骨格構造の生成・劣化をともなう飽和土の時間依存挙動の弾塑性力学に基づく解析

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450190
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 浅岡 顕 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50093175)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 英司 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (00293647) ; 野田 利弘 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (80262872) ; 中野 正樹 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (00252263)
• Keywords: 構造 / 粘土 / 圧密 / せん断 / 過圧密 / 弾塑性構成式 / 時間依存挙動

Research Abstract

自然堆積粘土はよく「構造」を持っていると言われる。その特徴として以下の3点を挙げることができる。(1)乱れによる強度、変形特性の低下、(2)2次圧密やクリープ、クリープ破壊、「isotache」などのいわゆる時間依存性、(3)堆積環境に由来する異方性とマスとしての不均質性。そこで、本研究では実験と水〜土連成弾塑性解析を通じて(1)、(2)について調べている。
初期に高含水比を有するコロイド状の練り返し粘土を自然に沈降、自重圧密させ、再構成粘土を作成する。この再構成粘土はe-ln p'関係で構造のない正規圧密線(N.C.L.)よりも上側、つまり不可能領域に位置することがわかり、再構成粘土は高位な構造を有しているということを示した。また、この粘土に鉛直応力を与えてせん断すると正規圧密線に近づき、塑性変形にともなって、構造を喪失しつつ正規圧密粘土に近づいていくことを実験より示した。また、1次元圧密挙動については、過剰間隙水圧の増減を繰り返しながら遅れ沈下が観測された。
これらの事実を踏まえて、水〜土連成弾塑性解析を用いて数値シミュレーションを行った。なお、弾塑性構成式として構造を有する土の弾塑性挙動を表現できる上負荷面カムクレイモデルを用いている。この構成式は、カムクレイ降伏面は練り返された正規圧密粘土の挙動を、その外側にも受けた上負荷面で構造を有する土の挙動を、また上負荷面の内側に下負荷面を設けて過圧密土の挙動を表すモデルである。塑性変形を受けると、構造は喪失し、過圧密は解消しながら練り返し正規圧密粘土になるということを記述している。このモデルを用いて、初期に高含水比を有する供試体に徐々に重力を与えつつ、圧密沈下させる。沈降・自重圧密終了後は正規圧密線の上側に位置し、構造を有しているという実験事実と類似する結果が得られた。また、その後に、定率変位制御載荷試験を行うと、比体積の減少とともに、正規圧密線に漸近していくという挙動が得られた。

Research Products

• [Publications] 浅岡顕: "「構造」を持った過圧密土の弾塑性挙動"土木学会応用力学論文集. 1. 637-640 (2000)
• [Publications] 浅岡顕: "砂の過圧密比と粘土の過圧密比"過圧密土および過圧密地盤の力学に関するシンポジウム論文集. 1. 129-136 (2000)
• [Publications] Asaoka,A.: "An Elasto-Plastic Description of the Difference between Sand and Clay"The 10th International Conference IACMAG. 1. 263-270 (2001)
• [Publications] 浅岡顕: "自然堆積粘土や砂の構造劣化・過圧密解消を伴う弾塑性挙動"第50回理論応用力学講演会講演論文集 (NCTAM2001). 1. 511-512 (2001)
• [Publications] 浅岡顕: "粘土の等方圧縮後の境界非排水条件下における応力緩和挙動"第50回理論応用力学講演会講演論文集 (NCTAM2001). 1. 513-514 (2001)