パーコレーションを考慮した杭貫入・引抜時の地盤の支持力発現機構とメゾ・モデル化

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13750470
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 前田 健一 名古屋工業大学, 工学部・システムマネジメント工学科, 助教授 (50271648)
• キーワード: 粒状材料 / 異方性 / 微細構造 / マイクロメカニック / 杭 / 支持力 / 相互作用 / 周面抵抗

研究概要

本研究の主な研究成果は以下のようである。
1)粒状材料の弾塑性挙動について検討するために、2次元個別要素法(DEM)を用いて、粒状性地盤材料の変形・破壊挙動の解析を行った。従来は難しかった個別要素法による密度の大きく異なった供試体の作成に成功した。
2)顕著な非線形変形挙動の発現が粒状材料内部に形成される微細構造(メゾ・スケール)・不規則格子(クラスター)のパーコレーションの発展・損失に強く支配されていることが示された。さらに、粒子間すべりに対する安定性と粒子に発現される回転抵抗度に着目した。粒状材料の破壊現象は安定な微細構造の消失に依存しすることを明らかにした。また、構造の消失とともに粒子間の回転抵抗が動員されることがわかった。密度や過圧密の違いは粒子の回転抵抗の発揮によって実現され、ゆる詰め状態や過圧密では高い回転抵抗が発揮されることがわかった。また、揺る詰め状態では安定な微細構造の割合は極端に低いことが明らかになった。
3)粒状材料中の応力誘導異方性をファブリックテンソルを用いて調べた結果、主応力比の平方根に従って異方性が発達することが明らかになった。また、除荷時と再載荷時の異方性の発展は履歴の影響を受けヒステリシスに変化するとともに降伏点付近で大きく変化することがわかった。
4)静的貫入・引抜き時の地盤の変形・破壊挙動に関する模型実験および数値解析により測定し、密度、拘束圧の影響について調べた。また、杭周面摩擦の影響についても調べた。杭周辺地盤の局所化の観察以外に、地盤の変形・破壊挙動を詳細に調べた。杭の支持力算定で良く言われているように、杭直下と杭端面上部との平均的算定法や周面摩擦と先端支持力との重ね合わせは成立せず、地盤の非線形性と杭周辺地盤同士の相互作用の考慮が必要であることを明らかにした。周面摩擦と先端支持力の非線形な相互作用のメカニズムを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] 桑原直範, 大野了悟, 前田健一: "DEMによる密度・加圧密履歴が異なる粒状材料の変形・破壊挙動と内部構造の変化の解析"土木学会応用力学論文集. Vol.5. 431-440 (2002)
• [文献書誌] 原 嘉教, 前田健一, 大野了悟, Azam Syariff Zahar: "DEM解析による周面摩擦の異なる杭の鉛直支持力に及ぼす密度・土被り圧の影響"第47回地盤工学シンポジウム論文集. Vol.47. 255-262 (2002)
• [文献書誌] K.Maeda, Y.Hara, R.Ohno: "Deformation-failure behaviors of granular media and pole bearing behaviors analyzed by DEM with account for grains shape effects"Proceedings of 1st International Workshop on New Frontiers in Computational geotechnics. 1. 137-146 (2002)
• [文献書誌] 櫻井崇之, 大野了悟, 前田健一: "DEMによる繰返し載荷時の応力誘導異方性"第38回地盤工学研究発表会概要集. 38(発表予定). (2003)
• [文献書誌] 大野了悟, 櫻井崇之, 前田健一: "DEMによる粒状材料のせん断層内の間隙特性"第38回地盤工学研究発表会概要集. 38(発表予定). (2003)
• [文献書誌] 原嘉教, 内田耕精, 前田健一: "節杭の鉛直支持力の周面抵抗に及ぼす節配置形状の影響"第38回地盤工学研究発表会概要集. 38(発表予定). (2003)