Transcript 小型FWDを用いた路盤・路床の強度評価に関する研究

STUDY ON STIFFNESS EVALUATION
OF SUBGRADE AND SUBBASE
USING HANDY-FWD DEVICE
Nagaoka University of Technology
Graduate Student, Yoshio TATSUMI
Nagaoka University of Technology
Associate Professor, Osamu TAKAHASHI
Nagaoka University of Technology
Professor, Teruhiko MARUYAMA
はじめに
道路舗装における路床･路盤の支持力評価
方法として平板載荷試験、現場CBR試験が行
われている。
反力となる大掛りな機材が必要
欠点
測定および準備に時間がかかる
簡便かつ迅速で、十分な精度を有する試験方法
小型FWD開発
小型FWD
重錘
衝撃緩和用ゴムバッファ
載荷板
小型FWDの問題点
重錘落下高さ
ゴムバッファ
データ処理方法
解析手法
測定結果に影響
明確化されていない
本研究の目的1
重錘落下高さ
ゴムバッファ
依存しない値を提案
地盤の強度評価法の提案
本研究の目的2
小型FWDの荷重と変位の時系列データを使用
路床のシミュレーショ
ン
試験箇所1
A
620
B
630
C
630
200
M-40
200
マサ土
2500
620
単位：(mm)
試験箇所2
B
A
450
200
砂質土
450
砂質土
140
マサ土
200
緩衝マット
900
900
2500
50
試験条件1
重錘の質量
5kg
ゴムバッファ
硬度65 ，60°
載荷板直径
100mm，200ｍｍ
落下高さ
100～350mm
50mm間隔
試験条件2（緩衝マット有り）
重錘の質量
5kg
ゴムバッファ
硬度65
載荷板直径
200mm，300ｍｍ
落下高さ
100～250mm
50mm間隔
ゴムバッファの硬度と時間積の関係
荷重時間積 変位時間積
ゴムバッファ
落下高さ
硬度
（mm）
（N･s）
65
150
14.5
0.5
60
150
14.4
0.5
65
300
20.0
0.7
60
300
20.3
0.7
65
450
24.7
0.8
60
450
24.8
0.8
（μm･s）
時間積比と落下高さの関係
荷重時間積/変位時間積
落下高さ
硬度65°
硬度60°
（mm）
（N/μm）
（N/μm）
150
29
29
300
29
29
450
31
31
試験結果
3
支持力係数 (N/cm )
500
R2=0.82
400
300
200
100
0
0
2.5
5
7.5
荷重時間積/変位時間積
10
路床のシミュレーション
DEM
個別要素法
1971年：カンドールにより提案
不連続体 ⇒ 衝撃問題等に使用
A
620
200
B
630
C
630
620
マサ土
2500
単位：(mm)
路床の解析モデル（DEM)
粒子の直径：10mm
荷
重
粒子の合計：5000
200
2500
単位：（mm）
荷重
Voigtモデル
n
Kn
Ks
Ks
a)法線方向
b)接線方向
解析に使用した物性値
重力加速度 (m/s2)
0
時間 (s)
5.0×10-7
密度 (kg/m3)
1,400
摩擦係数
0.6
荷重のSin波形
1600
実験値
Sin波形
荷重(N)
1200
800
400
0
0
4
8
時間(ms)
12
16
路床のシミュレーション結果
0.5
実験値
解析値
変位(mm)
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
10 時間(ms) 20
30
解析により推定した路床の物性値
落下高さ (mm)
法線方向のバネ定数 (N/m)
100
150
200
250
2.5×106 2.6×106 2.7×106 2.7×106
法線方向のダッシュポット(N･s/m) 4.0×102 4.0×102 4.0×102 4.0×102
接線方向のバネ定数(N/m)
8.0×106 8.0×106 8.0×106 8.0×106
接線方向のダッシュポット (N･
s/m)
8.0×104 8.0×104 8.0×104 8.0×104
路床の解析モデルの検討
DEMにより作成した路床、路盤の解析モデル
適切か否かの検討
路床および路盤表面に静的荷重を入力
荷重と変位のグラフを作成
比較
平板載荷試験の荷重と変位
路床の物性値
重力加速度 (m/s2)
0
時間間隔 (s)
路床の密度(kg/m3)
摩擦係数
5.0×10-7
1,400
0.6
法線方向のバネ定数 (N/m)
2.5×106
法線方向のダッシュポット (N･s/m)
2.0×102
接線方向のバネ定数 (N/m)
8.0×106
接線方向のダッシュポット (N･s/m)
8.0×104
静的荷重の入力例
静的荷重：任意の値
（今回は6，9,12,15kNを使用）
4
荷重(kN)
3
2
1
0
0
10000
20000
30000
使用するデータ数
40000
50000
荷重と変位の関係（路床）
1.5
平板載荷試験
変位(mm)
解析値
1
0.5
0
0
6
12
荷重(kN)
18
まとめ
・小型FWDの荷重と変位の時系列データから新たな
強度評価法を提案した
・DEM解析を用いることによりかなり実際に近い解
析ができた。