2015 Fiscal Year Research-status Report
粒状体解析におけるバネ係数の弾性定数への関連付けと地盤の静的動的変形機構の解明
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26420482
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
西村 強 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90189308)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河野 勝宣 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60640901)
中村 公一 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90530642)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 粒状体解析 / 弾性係数 / ポアソン比 / ばね係数 / 破壊 / き裂進展 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地盤構造物の崩壊メカニズムの解明と安定性評価手法の高度化が望まれている．個別要素法(DEM)に代表される粒状体解析法は，質点や剛体の運動により物体の変形を表現する解析法であり，破壊を含む地盤材料の変形解析には有効である．しかしながら，要素間の特性（例えば，ばね剛性）と対象物体の変形特性（例えば，弾性係数やポアソン比）を関連付ける方法が確立していないため，試行解析により強度変形特性を求めて使用している例が多い．本研究では，この関連付けに関する定式化を，ばねに蓄えられるエネルギーの総和が対象とする物体内のひずみエネルギーに等価であるという仮定を導入して実施している．今年度の成果を列記する．（１）圧裂試験の試行解析において，この試験による強度評価式に用いられる引張応力度式によく近似する応力度の再現をすることを確認した．これにより，岩質材料の破壊強度を入力条件として導入することが可能であることを示した，（２）単純引張をうける単一き裂を有する板の解析を実施した．その結果，き裂先端における応力・変形状態について線形弾性理論解によく近似する結果を得た，（３）3点曲げ試験の試行解析を実施した．3点曲げ試験における強度評価式において，k(3PL/2BH2)として補正係数kが必要な場合がある．この補正係数の大きさについて，既往の有限要素解析結果と比較検討したところ，本解析法のkの数値はやや小さめになっている等を明らかにした．これにより3点曲げ試験で求められる強度の導入は可能となった．
（４）関連流れ則に基づいて弾塑性構成式の導入を行った，以上４点である．以上により，本年度においては，引張破壊（モードⅠ）の表現が可能であること示した．これらの成果は，平成28年度に開催される国際シンポジウム，国内開催の学会年次講演会に投稿している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（１）弾性理論に基づくばね係数と弾性定数の関係式を誘導，（２）増分変形解析における剛体回転量の除去と曲げ，圧縮変形の実験と再現解析，（３）曲げ載荷実験と既存亀裂を有する供試体の解析，（４）これらの理論解との比較による検証と破壊現象への適用性
，の４点について計画通りに研究項目を遂行している．静的載荷に対する応答時の減衰性については，質点の運動を速やかに定常（静的つり合い状態を含む）に導く手順・手法と適正値は求めている．一方，弾性波伝播についてメッシュサイズ（ばね長）と時間増分を指標として速度を表現できており，また，減衰性については物体の粘性や材料の非線形特性と関連することから実験を再現すべく求めている．以上より計画に沿い研究を進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
供試体の変形特性（弾性係数，ポアソン比）を用いた解析係数の決定，クラックを有する供試体の応力・変形解析ならびに単純引張下の破壊の表現については成果を収めている．今後，推進すべき課題は，
（１）せん断破壊の表現：ここでは，地盤材料のせん断破壊の表現を念頭に，モール・クーロン型条件の導入を図る，さらに，モードⅡの表現を念頭にThree-Point End Notched Fracture供試体の解析を試みる，の２点を研究項目として推進する．
（２）斜面安定・トンネル切羽安定問題の解析
遠心模型実験に倣う重力加速度増加手順を用いて，斜面やトンネル切羽の安定性と，進行的および突発的な大変形を伴う破壊現象の解析的表現が可能な手順として，特に既往の理論解との照合を進めるとともに，解析手順，使用性の向上を推進する．
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