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地盤の変形解析が多く行われているが、その多くは等方硬化型の弾塑性モデルを用いて行われている。しかし、地盤の変形から破壊までを一連の流れの中で解析するためには地盤の異方性と密度変化の影響の考慮は欠かせない。本年度は特にこの2点の評価が可能な構成式の検証と力試験機の開発を行った。
まず、応力比空間での移動硬化則を考えることにより応力誘導異方性を、下負荷面の概念を参考にすることで密度の影響を考慮できるモデル(tij-model)を、有限変形解析に適用できる形で定式化した。なお、定式化にあたっては、従来のモデルの持つ特徴を生かし、その土質パラメーターもできるだけ簡便に決められるように留意した。そして、3次元応力条件下で応力経路を種々に変化させた要素レベルの解析を行うとともに、すでに行っている三軸圧縮・伸張試験、中空ねじり試験、平面ひずみ試験、3主応力制御試験結果と比較し、拡張したモデルの妥当性を要素レベルで検証した。特に、密度変化およびせん断履歴のある砂についてモデルの応力・ひずみ特性の予測能力について検討した。
現有の2次元および3次元有限要素プログラムに有限変形用に拡張した構成モデルを導入した。なお、現有の2次元解析プログラムは微少および有限変形解析が可能であるが、3次元解析プログラムは微少変形解析用となっていたので、これを有限変形解析も可能なプログラムに拡張した。これらのプログラムを用いて、せん断試験の有限要素解析を行い、要素試験レベルでのせん所帯の発生を含め、解析精度を検討した。
鉛直方向の圧縮および引き上げ荷重だけでなく、傾斜荷重、偏心荷重、組み合わせ荷重が載荷可能な2次元支持力モデル試験機を試作した。載荷方向や載荷位置を自由に設定できるように工夫し、さらに載荷軸にスライダーを挟むことで基礎の水平移動にも対処できるようにしている。また、デジタルカメラでアルミ棒積層体の動きを撮影し画像処理することで、せん断帯の発達を含めモデル地盤内の変形を知ることができる。アルミ棒積層体を使う理由は、土層実験で問題となる壁面摩擦の影響がないことと、地盤内の変形の計測が可能なことによる。
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