盛土に伴う地盤変形解析（有限要素法）｜線形及び非線形解析に対応

計算方法と適用範囲

このツールで計算できること

盛土荷重を受ける地盤の応力・変形を、有限要素法（平面ひずみ）で解析します。地層ごとに線形弾性と修正カムクレイ（弾塑性）を選択でき、沈下・側方変位の分布、変形図、応力・ひずみのコンター図を出力します。計算はすべてブラウザ内（Web Worker）で実行されます。

計算方法・使用式

• 要素: 4節点四辺形要素（Q4、2×2ガウス積分）による平面ひずみ解析です。メッシュは地層境界・盛土形状に合わせて自動生成します。
• 境界条件: モデル側方は水平固定・鉛直自由、底面は固定のローラー支持です。
• 初期応力: 水平成層を仮定したK0手続きにより、自重による有効応力（地下水位より浅い部分はγt、以深は水中単位体積重量）とσ′h0 = K0・σ′v0を解析解で与えます。
• 線形弾性層: 弾性係数Eとポアソン比νによる等方弾性体です。
• 修正カムクレイ層: 圧縮指数λ・膨潤指数κ・限界状態応力比M・初期間隙比e0・過圧密比OCR・K0を用いる弾塑性構成則です。盛土荷重を荷重増分に分けてNewton-Raphson反復で解き、収束しない場合は増分を自動で二分割します。
• 盛土荷重: 盛土を弾性要素としてモデルに含め、その自重を段階的に載荷します。

入力と出力

入力: 解析領域の幅・メッシュピッチ・地下水位、盛土形状（高さ・天端幅・法勾配・単位体積重量・E・ν）、地層構成（最大層数まで。層厚・解析モデル・E・ν・γt・γsat、修正カムクレイ層はλ・κ・M・e0・OCR・K0）。

出力: 地表面・任意深度の沈下量と側方変位の分布、変形図（倍率調整可）、応力・ひずみ・変位のコンター図。

適用範囲・計算上の仮定

• 2次元平面ひずみ（奥行き方向に一様な盛土断面）の静的解析です。
• 排水条件を明示的に扱わない全応力ベースの変形解析です。圧密の時間的進行（間隙水圧の消散過程）は解析しません。修正カムクレイ層の結果は排水条件（長期）の変形に相当します。
• 盛土は最終形状の自重を増分載荷します。施工過程（盛土速度・放置期間）の影響は扱いません。
• 要素サイズ・解析領域の広さが結果に影響します。境界の影響が出ていないか（側方境界付近の変位が十分小さいか）を確認してください。
• 破壊（極限状態）の照査は対象外です。安定性は円弧すべり（地盤破壊の検討ツール）などで別途照査してください。

使用基準・参考文献・設計者が確認すべき事項

• 有限要素法（平面ひずみ・Q4要素）の標準的な定式化。
• 修正カムクレイモデル（Roscoe & Burland, 1968）: 限界状態土質力学に基づく弾塑性構成則。
• K0手続きによる初期応力の設定（地盤解析の標準的な取り扱い）。

弾性係数・カムクレイパラメータ（λ・κ・M・OCRなど）は圧密試験・三軸試験から設定してください。解析結果の妥当性（メッシュ依存性・境界条件・実測との整合）の確認、重要構造物での動態観測計画は、設計者が別途行ってください。