粒度分布の変化とその影響を統一的に記述した土の構成モデルの開発と応用

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22760355
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 菊本 統 名古屋工業大学, 工学研究科, 助教 (90508342)
• Keywords: 土質力学 / 構成モデル / 粒度分布 / 限界状態モデル / 応用力学 / 粒子破砕 / 物理的風化現象 / 弾塑性力学

Research Abstract

様々な構造物を建設する際の周辺地盤の応答や地震・豪雨など自然災害の発生に伴う実地盤の変形・破壊を精緻に予測するためには,実地盤の力学特性を精緻に記述できる土の構成モデルが必要である.しかし,従来の土のモデルは,密度や拘束圧の影響など主に室内試験で検証できる力学特性を記述できるレベルにまで開発されていたものの,地盤材料が粒状性材料の集合であるという観点からの現象,すなわち土粒子の破砕や移動に伴う粒度の変遷とそれが強度・変形特性に及ぼす影響は必ずしも考慮できていなかった.これに対して本研究では,研究代表者らが開発した土粒子の破砕と粒度変化の影響を弾塑性モデルの中で簡単に記述する方法の検証と改良,数値シミュレーションへの応用を試みた.まず,応力変化に伴う土粒子の破砕現象に加えて,温度変化や乾湿繰返しによる物理的風化現象について既往文献の再整理を行うとともに,粒子破砕による粒度変化を考慮したモデルの検証と改良を行い,実際に破砕を生じる地盤材料の要素試験の再現解析を試みた。また,応力変化に伴って容易に粒子破砕を生じる粒状地盤材料として鉄鋼スラグを用いた室内要素試験(圧密試験および三軸せん断試験)を実施し,様々な応力経路下での鉄鋼スラグの粒度変化とそれが応力ひずみ特性に及ぼす影響について検討した。その結果,応力履歴の関数として規定した粒度の発展則を用いることで,従来の限界状態モデルの範疇で粒度変化を伴う土の応力ひずみ特性を記述できることが示された。

Research Products

• [Journal Article] A simple and unified one-dimensional model to describe various characteristics of soils (2011)
  • Author(s): Nakai, T., Shahin, H. M., Kikumoto, M., Kyokawa, H., Zhang, F. and Farias, M. M.
  • Journal Title: Soils and Foundations Volume: vol.51, no.6 Pages: 1129-1148
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A simple and unified three-dimensional model to describe various characteristics of soils (2011)
  • Author(s): Nakai, T., Shahin, H. M., Kikumoto, M., Kyokawa, H., Zhang, F. and Farias, M. M.
  • Journal Title: Soils and Foundations Volume: vol.51, no.6 Pages: 1149-1168
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New approach for modeling time-dependent behavior of geomaterials (2011)
  • Author(s): Nakai, T., Shahin, H.M., Kikumoto, M., Kyokawa, H., Zhang, F., Farias, M.M.
  • Journal Title: Proc.COMGEO II Pages: 49-62
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simple modelling of stress-strain behaviour of unsaturated soils (2011)
  • Author(s): Kikumoto, M., Kyokawa, H., Nakai, T.
  • Journal Title: Proc.14th Asian Regional conf.on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering Volume: (DVD-ROM)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Using load distributions in granular assemblies exhibiting particle crushing to study macroscopic mechanical properties (2011)
  • Author(s): Russell, A.R., Einav, I., Muir Wood, D., Kikumoto, M.
  • Journal Title: Proc.11th Int.Conf.of IACMAG (Computer Methods for Geomechanics : Frontiers and New Applications) Pages: 677-683
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 土の締固めとその後の応答の弾塑性記述 (2011)
  • Author(s): 菊本統
  • Organizer: 第46回地盤工学研究発表会
  • Place of Presentation: 神戸市
  • Year and Date: 2011-07-05
• [Presentation] Mechanical interpretations of Hydraulic collapse and compaction of soils (2011)
  • Author(s): Mamoru Kikumoto
  • Organizer: International Conference on Computational and Experimental Engineering and Sciences (ICCES'11)
  • Place of Presentation: 中国・南京市(基調講演)
  • Year and Date: 2011-04-19