地盤材料の変形局所化に関する理論的・実験的研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03650375
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 堀井 秀之 東京大学, 工学部, 助教授 (10181520)
• 研究分担者: 宋 河原 東京大学, 工学部, 助手 (10226722) ; 山口 栄輝 東京大学, 工学部, 講師 (90200609)
• キーワード: 変形局所化 / マイクロメカニクス / 連続体理論 / 破壊力学 / すべり面 / レ-ザ-ホログラフィ-法

研究概要

変形の局所化を引き起こす微視的メカニズムに着目して、圧縮下の脆性材料の挙動に対する力学モデルを開発し、平均化操作を行うことにより連続体理論を構築した。提案した連続体理論はマイクロメカニクスに基づくものであるが、特に変形局所化のメカニズムに着目しており、平均化の過程で変形局所化を引き起こす微視構造間の相互干渉の効果が失われないよう配慮している。微視構造間の相互干渉を表わす新しい場の量として、インタ-ラクションテンソル場を定義し、その新しい場の量に対応して積分方程式である新しい支配方程式を導いた。この連続体理論は変形の局所化を予測・再現し得るものであり、変形の局所化を再現し得ない従来の連続体理論に較べて画期的なものである。
さらに、その連続体理論に対する解析手法を開発した。従来の有限要素法を発展させ、積分方程式を代数方程式に置き換えて解を求めた。解析例として3軸圧縮下の岩石の挙動の解析を行った。軸圧縮力が増加するに従ってマイクロクラックは進展するが、当初クラック進展は供試体内ほぼ均一に生ずるが、荷重が増加しクラック長が大きくなるとともにクラック間の相互干渉が大きくなるに従い変形の局所化が引き起こされ、最大荷重を迎える。最大荷重後は、変形局所域内の変形のみ進行しながら荷重は減少する。拘束圧が増大するとともに最大荷重は増大するが、拘束圧と最大荷重との関係は実験結果と一致している。
変形局所化の実験を行い変形の局所化の過程を計測する手法として、レ-ザ-ホログラフィ-干渉法の基礎的研究を行った。二重露光により重ね合わせたホログラムにより変位の等高線である縞模様の再生像を得た。変形局所化の実験を行い、干渉縞を画像解析することにより変位場、ひずみ場を求め、本研究で開発した理論・解析手法の結果と比較することによりその妥当性を検証することが今後の課題である。

研究成果

• [文献書誌] Hideyuki HORII: "Mechanisms of fracture in brittle disordered materials" Fracture Processes in Concrete Rock and Coamics. 95-110 (1991)
• [文献書誌] Yoshiak OKUI,Hideyuki HORII,Narioki AKIYAMA: "A micromechanicsーbased continuum theory for strain localization and softening under compression" Fracture Mechanics of Concrete Structures. (1992)
• [文献書誌] MIN Chai,Hideyuki HORII: "A constitutive model of highly jointed rock masses" Mechanics of Materials. (1992)
• [文献書誌] Yoshiaki OKUI,Hideyuki HORII,Narioki AKIYAMA: "A continuum theory for solids containing microstructures" International Journal of Engineering Sciences. (1992)
• [文献書誌] Hidenori YOSHIDA,Hideyuki HORII: "A micromednicsーbased model for creep behavior of rock" Applied Mechanics Review. (1992)
• [文献書誌] 奥井 義昭,堀井 秀之,秋山 成興: "圧縮荷重下の脆性材料に関する連続体理論" 構造工学論文集. 38A. (1992)