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3次元地すべり斜面安定解析(LEM3D) Ver.2 Ver.up
3次元斜面安定解析・対策工設計プログラム

最新版製品価格 ●リリース 2011年4月予定
地盤解析

 はじめに
斜面安定計算は、現在、2次元平面状態を想定した解析が一般的ですが、実際の斜面における地形、すべり形状、地質、水圧分布などはすべて3次元的であり、より精度の高い安全率を求めるには、3次元斜面安定計算を行うべきだと考えられます。

実際、2次元解析による安全率は、3次元解析に比べて小さい(低い)結果になり、その意味では安全側と言えますが、逆に言えば、対策工などにおいては、過大設計になりかねません。

本製品は、実際の地形形状や地すべり面を3次元形状で再現した斜面安定解析を行うことができます。3次元地形形状は、(1)地形断面図を多数入力する2次元的な操作で比較的簡単に再現する方法、(2)既存のDEMデータを利用する方法、の2通りを用意しています。また、対策工として、3次元抑止力を用いた杭工の設計が可能です。

本製品は、「群馬大学鵜飼研究室」との共同開発により、2004年4月に初版をリリースして以来、比較的軽微な要望を中心に改訂を加えてきましたが、今回、大幅改訂による、製品強化を行うことになりました。


▲図1 3次元地すべり斜面安定解析メイン画面

 滑り球体、楕円体の自動検索機能
現在、本製品は、地すべりを対象にしているという観点から、すべり面は既知であるとして、図2(右下の断面図)に示す通り、地すべり線を各断面ごとに入力する仕様になっています。

しかし、埋立て地などでは、必ずしもすべり面が確定できない場合もあります。このような場合、2次元の斜面安定解析では、すべり円中心の格子範囲を指定し、最小安全率となる臨界すべり面を計算することが一般的に行われていますが、これと同様に、3次元斜面において臨界すべり面(楕円面)を自動検索する機能を用意することにしました(図3)。

▲図2 地形断面の入力画面 ▲図3 楕円体すべりの自動検索機能イメージ


楕円面の方程式は「 x2/a2+y2/b2+z2/c2=1」で表されますが、本プログラムでは、主軸の長さ(a,b,c)や楕円面中心の格子範囲、楕円体の傾斜角度などを指定し、不特定多数の臨界面に対する計算を行う予定です。ただし、1つの楕円体に対する計算時間が比較的長いことから、この機能を使用する場合は、最初から多数の楕円体を検討するのではなく、徐々に臨界すべり面をしぼり込んでゆくように配慮しなければならないと考えられます。

 コンター図からの地形データのDEMデータ作成機能
本製品は、複数の断面形状による3次元地形生成とDEM(Digital Elevation Model)による解析を可能にしていますが、この地形データを、コンター図(等高線図)から作成する機能を用意することとしました。図4に示すとおり、3次元地すべり解析を行いたい範囲を含むコンター図から目的とする地形範囲を選択することで、選択範囲のDEMデータを簡単に作成することができます(DEMデータ生成機能)。また、指定した分割数で選択範囲を分割し、地形範囲の各断面データを作成する(断面データ生成機能)ことも可能です。


▲図4 等高線による3次元地形生成機能イメージ


一般的に、3次元安定解析においては入力データの作成に手間がかかりますが、本機能によりデータ作成の手間を大幅に削減することができます。なお、コンター図はCADデータ(DWG、DXF、SXF)や画像データ(BMP、TIFなど)を利用することができます。

 地層境界面のコピーによる作成
地層の境界面形状が地表面と近似していると仮定する場合に、標高情報のみを変更して地層境界面を生成する機能です。

 設計震度を地層毎に変更可能
地震時の設計震度を地層単位で設定できるように改善します。深さ方向による震度の相違をある程度再現できるのではないかと考えられます。

 任意のすべり方向に対する検討
現行のプログラムは、すべり地形が既知であることを前提に、すべり方向についても、入力した地形に対して、図5の赤矢印のように、そのまま平行にすべるものとして解析することになります。すなわち、すべり地形は、すべり面並びにすべり方向を想定した上で入力しなければなりません。仮に、すべり方向が10°右側に振れた場合の検討を行う場合(図5の緑矢印)は、その方向に合わせた断面形状を入力し直す必要があり、手間がかかってしまいます。そのため、一度入力したすべり地形に対して、すべり方向を任意に変更しても解析が行えるように、解析部を改善していく予定です。


▲図5 すべり方向の任意指定イメージ

 おわりに
現在サポートしている対策工は杭工ですが、可能であればアンカー工にも対応したいと考えています。斜面安定解析の充実はもちろんのこと、設計計算プログラムとしても、計算機能の向上に努力したいと考えています。
(Up&Coming '11 新春号掲載)
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