剛塑性有限要素法の地盤工学への応用に関する総合的研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15360252
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 田村 武 京都大学, 工学研究科, 教授 (30026330)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大塚 悟 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (40194203) ; 角 哲也 京都大学, 工学研究科, 助教授 (40311732) ; 小西 真治 鉄道総合技術研究所, トンネル研究室, 室長 ; 岸田 潔 京都大学, 工学研究科, 助教授 (20243066) ; 木村 亮 京都大学, 工学研究科, 助教授 (30177927)
• Keywords: 極限解析 / 有限要素法 / 塑性論 / 荷重係数 / メカニズム / 拘束条件 / つりあい条件 / 適合条件

Research Abstract

数値解析の中でもっとも一般的に用いられる有限要素法は地盤工学でもかなり普及している.しかし,定量的な評価をする場合,用いる材料定数や境界条件の設定方法に大きな問題が残されている.つまり理論的な方法論は先行しているにもかかわらず,実用性はまだまだ乏しい.ところが,ここで研究対象としている剛性有限要素法は,必要な材料定数の数が少なく,境界条件の取り方に対する解の安定性は極めて高い.そのよう意味から工学的な価値はもっと強調されるべきである.しかし,従来の弾性あるいは弾塑性有限要素法と比べて,プログラミングが少し複雑であるため,まだまだ完全に認知された一般的な手法にまで大衆化されていない.本研究の最大の趣旨は,剛塑性有限要素法の利点を世にアピールするとともにそのプログラミングを公開し,その有効性を知らしめることにある.そのような観点から剛塑性有限要素法の基礎的理論を改めて見直し,改良すべき点を明らかにするとともに,より強力な計算ツールとすべく研究を進めている.本年度に実施した研究は下記のようであるが,一部については現在,発表論文を作成中である.
1.弾性域と思われる領域の扱い:
剛塑性有限要素法では,解析対象である全領域が塑性状態にあると仮定する.しかし,実際には塑性状態ではない領域,すなわち,弾性領域が存在する.プログラミングの上では,その領域に対してある閾値を設けて近似掲計算を行っているが,その閾値の正しい設定やそれによる誤差の大きさが不明であった.そこで,弾性領域は完全な剛体として扱う方法を開発し,上記の問題の解決策を得た.
2.地下水の存在による極限荷重の変化
地盤構造物の安定解析には地下水の存在は無視できない.とくに地下水の流れがある場合のトンネル切羽の安定性を1つの例題として取り上げ,地下水の影響を検討した.つりあい式に地下水圧の項を考慮することにより,極めて自然な解析方法を確立することが可能となった.

Research Products

• [Publications] 山田 辰夫, 田村 武: "剛塑性極限解析および模型実験による粒状体の力学挙動に関する研究"土木学会論文集. 750/III-65. 69-76 (2003)
• [Publications] S.KONIShi NISHIYAMA, T.TAMURA, H.IIDA, Y.TADENUMA: "Evaluation of Tunnel Face Stability Affected by Ground Water"Proceedings of the International workshop on Prediction and simulating Methods in Geomechanics. 177-180 (2003)
• [Publications] S.Ohtsuka, A.Husna: "Inverse analysis of material constants for ultimate bearing capacity of sandy soil"Proc.of International Symposium on Shallow Foundations. Vol.1. 397-404 (2003)