飽和土の時間遅れ変形・破壊挙動のメカニズム理解のための,水〜土連成解析と室内試験

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10450177
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 浅岡 顕 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50093175)
• 研究分担者: 金田 一広 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (30314040) ; 野田 利弘 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (80262872) ; 中野 正樹 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (00252263)
• キーワード: 水〜土連成 / 有限変形解析 / 戴荷速度効果 / 二次圧密 / 進行性破壊 / 有限要素法

研究概要

本年度は、練り返し正規圧密粘土の角柱三軸圧縮試験を行い、せん断挙動の載荷速度効果について系統的に実験を行った。得られた実験結果は、速い速度でせん断した場合は、数種類の破壊モードが得られ、それに応じた「強度」を示したのに対し、遅い速度は一次モードで破壊し、その「強度」も小さくなった。本実験結果を、下負荷面カムクレイモデルを用いた水〜土連成有限変形計算によりシミュレートしたところ、速い載荷速度では水のマイグレーションがほとんど起こらず、僅かな幾何的初期不整に応じたモードで変形が進行し、破壊に至った。すなわち初期不整を正面に入れるもの、側面に入れるものによって、その破壊モードが変わるのである。いずれにしても速い載荷の場合は初期不整に応じた高次のモードで、高い耐荷力を示した。一方、遅い載荷速度では水のマイグレーションが十分に起こり、初期不整の影響を受けずに、耐荷力の低い、低次モードへモードスイッチングした。このように載荷速度効果について、その傾向を数値シミュレーションにより説明することができた。
しかし時間依存特性の一つである「二次圧密」は、側方変形を拘束した状態での遅れ圧縮挙動であり、上記のようなモードスイッチングでは説明不能となる。ここでは構造を有する土に注目し一次元圧密試験を行った。その結果、いわゆる「先行圧密応力」付近の鉛直荷重で、大沈下が起こり、消散した過剰水圧が、その後湧き出し、再び消散するとともに遅れ圧縮が起こった。この現象を説明するために、新たに上負荷面カムクレイモデルを提案し、水〜土連成有限変形計算を実施したところ、外力が一定でもある荷重では塑性圧縮を軟化挙動が起こり、それに伴い正の過剰水圧が発生、消散し、遅れて圧密が進行した。実験および数値シミュレーション結果からその挙動を説明することができた。今まで2次圧密といえば、弾粘塑性構成式による説明が主であったが、ここでも水〜土連成の効果で説明することに成功したといえる。

研究成果

• [文献書誌] 野田利弘: "飽和土の遅れ破壊現象の水〜土連成解析"土と基礎(地盤工学会). 47・5. 5-8 (1999)
• [文献書誌] 浅岡顕: "構造を有する粘土の1次元遅れ沈下挙動"第34回地盤工学研究発表会講演集(地盤工学会). 2分冊の1. 81-82 (1999)
• [文献書誌] 浅岡顕: "完全排水条件での一次元圧密挙動と地盤の不均質性についての一考察"第34回地盤工学研究発表会講演集(地盤工学会). 2分冊の1. 83-84 (1999)
• [文献書誌] 浅岡顕: "構造を有する粘土供試体の非排水クリープ破壊の数値計算"第34回地盤工学研究発表会講演集(地盤工学会). 2分冊の1. 593-594 (1999)
• [文献書誌] 金田一広: "角柱正規圧密粘土供試体の分岐・分岐後挙動の解析"土木学会第54回年次学術講演会講演概要集. A-3. 130-131 (1999)
• [文献書誌] Noda, Toshihiro: "Delayed failure in soft clay foundation"Soils and Foundations. 40・1. 85-97 (2000)
• [文献書誌] Asaoka, Akira: "Superloading yield surface concept for highly structured soil behavior"Soils and Foundations. 40・2. (2000)
• [文献書誌] Asaoka, Akira: "Delayed compression/consolidation of due to degradation of soil"Soils and Foundations. 40・3. (2000)