2019 Fiscal Year Annual Research Report
液状化力学体系の確立：有限変形弾塑性構成則と材料不安定基準に立脚した液状化判定法
| Project/Area Number |
18J21097
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
井口 拓哉 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
|
| Keywords | 材料構成則 / 有限変形理論 / 繰返し塑性 / 下負荷面モデル / Cam-clay / 材料不安定 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，地盤の液状化現象の発生条件・被害程度を一度に定量評価する手法の提案を目的として，主に以下の2つの研究項目を行う．(1)，(2) を組み合わせることで，入力荷重に対していつ液状化が発生するか？液状化被害はどの程度か？を一度に定量評価可能となる．
(1) 有限変形においても液状化発生前後の挙動を精緻に表現できる弾塑性構成則の構築
(2) 材料不安定・分岐問題という視点による液状化発生を判定する数理的条件の提案
本年度は昨年度から継続して研究項目(1)に取り組んだ．具体的には，下負荷面の概念と応力誘導異方性を表現する回転硬化の概念を導入した，有限変形・異方性回転硬化下負荷面Cam-clayモデルの理論構築に取り組んだ．千田ら（2013）における有限変形モデルをベースに，繰返し負荷挙動（サイクリックモビリティ）の表現性能を向上させるために，超弾性構成式や内部変数の発展則の改良を行った．
また提案モデルに対する数値計算精度検証において，既往研究で広く用いられているいくつかの弾性構成式の不合理な挙動を確認したため，本年度はその問題解決を行った．具体的には，Houlsby et al. (2005)による微小変形理論の枠組みでの弾性ひずみテンソル2不変量表示の超弾性ポテンシャル関数に基づく圧力依存性の接線係数を有する超弾性構成式をベースに，対数弾性ひずみを用いて有限変形へ合理的に拡張した弾性構成式の構築を行った．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は，有限変形・異方性回転硬化下負荷面Cam-clayモデルの理論構築と提案モデルの妥当性評価に取り組んだ．昨年度までに構築したモデルにおいて，定式化の見直し・修正を行い，多角的側面から数値計算精度の検証を行った．その結果，既往研究で広く用いられているいくつかの弾性構成式の不合理な挙動を確認したため，本年度はその問題解決を行った．
申請書の計画通りに本研究課題は進捗していないが，弾性体として合理的な弾性構成式の構築は非常に重要であるため，本年度はこの問題解決に注力した．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は，従来の弾性構成式における不合理な挙動について，どのような負荷経路において不合理な現象が起こるのか，また不合理さの数理的原因について追加検証を行っていく．また，構築したモデルの性能評価として，既往論文の実験結果の再現解析などを行い，モデルの妥当性・有用性を検証する．
さらに，構築したモデルに基づいて，液状化判定基準となる数理的条件を材料不安定の観点から導き出し，その特異性を調べることで液状化判定の指標を与える．そのためには，土粒子骨格の挙動と，間隙水圧の双方を考慮する必要があるが，まずは簡単のために，土粒子骨格のみを考慮して，ダイレイタンシーによる体積変形に関するひずみテンソルのクリティカルモードに着目する．その後土粒子骨格の挙動と，間隙水圧の双方を考慮したクリティカルモードについて検討する．
|
