STUDY ON STIFFNESS EVALUATION OF SUBGRADE AND SUBBASE USING HANDY-FWD DEVICE

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。

欠点反力となる大掛りな機材が必要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

重錘

衝撃緩和用ゴムバッファ

載荷板

小型 FWD

小型 FWD の問題点

データ処理方法

解析手法明確化されていない

重錘落下高さ

ゴムバッファ測定結果に影響

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 B 　 C 620 630 630 620

2500

マサ土

M-40

単位： (mm)

200

200

試験箇所 2　　緩衝マット

200

200

2500900 900

450450

A B

50140

砂質土 砂質土

マサ土

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 ， 200 ｍｍ

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 ， 300 ｍｍ

落下高さ100 ～ 250mm

50mm 間隔

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

ゴムバッファ 落下高さ 荷重時間積 変位時間積

硬度 （ mm ） （ N ･ s ） （ μm ･ s ）

60 450 24.8 0.8

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

落下高さ 硬度 65° 硬度 60°

（ mm ） （ N/μm ） （ N/μm ）

150 29 29

300 29 29

450 31 31

時間積比と落下高さの関係

試験結果

0

100

200

300

400

500

0 2.5 5 7.5 10

/荷重時間積 変位時間積

支持

力係

数(N

/cm

3 ) R2=0.82

路床のシミュレーション

D E M

個別要素法

不連続体　⇒　衝撃問題等に使用

1971 年：カンドールにより提案

2500

A B 　 C 620 630 630 620

マサ土

単位： (mm)

200

路床の解析モデル（ DEM)

粒子の直径： 10mm

粒子の合計： 5000

2500

200

単位：（ mm）

荷重

荷重

Voigt モデル

　 a) 法線方向　　　 b) 接線方向　

nnK sK

sK

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

0

400

800

1200

1600

0 4 8 12 16時間(ms)

荷重

(N)

実験値Sin波形

路床のシミュレーション結果

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 10 20 30時間(ms)

変位

(mm

)

実験値解析値

落下高さ (mm) 100 150 200 250

法線方向のバネ定数 (N/m) 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

解析により推定した路床の物性値

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

平板載荷試験の荷重と変位

比較

路床の物性値

重力加速度 (m/s2) 0

時間間隔 (s) 5.0×10-7

路床の密度 (kg/m3) 1,400

摩擦係数 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

0

1

2

3

4

0 10000 20000 30000 40000 50000

使用するデータ数

(kN)

荷重

静的荷重：任意の値

（今回は 6 ， 9,12,15kN を使用）

荷重と変位の関係（路床）

0

0.5

1

1.5

0 6 12 18

荷重(kN)

変位

(mm

)

平板載荷試験

解析値

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。