2020 Fiscal Year Research-status Report

繰返し吸排水履歴を受ける不飽和土の変形・破壊メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number	20K14821
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	吉川高広名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20771075)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	不飽和土 / 吸水破壊 / 繰返し吸排水
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、降雨による地盤・土構造物の崩壊メカニズム解明を見据え、繰返し吸排水履歴を受けた不飽和土供試体が吸水により変形から破壊に至る三軸圧縮試験を実施するとともに、その数値シミュレーションを行うことで、まずは供試体レベルで変形から破壊に至るメカニズムを解明することを目的とする。本年度の研究計画は、「(1)不飽和土の三軸試験」「(2)不飽和土の弾塑性構成モデルおよび水分特性モデルの高度化・精緻化」「(3)不飽和土供試体が吸水により変形から破壊に至る三軸圧縮試験の数値シミュレーション」であった。(1)については、繰返し吸排水履歴を与えて作製したサクションおよび飽和度が異なる不飽和シルト三軸供試体に対して、荷重一定条件下で吸水破壊試験を行った。このとき一定に保つ荷重の値に注目して、サクション低下および間隙圧上昇により吸水させることで、荷重値に応じて吸水破壊に至る挙動が異なることがわかった。(2)については、前課題までに開発したモデルおよび変形解析コードを用いることで、後述(3)における不飽和シルト三軸供試体の特徴的な吸水破壊挙動を表現できることがわかった。(3)については、慣性力対応の不飽和土の変形解析コードにより、供試体が吸水軟化により加速度を伴って破壊に至る挙動の再現に成功するとともに、不飽和土対応の弾塑性構成モデルにより、「塑性圧縮を伴う軟化」と「塑性膨張を伴う軟化」の二つの吸水破壊メカニズムがあることを明らかにした。以上のように、慣性力対応の不飽和土の変形解析により、不飽和土供試体が吸水により変形から破壊に至るメカニズムの解明が進み、実際の地盤・土構造物が降雨により崩壊するメカニズムの解明に向けて前進したと言える。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 前述(1)について、荷重条件を系統的に変化させた実験に成功し、今後は供試体の初期条件（間隙比やサクション・飽和度）を系統的に変化させた実験を実施する。また、複雑な吸排水履歴を与える場合の実験も実施する。前述(2)について、ある実験条件に対しては前課題までに開発したモデルの妥当性を確認できたが、今後実施する実験、特に複雑な吸排水履歴を与える場合に対する妥当性は未確認であり、今後は不飽和土の弾塑性構成モデルおよび水分特性モデルの高度化・精緻化が必要になると考えられる。
Strategy for Future Research Activity	前述(1)(2)に関連して、今後は特に複雑な吸排水履歴を与える実験を行い、不飽和土の弾塑性構成モデルおよび水分特性モデルの高度化・精緻化に努め、引き続き慣性力考慮の不飽和土の変形解析コードによる吸水破壊メカニズムの解明を進める。