「構造」の劣化に伴う地盤の塑性不安定化問題の解明とその応用

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10750371
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 小高 猛司 京都大学, 工学研究科, 助教授 (00252271)
• Keywords: 構造 / 粘性土 / 堆積軟岩 / 三軸試験 / 構成式 / 凍結・融解

Research Abstract

3軸圧縮試験を用いて、堆積軟岩および粘性土の「構造」の劣化が、変形および強度特性に及ぼす影響について検討を行った。堆積軟岩の場合は、軸載荷に伴うせん断変形により、ピーク強度を示した後に急激にひずみ軟化現象を呈することがよく知られているが、本研究によりそれらが内部構造の劣化によるものであることが示されるとともに、さらに小ひずみ領域において現れる弾性特性においても構造の劣化の影響が大きく現れることが示された。また、それらの弾性特性は拘束圧によって変化することも新たに示し、その拘束圧依存性を構成式に組み込むことにより、実際の地盤の挙動もより精度良くシミュレーションできることが示された。
一方、粘性土の場合は、鋭敏な自然堆積洪積粘土の構造の劣化について考察を行った。特に、トンネル掘削の施工に伴い、地盤改良工法として凍結工法を用いるときに、粘土の構造が凍結・融解履歴によりどれだけ劣化するのかについて実験的研究を行った。結果として、練返し状態までの構造が劣化することは無いものの、相当量の構造が劣化し、融解時には大都市部では無視できないほどの有意な変形が起こることが予測でき、何らかの対策を講じる必要があることが明らかとなった。また、別途そのような洪積粘土の挙動をシミュレーションするために新たに粘弾-粘塑性構成式を開発し、鋭敏な粘性土の構造の劣化に伴うひずみ軟化現象を構成式レベルで説明することに成功した。また、小ひずみレベルにおいても構造の劣化による弾性特性の劣化も説明できるようになり、それらに非線形移動硬化則を適用して拡張し小ひずみ領域における繰返しせん断変形に伴うせん断剛性の劣化挙動も説明できるようになった。それらは、地震時の互層地盤の液状化解析にも組み込み、地盤が液状化する場合に洪積粘土層がどのような役割を果たすのかについても考察を行った。

Research Products

• [Publications] 足立紀尚・小高猛司ら: "各種拘束圧下において堆積軟岩の内部構造が弾性特性に及ぼす影響" 第33回地盤工学研究発表会発表講演集. 1. 1203-1204 (1998)
• [Publications] 岡二三生・小高猛司ら: "凍結・融解履歴を受けた粘土の変形・強度特性" 第34回地盤工学研究発表会発表講演集. 1. (1999)
• [Publications] 岡二三生・小高猛司ら: "ひずみ勾配依存性弾粘塑性構成式による不均質粘土の変形解析" 第34回地盤工学研究発表会発表講演集. 1. (1999)
• [Publications] 岡二三生・小高猛司ら: "非線形移動硬化則に基づく粘弾性-粘塑性構成式を用いた粘土の繰返し挙動のシミュレーション" 第34回地盤工学研究発表会発表講演集. 1. (1999)
• [Publications] 岡二三生・小高猛司ら: "有限変形理論に基づく3次元液状化解析法" 第34回地盤工学研究発表会発表講演集. 1. (1999)