液状化による構造物被害予測プログラムFLIP^*(以下、FLIP)を導入し、 軟弱地盤を対象とした有効応力解析による地盤・地中構造物の耐震性能照査業務を行っています。 FLIPは、液状化の進展に伴う過剰間隙水圧の上昇および有効応力の減少を追跡し、それによる地盤剛性の変化を捉えることができるといった特徴を有しています。 また、液状化した地盤の土圧を受ける矢板等の部材断面力の挙動を表現することができ、 液状化対策工の設計検討などの場面で活用されています。地層科学研究所は、専門的知識と実績をもとに、FLIPを用いた液状化の解析を支援します。

^*一般社団法人FLIPコンソーシアム販売のプログラム

FLIPの特徴

FLIPの特徴は、次のとおりです。

• 有限要素法に基づくプログラムで、2次元解析では平面ひずみ状態を解析対象とします。
• 土のせん断応力－せん断ひずみモデルとして、東畑らの多重せん断ばねモデルが採用されています。
• マルチスプリング要素を使うことができ、この場合、要素間の透水は考慮しない非排水条件のもと、過剰間隙水圧発生モデルとして井合モデルを用い、有効応力解析により液状化現象を表現します。
• 現在は、透水性を考慮したカクテルグラスモデルの開発が進められています。

解析の手順と解析モデルの概念を示します。

液状化パラメータの設定

FLIPでは、地盤の変相角φp，W1，P1，P2，C1，S1のパラメータを用いて液状化特性を決定します。 これらのパラメータは、液状化層に対して要素シミュレーションを実施し、 繰返し非排水三軸試験結果のうち代表的なDA=5%（軸ひずみ両振幅5%）での液状化強度を目標値としてフィッティングするように試行錯誤的に決定します。 また、繰返し非排水試験結果が得られてない場合では、『港湾技研資料No.869　液状化による構造物被害予測プログラムFLIPにおいて必要な各種パラメタの簡易設定法』に基づき、 簡易的に設定することもできます。

解析例１　控え組杭式矢板岸壁護岸

矢板岸壁護岸では、築堤解析により初期応力場を求めた後に、動的解析を実行します。 矢板（鋼管矢板、鋼矢板）および控え組杭（鋼管）は非線形はり要素でモデル化し、タイロッドは非線形ばね要素でモデル化します。 また、矢板前面にはジョイント要素を設定し、矢板背面ではMPC水平拘束条件を設定します。控え組杭と地盤との間には、杭-地盤相互作用ばね要素を設定します。 矢板天端の水平変位量、矢板および控え杭の断面力（曲げモーメント）や塑性率を照査します。

解析例2　重力（ケーソン）式護岸

重力式護岸の解析では、最初に自重による初期応力解析を行い、続いて動的解析を実行します。 ケーソンなどのコンクリート構造物は線形平面要素を用い、コンクリート構造物と地盤の間にはジョイント要素を設定します。 解析結果をもとに、護岸天端の水平変位を照査します。

解析例３　盛土

最初に自重による初期応力解析を行い、続いて動的解析を実行します。 解析結果より、水平変位量や鉛直変位量を照査します。 マルチスプリングモデルを用いた解析では、非排水条件のため、過剰間隙水圧消散後の沈下量を石原・吉嶺*の式などから計算します。

*Ishihara, K. And Yoshimine, M.：Evaluation of settlements in sand deposits following liquefaction during earthquakes, SOILS AND FOUNDATIONS, Vol.32, No.1, pp.173～188, 1992.