個別要素法により地盤材料の破砕性を取り入れた杭の支持力発現メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 16760396
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 地盤工学
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 中田 幸男 山口大学, 大学院理工学研究科, 助教授 (90274183)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円); 2006年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2005年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2004年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
• キーワード: 地盤材料 / マイクロメカニクス / 粒子破砕 / 支持力 / 個別要素法

研究概要

本研究は、以下の目的を達成するために行われるものである。
(1)地盤材料の力学特性に与える破砕性の影響に対するマイクロメカニクス的な理解
(2)杭の支持力発現メカニズムに対するマイクロメカニクス的な理解
(3)杭の支持力発現メカニズムにおける地盤の破砕性の物理的意義
ここでは個別要素法により粒子を複数の要素(球体)を結合することで表し、その結合がある条件下で分裂することを許すことで粒子破砕現象をシュミレーションされる。このシュミレーションの妥当性は、昨年度、個々の粒子に対する破砕試験、高圧一次元圧縮試験、高圧三軸圧縮試験(いずれも現有する装置)の結果を通して検討され、確証をえたものである。
以下は、得られた結果をまとまる。
-平面ひずみ条件下における一次元圧縮挙動は、等方圧縮挙動よりも、圧縮しやすい傾向にある。
-平面ひずみ条件下においても、要素力学挙動は、粒子の破砕強度で正規化される。
-平面ひずみ条件下におけるせん断強度は、軸対称条件である三軸条件の強度よりも高くなる。
-平面ひずみ条件下における限界状態は、三軸条件のそれとほぼ同じ間隙比-平均有効主応力関係となる。
-平板載荷シミュレーションから、載荷抵抗(支持力)には、上載圧、地盤の密度そして、粒子強度の影響を受けることがわかった。
-そのシミュレーション結果から、上載圧、密度、粒子強度の影響は、支持力の発現メカニズムに大きく関連するが、これらは限界状態の概念で整理できることがわかった。