硬質地盤材料の変形特性の除荷過程での時間効果の観測とモデル化

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12875085
• 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: 内村 太郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (60292885) ; 桑野 玲子 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (80312974) ; 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: 硬質地盤材料 / 変形特性 / 時間効果 / 粘性効果 / 応力緩和 / クリープ / 除荷状態 / ひずみ速度の影響

研究概要

洪積性土、砂礫、堆積軟岩、セメント改良土などの硬質地盤材料の除荷過程における変形特性に対する時間効果の適切な理解とそのモデル化は、現場におけるプレロード効果の確認や堀削時の地盤の時間経過に伴う変形の経時変化の予測や、荷重制御である原位置載荷試験の除荷過程での結果を解釈するために重要である。今回の研究では、この現象を理論的及び実験的に研究し、以下の結論を得た。
1)ある荷重レベルまで載荷した後、ある一定の荷重速度で除荷すると、ある荷重レベルまでは変形は載荷時と同じ方向に進行する。
2)ある荷重レベルまで除荷すると、非可逆ひずみ速度がゼロとなる中立状態が現れる。
3)それよりも除荷が進むと、非可逆ひずみ増分は負となり、クリープ試験を行うと変位は載荷時とは逆な方向に経時的に変化し、応力緩和試験を行うと応力は載荷時と同じ方向に経時的に増加する。
地盤材料の変形強度特性における時間効果(粘性効果)の従来の研究では、主に載荷時の変形特性を対象にしていた。今回はこのことに留意して、上記の除荷状態での粘性効果を適切に表現できる構成モデルの開発を行った。即ち、
a)粘性効果を表現するモデル
(1)New isotach model:ひずみ増分は弾性成分と非可逆性分の和からなり、応力成分は非粘性成分と粘性成分の和からなる。非可逆応力〜非可逆ひずみ関係は、載荷時だけではなく除荷時・再載荷時の応力・ひずみ関係を表現できるように、適切な履歴特性を有するようにする。従って、現在の応力状態は載荷・除荷時等の履歴特性と現在の非可逆ひずみと非可逆ひずみ速度に依存する。このモデルは一部の粘性土と堆積軟岩の除荷状態での粘性効果を適切に表現できる。
(2)TESRA model(temporary effects of strain rate and acceleration):現在の応力は、「非可逆ひずみの増加により増加する粘性成分と増分と非可逆ひずみ速度の増加により増加する粘性成分の増分」の和が非可逆ひずみの増加と伴に減退するとして積分することにより求まる。貧配合の砂に対して、除荷状態での粘性効果を適切に表現できる。

研究成果

• [文献書誌] Matsushita,M.,Tatsuoka,F.,Koseki,J.,Cazacliu,B.,DiBenedetto,H. and Yasin,S.J.M.: "Time effects on the pre-peak deformation properties of sands"Proc.Second Int.Conf. on Pre-Failure Deformation Characteristics of Geomaterials, IS Torino'99 (Jamiolkowski et al.,eds.), Balkema. Vol.1. 681-689 (1999)
• [文献書誌] Tatsuoka,F.,Santucci de Magistris,F.and Momoya,M.and Maruyama,N.: "Isotach behaviour of geomaterials and its modelling"Proc.Second Int.Conf. on Pre-Failure Deformation Characteristics of Geomaterials, IS Torino'99 (Jamiolkowski et al.,eds.), Balkema. Vol.1. 491-499 (1999)
• [文献書誌] Tatsuoka,F.,Santucci de Magistris,F.,Hayano,K.,Momoya,Y.and Koseki,J. : "Some new aspects of time effects on the stress-strain behaviour of stiff geomaterials"Keynote Lecture, The Geotechnics of Hard Soils-Soft Rocks,Proc.of Second Int.Conf. on Hard Soils and Soft Rocks, Napoli,1998 (Evamgelista and Picarelli eds.), Balkema. Vol.2. 1285-1371 (2000)
• [文献書誌] Sugai,M.,Tatsuoka,F.,Kuwabara,M.and Sugo,K.: "Strength and Deformation Characteristics of Cement-Mixed Soft Clay"Proc.of Int.Symp.on Coastal Geotechnical Engineering in Practice (IS-Yokohama), Balkema. Vol.1. 521-527 (2000)
• [文献書誌] Siddiquee,M.S.A.and Tatsuoka,F.: "Modeling time-dependent stress-strain behavior of stiff geomatrials and its Applications"Proc.of 10th International Conference on Computer Methods and Advances in Geomechanics (IACMAG), Tucson. (2001)
• [文献書誌] Hayano,K.,Matsumoto,M.,Tatsuoka,F.and Koseki,J: "Evaluation of time-dependent deformation property of sedimentary soft rock and its constitutive modeling"Soils and Foundations. Vol.41,No.2(To appear). (2001)