただし、実測沈下量はそれぞれ0.8~1.6倍にばらつくので、圧密定数(特にPcやe0)をいかに適切に設定するかの方が重要(P61)

層厚によりますが、圧密試験は他の物理試験ほど数多く実施されることはありません。その割に、結果のばらつきが大きく、定数設定時に悩むことが多いと思います。数多く実施しても、ばらつきますので、結果的に平均的かつ安全側の値を決める事になると思います。その結果、0.8~1.6倍となるのでしょう。


SD、SCPが、液状化や強度増加に効果ありというのは感覚的にも理解できます。圧密も理解できますが、現場調査・室内試験から施工に至るまでの定量的な判断は、まだまだ難しいのでしょう。
こういった課題が残っているのは、面白いと思います。



2015年3月6日金曜日

軟岩・硬岩の区分

最近、軟岩・硬岩の区分について2現場から問い合わせがありました。

いずれも全く別の現場だったのですが、内容は共通。「今、現場で掘削を行っているが、その岩が軟岩か硬岩か知りたい」とのこと。
両者とも施主側からの問い合わせだったのですが、直接のお客様ではなかったので、簡単なアドバイスで終わりました。

岩判定の場合、必要に応じてシュミットハンマーと弾性波測定の2種を実施します(トンネルを除く)。実際は、ある程度経験上の判断があって、それに合うかどうかといった確認の意味でシュミットをたたくことの方が多いようですね。
こういった分野でも技術の伝承?がうまくなされていないのでしょう(と言う私も、なされていない)。

基本は、国交省さんや電力さんの分類に従えばよいのですが、文章だけではなかなかイメージ・判断できないでしょうね。
岩をたたいて直感的に「軟らかい=軟岩」と判断する技術者の方が、「10~20MN/m2以下=軟岩」と思う技術者より圧倒的に多いと思います。「これは軟岩」「これは中硬岩」などと、物をたたきながら教えられてきましたので、そういった感覚が身についているのだと思います。経験工学ですので。

そういえば以前、文章を整理しましたね。原文よりはわかりやすくなったと思われます。
http://phreeqc.blogspot.jp/2014/06/2.html
イメージとしては、新第三紀の堆積岩であれば多くが軟岩、他は風化していれば軟岩、新鮮でも亀裂が多ければ軟岩、少なければ(30~50cm間隔)中硬岩といった区分でしょうか?
でもこれ、岩石名が身についているのが前提ですよね。施工屋さんは岩種が分からなくても、岩の硬軟や掘削の難易で判断されるのでしょう(まさに経験工学です)。が、掘削しない、岩種もわからない方にとっては「数値で示してほしい」といったロジックに陥るのかもしれません。

今後、インフラ新設が減るにつれ、逆に上記のような問い合わせが増えるかもしれません。


2015年3月2日月曜日

水平小段

水平小段の自動作成は、Civil3D、V-Roadともにできません。
2~3段なら、工夫次第でできるのですが、それ以上になるとお手上げです。

今日は10段強の水平小段を有する切土のり面を、手で作っていました。
初めて作成するのでコツがわからなかったのですが、丸1日の作業を終えた頃、ようやく、なんとなく見えてきました。
のり面を広く作成しておき、地形との交線で切り出せば、モデル上の境界が自然に見えそうです。

1.中心線と縦断計画から、路面のみコリドーを作る。
2.小段の高さに該当する測点をピックアップ。
3.その測点から水平小段を伸ばす。(等高線とクロスさせ、広めの小段を作る。)
4.その小段のポリラインを利用し、のり面サーフェスを作成。
5.地形とのり面の土量サーフェスを作成。
6.土量サーフェスの等高線を0mのみ表示。
7.土量サーフェスから0mのラインを抽出。
8.のり面サーフェスに、0mポリラインを境界として付与。
9.地形サーフェスに貼り付け。

自動作成になれてしまうと、このような手作業は面倒ですね(昔の人は、偉いですね)。ラウンディングまで作成できませんので、実施工の範囲や境界とは全く異なりますが、モデル上は許容範囲でしょう。

Civil3D 2015 Productivity Pack 1より、TINサーフェスからソリッドを作成できるようになりました。
ただ、ブーリアン演算を介在させているのだと思いますが、エラーでソリッドができないこともあります。ま、その時は3D面(三角形)の抽出であきらめましょう。


昔、先輩が解析屋さんに、「パソコンでトンネルを掘る方が、実際に掘るより難しいなあ」と言われていましたが、よくわかりました。のり面もトンネルも、PCでモデル化する方が面倒です。