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アーチ作用は地中構造物に作する荷重(土圧)に対し重要な役割を担っている.そして地中構造物に作用する土庄の問題にアーチ作用を考慮するためには、土の半径方向と円周方向の応力-ひずみ関係を調べる必要がある.しかしながら土の要素試験として通常用いられる三軸試験では円周方向応力を制御することは出来ず、半径方向と円周方向の応力-ひずみ関係を調べるために適した要素試験手法を関発する必要がある.
そこで本研究では中空供試体に3主応力として軸応力σ_α、半径方向応力σ_γおよび周方向応力σ_θを与えることの出来る試験装置を試作した.試験装置は現有の中容量三軸圧縮試験機のキャップとペデスタルを改良し中空供試体を扱えるようにし、供試体内側と外側に異なる内外側圧を与えることにより、半径方向、軸方向、周方向の直交する三主応力を制御できるようにした.なお円筒供試体では半径方向および周方向の応力とひずみは半径方向に一定ではない.そこで、応力関数φを用いて、半径方向に平均したひずみや応力と境界の変位や圧力との関係式を導いた.そして、豊浦砂とカオリン粘土の混合土について、まず平面ひずみ条件下で、要素試験をおこなった.
一方、円形立坑に作用する土圧と立坑覆工の剛性との関係を明らかにする為に、豊浦砂地盤に薄肉の銅パイプ製の立坑模型を埋め込み、遠心模型実験を行った.その結果、i)立坑に作用する土圧は立坑の半径と土の単位体積重量の積に比例すること、ii)立坑覆工の剛性が高くなるほど、立坑に作用する土圧は大きくなることがわかった.そして以下の土圧を求める実験式を提案した.
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