地盤変形解析装置及び地盤変形解析プログラム
【課題】地下水位の変動に伴う地盤変形の評価を一貫して合理的に行う。
【解決手段】解析対象の所定深さの地盤を透水層と不透水層に分類し、各層について、層厚、深度、初期水位、不飽和単位体積重量、水中単位体積重量及び各層が透水層であるか不透水層であるかを示す情報を入力し、入力した情報に基づいて、各層の初期水圧を計算する手段と、各層における水位を入力し、水位の変化量を求める手段と、求めた水位の変化量に基づいて、透水層において水位の変化があるか否かを判定する手段と、水位が低下したと判定された場合に、水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して荷重情報記憶手段に記憶する第１の荷重計算手段と、水位が上昇したと判定された場合に、水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して荷重情報記憶手段に記憶する第２の荷重計算手段とを備えた。
【解決手段】解析対象の所定深さの地盤を透水層と不透水層に分類し、各層について、層厚、深度、初期水位、不飽和単位体積重量、水中単位体積重量及び各層が透水層であるか不透水層であるかを示す情報を入力し、入力した情報に基づいて、各層の初期水圧を計算する手段と、各層における水位を入力し、水位の変化量を求める手段と、求めた水位の変化量に基づいて、透水層において水位の変化があるか否かを判定する手段と、水位が低下したと判定された場合に、水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して荷重情報記憶手段に記憶する第１の荷重計算手段と、水位が上昇したと判定された場合に、水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して荷重情報記憶手段に記憶する第２の荷重計算手段とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下水位の変動に伴う地盤変形の評価を行う地盤変形解析装置及び地盤変形解析プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から建築地下工事において地下常水位面以深での施工を行う場合に掘削領域を止水壁で囲って内部の地下水をディープウェル等で揚水し、地下水位を掘削底面より下げた状態でドライ施工を行うことが多い。地下水位が変動すると、掘削による除荷や構造物構築による載荷を行わなくても、地盤内の有効応力が変化し、それに伴う地盤の変形が生じる。すなわち地下水位が低下すると地盤の有効応力が増加するために沈下が生じ、逆に地下水位が上昇すると地盤の有効応力が減少するためにリバウンドが生じる。また止水壁（山留め壁）の内側で水圧の作用する深度が変化するため、壁に水平方向の変位が生じる。
【０００３】
このような現象は事実として知られており、地下施工時の地盤と構造物の沈下・リバウンド挙動、山留め壁の変形挙動等を適切に表現するためには考慮すべき問題である。有効応力の変化を浮力の増減として作用させる等の方法によりその評価が試みられている。
【０００４】
なお、先行技術として、既存建物の地下外壁の一部を利用する新規建物の地下部掘削工事における支保部材の合理化を図るために、不透水層のある山留め壁の支保性能の評価を行う手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−００００００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、地盤内に不透水層が存在する場合にはその上下の一方で水位が変化しても他方では変化せず、上位の層で荷重として浮力を与えた場合には下位の層でそれを打ち消す荷重を与える必要があるなど、現象が複雑であり、通常行われる全応力解析では表現が困難である。従来技術では、このような問題を一貫して合理的に扱う方法は提案されていない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、地下水位の変動に伴う地盤変形の評価を一貫して合理的に行うことができる地盤変形解析装置及び地盤変形解析プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、地下水位の変動に伴う地盤変形の解析を行うのに必要な荷重計算を行う地盤変形解析装置であって、荷重情報を記憶する荷重情報記憶手段と、解析対象の所定深さの地盤を透水層と不透水層に分類し、各層について、層厚、深度、初期水位、不飽和単位体積重量、水中単位体積重量及び各層が透水層であるか不透水層であるかを示す情報を入力し、入力した情報に基づいて、各層の初期水圧を計算する初期設定手段と、各層における水位を入力し、水位の変化量を求める水位算出手段と、前記水位算出手段によって求めた前記水位の変化量に基づいて、前記透水層において水位の変化があるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によって、水位が低下したと判定された場合に、前記水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して前記荷重情報記憶手段に記憶する第１の荷重計算手段と、前記判定手段によって、水位が上昇したと判定された場合に、前記水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して前記荷重情報記憶手段に記憶する第２の荷重計算手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明は、地下水位の変動に伴う地盤変形の解析を行うのに必要な荷重計算を行うために、求めた荷重情報を記憶する荷重情報記憶手段を備える地盤変形解析装置上のコンピュータで動作する地盤変形解析プログラムであって、解析対象の所定深さの地盤を透水層と不透水層に分類し、各層について、層厚、深度、初期水位、不飽和単位体積重量、水中単位体積重量及び各層が透水層であるか不透水層であるかを示す情報を入力し、入力した情報に基づいて、各層の初期水圧を計算する初期設定ステップと、各層における水位を入力し、水位の変化量を求める水位算出ステップと、前記水位算出ステップによって求めた前記水位の変化量に基づいて、前記透水層において水位の変化があるか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップによって、水位が低下したと判定された場合に、前記水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して前記荷重情報記憶手段に記憶する第１の荷重計算ステップと、前記判定ステップによって、水位が上昇したと判定された場合に、前記水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して前記荷重情報記憶手段に記憶する第２の荷重計算ステップとを前記コンピュータに行わせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、地下水位の変動に伴う地盤変形の評価を一貫して合理的に行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す荷重計算部１１の処理動作を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す荷重計算部１１の処理動作を示すフローチャートである。
【図４】図１に示す荷重計算部１１の処理動作を示すフローチャートである。
【図５】図１に示す荷重計算部１１の処理動作を示すフローチャートである。
【図６】評価対象の地盤の例を示す模式図である。
【図７】解析対象例の２次元地盤モデルの構成を示す説明図である。
【図８】図７に示す地盤モデルの地盤定数を示す図である。
【図９】モデル地盤の解析ステップを示す説明図である。
【図１０】モデル地盤の解析ステップを示す説明図である。
【図１１】解析ＳｔｅｐＡ〜Ｂにおける変形図の表示例を示す図である。
【図１２】解析ＳｔｅｐＣ〜Ｅにおける変形図の表示例を示す図である。
【図１３】各解析Ｓｔｅｐにおける掘削底面（層３の上面）における鉛直変位の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による地盤変形解析装置を説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、パーソナルコンピュータ等で構成する解析装置である。符号２は、キーボードやマウスで構成する入力部である。符号３は、液晶ディスプレイ装置等で構成する表示部である。符号１１は、地下水位の変動に伴う地盤変形の評価を行うために、事前に荷重計算を行う荷重計算部である。符号１２は、荷重計算部１１で求めた荷重情報を記憶する荷重情報記憶部である。符号１３は、荷重情報記憶部１２に記憶されている荷重情報を読み込んで、地盤の変形状態を可視化するための計算を行う変形計算部であり、例えば、有限要素法を用いた計算処理を実行する。符号１４は、変形計算部１３で計算した地盤の変形状態情報を記憶する変形計算結果情報記憶部である。
【００１３】
ここで、図６を参照して、評価対象の地盤を定義する。図６は、評価対象の地盤の一例を示す模式図である。図６に示すように、評価対象の地盤は、６層からなり、地表に近い方から、層１から層６と称する。ここでは、層１〜３、層５は、透水層であり、層４、６は、不透水層であるものとする。
【００１４】
次に、図２〜図５を参照して、図１に示す荷重計算部１１の処理動作を説明する。図２〜図５は、図１に示す荷重計算部１１の処理動作を示すフローチャートである。ここで、図２〜図５において用いている変数について定義する。ｋは、計算を複数の段階に分けて行う場合の段階番号である。ｎは、地層番号である。ＮＬは、地層の数である。ｚｗ（ｎ，ｋ）は、ｋ段階におけるｎ層の地下水位である。Δｈ（ｎ）は、ｎ層の地下水位変化量である。ｐ（ｎ）は、地層の透水性を表すフラグ（０は、不透水層，１は、透水層）である。ＨＬ（ｎ）は、ｎ層の層厚である。ｚ（ｎ）は、地層の中央深度である。γｔ（ｎ）は、ｎ層の不飽和（湿潤）単位体積重量である。γ’（ｎ）は、ｎ層の水中（有効）単位体積重量である。ｐｗ（ｎ）は、ｎ層における水圧である。γＷは、水の単位体積重量である。Ｋ０（ｎ）は、ｎ層の静止土圧係数である。
【００１５】
まず、荷重計算部１１は、初期設定を行う（ステップＳ１）。ここで、図３を参照して、図２に示す初期設定処理について説明する。図３は、図２に示す初期設定（ステップＳ１）の処理動作を示すフローチャートである。
【００１６】
まず、入力部２から解析者が入力する地層数ＮＬを読み込む（ステップＳ１１）。次に、ステップＳ１２〜Ｓ２４の処理を地層数ＮＬ回繰り返す。続いて、入力部２から解析者が入力する各地層の厚さ（層厚）ＨＬ（ｎ）を読み込む（ステップＳ１３）。ここで、ｎは地層番号である。
【００１７】
次に、（１）式により、地層深度ｚ（ｎ）を算出する（ステップＳ１４）。フローチャート図面中の式の表現において「→」は、変数への代入を示す。地層深度はその中央深度を代表値とする。なお、以下の説明においては、地表面を０として、深度及び水位を負の値で表現するものとする。
【数１】
【００１８】
続いて、入力部２から解析者が入力する初期水位ｚＷ（ｎ，０）、不飽和単位体積重量γｔ（ｎ）、水中単位体積重量γ’（ｎ）をそれぞれ読み込む（ステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７）。
【００１９】
次に、荷重計算部１１は、地下水位面との位置関係を判定する（ステップＳ１８）。この判定は、地層深度ｚ（ｎ）と初期水位ｚＷ（ｎ，０）の大小比較を行うことにより行う。この判定の結果、地層深度ｚ（ｎ）が大きい（地下水位面以浅）場合、荷重計算部１１は、地盤の単位重量γ（ｎ）にγｔ（ｎ）を代入する（ステップＳ１９）。そして、初期水圧ｐＷ（ｎ）に０を代入する（ステップＳ２０）。
【００２０】
一方、地層深度ｚ（ｎ）が初期の水位ｚＷ（ｎ，０）より大きくない（地下水位面以深）の場合、荷重計算部１１は、地盤の単位重量γ（ｎ）にγ’（ｎ）を代入する（ステップＳ２１）。そして、初期水圧ｐＷ（ｎ）にγＷ（ｚＷ（ｎ，０）−ｚ（ｎ））の計算結果を代入する（ステップＳ２２）。
【００２１】
次に、入力部２から解析者が入力する透水性であるか否かを示す透水性フラグｐ（ｎ）を読み込む（ステップＳ２３）。不透水層である場合は０を、透水層である場合は１を入力する。荷重計算部１１は、前述した処理動作を各地層について実行する。この例では、６層分の繰り返しが行われる。これにより初期設定処理が終了する。
【００２２】
図２に戻り、荷重計算部１１は、予め決められている複数の段階に分けて計算を行う場合の段階番号ｋの数だけステップＳ２〜Ｓ１２の処理動作を繰り返し行う。さらに、ステップＳ３〜Ｓ１０の処理を地層数ＮＬ回繰り返す。続いて、入力部２から解析者が入力する水位ｚＷ（ｎ，ｋ）を読み込む（ステップＳ４）。地下水位の設定（入力値）は連続した透水層では各計算段階において同一とし、不透水層によって隔てられた透水層間では独立とする。また不透水層に関する地下水位の変化は本計算方法においては考慮しない。そして、荷重計算部１１は、水位変化量Δｈ（ｎ）にｚＷ（ｎ，ｋ）−ｚ（ｎ，ｋ−１）の計算結果を代入する（ステップＳ５）。
【００２３】
次に、荷重計算部１１は、透水性フラグｐ（ｎ）を参照して、不透水層であるか否か（ｐ（ｎ）＝０であるか）を判定する（ステップＳ６）。この判定の結果、不透水層であればステップＳ１０へ移行する。一方、不透水層でない場合、荷重計算部１１は、水位変化量Δｈ（ｎ）を参照して、水位変化があるか（Δｈ（ｎ）が０か）を判定する。この判定の結果、水位変化がない場合は、ステップＳ１０へ移行する。また、水位が低下した場合は、水位低下時の処理を行い（ステップＳ８）、水位が上昇した場合は、水位上昇時の処理を行う（ステップＳ９）。ここでは地盤の変形計算に必要な荷重の設定方法について示している。地盤物性の拘束圧依存性を考慮する場合には、別途地盤内の有効応力を算出する必要がある。
【００２４】
ここで、図４を参照して、図２に示す水位低下時の処理について説明する。図４は、図２に示す水位低下時の処理（ステップＳ８）動作を示すフローチャートである。まず、荷重計算部１１は、地下水位面との関係を判定する（ステップＳ３１）。この判定は、地層深度ｚ（ｎ）と水位ｚＷ（ｎ，ｋ−１）の大小を比較することにより行う。この判定の結果、地層深度ｚ（ｎ）が水位ｚＷ（ｎ，ｋ−１）より大きければ（地下水位面以浅）、処理を終了する。
【００２５】
一方、地層深度ｚ（ｎ）が水位ｚＷ（ｎ，ｋ−１）より大きくなければ（地下水位面以深）、荷重計算部１１は、さらに地下水位面との関係を判定する（ステップＳ３２）。この判定は、地層深度ｚ（ｎ）と水位ｚＷ（ｎ，ｋ）の大小を比較することにより行う。この判定の結果、地層深度ｚ（ｎ）が水位ｚＷ（ｎ，ｋ）より大きければ（地下水位面以浅）、地盤の単位体積重量γ（ｎ）にγｔ（ｎ）を代入する（ステップＳ３３）。続いて、荷重計算部１１は、地盤要素の物体力ｆｎ（ｎ）にｆｎ（ｎ）−（γｔ（ｎ）−γ’（ｎ））の計算結果を代入する（ステップＳ３４）。次に、荷重計算部１１は、側面の水平分布荷重ｐｈ（ｎ）に、ｐｈ（ｎ）−ｐＷ（ｎ）−Ｋ０（ｎ）（γｔ（ｎ）−γ’（ｎ））Δｈ（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ３５）。そして、水圧ｐＷ（ｎ）に０を代入する（ステップＳ３６）。
【００２６】
次に、ステップＳ３２の判定の結果、地層深度ｚ（ｎ）が水位ｚＷ（ｎ，ｋ）より大きくなければ（地下水位面以深）、荷重計算部１１は、側面の水平分布荷重ｐｈ（ｎ）に、ｐｈ（ｎ）＋γＷΔｈ（ｎ）−Ｋ０（ｎ）（γｔ（ｎ）−γ’（ｎ））Δｈ（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ３７）。続いて、水圧ｐＷ（ｎ）に、ｐＷ（ｎ）−γＷΔｈ（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ３８）。そして、荷重計算部１１は、下に不透水層があるか否かを判定する（ステップＳ３９）。この判定は、透水性フラグｐ（ｎ＋１）が０であるか否かによって判定する。この判定の結果、下に不透水層がなければ処理を終了する。一方、下に不透水層があれば、層下面の鉛直分布荷重ｐＶ（ｎ）にｐＶ（ｎ）−Δｈ（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ４０）。
【００２７】
次に、図５を参照して、図２に示す水位上昇時の処理について説明する。図５は、図２に示す水位上昇時の処理（ステップＳ９）動作を示すフローチャートである。まず、荷重計算部１１は、地下水位面との関係を判定する（ステップＳ５１）。この判定は、地層深度ｚ（ｎ）と水位ｚＷ（ｎ，ｋ−１）の大小を比較することにより行う。この判定の結果、地層深度ｚ（ｎ）が水位ｚＷ（ｎ，ｋ−１）より大きければ（地下水位面以浅）、さらに、地下水位面との関係を判定する（ステップＳ５２）。この判定は、地層深度ｚ（ｎ）と水位ｚＷ（ｎ，ｋ）の大小を比較することにより行う。この判定の結果、地層深度ｚ（ｎ）が水位ｚＷ（ｎ，ｋ）より大きければ（地下水位面以浅）、処理を終了する。
【００２８】
一方、地層深度ｚ（ｎ）が水位ｚＷ（ｎ，ｋ）より大きくなければ（地下水位面以深）、地盤の単位体積重量γ（ｎ）にγ’（ｎ）を代入する（ステップＳ５３）。続いて、荷重計算部１１は、地盤要素の物体力ｆｎ（ｎ）にｆｎ（ｎ）＋γｔ（ｎ）−γ’（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ５４）。次に、水圧ｐＷ（ｎ）に、γＷ（ｚＷ（ｎ，ｋ）−ｚ（ｎ））の計算結果を代入する（ステップＳ５５）。そして、荷重計算部１１は、側面の水平分布荷重ｐｈ（ｎ）に、ｐｈ（ｎ）＋ｐＷ（ｎ）−Ｋ０（ｎ）（γｔ（ｎ）−γ’（ｎ））Δｈ（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ５６）。
【００２９】
次に、ステップＳ５１の判定の結果、地層深度ｚ（ｎ）が水位ｚＷ（ｎ，ｋ−１）より大きくなければ（地下水位面以深）、荷重計算部１１は、側面の水平分布荷重ｐｈ（ｎ）にｐｈ（ｎ）＋γＷΔｈ−Ｋ０（ｎ）（γｔ（ｎ）−γ’（ｎ））Δｈ（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ５７）。続いて、水圧ｐＷ（ｎ）に、ｐＷ（ｎ）＋γＷΔｈ（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ５８）。そして、荷重計算部１１は、下に不透水層があるか否かを判定する（ステップＳ５９）。この判定は、透水性フラグｐ（ｎ＋１）が０であるか否かによって判定する。この判定の結果、下に不透水層がなければ処理を終了する。一方、下に不透水層があれば、層下面の鉛直分布荷重ｐＶ（ｎ）にｐＶ（ｎ）−Δｈ（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ６０）。
【００３０】
なお、図４、図５に示す処理動作においては、水平方向の分布荷重として層中央深度における値を示しているが、この値を中央値として、深さ方向に静水圧分布させるのが適当である。
【００３１】
図２に戻り、ステップＳ８、Ｓ９のいずれかが実行されたのち、荷重計算部１１は、得られた荷重の変数値を荷重情報記憶部１２へ記憶する。そして、ステップＳ３〜Ｓ１０の処理を地層数の回数だけ繰り返す。これにより、荷重情報記憶部１２には、各地層における荷重情報が記憶されたことになる。荷重計算部１１は、ステップＳ３〜Ｓ１０の処理を地層数の回数だけ繰り返す処理が終了した時点で、変形計算部１３に対して、変形計算処理を実行するように指示を出す。これを受けて、変形計算部１３は、荷重情報記憶部１２に記憶されている荷重情報を読み出して、地盤の変形計算を実行する（ステップＳ１１）。この地盤の変形計算は、公知の方法や市販されている変形計算ソフトウェアを適用して実行するため、詳細な説明を省略する。変形計算部１３は、変形計算を実行した結果の情報を変形計算結果情報記憶部１４に記憶する。そして、可視化するソフトウェアを用いて、変形計算の結果を表示部１３に表示する。
【００３２】
次に、前述した処理によって、モデル地盤を解析した結果について説明する。図７は、解析対象の２次元地盤モデルの構成を示す説明図である。この地盤モデルは、７層の地盤からなっている。解析条件は、メッシュの寸法：１ｍ角、境界条件は、左側方鉛直ローラー、右側方鉛直ローラー＋回転拘束（対称境界）、下端水平ローラーであり、地盤の構成則は、線形弾性である。図８に地盤定数を示す。水の単位体積重量γＷ＝１０ｋＮ／ｍ３、山留め止水壁の剛性は考慮しないものとする。
【００３３】
解析は、地盤の掘削・躯体の構築を模した計算を地下水位変動を考慮する場合（Ｃａｓｅ１；本発明を適用）と考慮しない場合（Ｃａｓｅ２）について行った。解析Ｓｔｅｐは図９、図１０に示すＳｔｅｐＯ、ＳｔｅｐＡ、ＳｔｅｐＢ、ＳｔｅｐＣ、ＳｔｅｐＤ、ＳｔｅｐＥからなる。まず、地盤の自重による初期応力を計算する（ＳｔｅｐＯ）。次に、１次掘削（Ｃａｓｅ１，２共通）を行う（ＳｔｅｐＡ）。１次掘削は、山留め壁内側の層１を掘削（地盤要素を除去）する。
【００３４】
次に、地下水位を低下させる（Ｃａｓｅ１のみ、ＳｔｅｐＢ）。山留め壁内側の層１〜３に関して地下水位ＧＬ−４ｍ→ＧＬ−８ｍ（Δｈ＝−４ｍ）とする。次に、２次掘削（Ｃａｓｅ１，２共通）を行う（ＳｔｅｐＣ）。２次掘削は、山留め壁内側の層２を掘削（地盤要素を除去）する。次に、構造物を構築（Ｃａｓｅ１，２共通）する（ＳｔｅｐＤ）。山留め壁内側の層３上面に構造物荷重を下向きに載荷する。構造物の重量が排土地盤の湿潤重量と等しくなるように載荷圧力は１８ｋＮ／ｍ３×８ｍ＝１４４ｋＮ／ｍ２とする。次に、地下水位を回復（Ｃａｓｅ１のみ）させる（ＳｔｅｐＥ）。山留め壁内側の層３に関して地下水位ＧＬ−８ｍ→ＧＬ−４ｍ（Δｈ＝４ｍ）とする。
【００３５】
図１１、図１２に各解析ＳｔｅｐＡ〜Ｅにおける変形図を示す。また各解析Ｓｔｅｐにおける掘削底面（層３の上面）における鉛直変位の分布を図１３に示す。Ｃａｓｅ１とＣａｓｅ２を比較すると、地下水位の変動を考慮したＣａｓｅ１ではＳｔｅｐＤの構造物構築時に一旦沈下が生じるのに対して、地下水位の変動を考慮しないＣａｓｅ２では沈下は生じていない。また、Ｃａｓｅ２ではＳｔｅｐＣでのリバウンド傾向を過大に評価している。また、本計算では簡単のため地盤を線形弾性としているため、最終的な変位はＣａｓｅ１とＣａｓｅ２で同じになるが、実際には地盤の変形挙動は非線形性を示すため、地下水位の変動を考慮するか否かにより途中段階の応力経路が異なり、最終的な変形も異なった結果となる。上述の結果から、モデル地盤における結果ではあるが、本発明を適用することにより地下水位の変動を考慮したＣａｓｅ１は、考慮しないＣａｓｅ２と比較してより実現象に近い結果が得られることがわかる。
【００３６】
以上説明したように、地下水位の変動を模擬した荷重を荷重計算部１１によって予め求めておき、この求めた荷重値を変形計算部１３の入力情報とすることにより、地盤の鉛直・水平方向の変形を容易に評価することが可能になる。これにより、全応力計算・解析法において地下水位変動の効果を比較的簡便に適切に評価することが可能となり、地下施工時の複雑な地盤の変形挙動を実現象に逐次対応したかたちで精度良く予測することができるため、実態に即した安全管理及び施工の合理化が可能となる。
【００３７】
なお、前述した説明では地盤内の１つの連続する透水層において水位変動がある場合について示したが、複数の連続する透水層群においてそれぞれ独立に水位変動が生じた場合の評価も可能である。水位変動が生じた以深の層において有効応力が変化するという原則の下に、荷重を重ね合わせて与えることで計算を実施すればよい。
【００３８】
また、前述の方法は水位変動に伴う即時変形の評価法であり、一時的な比較的短期間の問題を扱う場合を想定している。水位変化が長期にわたる場合には不透水層の圧密変形を考慮する必要がある。不透水層上側の水位が低下した際に不透水層上面に作用させた分布荷重γＷΔｈは、不透水層内に生じた過剰間隙水圧であり、水圧分布を想定した圧密計算を別途行うことにより、圧密変形も考慮した変形評価が可能である。圧密変形を考慮する場合には、不透水層上側だけではなく下側の透水層の水位変化も同時に考慮した圧密計算を行わなければならない。
【００３９】
なお、図１に示す荷重計算部１１の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより荷重計算処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００４０】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
地下水位の変動に伴う地盤変形の評価を行うことが不可欠な用途に適用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・解析装置（コンピュータ）、１１・・・荷重計算部、１２・・・荷重情報記憶部、１３・・・変形計算部、１４・・・変形計算結果情報記憶部、２・・・入力部、３・・・表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下水位の変動に伴う地盤変形の評価を行う地盤変形解析装置及び地盤変形解析プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から建築地下工事において地下常水位面以深での施工を行う場合に掘削領域を止水壁で囲って内部の地下水をディープウェル等で揚水し、地下水位を掘削底面より下げた状態でドライ施工を行うことが多い。地下水位が変動すると、掘削による除荷や構造物構築による載荷を行わなくても、地盤内の有効応力が変化し、それに伴う地盤の変形が生じる。すなわち地下水位が低下すると地盤の有効応力が増加するために沈下が生じ、逆に地下水位が上昇すると地盤の有効応力が減少するためにリバウンドが生じる。また止水壁（山留め壁）の内側で水圧の作用する深度が変化するため、壁に水平方向の変位が生じる。
【０００３】
このような現象は事実として知られており、地下施工時の地盤と構造物の沈下・リバウンド挙動、山留め壁の変形挙動等を適切に表現するためには考慮すべき問題である。有効応力の変化を浮力の増減として作用させる等の方法によりその評価が試みられている。
【０００４】
なお、先行技術として、既存建物の地下外壁の一部を利用する新規建物の地下部掘削工事における支保部材の合理化を図るために、不透水層のある山留め壁の支保性能の評価を行う手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−００００００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、地盤内に不透水層が存在する場合にはその上下の一方で水位が変化しても他方では変化せず、上位の層で荷重として浮力を与えた場合には下位の層でそれを打ち消す荷重を与える必要があるなど、現象が複雑であり、通常行われる全応力解析では表現が困難である。従来技術では、このような問題を一貫して合理的に扱う方法は提案されていない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、地下水位の変動に伴う地盤変形の評価を一貫して合理的に行うことができる地盤変形解析装置及び地盤変形解析プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、地下水位の変動に伴う地盤変形の解析を行うのに必要な荷重計算を行う地盤変形解析装置であって、荷重情報を記憶する荷重情報記憶手段と、解析対象の所定深さの地盤を透水層と不透水層に分類し、各層について、層厚、深度、初期水位、不飽和単位体積重量、水中単位体積重量及び各層が透水層であるか不透水層であるかを示す情報を入力し、入力した情報に基づいて、各層の初期水圧を計算する初期設定手段と、各層における水位を入力し、水位の変化量を求める水位算出手段と、前記水位算出手段によって求めた前記水位の変化量に基づいて、前記透水層において水位の変化があるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によって、水位が低下したと判定された場合に、前記水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して前記荷重情報記憶手段に記憶する第１の荷重計算手段と、前記判定手段によって、水位が上昇したと判定された場合に、前記水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して前記荷重情報記憶手段に記憶する第２の荷重計算手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明は、地下水位の変動に伴う地盤変形の解析を行うのに必要な荷重計算を行うために、求めた荷重情報を記憶する荷重情報記憶手段を備える地盤変形解析装置上のコンピュータで動作する地盤変形解析プログラムであって、解析対象の所定深さの地盤を透水層と不透水層に分類し、各層について、層厚、深度、初期水位、不飽和単位体積重量、水中単位体積重量及び各層が透水層であるか不透水層であるかを示す情報を入力し、入力した情報に基づいて、各層の初期水圧を計算する初期設定ステップと、各層における水位を入力し、水位の変化量を求める水位算出ステップと、前記水位算出ステップによって求めた前記水位の変化量に基づいて、前記透水層において水位の変化があるか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップによって、水位が低下したと判定された場合に、前記水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して前記荷重情報記憶手段に記憶する第１の荷重計算ステップと、前記判定ステップによって、水位が上昇したと判定された場合に、前記水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して前記荷重情報記憶手段に記憶する第２の荷重計算ステップとを前記コンピュータに行わせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、地下水位の変動に伴う地盤変形の評価を一貫して合理的に行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す荷重計算部１１の処理動作を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す荷重計算部１１の処理動作を示すフローチャートである。
【図４】図１に示す荷重計算部１１の処理動作を示すフローチャートである。
【図５】図１に示す荷重計算部１１の処理動作を示すフローチャートである。
【図６】評価対象の地盤の例を示す模式図である。
【図７】解析対象例の２次元地盤モデルの構成を示す説明図である。
【図８】図７に示す地盤モデルの地盤定数を示す図である。
【図９】モデル地盤の解析ステップを示す説明図である。
【図１０】モデル地盤の解析ステップを示す説明図である。
【図１１】解析ＳｔｅｐＡ〜Ｂにおける変形図の表示例を示す図である。
【図１２】解析ＳｔｅｐＣ〜Ｅにおける変形図の表示例を示す図である。
【図１３】各解析Ｓｔｅｐにおける掘削底面（層３の上面）における鉛直変位の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による地盤変形解析装置を説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、パーソナルコンピュータ等で構成する解析装置である。符号２は、キーボードやマウスで構成する入力部である。符号３は、液晶ディスプレイ装置等で構成する表示部である。符号１１は、地下水位の変動に伴う地盤変形の評価を行うために、事前に荷重計算を行う荷重計算部である。符号１２は、荷重計算部１１で求めた荷重情報を記憶する荷重情報記憶部である。符号１３は、荷重情報記憶部１２に記憶されている荷重情報を読み込んで、地盤の変形状態を可視化するための計算を行う変形計算部であり、例えば、有限要素法を用いた計算処理を実行する。符号１４は、変形計算部１３で計算した地盤の変形状態情報を記憶する変形計算結果情報記憶部である。
【００１３】
ここで、図６を参照して、評価対象の地盤を定義する。図６は、評価対象の地盤の一例を示す模式図である。図６に示すように、評価対象の地盤は、６層からなり、地表に近い方から、層１から層６と称する。ここでは、層１〜３、層５は、透水層であり、層４、６は、不透水層であるものとする。
【００１４】
次に、図２〜図５を参照して、図１に示す荷重計算部１１の処理動作を説明する。図２〜図５は、図１に示す荷重計算部１１の処理動作を示すフローチャートである。ここで、図２〜図５において用いている変数について定義する。ｋは、計算を複数の段階に分けて行う場合の段階番号である。ｎは、地層番号である。ＮＬは、地層の数である。ｚｗ（ｎ，ｋ）は、ｋ段階におけるｎ層の地下水位である。Δｈ（ｎ）は、ｎ層の地下水位変化量である。ｐ（ｎ）は、地層の透水性を表すフラグ（０は、不透水層，１は、透水層）である。ＨＬ（ｎ）は、ｎ層の層厚である。ｚ（ｎ）は、地層の中央深度である。γｔ（ｎ）は、ｎ層の不飽和（湿潤）単位体積重量である。γ’（ｎ）は、ｎ層の水中（有効）単位体積重量である。ｐｗ（ｎ）は、ｎ層における水圧である。γＷは、水の単位体積重量である。Ｋ０（ｎ）は、ｎ層の静止土圧係数である。
【００１５】
まず、荷重計算部１１は、初期設定を行う（ステップＳ１）。ここで、図３を参照して、図２に示す初期設定処理について説明する。図３は、図２に示す初期設定（ステップＳ１）の処理動作を示すフローチャートである。
【００１６】
まず、入力部２から解析者が入力する地層数ＮＬを読み込む（ステップＳ１１）。次に、ステップＳ１２〜Ｓ２４の処理を地層数ＮＬ回繰り返す。続いて、入力部２から解析者が入力する各地層の厚さ（層厚）ＨＬ（ｎ）を読み込む（ステップＳ１３）。ここで、ｎは地層番号である。
【００１７】
次に、（１）式により、地層深度ｚ（ｎ）を算出する（ステップＳ１４）。フローチャート図面中の式の表現において「→」は、変数への代入を示す。地層深度はその中央深度を代表値とする。なお、以下の説明においては、地表面を０として、深度及び水位を負の値で表現するものとする。
【数１】
【００１８】
続いて、入力部２から解析者が入力する初期水位ｚＷ（ｎ，０）、不飽和単位体積重量γｔ（ｎ）、水中単位体積重量γ’（ｎ）をそれぞれ読み込む（ステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７）。
【００１９】
次に、荷重計算部１１は、地下水位面との位置関係を判定する（ステップＳ１８）。この判定は、地層深度ｚ（ｎ）と初期水位ｚＷ（ｎ，０）の大小比較を行うことにより行う。この判定の結果、地層深度ｚ（ｎ）が大きい（地下水位面以浅）場合、荷重計算部１１は、地盤の単位重量γ（ｎ）にγｔ（ｎ）を代入する（ステップＳ１９）。そして、初期水圧ｐＷ（ｎ）に０を代入する（ステップＳ２０）。
【００２０】
一方、地層深度ｚ（ｎ）が初期の水位ｚＷ（ｎ，０）より大きくない（地下水位面以深）の場合、荷重計算部１１は、地盤の単位重量γ（ｎ）にγ’（ｎ）を代入する（ステップＳ２１）。そして、初期水圧ｐＷ（ｎ）にγＷ（ｚＷ（ｎ，０）−ｚ（ｎ））の計算結果を代入する（ステップＳ２２）。
【００２１】
次に、入力部２から解析者が入力する透水性であるか否かを示す透水性フラグｐ（ｎ）を読み込む（ステップＳ２３）。不透水層である場合は０を、透水層である場合は１を入力する。荷重計算部１１は、前述した処理動作を各地層について実行する。この例では、６層分の繰り返しが行われる。これにより初期設定処理が終了する。
【００２２】
図２に戻り、荷重計算部１１は、予め決められている複数の段階に分けて計算を行う場合の段階番号ｋの数だけステップＳ２〜Ｓ１２の処理動作を繰り返し行う。さらに、ステップＳ３〜Ｓ１０の処理を地層数ＮＬ回繰り返す。続いて、入力部２から解析者が入力する水位ｚＷ（ｎ，ｋ）を読み込む（ステップＳ４）。地下水位の設定（入力値）は連続した透水層では各計算段階において同一とし、不透水層によって隔てられた透水層間では独立とする。また不透水層に関する地下水位の変化は本計算方法においては考慮しない。そして、荷重計算部１１は、水位変化量Δｈ（ｎ）にｚＷ（ｎ，ｋ）−ｚ（ｎ，ｋ−１）の計算結果を代入する（ステップＳ５）。
【００２３】
次に、荷重計算部１１は、透水性フラグｐ（ｎ）を参照して、不透水層であるか否か（ｐ（ｎ）＝０であるか）を判定する（ステップＳ６）。この判定の結果、不透水層であればステップＳ１０へ移行する。一方、不透水層でない場合、荷重計算部１１は、水位変化量Δｈ（ｎ）を参照して、水位変化があるか（Δｈ（ｎ）が０か）を判定する。この判定の結果、水位変化がない場合は、ステップＳ１０へ移行する。また、水位が低下した場合は、水位低下時の処理を行い（ステップＳ８）、水位が上昇した場合は、水位上昇時の処理を行う（ステップＳ９）。ここでは地盤の変形計算に必要な荷重の設定方法について示している。地盤物性の拘束圧依存性を考慮する場合には、別途地盤内の有効応力を算出する必要がある。
【００２４】
ここで、図４を参照して、図２に示す水位低下時の処理について説明する。図４は、図２に示す水位低下時の処理（ステップＳ８）動作を示すフローチャートである。まず、荷重計算部１１は、地下水位面との関係を判定する（ステップＳ３１）。この判定は、地層深度ｚ（ｎ）と水位ｚＷ（ｎ，ｋ−１）の大小を比較することにより行う。この判定の結果、地層深度ｚ（ｎ）が水位ｚＷ（ｎ，ｋ−１）より大きければ（地下水位面以浅）、処理を終了する。
【００２５】
一方、地層深度ｚ（ｎ）が水位ｚＷ（ｎ，ｋ−１）より大きくなければ（地下水位面以深）、荷重計算部１１は、さらに地下水位面との関係を判定する（ステップＳ３２）。この判定は、地層深度ｚ（ｎ）と水位ｚＷ（ｎ，ｋ）の大小を比較することにより行う。この判定の結果、地層深度ｚ（ｎ）が水位ｚＷ（ｎ，ｋ）より大きければ（地下水位面以浅）、地盤の単位体積重量γ（ｎ）にγｔ（ｎ）を代入する（ステップＳ３３）。続いて、荷重計算部１１は、地盤要素の物体力ｆｎ（ｎ）にｆｎ（ｎ）−（γｔ（ｎ）−γ’（ｎ））の計算結果を代入する（ステップＳ３４）。次に、荷重計算部１１は、側面の水平分布荷重ｐｈ（ｎ）に、ｐｈ（ｎ）−ｐＷ（ｎ）−Ｋ０（ｎ）（γｔ（ｎ）−γ’（ｎ））Δｈ（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ３５）。そして、水圧ｐＷ（ｎ）に０を代入する（ステップＳ３６）。
【００２６】
次に、ステップＳ３２の判定の結果、地層深度ｚ（ｎ）が水位ｚＷ（ｎ，ｋ）より大きくなければ（地下水位面以深）、荷重計算部１１は、側面の水平分布荷重ｐｈ（ｎ）に、ｐｈ（ｎ）＋γＷΔｈ（ｎ）−Ｋ０（ｎ）（γｔ（ｎ）−γ’（ｎ））Δｈ（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ３７）。続いて、水圧ｐＷ（ｎ）に、ｐＷ（ｎ）−γＷΔｈ（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ３８）。そして、荷重計算部１１は、下に不透水層があるか否かを判定する（ステップＳ３９）。この判定は、透水性フラグｐ（ｎ＋１）が０であるか否かによって判定する。この判定の結果、下に不透水層がなければ処理を終了する。一方、下に不透水層があれば、層下面の鉛直分布荷重ｐＶ（ｎ）にｐＶ（ｎ）−Δｈ（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ４０）。
【００２７】
次に、図５を参照して、図２に示す水位上昇時の処理について説明する。図５は、図２に示す水位上昇時の処理（ステップＳ９）動作を示すフローチャートである。まず、荷重計算部１１は、地下水位面との関係を判定する（ステップＳ５１）。この判定は、地層深度ｚ（ｎ）と水位ｚＷ（ｎ，ｋ−１）の大小を比較することにより行う。この判定の結果、地層深度ｚ（ｎ）が水位ｚＷ（ｎ，ｋ−１）より大きければ（地下水位面以浅）、さらに、地下水位面との関係を判定する（ステップＳ５２）。この判定は、地層深度ｚ（ｎ）と水位ｚＷ（ｎ，ｋ）の大小を比較することにより行う。この判定の結果、地層深度ｚ（ｎ）が水位ｚＷ（ｎ，ｋ）より大きければ（地下水位面以浅）、処理を終了する。
【００２８】
一方、地層深度ｚ（ｎ）が水位ｚＷ（ｎ，ｋ）より大きくなければ（地下水位面以深）、地盤の単位体積重量γ（ｎ）にγ’（ｎ）を代入する（ステップＳ５３）。続いて、荷重計算部１１は、地盤要素の物体力ｆｎ（ｎ）にｆｎ（ｎ）＋γｔ（ｎ）−γ’（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ５４）。次に、水圧ｐＷ（ｎ）に、γＷ（ｚＷ（ｎ，ｋ）−ｚ（ｎ））の計算結果を代入する（ステップＳ５５）。そして、荷重計算部１１は、側面の水平分布荷重ｐｈ（ｎ）に、ｐｈ（ｎ）＋ｐＷ（ｎ）−Ｋ０（ｎ）（γｔ（ｎ）−γ’（ｎ））Δｈ（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ５６）。
【００２９】
次に、ステップＳ５１の判定の結果、地層深度ｚ（ｎ）が水位ｚＷ（ｎ，ｋ−１）より大きくなければ（地下水位面以深）、荷重計算部１１は、側面の水平分布荷重ｐｈ（ｎ）にｐｈ（ｎ）＋γＷΔｈ−Ｋ０（ｎ）（γｔ（ｎ）−γ’（ｎ））Δｈ（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ５７）。続いて、水圧ｐＷ（ｎ）に、ｐＷ（ｎ）＋γＷΔｈ（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ５８）。そして、荷重計算部１１は、下に不透水層があるか否かを判定する（ステップＳ５９）。この判定は、透水性フラグｐ（ｎ＋１）が０であるか否かによって判定する。この判定の結果、下に不透水層がなければ処理を終了する。一方、下に不透水層があれば、層下面の鉛直分布荷重ｐＶ（ｎ）にｐＶ（ｎ）−Δｈ（ｎ）の計算結果を代入する（ステップＳ６０）。
【００３０】
なお、図４、図５に示す処理動作においては、水平方向の分布荷重として層中央深度における値を示しているが、この値を中央値として、深さ方向に静水圧分布させるのが適当である。
【００３１】
図２に戻り、ステップＳ８、Ｓ９のいずれかが実行されたのち、荷重計算部１１は、得られた荷重の変数値を荷重情報記憶部１２へ記憶する。そして、ステップＳ３〜Ｓ１０の処理を地層数の回数だけ繰り返す。これにより、荷重情報記憶部１２には、各地層における荷重情報が記憶されたことになる。荷重計算部１１は、ステップＳ３〜Ｓ１０の処理を地層数の回数だけ繰り返す処理が終了した時点で、変形計算部１３に対して、変形計算処理を実行するように指示を出す。これを受けて、変形計算部１３は、荷重情報記憶部１２に記憶されている荷重情報を読み出して、地盤の変形計算を実行する（ステップＳ１１）。この地盤の変形計算は、公知の方法や市販されている変形計算ソフトウェアを適用して実行するため、詳細な説明を省略する。変形計算部１３は、変形計算を実行した結果の情報を変形計算結果情報記憶部１４に記憶する。そして、可視化するソフトウェアを用いて、変形計算の結果を表示部１３に表示する。
【００３２】
次に、前述した処理によって、モデル地盤を解析した結果について説明する。図７は、解析対象の２次元地盤モデルの構成を示す説明図である。この地盤モデルは、７層の地盤からなっている。解析条件は、メッシュの寸法：１ｍ角、境界条件は、左側方鉛直ローラー、右側方鉛直ローラー＋回転拘束（対称境界）、下端水平ローラーであり、地盤の構成則は、線形弾性である。図８に地盤定数を示す。水の単位体積重量γＷ＝１０ｋＮ／ｍ３、山留め止水壁の剛性は考慮しないものとする。
【００３３】
解析は、地盤の掘削・躯体の構築を模した計算を地下水位変動を考慮する場合（Ｃａｓｅ１；本発明を適用）と考慮しない場合（Ｃａｓｅ２）について行った。解析Ｓｔｅｐは図９、図１０に示すＳｔｅｐＯ、ＳｔｅｐＡ、ＳｔｅｐＢ、ＳｔｅｐＣ、ＳｔｅｐＤ、ＳｔｅｐＥからなる。まず、地盤の自重による初期応力を計算する（ＳｔｅｐＯ）。次に、１次掘削（Ｃａｓｅ１，２共通）を行う（ＳｔｅｐＡ）。１次掘削は、山留め壁内側の層１を掘削（地盤要素を除去）する。
【００３４】
次に、地下水位を低下させる（Ｃａｓｅ１のみ、ＳｔｅｐＢ）。山留め壁内側の層１〜３に関して地下水位ＧＬ−４ｍ→ＧＬ−８ｍ（Δｈ＝−４ｍ）とする。次に、２次掘削（Ｃａｓｅ１，２共通）を行う（ＳｔｅｐＣ）。２次掘削は、山留め壁内側の層２を掘削（地盤要素を除去）する。次に、構造物を構築（Ｃａｓｅ１，２共通）する（ＳｔｅｐＤ）。山留め壁内側の層３上面に構造物荷重を下向きに載荷する。構造物の重量が排土地盤の湿潤重量と等しくなるように載荷圧力は１８ｋＮ／ｍ３×８ｍ＝１４４ｋＮ／ｍ２とする。次に、地下水位を回復（Ｃａｓｅ１のみ）させる（ＳｔｅｐＥ）。山留め壁内側の層３に関して地下水位ＧＬ−８ｍ→ＧＬ−４ｍ（Δｈ＝４ｍ）とする。
【００３５】
図１１、図１２に各解析ＳｔｅｐＡ〜Ｅにおける変形図を示す。また各解析Ｓｔｅｐにおける掘削底面（層３の上面）における鉛直変位の分布を図１３に示す。Ｃａｓｅ１とＣａｓｅ２を比較すると、地下水位の変動を考慮したＣａｓｅ１ではＳｔｅｐＤの構造物構築時に一旦沈下が生じるのに対して、地下水位の変動を考慮しないＣａｓｅ２では沈下は生じていない。また、Ｃａｓｅ２ではＳｔｅｐＣでのリバウンド傾向を過大に評価している。また、本計算では簡単のため地盤を線形弾性としているため、最終的な変位はＣａｓｅ１とＣａｓｅ２で同じになるが、実際には地盤の変形挙動は非線形性を示すため、地下水位の変動を考慮するか否かにより途中段階の応力経路が異なり、最終的な変形も異なった結果となる。上述の結果から、モデル地盤における結果ではあるが、本発明を適用することにより地下水位の変動を考慮したＣａｓｅ１は、考慮しないＣａｓｅ２と比較してより実現象に近い結果が得られることがわかる。
【００３６】
以上説明したように、地下水位の変動を模擬した荷重を荷重計算部１１によって予め求めておき、この求めた荷重値を変形計算部１３の入力情報とすることにより、地盤の鉛直・水平方向の変形を容易に評価することが可能になる。これにより、全応力計算・解析法において地下水位変動の効果を比較的簡便に適切に評価することが可能となり、地下施工時の複雑な地盤の変形挙動を実現象に逐次対応したかたちで精度良く予測することができるため、実態に即した安全管理及び施工の合理化が可能となる。
【００３７】
なお、前述した説明では地盤内の１つの連続する透水層において水位変動がある場合について示したが、複数の連続する透水層群においてそれぞれ独立に水位変動が生じた場合の評価も可能である。水位変動が生じた以深の層において有効応力が変化するという原則の下に、荷重を重ね合わせて与えることで計算を実施すればよい。
【００３８】
また、前述の方法は水位変動に伴う即時変形の評価法であり、一時的な比較的短期間の問題を扱う場合を想定している。水位変化が長期にわたる場合には不透水層の圧密変形を考慮する必要がある。不透水層上側の水位が低下した際に不透水層上面に作用させた分布荷重γＷΔｈは、不透水層内に生じた過剰間隙水圧であり、水圧分布を想定した圧密計算を別途行うことにより、圧密変形も考慮した変形評価が可能である。圧密変形を考慮する場合には、不透水層上側だけではなく下側の透水層の水位変化も同時に考慮した圧密計算を行わなければならない。
【００３９】
なお、図１に示す荷重計算部１１の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより荷重計算処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００４０】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
地下水位の変動に伴う地盤変形の評価を行うことが不可欠な用途に適用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・解析装置（コンピュータ）、１１・・・荷重計算部、１２・・・荷重情報記憶部、１３・・・変形計算部、１４・・・変形計算結果情報記憶部、２・・・入力部、３・・・表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下水位の変動に伴う地盤変形の解析を行うのに必要な荷重計算を行う地盤変形解析装置であって、
荷重情報を記憶する荷重情報記憶手段と、
解析対象の所定深さの地盤を透水層と不透水層に分類し、各層について、層厚、深度、初期水位、不飽和単位体積重量、水中単位体積重量及び各層が透水層であるか不透水層であるかを示す情報を入力し、入力した情報に基づいて、各層の初期水圧を計算する初期設定手段と、
各層における水位を入力し、水位の変化量を求める水位算出手段と、
前記水位算出手段によって求めた前記水位の変化量に基づいて、前記透水層において水位の変化があるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって、水位が低下したと判定された場合に、前記水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して前記荷重情報記憶手段に記憶する第１の荷重計算手段と、
前記判定手段によって、水位が上昇したと判定された場合に、前記水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して前記荷重情報記憶手段に記憶する第２の荷重計算手段と
を備えたことを特徴とする地盤変形解析装置。
【請求項２】
地下水位の変動に伴う地盤変形の解析を行うのに必要な荷重計算を行うために、求めた荷重情報を記憶する荷重情報記憶手段を備える地盤変形解析装置上のコンピュータで動作する地盤変形解析プログラムであって、
解析対象の所定深さの地盤を透水層と不透水層に分類し、各層について、層厚、深度、初期水位、不飽和単位体積重量、水中単位体積重量及び各層が透水層であるか不透水層であるかを示す情報を入力し、入力した情報に基づいて、各層の初期水圧を計算する初期設定ステップと、
各層における水位を入力し、水位の変化量を求める水位算出ステップと、
前記水位算出ステップによって求めた前記水位の変化量に基づいて、前記透水層において水位の変化があるか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップによって、水位が低下したと判定された場合に、前記水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して前記荷重情報記憶手段に記憶する第１の荷重計算ステップと、
前記判定ステップによって、水位が上昇したと判定された場合に、前記水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して前記荷重情報記憶手段に記憶する第２の荷重計算ステップと
を前記コンピュータに行わせることを特徴とする地盤変形解析プログラム。
【請求項１】
地下水位の変動に伴う地盤変形の解析を行うのに必要な荷重計算を行う地盤変形解析装置であって、
荷重情報を記憶する荷重情報記憶手段と、
解析対象の所定深さの地盤を透水層と不透水層に分類し、各層について、層厚、深度、初期水位、不飽和単位体積重量、水中単位体積重量及び各層が透水層であるか不透水層であるかを示す情報を入力し、入力した情報に基づいて、各層の初期水圧を計算する初期設定手段と、
各層における水位を入力し、水位の変化量を求める水位算出手段と、
前記水位算出手段によって求めた前記水位の変化量に基づいて、前記透水層において水位の変化があるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって、水位が低下したと判定された場合に、前記水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して前記荷重情報記憶手段に記憶する第１の荷重計算手段と、
前記判定手段によって、水位が上昇したと判定された場合に、前記水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して前記荷重情報記憶手段に記憶する第２の荷重計算手段と
を備えたことを特徴とする地盤変形解析装置。
【請求項２】
地下水位の変動に伴う地盤変形の解析を行うのに必要な荷重計算を行うために、求めた荷重情報を記憶する荷重情報記憶手段を備える地盤変形解析装置上のコンピュータで動作する地盤変形解析プログラムであって、
解析対象の所定深さの地盤を透水層と不透水層に分類し、各層について、層厚、深度、初期水位、不飽和単位体積重量、水中単位体積重量及び各層が透水層であるか不透水層であるかを示す情報を入力し、入力した情報に基づいて、各層の初期水圧を計算する初期設定ステップと、
各層における水位を入力し、水位の変化量を求める水位算出ステップと、
前記水位算出ステップによって求めた前記水位の変化量に基づいて、前記透水層において水位の変化があるか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップによって、水位が低下したと判定された場合に、前記水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して前記荷重情報記憶手段に記憶する第１の荷重計算ステップと、
前記判定ステップによって、水位が上昇したと判定された場合に、前記水位面より浅い位置であるかまたは深い位置であるかに応じた荷重を計算して前記荷重情報記憶手段に記憶する第２の荷重計算ステップと
を前記コンピュータに行わせることを特徴とする地盤変形解析プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−３８３３８（Ｐ２０１１−３８３３８Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８７３３４（Ｐ２００９−１８７３３４）
【出願日】平成２１年８月１２日（２００９．８．１２）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１２日（２００９．８．１２）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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