地盤材料の変形特性に対する時間効果の新しい展開

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450180
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 龍岡 文夫 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70111565)
• 研究分担者: 早野 公敏 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (40302632) ; 内村 太郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (60292885) ; 東畑 郁生 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (20155500)
• キーワード: 地盤材料 / 変形特性 / ひずみ速度 / ひずみ加速度 / クリープ / リラクゼーション / ageing / 時間効果

研究概要

粘土・砂・礫・堆積軟岩等地盤材料の変形特性の時間依存性、即ち1)排水クリープ(ageing)による密度化・構造化・セメンテイション等の蓄積時間効果及びせん断によるその損傷、2)載荷速度の影響やクリープ・応力緩和等の進行中時間効果、等の時間効果の研究を行った。小ひずみでの変形特性に対する1)の影響は決定的であり、重要構造物の支持地盤内のひずみは0.5%程度以下であることから、工学的に重要であることを示した。2)の要因は、大深度地下空間や大型橋梁・高層ビルの基礎地盤のクリープ変形等に関連して重要であることを、データにより示した。
また、(1)圧密応力経路と最終応力状態でのageingの影響(移動硬化特性)、(2)構造化とセメンテイションの相互作用、(3)クリープ・応力緩和特性とその前後の変形特性との関係、(4)ageing効果と載荷速度急増の影響の関係、(5)ひずみ速度ε及びひずみ速度の変化率(ひずみ加速度ε)の影響、を系統的な実験によって研究した。また上記結果に基づき、圧密・せん断・除荷を含む一般応力経路におけるクリープ・応力緩和等任意の(非可逆ひずみ速度、非可逆ひずみ加速度)の履歴に対する応力・ひずみ関係を予測できる非常に新しい理論を構築した。このモデルは、時間効果のパラメータとして、異なる応力・ひずみ履歴に対して客観的な原点の定義が不可能な時間ではなく、そのような原点の定義が不要な現在の非可逆ひずみ速度と非可逆ひずみ加速度を用いている。また、応力を時間非依存性成分の線形和とし、時間依存応力成分はひずみの増加に対して非減衰か減衰し、その減衰の程度は地盤材料の種類によって異なり、また同一の地盤材料でもひずみが増加すると減衰する程度が増加する。従って。任意の地盤材料に対して、除荷過程を含む任意の応力履歴における変形特性の時間依存性とクリープ、リラクゼーションの解析が出来る。このことを実験によって実証した。

研究成果

• [文献書誌] Tatsuoka,F.et.al.: "Characterising the Pre-Failure Deformation Properties of Geomaterials"Theme Lecture for the Plenary Session No.1,Proc.of XIV IC on SMFE,Hamburg. Vol.4. 2129-2164 (1997)
• [文献書誌] Tatsuoka,F.et.al.: "Stress-Strain Behaviour at Small Strains of Unbound Granular Materials and its Laboratory Tests"Keynote Lecture,Proc.of Workshop on Modelling and Advanced testing for Unbound Granular Materials,Lisboa. 17-61 (1999)
• [文献書誌] Tatsuoka,F.et.al.: "Time-dependent deformation Characteristics of stiff geomaterials in engineering practice"Proc.of the Second Int.Conf.on Pre-failure Deformation Characteristics of Geomaterials,Torino. Vol.2. (1999)
• [文献書誌] Tatsuoka,F.et.al.: "Non-linear Resilient Behaviour of Unbound Granular Materials Predicted by the Cross-Anisotropic Hypo-Quasi-Elasticity Model"Proc.of Workshop on Modelling and Advanced testing for Unbound Granular Materials,Lisboa. 197-204 (1999)
• [文献書誌] Matsushita,M.et.al.: "Time effects on the pre-peak deformation properties of sands"Proc.of the Second Int.Conf.on Pre-failure Deformation Characheristics of Geomaterials,Torino. Vol.1. 681-689 (1999)
• [文献書誌] Tatsuoka,F.et.al.: "Isotach behaviour of gematerials and its modelling"Proc.of the Second Int.Conf.on Pre-failure Deformation Characheristics of Geomaterials,Torino. Vol.1. 491-499 (1999)
• [文献書誌] Tatsuoka,F.: "Recent Laboratory study 2 : Small strain behavior of granular materials,Introduction to Mechanics of Granular Materials(Oda & Iwashita eds.)"Balkema. 10 (1999)