強度推定プログラム、強度推定装置、及び強度推定方法
【課題】地盤改良体の合理的な強度推定を可能にする強度推定プログラム、強度推定装置、及び強度推定方法を提供する。
【解決手段】強度推定装置１は、地盤改良体１００からサンプリングされた複数の供試体１０５の供試体強度情報を取得する供試体強度入力部５と、地盤改良体１００の強度相関長情報を取得する強度相関長取得部７と、地盤改良体１００内の未改良部分の体積の割合を未改良率情報として取得する未改良率入力部９と、未改良部分のサイズを未改良部分サイズ情報として取得する未改良部分サイズ入力部１１と、取得された上記の各情報に基づいて、三次元的に分割された複数の要素１０１からなる地盤改良体１００の三次元モデル１００Ｍを複数生成するモデル生成部１５と、生成された各々の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度を算出するモデル強度算出部１７と、を備える。
【解決手段】強度推定装置１は、地盤改良体１００からサンプリングされた複数の供試体１０５の供試体強度情報を取得する供試体強度入力部５と、地盤改良体１００の強度相関長情報を取得する強度相関長取得部７と、地盤改良体１００内の未改良部分の体積の割合を未改良率情報として取得する未改良率入力部９と、未改良部分のサイズを未改良部分サイズ情報として取得する未改良部分サイズ入力部１１と、取得された上記の各情報に基づいて、三次元的に分割された複数の要素１０１からなる地盤改良体１００の三次元モデル１００Ｍを複数生成するモデル生成部１５と、生成された各々の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度を算出するモデル強度算出部１７と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良体の強度を推定するための強度推定プログラム、強度推定装置、及び強度推定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤改良体の強度を推定する手法として、下記非特許文献１に記載の強度推定方法が知られている。この文献に示された強度推定方法の一例によれば、地盤改良体から採取した多数のコアサンプルについて強度を測定し、コアサンプルの強度の平均値から１．３σ（強度の標準偏差の１．３倍）を減じた値を、地盤改良体の強度として推定している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】国土交通省国土技術政策総合研究所，独立行政法人建築研究所、「建築物のための改良地盤の設計及び品質管理指針 セメント系固化材を用いた深層・浅層混合処理工法」、改訂版、日本建築センター、2002年11月30日、p.37
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記推定方法の考え方は、数ｍ規模の地盤改良体の物性とコアサンプルの物性とを同一とみなすものであるので、得られた推定値が真の強度と大きく異なる場合もあると憶測される。このような地盤改良体の強度推定にあっては、更に合理的な手法が望まれていた。
【０００５】
そこで、本発明は、地盤改良体の合理的な強度推定を可能にする強度推定プログラム、強度推定装置、及び強度推定方法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】
【０００６】
本発明の強度推定プログラムは、地盤改良体の強度を推定するための強度推定プログラムであって、コンピュータを、地盤改良体からサンプリングされた複数の供試体の強度に関する情報を供試体強度情報として取得する供試体強度取得手段と、地盤改良体の強度に関する相関長を強度相関長情報として取得する強度相関長取得手段と、地盤改良体内で部分的に地盤改良がなされていない部分である未改良部分の体積の割合を未改良率情報として取得する未改良率取得手段と、未改良部分の１箇所当たりのサイズを未改良部分サイズ情報として取得する未改良部分サイズ取得手段と、供試体強度情報と、強度相関長情報と、未改良率情報と、未改良部分サイズ情報と、に基づいて、三次元的に分割された複数の要素からなる地盤改良体の三次元モデルを複数生成する地盤改良体モデル生成手段と、地盤改良体モデル生成工程で生成された各々の三次元モデルの強度を算出するモデル強度算出手段と、として機能させることを特徴とする。
【０００７】
本発明の強度推定装置は、地盤改良体の強度を推定するための強度推定装置であって、地盤改良体からサンプリングされた複数の供試体の強度に関する情報を供試体強度情報として取得する供試体強度取得手段と、地盤改良体の強度に関する相関長を強度相関長情報として取得する強度相関長取得手段と、地盤改良体内で部分的に地盤改良がなされていない部分である未改良部分の体積の割合を未改良率情報として取得する未改良率取得手段と、未改良部分の１箇所当たりのサイズを未改良部分サイズ情報として取得する未改良部分サイズ取得手段と、供試体強度情報と、強度相関長情報と、未改良率情報と、未改良部分サイズ情報と、に基づいて、三次元的に分割された複数の要素からなる地盤改良体の三次元モデルを複数生成する地盤改良体モデル生成手段と、地盤改良体モデル生成工程で生成された各々の三次元モデルの強度を算出するモデル強度算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の強度推定方法は、地盤改良体の強度を推定するための強度推定方法であって、地盤改良体からサンプリングされた複数の供試体の強度に関する情報を供試体強度情報として取得する供試体強度取得工程と、地盤改良体の強度に関する相関長を強度相関長情報として取得する強度相関長取得工程と、地盤改良体内で部分的に地盤改良がなされていない部分である未改良部分の体積の割合を未改良率情報として取得する未改良率取得工程と、未改良部分の１箇所当たりのサイズを未改良部分サイズ情報として取得する未改良部分サイズ取得工程と、コンピュータが、供試体強度情報と、強度相関長情報と、未改良率情報と、未改良部分サイズ情報と、に基づいて、三次元的に分割された複数の要素からなる地盤改良体の三次元モデルを複数生成する地盤改良体モデル生成工程と、コンピュータが、地盤改良体モデル生成工程で生成された各々の三次元モデルの強度を算出するモデル強度算出工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
これらの強度推定プログラム、強度推定装置、及び強度推定方法によれば、地盤改良体の三次元モデルが複数生成され、各々の三次元モデルの強度がシミュレーションで算出される。その後、複数の三次元モデルの強度を統計処理することにより、地盤改良体全体としての強度を推定することができる。ここで、本発明者らは、地盤改良体内の各部位においてどの程度の距離範囲で互いに強度の関連性があるか（地盤改良体の強度に関する相関長）や、地盤改良体内において改良されていない部分（未改良部分）の空間的な分布状態が、地盤改良体全体としての強度に影響を及ぼすことに着目した。
【００１０】
この知見に鑑み、上記三次元モデルの生成においては、地盤改良体からサンプリングされた複数の供試体の強度の情報に加えて、地盤改良体の強度に関する相関長、未改良部分の体積割合、及び未改良部分のサイズの情報を反映させた地盤改良体の三次元モデルが生成される。前述の知見によれば、地盤改良体の強度に関する相関長、未改良部分の体積割合、及び未改良部分のサイズは、何れも、地盤改良体全体としての強度に影響を及ぼすと考えられる。このように、地盤改良体の強度に影響を及ぼす要因を更に加えて導入することにより、現実の地盤改良体の状態がより詳細に反映された三次元モデルが生成される。そして、現実の地盤改良体の状態が詳細に反映された三次元モデルをシミュレーションのモデルとして採用するので、地盤改良体の強度の合理的な推定結果を得ることができる。
【００１１】
また、具体的には、本発明の強度推定方法の地盤改良体モデル生成工程では、三次元モデルをなす各要素の各々の強度が、供試体強度情報と、強度相関長情報と、未改良率情報と、未改良部分サイズ情報と、に基づいて設定されることとしてもよい。この構成により、地盤改良体の各部位の強度の分布の統計的性質が再現された三次元モデルを生成することができる。
【００１２】
また、本発明の強度推定方法の強度相関長取得工程では、地盤改良体をボーリングして取得した当該地盤改良体のコアサンプルを採取し、コアサンプルの外周面に所定間隔で設定した試験位置に対して針貫入試験を行い、針貫入試験で得られた各試験位置の針貫入勾配値に基づいて相関長を算出することとしてもよい。針貫入試験は、比較的短時間で実行可能であるので、多数の試験位置の針貫入勾配値のデータを採取することができる。また、コアサンプルの所定の試験位置の針貫入勾配値は、当該試験位置における部位の強度に関連するので、針貫入勾配値の分布の傾向を強度の分布の傾向とみなすことができる。従って、地盤改良体の強度に関する相関長の推定値を簡易に得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の強度推定プログラム、強度推定装置、及び強度推定方法によれば、地盤改良体の合理的な強度推定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の強度推定装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の強度推定装置による強度推定の対象である地盤改良体の斜視図である。
【図３】図１の強度推定装置のハードウエア構成を示すブロック図である。
【図４】図１の強度推定装置で生成される地盤改良体の三次元モデルの一例を示す斜視図である。
【図５】図１の強度推定装置による強度推定方法を示すフローチャートである。
【図６】針貫入勾配値から相関長を求める過程を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る強度推定プログラム、強度推定装置、及び強度推定方法の実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る強度推定装置１の構成を示す図である。強度推定装置１は、図２に示すように、例えば、ジェットグラウト（高圧噴射攪拌）工法や機械攪拌工法によって改良された地盤改良体１００の強度（例えば、一軸圧縮強度等）を推定するための装置である。なお、以下では、強度推定装置１を用いて、地盤改良体１００の一軸圧縮強度を推定する例について説明する。
【００１７】
図１に示すように、強度推定装置１は、供試体強度入力部（供試体強度取得手段）５と、強度相関長取得部（強度相関長取得手段）７と、未改良率入力部（未改良率取得手段）９と、未改良部分サイズ入力部（未改良部分サイズ取得手段）１１と、を備えている。更に、強度推定装置１は、モデル生成部（改良地盤体モデル生成手段）１５と、モデル強度算出部（モデル強度算出手段）１７と、統計処理部１９と、を備えている。
【００１８】
図３は、強度推定装置１のハードウエア構成を示す図である。図３に示されるように、強度推定装置１は、物理的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、主記憶装置であるＲＡＭ（Random Access Memory）２０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０３、ハードディスクなどの補助記憶装置２０４、ネットワークカードなどのデータ送受信デバイスである通信モジュール２０５、外部記憶媒体からの情報を読み出す外部記憶媒体読取装置２０６、キーボードやマウスなどの入力デバイスである入力装置２０７、ディスプレイ装置などの出力デバイスである出力装置２０８などのハードウエアにより構成されるコンピュータである。
【００１９】
図１に示す供試体強度入力部５、強度相関長取得部７、未改良率入力部９、未改良部分サイズ入力部１１、モデル生成部１５、モデル強度算出部１７、及び統計処理部１９等の各構成要素の機能は、強度推定装置１がコンピュータソフトウエアである強度推定プログラム２１０に従って動作することにより実現される。すなわち、上記各要素の機能は、図２に示すＣＰＵ２０１、ＲＡＭ２０２などのハードウエア上に強度推定プログラム２１０を読み込ませることにより、ＣＰＵ２０１の制御のもとで外部記憶媒体読取装置２０６、入力装置２０７、出力装置２０８などを動作させるとともに、ＲＡＭ２０２や補助記憶装置２０４におけるデータの読み出しおよび書き込みを行うことで実現される。なお、例えばＤＶＤ等の外部記憶媒体２１１に電子情報として格納された強度推定プログラム２１０を、外部記憶媒体読取装置２０６を経由して補助記憶装置２０４やＲＡＭ２０２に読み込ませる（インストールする）ようにしてもよい。
【００２０】
続いて、図１に示す強度推定装置１の各構成要素の機能について説明する。
【００２１】
供試体強度入力部５は、地盤改良体１００（図２参照）からサンプリングされた供試体１０５の一軸圧縮強度（供試体強度情報）を入力させる部分である。供試体強度入力部５は、例えば、供試体強度情報の入力画面をディスプレイ装置等に表示し、ユーザによる入力操作を受け付ける。上記の供試体強度情報は、例えば、入力装置２０７を経由してユーザによるキー入力等で入力されてもよく、通信モジュール２０５を経由して外部ネットワークから入力されてもよく、外部記憶媒体読取装置２０６を経由して外部記憶媒体から入力されてもよい。供試体強度入力部５は、取得した供試体強度情報を後述のモデル生成部１５に送出する。
【００２２】
強度相関長取得部７は、針貫入勾配値入力部７ａと強度相関長算出部７ｂとを有している。針貫入勾配値入力部７ａは、地盤改良体１００からサンプリングされたコアサンプル１０３の各試験位置における針貫入勾配値を入力させる部分である。強度相関長取得部７は、例えば、針貫入勾配値等の入力画面をディスプレイ装置等に表示し、ユーザによる入力操作を受け付ける。針貫入勾配値入力部７ａにおいては、例えば、各試験位置の位置座標と針貫入勾配値とが関連付けられて入力される。この入力情報は、例えば、入力装置２０７を経由してユーザによるキー入力等で入力されてもよく、通信モジュール２０５を経由して外部ネットワークから入力されてもよく、外部記憶媒体読取装置２０６を経由して外部記憶媒体から入力されてもよい。強度相関長算出部７ｂにおいては、各試験位置の位置座標と、針貫入勾配値と、に基づいて、地盤改良体１００における針貫入勾配値の相関長が算出される。強度相関長取得部７は、取得した針貫入勾配値の相関長を、強度相関長情報として後述のモデル生成部１５に送出する。
【００２３】
未改良率入力部９は、コアサンプル１０３の目視検査により得られる未改良率情報を入力させる部分である。ここで、一般に地盤改良体１００内には、硬化材との混合不十分等の原因によって、部分的に地盤改良がなされていない部分（未改良部分）が存在している。地盤改良体１００全体に含まれる未改良部分の体積割合を、「未改良率」を呼び、未改良率を示す情報を「未改良率情報」と呼ぶものとする。未改良率入力部９は、例えば、未改良率情報の入力画面をディスプレイ装置等に表示し、ユーザによる入力操作を受け付ける。未改良率情報は、例えば、入力装置２０７を経由してユーザによるキー入力等で入力されてもよく、通信モジュール２０５を経由して外部ネットワークから入力されてもよく、外部記憶媒体読取装置２０６を経由して外部記憶媒体から入力されてもよい。未改良率入力部９は、取得した未改良率情報を後述のモデル生成部１５に送出する。
【００２４】
未改良部分サイズ入力部１１は、コアサンプル１０３の目視検査により得られる未改良部分サイズ情報を入力させる部分である。地盤改良体１００全体に含まれる未改良部分の１箇所当たりのサイズ（例えば、１箇所当たりの体積）を、「未改良部分サイズ」を呼び、未改良部分サイズを示す情報を「未改良部分サイズ情報」と呼ぶものとする。未改良部分サイズ入力部１１は、例えば、未改良部分サイズ情報の入力画面をディスプレイ装置等に表示し、ユーザによる入力操作を受け付ける。未改良部分サイズ情報は、例えば、入力装置２０７を経由してユーザによるキー入力等で入力されてもよく、通信モジュール２０５を経由して外部ネットワークから入力されてもよく、外部記憶媒体読取装置２０６を経由して外部記憶媒体から入力されてもよい。未改良部分サイズ入力部１１は、取得した未改良部分サイズ情報を後述のモデル生成部１５に送出する。
【００２５】
モデル生成部１５、モデル強度算出部１７及び統計処理部１９は、モンテカルロシミュレーションにより、複数の供試体１０５の一軸圧縮強度等に基づいて地盤改良体１００全体の一軸圧縮強度を求める。具体的には、モデル生成部１５は、上述の供試体強度情報、強度相関長情報、未改良率情報、及び未改良部分サイズ情報に基づいて演算を行い、地盤改良体１００の一軸圧縮強度に関する三次元モデルを生成する。図４に示されるように、生成される三次元モデル１００Ｍは、均質の多数の要素１０１に分割されてなる。そして、各要素１０１の一軸圧縮強度は、供試体強度情報、強度相関長情報、未改良率情報、及び未改良部分サイズ情報に基づいて、地盤改良体１００の強度分布の統計的性質が再現されるように設定される。
【００２６】
モデル強度算出部１７は、モデル生成部１５で生成された三次元モデル１００Ｍについてシミュレーションを行い、当該三次元モデル１００Ｍ全体の一軸圧縮強度を算出する。三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度を求めるためのシミュレーション手法としては、例えば、有限要素法が用いられる。モデル生成部１５による三次元モデル１００Ｍの生成と、モデル強度算出部１７による一軸圧縮強度の算出と、が複数回繰り返し行われ、多数の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度が得られる。
【００２７】
統計処理部１９は、モデル強度算出部１７で得られた多数の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度を統計処理する。この統計処理では、例えば、多数の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度の平均値と標準偏差とが算出される。統計処理部１９は、例えば、ディスプレイ装置等に上記平均値と標準偏差とを表示する。このように得られた平均値は、地盤改良体１００の一軸圧縮強度の推定値として用いることができる。
【００２８】
続いて、上述の強度推定装置１を用いた地盤改良体１００の強度推定方法の一例について、図５を参照しながら説明する。
【００２９】
この強度推定方法は、以下に説明する強度相関長取得工程と、供試体強度取得工程と、未改良率取得工程と、未改良部分サイズ取得工程と、地盤改良体モデル生成工程と、モデル強度算出工程と、統計処理工程と、を備えている。
【００３０】
〔強度相関長取得工程〕
地盤改良体１００の複数の箇所をボーリングし、複数の円柱状のコアサンプル１０３を採取する。コアサンプル１０３は例えば直径５５ｍｍであり、公知のコアリング装置を用いて採取される。続いて、得られたコアサンプル１０３の外周面に、円柱軸方向に所定間隔（例えば、５ｃｍ間隔）で試験位置を設定し、各試験位置に対して針貫入試験を行う（図５のＳ５０１）。針貫入試験は、例えば、地盤工学会基準 針貫入試験方法(案)に従って行い、コアサンプル１０３の所定間隔ごとの各試験位置における針貫入勾配値が得られる。ユーザは、入力装置２０７（キーボード等）により、各試験位置の位置座標と針貫入勾配値とを関連付けて強度推定装置１に入力する。なお、試験位置は、コアサンプル１０３の円柱軸方向に直線的に配列されてもよく、コアサンプル１０３の外周面上に二次元的に配置されてもよい。
【００３１】
強度推定装置１の強度相関長算出部７ｂにおいては、各試験位置の位置座標と、針貫入勾配値と、に基づいて、地盤改良体１００における針貫入勾配値の相関長が算出される（Ｓ５０３）。ここで、各試験位置の針貫入勾配値に基づいて、相関長を算出する手法の一例について説明する。図６に示すように、地盤改良体１００の各位置から採取された各コアサンプル１０３（図６の例の場合、３つのコアサンプルNo.1〜No.3）について、前述の針貫入試験を行う。各コアサンプル１０３の外周面に設定された多数の試験位置同士について、２点の各試験位置同士の距離（横軸）と、２点の各試験位置の針貫入勾配値の相違度（縦軸）との関係をプロットしていき、プロットしたデータの曲線フィッティングを行う。そして、図６に示すように、曲線フィッティングで作成された曲線ｆが相違度＝１に漸近する距離の値を、相関長とする。例えば、図６の例では、相関長＝０．３６ｍが求められる。
【００３２】
一般に、地盤における針貫入勾配値と一軸圧縮強度との間には高い相関関係があるので、上記の針貫入勾配値の相関長は、地盤改良体１００の一軸圧縮強度に関する相関長（強度相関長情報）に等しいものとみなしてよい。供試体強度入力部５は、取得した上記の強度相関長情報を後述のモデル生成部１５に送出する。なお、この強度相関長取得工程では、針貫入試験の結果から一軸圧縮強度に関する相関長を別途途求めておき、この相関長のみを、強度相関長情報として強度推定装置１に入力してもよい。相関長は、地盤改良体１００内の各部位においてどの程度の距離範囲で互いに強度の関連性があるかを示す指標である。
【００３３】
〔供試体強度取得工程〕
上記コアサンプル１０３からランダムに複数の供試体１０５を抜き取り、各供試体１０５について一軸圧縮試験を行い、供試体１０５の一軸圧縮強度を求める（Ｓ５０５）。供試体１０５は、例えば、直径５５ｍｍ、高さ１００ｍｍの円柱とする。一軸圧縮試験は、例えば、ＪＩＳ Ａ１２１６に従って行う。
【００３４】
続いて、強度推定装置１の供試体強度入力部５の入力処理に従って、ユーザは、入力装置２０７（キーボード等）により、各供試体の一軸圧縮強度の測定値（供試体強度情報）を強度推定装置１に入力する。供試体強度入力部５は、取得した供試体強度情報を後述のモデル生成部１５に送出する。なお、この供試体強度取得工程では、供試体１０５の一軸圧縮強度の平均値と標準偏差とを別途求めておき、この平均値及び標準偏差のみを、供試体強度情報として強度推定装置１に入力してもよい。
【００３５】
〔未改良率取得工程〕
続いて、ユーザは、上記コアサンプル１０３の目視検査を行う。コアサンプル１０３の目視検査により、コアサンプル１０３に含まれる未改良部分を容易に確認することができる。すなわち未改良部分は、コアサンプル１０３のうち一部脆弱な部分、或いはコアサンプル１０３の一部分が採取時に既に崩壊した部分として目視確認可能である。ユーザは、コアサンプル１０３全体に対する未改良部分の体積割合を目測で判定し、地盤改良体１００に含まれる未改良部分の体積割合の推定値（未改良率情報）とする。続いて、強度推定装置１の未改良率入力部９の入力処理に従って、ユーザは、入力装置２０７（キーボード等）により、未改良率情報を強度推定装置１に入力する。未改良率入力部９は、取得した未改良率情報を後述のモデル生成部１５に送出する（Ｓ５０７）。
【００３６】
〔未改良部分サイズ取得工程〕
また、上記コアサンプル１０３の目視検査において、ユーザは、上記未改良部分の１箇所当たりのサイズを目測で判定し、地盤改良体１００に含まれる未改良部分の１箇所当たりのサイズの推定値（未改良部分サイズ情報）とする。続いて、強度推定装置１の未改良部分サイズ入力部１１の入力処理に従って、ユーザは、入力装置２０７（キーボード等）により、未改良部分サイズ情報を強度推定装置１に入力する。未改良部分サイズ入力部１１は、取得した未改良部分サイズ情報を後述のモデル生成部１５に送出する（Ｓ５０７）。
【００３７】
〔地盤改良体モデル生成工程〕
続いて、強度推定装置１のモデル生成部１５は、上述の供試体強度情報、強度相関長情報、未改良率情報、及び未改良部分サイズ情報に基づいて演算を行い、地盤改良体１００の一軸圧縮強度に関する三次元モデル１００Ｍ（図４参照）を生成する（Ｓ５１１）。具体的には、三次元モデル１００Ｍは、例えば、図４に示されるように、均質の多数の要素（メッシュ）１０１に分割されてなる。例えば、要素１０１は５ｃｍ立法の直方体とする。各要素１０１には、当該要素１０１の一軸圧縮強度と、この一軸圧縮強度に対応する剛性（例えば、弾性係数等）と、が配分される。すなわち、モデル生成部１５は、供試体強度情報、強度相関長情報、未改良率情報、及び未改良部分サイズ情報に基づいて、公知の空間統計学的手法に基づく演算を行い、各要素１０１に対して、一軸圧縮強度と、剛性に関する物性値（例えば、弾性係数）と、を割り振る。このとき、地盤改良体１００各部位の強度及び剛性の分布の統計的性質が、三次元モデル１００Ｍに再現されるように、各要素１０１の一軸圧縮強度及び剛性が設定される。
【００３８】
図４は、多数の直方体の要素１０１に分割された三次元モデル１００Ｍを示し、各要素１０１に付された色の濃さが当該要素１０１の一軸圧縮強度及び剛性を表すものとする。すなわち、図４中では、色が濃い要素１０１ほど、大きい一軸圧縮強度と大きい剛性とを有し、色が薄い要素１０１ほど、小さい一軸圧縮強度と小さい剛性とを有している。
【００３９】
例えば、未改良部分の存在割合やサイズが、強度相関長情報、未改良率情報及び未改良部分サイズ情報等で示される統計的性質に整合するように、三次元モデル１００Ｍの要素として未改良部分要素１０１ｚが配置される。例えば、未改良部分要素１０１ｚの一軸圧縮強度及び剛性はゼロと設定される。例えば、未改良部分要素１０１ｚは、前述の未改良率情報で示される出現頻度で、三次元モデル１００Ｍ中にランダムに配分される。例えば、未改良部分要素１００ｚのサイズ（未改良部分要素１００ｚとして割り当てられた一塊の要素の個数）は一様としてもよく、未改良部分のサイズに所定の分布（例えば正規分布）を持たせてもよい。なお、図４の例では、未改良部分要素１００ｚは、要素１０１の１個分のサイズに設定している。
【００４０】
モデル生成部１５は、上述の処理を所定回数繰り返して、多数の異なる三次元モデル１００Ｍを、所定のデータ数になるまで生成する（Ｓ５１１〜Ｓ５１５）。ここで生成された多数の三次元モデル１００Ｍは、すべて、実際の地盤改良体１００各部位の強度及び剛性の分布の統計的性質を再現したものとなる。
【００４１】
〔モデル強度算出工程〕
強度推定装置１のモデル強度算出部１７は、モデル生成部１５で生成された三次元モデル１００Ｍについて演算を行い、多数の均質の要素で構成された当該三次元モデル１００Ｍ全体としての一軸圧縮強度を、有限要素法で算出する（Ｓ５１３）。その後再び、地盤改良体モデル生成工程（Ｓ５１１）が行われ、他の三次元モデル１００Ｍが生成される。このように、モデル生成部１５による三次元モデル生成（Ｓ５１１）と、モデル強度算出部１７による一軸圧縮強度の算出（Ｓ５１３）と、が所定回数繰り返し行われることで（Ｓ５１５）、所定データ数の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度が得られる。
【００４２】
〔統計処理工程〕
強度推定装置１の統計処理部１９は、多数の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度を統計処理する（Ｓ５１７）。この統計処理では、例えば、多数の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度の平均値と標準偏差とが算出される。統計処理部１９は、例えば、ディスプレイ装置等に上記平均値と標準偏差とを表示する。このように得られた平均値は、地盤改良体１００全体としての一軸圧縮強度の推定値として用いることができる。
【００４３】
続いて、上述した強度推定プログラム、強度推定装置１、及び強度推定方法による作用効果について説明する。
【００４４】
上述した強度推定プログラム、強度推定装置１、及び強度推定方法によれば、地盤改良体１００の三次元モデル１００Ｍが複数生成され、各々の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度が有限要素法を用いて算出される。その後、複数の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度を統計処理することにより、地盤改良体１００全体としての一軸圧縮強度を推定することができる。
【００４５】
上記三次元モデル１００Ｍの生成においては、地盤改良体１００からサンプリングされた複数の供試体１０５の強度の情報に加えて、地盤改良体１００の強度に関する相関長、未改良部分の体積割合、及び未改良部分のサイズの情報を反映させた三次元モデル１００Ｍが生成される。地盤改良体１００の強度に関する相関長、未改良部分の体積割合、及び未改良部分のサイズは、何れも、地盤改良体１００全体としての強度に影響を及ぼすと考えられる。このように、地盤改良体１００の強度に影響を及ぼす要因を更に加えて導入することにより、現実の地盤改良体１００の状態がより詳細に反映された三次元モデル１００Ｍが生成される。そして、現実の地盤改良体１００の状態が詳細に反映された三次元モデル１００Ｍを有限要素法のモデルとして採用するので、地盤改良体１００の強度の合理的な推定結果を得ることができる。また、モンテカルロシミュレーションにより、現実の地盤改良体１００の状態に近い多数の三次元モデルを用いて当該三次元モデル全体の一軸圧縮強度を多数算出するので、多数の供試体の一軸圧縮強度を単純に平均するといった従来の強度推定に比較して、標準偏差も小さくなり、精度が高い推定結果が得られると考えられる。
【００４６】
また、強度相関長取得工程では、針貫入試験による各試験位置の針貫入勾配値に基づいて相関長を算出している。針貫入試験は、比較的短時間で実行可能であるので、多数の試験位置の針貫入勾配値のデータを採取することができる。また、コアサンプル１０３の所定の試験位置における針貫入勾配値は当該試験位置における部位の一軸圧縮強度に関連するので、針貫入勾配値の分布の傾向を一軸圧縮強度の分布の傾向とみなすことができる。従って、地盤改良体の一軸圧縮強度に関する相関長の推定値を簡易に得ることができる。
また、針貫入試験は、コアサンプル１０３に与えるダメージも小さい。従って、針貫入試験後のコアサンプル１０３から供試体１０５を抜き取って、供試体強度取得工程における一軸圧縮試験の供試体としても再利用することができる。
【００４７】
次に、上述した強度推定プログラム、強度推定装置１、及び強度推定方法による作用効果の確認のため、本発明者らが行った強度推定について説明する。
【００４８】
前述の非特許文献１の３０４頁には、国土交通省の総合技術開発プロジェクト（以下「総プロ」）による試験結果が記載されている。総プロの試験では、直径１０００ｍｍの地盤改良体の一軸圧縮強度の平均と、当該地盤改良体から採取された直径５５ｍｍの供試体の一軸圧縮強度の平均及び標準偏差と、が実測されている。非特許文献１には、砂質土の地盤を改良してなる改良地盤体について、
直径１０００ｍｍの地盤改良体の一軸圧縮強度の平均＝３３３０[kN/m2]
直径５５ｍｍの供試体の一軸圧縮強度の平均＝３８５８[kN/m2]
直径５５ｍｍの供試体の一軸圧縮強度の標準偏差＝１１６５[kN/m2]
との実験結果が示されている。地盤改良体の一軸圧縮強度Ｑｕと供試体の一軸圧縮強度ｑｕとの比Ｑｕ／ｑｕは、約０．９である。
【００４９】
一方、本発明者らの強度推定では、砂質土の地盤をジェットグラウト工法で改良した地盤改良体について、ボーリングを行いコアサンプルを採取した。このコアサンプルの外周面に、円柱軸方向に１０ｃｍごとの試験位置を設定し、針貫入試験を行って各試験位置の針貫入勾配値を得た。得られた針貫入勾配値のデータに基づいて針貫入勾配値の相関長を算出し、相関長０．０８６ｍを得た。この値を、強度相関長情報として強度推定装置１に入力した。また、一般的に、砂質土の地盤をジェットグラウト工法で改良した場合、未改良率は５％程度であると推定されるので、この値を未改良率情報として強度推定装置１に入力した。また、未改良部分サイズは、三次元モデルのメッシュと同サイズ（０．０５ｍ立方）と仮定し、未改良部分サイズ情報として強度推定装置１に入力した。
【００５０】
また、前述の総プロの試験結果に基づき、
直径５５ｍｍの供試体の軸圧縮強度の平均＝３８５８[kN/m2]
直径５５ｍｍの供試体の軸圧縮強度の標準偏差＝１１６５[kN/m2]
の値を、供試体強度情報として強度推定装置１に入力した。以上の入力に基づいて強度推定装置１による地盤改良体の一軸圧縮強度の平均Ｑｕを求めたところ、３３００[kN/m2]との結果が得られた。従ってＱｕ／ｑｕは約０．９との結果が得られ、総プロによる地盤改良体の一軸圧縮強度に近い値が得られた。よって、本実施形態の強度推定プログラム、強度推定装置１、及び強度推定方法による強度推定では、実際の地盤改良体の一軸圧縮強度に近い合理的な結果が得られることが確認された。
【００５１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１…強度推定装置（コンピュータ）、５…供試体強度入力部（供試体強度取得手段）、７…強度相関長取得部（強度相関長取得手段）、９…未改良率入力部（未改良率取得手段）、１１…未改良部分サイズ入力部（未改良部分サイズ取得手段）、１５…モデル生成部（地盤改良体モデル生成手段）、１７…モデル強度算出部（モデル強度算出手段）、１００…地盤改良体、１００Ｍ…三次元モデル、１０１…要素、１０３…コアサンプル、１０５…供試体、２１０…強度推定プログラム。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良体の強度を推定するための強度推定プログラム、強度推定装置、及び強度推定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤改良体の強度を推定する手法として、下記非特許文献１に記載の強度推定方法が知られている。この文献に示された強度推定方法の一例によれば、地盤改良体から採取した多数のコアサンプルについて強度を測定し、コアサンプルの強度の平均値から１．３σ（強度の標準偏差の１．３倍）を減じた値を、地盤改良体の強度として推定している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】国土交通省国土技術政策総合研究所，独立行政法人建築研究所、「建築物のための改良地盤の設計及び品質管理指針 セメント系固化材を用いた深層・浅層混合処理工法」、改訂版、日本建築センター、2002年11月30日、p.37
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記推定方法の考え方は、数ｍ規模の地盤改良体の物性とコアサンプルの物性とを同一とみなすものであるので、得られた推定値が真の強度と大きく異なる場合もあると憶測される。このような地盤改良体の強度推定にあっては、更に合理的な手法が望まれていた。
【０００５】
そこで、本発明は、地盤改良体の合理的な強度推定を可能にする強度推定プログラム、強度推定装置、及び強度推定方法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】
【０００６】
本発明の強度推定プログラムは、地盤改良体の強度を推定するための強度推定プログラムであって、コンピュータを、地盤改良体からサンプリングされた複数の供試体の強度に関する情報を供試体強度情報として取得する供試体強度取得手段と、地盤改良体の強度に関する相関長を強度相関長情報として取得する強度相関長取得手段と、地盤改良体内で部分的に地盤改良がなされていない部分である未改良部分の体積の割合を未改良率情報として取得する未改良率取得手段と、未改良部分の１箇所当たりのサイズを未改良部分サイズ情報として取得する未改良部分サイズ取得手段と、供試体強度情報と、強度相関長情報と、未改良率情報と、未改良部分サイズ情報と、に基づいて、三次元的に分割された複数の要素からなる地盤改良体の三次元モデルを複数生成する地盤改良体モデル生成手段と、地盤改良体モデル生成工程で生成された各々の三次元モデルの強度を算出するモデル強度算出手段と、として機能させることを特徴とする。
【０００７】
本発明の強度推定装置は、地盤改良体の強度を推定するための強度推定装置であって、地盤改良体からサンプリングされた複数の供試体の強度に関する情報を供試体強度情報として取得する供試体強度取得手段と、地盤改良体の強度に関する相関長を強度相関長情報として取得する強度相関長取得手段と、地盤改良体内で部分的に地盤改良がなされていない部分である未改良部分の体積の割合を未改良率情報として取得する未改良率取得手段と、未改良部分の１箇所当たりのサイズを未改良部分サイズ情報として取得する未改良部分サイズ取得手段と、供試体強度情報と、強度相関長情報と、未改良率情報と、未改良部分サイズ情報と、に基づいて、三次元的に分割された複数の要素からなる地盤改良体の三次元モデルを複数生成する地盤改良体モデル生成手段と、地盤改良体モデル生成工程で生成された各々の三次元モデルの強度を算出するモデル強度算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の強度推定方法は、地盤改良体の強度を推定するための強度推定方法であって、地盤改良体からサンプリングされた複数の供試体の強度に関する情報を供試体強度情報として取得する供試体強度取得工程と、地盤改良体の強度に関する相関長を強度相関長情報として取得する強度相関長取得工程と、地盤改良体内で部分的に地盤改良がなされていない部分である未改良部分の体積の割合を未改良率情報として取得する未改良率取得工程と、未改良部分の１箇所当たりのサイズを未改良部分サイズ情報として取得する未改良部分サイズ取得工程と、コンピュータが、供試体強度情報と、強度相関長情報と、未改良率情報と、未改良部分サイズ情報と、に基づいて、三次元的に分割された複数の要素からなる地盤改良体の三次元モデルを複数生成する地盤改良体モデル生成工程と、コンピュータが、地盤改良体モデル生成工程で生成された各々の三次元モデルの強度を算出するモデル強度算出工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
これらの強度推定プログラム、強度推定装置、及び強度推定方法によれば、地盤改良体の三次元モデルが複数生成され、各々の三次元モデルの強度がシミュレーションで算出される。その後、複数の三次元モデルの強度を統計処理することにより、地盤改良体全体としての強度を推定することができる。ここで、本発明者らは、地盤改良体内の各部位においてどの程度の距離範囲で互いに強度の関連性があるか（地盤改良体の強度に関する相関長）や、地盤改良体内において改良されていない部分（未改良部分）の空間的な分布状態が、地盤改良体全体としての強度に影響を及ぼすことに着目した。
【００１０】
この知見に鑑み、上記三次元モデルの生成においては、地盤改良体からサンプリングされた複数の供試体の強度の情報に加えて、地盤改良体の強度に関する相関長、未改良部分の体積割合、及び未改良部分のサイズの情報を反映させた地盤改良体の三次元モデルが生成される。前述の知見によれば、地盤改良体の強度に関する相関長、未改良部分の体積割合、及び未改良部分のサイズは、何れも、地盤改良体全体としての強度に影響を及ぼすと考えられる。このように、地盤改良体の強度に影響を及ぼす要因を更に加えて導入することにより、現実の地盤改良体の状態がより詳細に反映された三次元モデルが生成される。そして、現実の地盤改良体の状態が詳細に反映された三次元モデルをシミュレーションのモデルとして採用するので、地盤改良体の強度の合理的な推定結果を得ることができる。
【００１１】
また、具体的には、本発明の強度推定方法の地盤改良体モデル生成工程では、三次元モデルをなす各要素の各々の強度が、供試体強度情報と、強度相関長情報と、未改良率情報と、未改良部分サイズ情報と、に基づいて設定されることとしてもよい。この構成により、地盤改良体の各部位の強度の分布の統計的性質が再現された三次元モデルを生成することができる。
【００１２】
また、本発明の強度推定方法の強度相関長取得工程では、地盤改良体をボーリングして取得した当該地盤改良体のコアサンプルを採取し、コアサンプルの外周面に所定間隔で設定した試験位置に対して針貫入試験を行い、針貫入試験で得られた各試験位置の針貫入勾配値に基づいて相関長を算出することとしてもよい。針貫入試験は、比較的短時間で実行可能であるので、多数の試験位置の針貫入勾配値のデータを採取することができる。また、コアサンプルの所定の試験位置の針貫入勾配値は、当該試験位置における部位の強度に関連するので、針貫入勾配値の分布の傾向を強度の分布の傾向とみなすことができる。従って、地盤改良体の強度に関する相関長の推定値を簡易に得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の強度推定プログラム、強度推定装置、及び強度推定方法によれば、地盤改良体の合理的な強度推定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の強度推定装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の強度推定装置による強度推定の対象である地盤改良体の斜視図である。
【図３】図１の強度推定装置のハードウエア構成を示すブロック図である。
【図４】図１の強度推定装置で生成される地盤改良体の三次元モデルの一例を示す斜視図である。
【図５】図１の強度推定装置による強度推定方法を示すフローチャートである。
【図６】針貫入勾配値から相関長を求める過程を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る強度推定プログラム、強度推定装置、及び強度推定方法の実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る強度推定装置１の構成を示す図である。強度推定装置１は、図２に示すように、例えば、ジェットグラウト（高圧噴射攪拌）工法や機械攪拌工法によって改良された地盤改良体１００の強度（例えば、一軸圧縮強度等）を推定するための装置である。なお、以下では、強度推定装置１を用いて、地盤改良体１００の一軸圧縮強度を推定する例について説明する。
【００１７】
図１に示すように、強度推定装置１は、供試体強度入力部（供試体強度取得手段）５と、強度相関長取得部（強度相関長取得手段）７と、未改良率入力部（未改良率取得手段）９と、未改良部分サイズ入力部（未改良部分サイズ取得手段）１１と、を備えている。更に、強度推定装置１は、モデル生成部（改良地盤体モデル生成手段）１５と、モデル強度算出部（モデル強度算出手段）１７と、統計処理部１９と、を備えている。
【００１８】
図３は、強度推定装置１のハードウエア構成を示す図である。図３に示されるように、強度推定装置１は、物理的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、主記憶装置であるＲＡＭ（Random Access Memory）２０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０３、ハードディスクなどの補助記憶装置２０４、ネットワークカードなどのデータ送受信デバイスである通信モジュール２０５、外部記憶媒体からの情報を読み出す外部記憶媒体読取装置２０６、キーボードやマウスなどの入力デバイスである入力装置２０７、ディスプレイ装置などの出力デバイスである出力装置２０８などのハードウエアにより構成されるコンピュータである。
【００１９】
図１に示す供試体強度入力部５、強度相関長取得部７、未改良率入力部９、未改良部分サイズ入力部１１、モデル生成部１５、モデル強度算出部１７、及び統計処理部１９等の各構成要素の機能は、強度推定装置１がコンピュータソフトウエアである強度推定プログラム２１０に従って動作することにより実現される。すなわち、上記各要素の機能は、図２に示すＣＰＵ２０１、ＲＡＭ２０２などのハードウエア上に強度推定プログラム２１０を読み込ませることにより、ＣＰＵ２０１の制御のもとで外部記憶媒体読取装置２０６、入力装置２０７、出力装置２０８などを動作させるとともに、ＲＡＭ２０２や補助記憶装置２０４におけるデータの読み出しおよび書き込みを行うことで実現される。なお、例えばＤＶＤ等の外部記憶媒体２１１に電子情報として格納された強度推定プログラム２１０を、外部記憶媒体読取装置２０６を経由して補助記憶装置２０４やＲＡＭ２０２に読み込ませる（インストールする）ようにしてもよい。
【００２０】
続いて、図１に示す強度推定装置１の各構成要素の機能について説明する。
【００２１】
供試体強度入力部５は、地盤改良体１００（図２参照）からサンプリングされた供試体１０５の一軸圧縮強度（供試体強度情報）を入力させる部分である。供試体強度入力部５は、例えば、供試体強度情報の入力画面をディスプレイ装置等に表示し、ユーザによる入力操作を受け付ける。上記の供試体強度情報は、例えば、入力装置２０７を経由してユーザによるキー入力等で入力されてもよく、通信モジュール２０５を経由して外部ネットワークから入力されてもよく、外部記憶媒体読取装置２０６を経由して外部記憶媒体から入力されてもよい。供試体強度入力部５は、取得した供試体強度情報を後述のモデル生成部１５に送出する。
【００２２】
強度相関長取得部７は、針貫入勾配値入力部７ａと強度相関長算出部７ｂとを有している。針貫入勾配値入力部７ａは、地盤改良体１００からサンプリングされたコアサンプル１０３の各試験位置における針貫入勾配値を入力させる部分である。強度相関長取得部７は、例えば、針貫入勾配値等の入力画面をディスプレイ装置等に表示し、ユーザによる入力操作を受け付ける。針貫入勾配値入力部７ａにおいては、例えば、各試験位置の位置座標と針貫入勾配値とが関連付けられて入力される。この入力情報は、例えば、入力装置２０７を経由してユーザによるキー入力等で入力されてもよく、通信モジュール２０５を経由して外部ネットワークから入力されてもよく、外部記憶媒体読取装置２０６を経由して外部記憶媒体から入力されてもよい。強度相関長算出部７ｂにおいては、各試験位置の位置座標と、針貫入勾配値と、に基づいて、地盤改良体１００における針貫入勾配値の相関長が算出される。強度相関長取得部７は、取得した針貫入勾配値の相関長を、強度相関長情報として後述のモデル生成部１５に送出する。
【００２３】
未改良率入力部９は、コアサンプル１０３の目視検査により得られる未改良率情報を入力させる部分である。ここで、一般に地盤改良体１００内には、硬化材との混合不十分等の原因によって、部分的に地盤改良がなされていない部分（未改良部分）が存在している。地盤改良体１００全体に含まれる未改良部分の体積割合を、「未改良率」を呼び、未改良率を示す情報を「未改良率情報」と呼ぶものとする。未改良率入力部９は、例えば、未改良率情報の入力画面をディスプレイ装置等に表示し、ユーザによる入力操作を受け付ける。未改良率情報は、例えば、入力装置２０７を経由してユーザによるキー入力等で入力されてもよく、通信モジュール２０５を経由して外部ネットワークから入力されてもよく、外部記憶媒体読取装置２０６を経由して外部記憶媒体から入力されてもよい。未改良率入力部９は、取得した未改良率情報を後述のモデル生成部１５に送出する。
【００２４】
未改良部分サイズ入力部１１は、コアサンプル１０３の目視検査により得られる未改良部分サイズ情報を入力させる部分である。地盤改良体１００全体に含まれる未改良部分の１箇所当たりのサイズ（例えば、１箇所当たりの体積）を、「未改良部分サイズ」を呼び、未改良部分サイズを示す情報を「未改良部分サイズ情報」と呼ぶものとする。未改良部分サイズ入力部１１は、例えば、未改良部分サイズ情報の入力画面をディスプレイ装置等に表示し、ユーザによる入力操作を受け付ける。未改良部分サイズ情報は、例えば、入力装置２０７を経由してユーザによるキー入力等で入力されてもよく、通信モジュール２０５を経由して外部ネットワークから入力されてもよく、外部記憶媒体読取装置２０６を経由して外部記憶媒体から入力されてもよい。未改良部分サイズ入力部１１は、取得した未改良部分サイズ情報を後述のモデル生成部１５に送出する。
【００２５】
モデル生成部１５、モデル強度算出部１７及び統計処理部１９は、モンテカルロシミュレーションにより、複数の供試体１０５の一軸圧縮強度等に基づいて地盤改良体１００全体の一軸圧縮強度を求める。具体的には、モデル生成部１５は、上述の供試体強度情報、強度相関長情報、未改良率情報、及び未改良部分サイズ情報に基づいて演算を行い、地盤改良体１００の一軸圧縮強度に関する三次元モデルを生成する。図４に示されるように、生成される三次元モデル１００Ｍは、均質の多数の要素１０１に分割されてなる。そして、各要素１０１の一軸圧縮強度は、供試体強度情報、強度相関長情報、未改良率情報、及び未改良部分サイズ情報に基づいて、地盤改良体１００の強度分布の統計的性質が再現されるように設定される。
【００２６】
モデル強度算出部１７は、モデル生成部１５で生成された三次元モデル１００Ｍについてシミュレーションを行い、当該三次元モデル１００Ｍ全体の一軸圧縮強度を算出する。三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度を求めるためのシミュレーション手法としては、例えば、有限要素法が用いられる。モデル生成部１５による三次元モデル１００Ｍの生成と、モデル強度算出部１７による一軸圧縮強度の算出と、が複数回繰り返し行われ、多数の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度が得られる。
【００２７】
統計処理部１９は、モデル強度算出部１７で得られた多数の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度を統計処理する。この統計処理では、例えば、多数の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度の平均値と標準偏差とが算出される。統計処理部１９は、例えば、ディスプレイ装置等に上記平均値と標準偏差とを表示する。このように得られた平均値は、地盤改良体１００の一軸圧縮強度の推定値として用いることができる。
【００２８】
続いて、上述の強度推定装置１を用いた地盤改良体１００の強度推定方法の一例について、図５を参照しながら説明する。
【００２９】
この強度推定方法は、以下に説明する強度相関長取得工程と、供試体強度取得工程と、未改良率取得工程と、未改良部分サイズ取得工程と、地盤改良体モデル生成工程と、モデル強度算出工程と、統計処理工程と、を備えている。
【００３０】
〔強度相関長取得工程〕
地盤改良体１００の複数の箇所をボーリングし、複数の円柱状のコアサンプル１０３を採取する。コアサンプル１０３は例えば直径５５ｍｍであり、公知のコアリング装置を用いて採取される。続いて、得られたコアサンプル１０３の外周面に、円柱軸方向に所定間隔（例えば、５ｃｍ間隔）で試験位置を設定し、各試験位置に対して針貫入試験を行う（図５のＳ５０１）。針貫入試験は、例えば、地盤工学会基準 針貫入試験方法(案)に従って行い、コアサンプル１０３の所定間隔ごとの各試験位置における針貫入勾配値が得られる。ユーザは、入力装置２０７（キーボード等）により、各試験位置の位置座標と針貫入勾配値とを関連付けて強度推定装置１に入力する。なお、試験位置は、コアサンプル１０３の円柱軸方向に直線的に配列されてもよく、コアサンプル１０３の外周面上に二次元的に配置されてもよい。
【００３１】
強度推定装置１の強度相関長算出部７ｂにおいては、各試験位置の位置座標と、針貫入勾配値と、に基づいて、地盤改良体１００における針貫入勾配値の相関長が算出される（Ｓ５０３）。ここで、各試験位置の針貫入勾配値に基づいて、相関長を算出する手法の一例について説明する。図６に示すように、地盤改良体１００の各位置から採取された各コアサンプル１０３（図６の例の場合、３つのコアサンプルNo.1〜No.3）について、前述の針貫入試験を行う。各コアサンプル１０３の外周面に設定された多数の試験位置同士について、２点の各試験位置同士の距離（横軸）と、２点の各試験位置の針貫入勾配値の相違度（縦軸）との関係をプロットしていき、プロットしたデータの曲線フィッティングを行う。そして、図６に示すように、曲線フィッティングで作成された曲線ｆが相違度＝１に漸近する距離の値を、相関長とする。例えば、図６の例では、相関長＝０．３６ｍが求められる。
【００３２】
一般に、地盤における針貫入勾配値と一軸圧縮強度との間には高い相関関係があるので、上記の針貫入勾配値の相関長は、地盤改良体１００の一軸圧縮強度に関する相関長（強度相関長情報）に等しいものとみなしてよい。供試体強度入力部５は、取得した上記の強度相関長情報を後述のモデル生成部１５に送出する。なお、この強度相関長取得工程では、針貫入試験の結果から一軸圧縮強度に関する相関長を別途途求めておき、この相関長のみを、強度相関長情報として強度推定装置１に入力してもよい。相関長は、地盤改良体１００内の各部位においてどの程度の距離範囲で互いに強度の関連性があるかを示す指標である。
【００３３】
〔供試体強度取得工程〕
上記コアサンプル１０３からランダムに複数の供試体１０５を抜き取り、各供試体１０５について一軸圧縮試験を行い、供試体１０５の一軸圧縮強度を求める（Ｓ５０５）。供試体１０５は、例えば、直径５５ｍｍ、高さ１００ｍｍの円柱とする。一軸圧縮試験は、例えば、ＪＩＳ Ａ１２１６に従って行う。
【００３４】
続いて、強度推定装置１の供試体強度入力部５の入力処理に従って、ユーザは、入力装置２０７（キーボード等）により、各供試体の一軸圧縮強度の測定値（供試体強度情報）を強度推定装置１に入力する。供試体強度入力部５は、取得した供試体強度情報を後述のモデル生成部１５に送出する。なお、この供試体強度取得工程では、供試体１０５の一軸圧縮強度の平均値と標準偏差とを別途求めておき、この平均値及び標準偏差のみを、供試体強度情報として強度推定装置１に入力してもよい。
【００３５】
〔未改良率取得工程〕
続いて、ユーザは、上記コアサンプル１０３の目視検査を行う。コアサンプル１０３の目視検査により、コアサンプル１０３に含まれる未改良部分を容易に確認することができる。すなわち未改良部分は、コアサンプル１０３のうち一部脆弱な部分、或いはコアサンプル１０３の一部分が採取時に既に崩壊した部分として目視確認可能である。ユーザは、コアサンプル１０３全体に対する未改良部分の体積割合を目測で判定し、地盤改良体１００に含まれる未改良部分の体積割合の推定値（未改良率情報）とする。続いて、強度推定装置１の未改良率入力部９の入力処理に従って、ユーザは、入力装置２０７（キーボード等）により、未改良率情報を強度推定装置１に入力する。未改良率入力部９は、取得した未改良率情報を後述のモデル生成部１５に送出する（Ｓ５０７）。
【００３６】
〔未改良部分サイズ取得工程〕
また、上記コアサンプル１０３の目視検査において、ユーザは、上記未改良部分の１箇所当たりのサイズを目測で判定し、地盤改良体１００に含まれる未改良部分の１箇所当たりのサイズの推定値（未改良部分サイズ情報）とする。続いて、強度推定装置１の未改良部分サイズ入力部１１の入力処理に従って、ユーザは、入力装置２０７（キーボード等）により、未改良部分サイズ情報を強度推定装置１に入力する。未改良部分サイズ入力部１１は、取得した未改良部分サイズ情報を後述のモデル生成部１５に送出する（Ｓ５０７）。
【００３７】
〔地盤改良体モデル生成工程〕
続いて、強度推定装置１のモデル生成部１５は、上述の供試体強度情報、強度相関長情報、未改良率情報、及び未改良部分サイズ情報に基づいて演算を行い、地盤改良体１００の一軸圧縮強度に関する三次元モデル１００Ｍ（図４参照）を生成する（Ｓ５１１）。具体的には、三次元モデル１００Ｍは、例えば、図４に示されるように、均質の多数の要素（メッシュ）１０１に分割されてなる。例えば、要素１０１は５ｃｍ立法の直方体とする。各要素１０１には、当該要素１０１の一軸圧縮強度と、この一軸圧縮強度に対応する剛性（例えば、弾性係数等）と、が配分される。すなわち、モデル生成部１５は、供試体強度情報、強度相関長情報、未改良率情報、及び未改良部分サイズ情報に基づいて、公知の空間統計学的手法に基づく演算を行い、各要素１０１に対して、一軸圧縮強度と、剛性に関する物性値（例えば、弾性係数）と、を割り振る。このとき、地盤改良体１００各部位の強度及び剛性の分布の統計的性質が、三次元モデル１００Ｍに再現されるように、各要素１０１の一軸圧縮強度及び剛性が設定される。
【００３８】
図４は、多数の直方体の要素１０１に分割された三次元モデル１００Ｍを示し、各要素１０１に付された色の濃さが当該要素１０１の一軸圧縮強度及び剛性を表すものとする。すなわち、図４中では、色が濃い要素１０１ほど、大きい一軸圧縮強度と大きい剛性とを有し、色が薄い要素１０１ほど、小さい一軸圧縮強度と小さい剛性とを有している。
【００３９】
例えば、未改良部分の存在割合やサイズが、強度相関長情報、未改良率情報及び未改良部分サイズ情報等で示される統計的性質に整合するように、三次元モデル１００Ｍの要素として未改良部分要素１０１ｚが配置される。例えば、未改良部分要素１０１ｚの一軸圧縮強度及び剛性はゼロと設定される。例えば、未改良部分要素１０１ｚは、前述の未改良率情報で示される出現頻度で、三次元モデル１００Ｍ中にランダムに配分される。例えば、未改良部分要素１００ｚのサイズ（未改良部分要素１００ｚとして割り当てられた一塊の要素の個数）は一様としてもよく、未改良部分のサイズに所定の分布（例えば正規分布）を持たせてもよい。なお、図４の例では、未改良部分要素１００ｚは、要素１０１の１個分のサイズに設定している。
【００４０】
モデル生成部１５は、上述の処理を所定回数繰り返して、多数の異なる三次元モデル１００Ｍを、所定のデータ数になるまで生成する（Ｓ５１１〜Ｓ５１５）。ここで生成された多数の三次元モデル１００Ｍは、すべて、実際の地盤改良体１００各部位の強度及び剛性の分布の統計的性質を再現したものとなる。
【００４１】
〔モデル強度算出工程〕
強度推定装置１のモデル強度算出部１７は、モデル生成部１５で生成された三次元モデル１００Ｍについて演算を行い、多数の均質の要素で構成された当該三次元モデル１００Ｍ全体としての一軸圧縮強度を、有限要素法で算出する（Ｓ５１３）。その後再び、地盤改良体モデル生成工程（Ｓ５１１）が行われ、他の三次元モデル１００Ｍが生成される。このように、モデル生成部１５による三次元モデル生成（Ｓ５１１）と、モデル強度算出部１７による一軸圧縮強度の算出（Ｓ５１３）と、が所定回数繰り返し行われることで（Ｓ５１５）、所定データ数の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度が得られる。
【００４２】
〔統計処理工程〕
強度推定装置１の統計処理部１９は、多数の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度を統計処理する（Ｓ５１７）。この統計処理では、例えば、多数の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度の平均値と標準偏差とが算出される。統計処理部１９は、例えば、ディスプレイ装置等に上記平均値と標準偏差とを表示する。このように得られた平均値は、地盤改良体１００全体としての一軸圧縮強度の推定値として用いることができる。
【００４３】
続いて、上述した強度推定プログラム、強度推定装置１、及び強度推定方法による作用効果について説明する。
【００４４】
上述した強度推定プログラム、強度推定装置１、及び強度推定方法によれば、地盤改良体１００の三次元モデル１００Ｍが複数生成され、各々の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度が有限要素法を用いて算出される。その後、複数の三次元モデル１００Ｍの一軸圧縮強度を統計処理することにより、地盤改良体１００全体としての一軸圧縮強度を推定することができる。
【００４５】
上記三次元モデル１００Ｍの生成においては、地盤改良体１００からサンプリングされた複数の供試体１０５の強度の情報に加えて、地盤改良体１００の強度に関する相関長、未改良部分の体積割合、及び未改良部分のサイズの情報を反映させた三次元モデル１００Ｍが生成される。地盤改良体１００の強度に関する相関長、未改良部分の体積割合、及び未改良部分のサイズは、何れも、地盤改良体１００全体としての強度に影響を及ぼすと考えられる。このように、地盤改良体１００の強度に影響を及ぼす要因を更に加えて導入することにより、現実の地盤改良体１００の状態がより詳細に反映された三次元モデル１００Ｍが生成される。そして、現実の地盤改良体１００の状態が詳細に反映された三次元モデル１００Ｍを有限要素法のモデルとして採用するので、地盤改良体１００の強度の合理的な推定結果を得ることができる。また、モンテカルロシミュレーションにより、現実の地盤改良体１００の状態に近い多数の三次元モデルを用いて当該三次元モデル全体の一軸圧縮強度を多数算出するので、多数の供試体の一軸圧縮強度を単純に平均するといった従来の強度推定に比較して、標準偏差も小さくなり、精度が高い推定結果が得られると考えられる。
【００４６】
また、強度相関長取得工程では、針貫入試験による各試験位置の針貫入勾配値に基づいて相関長を算出している。針貫入試験は、比較的短時間で実行可能であるので、多数の試験位置の針貫入勾配値のデータを採取することができる。また、コアサンプル１０３の所定の試験位置における針貫入勾配値は当該試験位置における部位の一軸圧縮強度に関連するので、針貫入勾配値の分布の傾向を一軸圧縮強度の分布の傾向とみなすことができる。従って、地盤改良体の一軸圧縮強度に関する相関長の推定値を簡易に得ることができる。
また、針貫入試験は、コアサンプル１０３に与えるダメージも小さい。従って、針貫入試験後のコアサンプル１０３から供試体１０５を抜き取って、供試体強度取得工程における一軸圧縮試験の供試体としても再利用することができる。
【００４７】
次に、上述した強度推定プログラム、強度推定装置１、及び強度推定方法による作用効果の確認のため、本発明者らが行った強度推定について説明する。
【００４８】
前述の非特許文献１の３０４頁には、国土交通省の総合技術開発プロジェクト（以下「総プロ」）による試験結果が記載されている。総プロの試験では、直径１０００ｍｍの地盤改良体の一軸圧縮強度の平均と、当該地盤改良体から採取された直径５５ｍｍの供試体の一軸圧縮強度の平均及び標準偏差と、が実測されている。非特許文献１には、砂質土の地盤を改良してなる改良地盤体について、
直径１０００ｍｍの地盤改良体の一軸圧縮強度の平均＝３３３０[kN/m2]
直径５５ｍｍの供試体の一軸圧縮強度の平均＝３８５８[kN/m2]
直径５５ｍｍの供試体の一軸圧縮強度の標準偏差＝１１６５[kN/m2]
との実験結果が示されている。地盤改良体の一軸圧縮強度Ｑｕと供試体の一軸圧縮強度ｑｕとの比Ｑｕ／ｑｕは、約０．９である。
【００４９】
一方、本発明者らの強度推定では、砂質土の地盤をジェットグラウト工法で改良した地盤改良体について、ボーリングを行いコアサンプルを採取した。このコアサンプルの外周面に、円柱軸方向に１０ｃｍごとの試験位置を設定し、針貫入試験を行って各試験位置の針貫入勾配値を得た。得られた針貫入勾配値のデータに基づいて針貫入勾配値の相関長を算出し、相関長０．０８６ｍを得た。この値を、強度相関長情報として強度推定装置１に入力した。また、一般的に、砂質土の地盤をジェットグラウト工法で改良した場合、未改良率は５％程度であると推定されるので、この値を未改良率情報として強度推定装置１に入力した。また、未改良部分サイズは、三次元モデルのメッシュと同サイズ（０．０５ｍ立方）と仮定し、未改良部分サイズ情報として強度推定装置１に入力した。
【００５０】
また、前述の総プロの試験結果に基づき、
直径５５ｍｍの供試体の軸圧縮強度の平均＝３８５８[kN/m2]
直径５５ｍｍの供試体の軸圧縮強度の標準偏差＝１１６５[kN/m2]
の値を、供試体強度情報として強度推定装置１に入力した。以上の入力に基づいて強度推定装置１による地盤改良体の一軸圧縮強度の平均Ｑｕを求めたところ、３３００[kN/m2]との結果が得られた。従ってＱｕ／ｑｕは約０．９との結果が得られ、総プロによる地盤改良体の一軸圧縮強度に近い値が得られた。よって、本実施形態の強度推定プログラム、強度推定装置１、及び強度推定方法による強度推定では、実際の地盤改良体の一軸圧縮強度に近い合理的な結果が得られることが確認された。
【００５１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１…強度推定装置（コンピュータ）、５…供試体強度入力部（供試体強度取得手段）、７…強度相関長取得部（強度相関長取得手段）、９…未改良率入力部（未改良率取得手段）、１１…未改良部分サイズ入力部（未改良部分サイズ取得手段）、１５…モデル生成部（地盤改良体モデル生成手段）、１７…モデル強度算出部（モデル強度算出手段）、１００…地盤改良体、１００Ｍ…三次元モデル、１０１…要素、１０３…コアサンプル、１０５…供試体、２１０…強度推定プログラム。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤改良体の強度を推定するための強度推定プログラムであって、
コンピュータを、
前記地盤改良体からサンプリングされた複数の供試体の強度に関する情報を供試体強度情報として取得する供試体強度取得手段と、
前記地盤改良体の強度に関する相関長を強度相関長情報として取得する強度相関長取得手段と、
前記地盤改良体内で部分的に地盤改良がなされていない部分である未改良部分の体積の割合を未改良率情報として取得する未改良率取得手段と、
前記未改良部分の１箇所当たりのサイズを未改良部分サイズ情報として取得する未改良部分サイズ取得手段と、
前記供試体強度情報と、前記強度相関長情報と、前記未改良率情報と、前記未改良部分サイズ情報と、に基づいて、三次元的に分割された複数の要素からなる前記地盤改良体の三次元モデルを複数生成する地盤改良体モデル生成手段と、
前記地盤改良体モデル生成工程で生成された各々の前記三次元モデルの強度を算出するモデル強度算出手段と、
として機能させることを特徴とする強度推定プログラム。
【請求項２】
地盤改良体の強度を推定するための強度推定装置であって、
前記地盤改良体からサンプリングされた複数の供試体の強度に関する情報を供試体強度情報として取得する供試体強度取得手段と、
前記地盤改良体の強度に関する相関長を強度相関長情報として取得する強度相関長取得手段と、
前記地盤改良体内で部分的に地盤改良がなされていない部分である未改良部分の体積の割合を未改良率情報として取得する未改良率取得手段と、
前記未改良部分の１箇所当たりのサイズを未改良部分サイズ情報として取得する未改良部分サイズ取得手段と、
前記供試体強度情報と、前記強度相関長情報と、前記未改良率情報と、前記未改良部分サイズ情報と、に基づいて、三次元的に分割された複数の要素からなる前記地盤改良体の三次元モデルを複数生成する地盤改良体モデル生成手段と、
前記地盤改良体モデル生成工程で生成された各々の前記三次元モデルの強度を算出するモデル強度算出手段と、を備えたことを特徴とする強度推定装置。
【請求項３】
地盤改良体の強度を推定するための強度推定方法であって、
前記地盤改良体からサンプリングされた複数の供試体の強度に関する情報を供試体強度情報として取得する供試体強度取得工程と、
前記地盤改良体の強度に関する相関長を強度相関長情報として取得する強度相関長取得工程と、
前記地盤改良体内で部分的に地盤改良がなされていない部分である未改良部分の体積の割合を未改良率情報として取得する未改良率取得工程と、
前記未改良部分の１箇所当たりのサイズを未改良部分サイズ情報として取得する未改良部分サイズ取得工程と、
コンピュータが、前記供試体強度情報と、前記強度相関長情報と、前記未改良率情報と、前記未改良部分サイズ情報と、に基づいて、三次元的に分割された複数の要素からなる前記地盤改良体の三次元モデルを複数生成する地盤改良体モデル生成工程と、
コンピュータが、前記地盤改良体モデル生成工程で生成された各々の前記三次元モデルの強度を算出するモデル強度算出工程と、を備えたことを特徴とする強度推定方法。
【請求項４】
前記地盤改良体モデル生成工程では、
前記三次元モデルをなす各前記要素の各々の強度が、前記供試体強度情報と、前記強度相関長情報と、前記未改良率情報と、前記未改良部分サイズ情報と、に基づいて設定されることを特徴とする請求項３に記載の強度推定方法。
【請求項５】
前記強度相関長取得工程では、
前記地盤改良体をボーリングして取得した当該地盤改良体のコアサンプルを採取し、前記コアサンプルの外周面に所定間隔で設定した試験位置に対して針貫入試験を行い、前記針貫入試験で得られた各試験位置の針貫入勾配値に基づいて前記相関長を算出することを特徴とする請求項３又は４に記載の強度推定方法。
【請求項１】
地盤改良体の強度を推定するための強度推定プログラムであって、
コンピュータを、
前記地盤改良体からサンプリングされた複数の供試体の強度に関する情報を供試体強度情報として取得する供試体強度取得手段と、
前記地盤改良体の強度に関する相関長を強度相関長情報として取得する強度相関長取得手段と、
前記地盤改良体内で部分的に地盤改良がなされていない部分である未改良部分の体積の割合を未改良率情報として取得する未改良率取得手段と、
前記未改良部分の１箇所当たりのサイズを未改良部分サイズ情報として取得する未改良部分サイズ取得手段と、
前記供試体強度情報と、前記強度相関長情報と、前記未改良率情報と、前記未改良部分サイズ情報と、に基づいて、三次元的に分割された複数の要素からなる前記地盤改良体の三次元モデルを複数生成する地盤改良体モデル生成手段と、
前記地盤改良体モデル生成工程で生成された各々の前記三次元モデルの強度を算出するモデル強度算出手段と、
として機能させることを特徴とする強度推定プログラム。
【請求項２】
地盤改良体の強度を推定するための強度推定装置であって、
前記地盤改良体からサンプリングされた複数の供試体の強度に関する情報を供試体強度情報として取得する供試体強度取得手段と、
前記地盤改良体の強度に関する相関長を強度相関長情報として取得する強度相関長取得手段と、
前記地盤改良体内で部分的に地盤改良がなされていない部分である未改良部分の体積の割合を未改良率情報として取得する未改良率取得手段と、
前記未改良部分の１箇所当たりのサイズを未改良部分サイズ情報として取得する未改良部分サイズ取得手段と、
前記供試体強度情報と、前記強度相関長情報と、前記未改良率情報と、前記未改良部分サイズ情報と、に基づいて、三次元的に分割された複数の要素からなる前記地盤改良体の三次元モデルを複数生成する地盤改良体モデル生成手段と、
前記地盤改良体モデル生成工程で生成された各々の前記三次元モデルの強度を算出するモデル強度算出手段と、を備えたことを特徴とする強度推定装置。
【請求項３】
地盤改良体の強度を推定するための強度推定方法であって、
前記地盤改良体からサンプリングされた複数の供試体の強度に関する情報を供試体強度情報として取得する供試体強度取得工程と、
前記地盤改良体の強度に関する相関長を強度相関長情報として取得する強度相関長取得工程と、
前記地盤改良体内で部分的に地盤改良がなされていない部分である未改良部分の体積の割合を未改良率情報として取得する未改良率取得工程と、
前記未改良部分の１箇所当たりのサイズを未改良部分サイズ情報として取得する未改良部分サイズ取得工程と、
コンピュータが、前記供試体強度情報と、前記強度相関長情報と、前記未改良率情報と、前記未改良部分サイズ情報と、に基づいて、三次元的に分割された複数の要素からなる前記地盤改良体の三次元モデルを複数生成する地盤改良体モデル生成工程と、
コンピュータが、前記地盤改良体モデル生成工程で生成された各々の前記三次元モデルの強度を算出するモデル強度算出工程と、を備えたことを特徴とする強度推定方法。
【請求項４】
前記地盤改良体モデル生成工程では、
前記三次元モデルをなす各前記要素の各々の強度が、前記供試体強度情報と、前記強度相関長情報と、前記未改良率情報と、前記未改良部分サイズ情報と、に基づいて設定されることを特徴とする請求項３に記載の強度推定方法。
【請求項５】
前記強度相関長取得工程では、
前記地盤改良体をボーリングして取得した当該地盤改良体のコアサンプルを採取し、前記コアサンプルの外周面に所定間隔で設定した試験位置に対して針貫入試験を行い、前記針貫入試験で得られた各試験位置の針貫入勾配値に基づいて前記相関長を算出することを特徴とする請求項３又は４に記載の強度推定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１０８３３３（Ｐ２０１３−１０８３３３Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５６４５０（Ｐ２０１１−２５６４５０）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
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