有限変形弾塑性FEMによる飽和粘土地盤の応力・変形・支持力解析

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08660300
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 東 孝寛 九州大学, 農学部, 助手 (00181066)
• Keywords: 有限変形解析 / 微小変形解析 / 弾塑性FEM / 飽和粘土地盤 / 地盤支持力

Research Abstract

有限変形弾塑性FEMプログラムの開発のために、幾何学的非線形性を考慮に入れた有限要素法の定式化、および大変形解析のための土の構成式(関口・太田モデル)の拡張について検討した。そして、検討結果をもとに既存の微小変形理論に基づく連成問題解析用の弾塑性FEMプログラムを修正・拡張して、有限変形弾塑性FEMプログラムを作成した。
次に、作成したプログラムを使用して非排水条件下の帯状等分布荷重が作用する等方均質な正規圧密飽和粘土地盤の応力・変形・支持力解析を行い、その結果を徴小変形解析結果と比較した。載荷圧が大きくなると両解析から求まる載荷圧と載荷面中央の沈下量の関係に違いが現れ、載荷圧が同じであれば有限変形解析の方が変形量は小さく、その差は地盤の圧縮性が大きいほど顕著となった。また、微小変形解析から求まる地盤の支持力は、地盤の圧縮性に関係なくPrandtl解にほぼ一致した。有限変形解析から求まる地盤支持力は、微小変形解析から求まるそれより大きく、その差は地盤の圧縮性が大きいほど大となった。なお、本有限変形解析においては、1次のアイソパラメトリック要素を使用しているが、地盤の圧縮性が大きい場合、載荷圧が大きくなると解に振動が発生し、地盤が破壊状態に達するまで解析でさなかった。
さらに、排水条件下の解析として帯状等分布荷重が作用する等方均質な正規圧密飽和粘土地盤の応力・変形(圧密)解析を行った。地表面を排水面(間隙水圧が0)とした場合、載荷面中央の沈下量は、非排水解析の場合とは逆に微小変形解析より有限変形解析の方が大きくなった。