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

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750470
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 前田 健一 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (50271648)
• Keywords: パーコレーション(相転移) / 変形 / 破壊 / 杭 / 支持力 / メゾ・スケール / 離散体解析 / 過圧密

Research Abstract

本年度の主な研究成果は以下のようである。
1)弾塑性力学における降伏面、限界状態、下負荷面、等方・移動硬化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することで種々の地盤の支持力解析などへの個別要素法の適用範囲を広げた。
マクロスケールにおける顕著な非線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、粒子間の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、揺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。これらの結果から、粒状材料の破壊は急速な安定構造の消失によって引き起こされ過圧密の影響をもたらす動員された回転抵抗の保持と急速な安定構造の消失との拮抗が過圧密の解消をもたらすことが明らかにした。
2)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、地盤要素の変形・破壊挙動を詳細に調べた。これらの結果から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。

Research Products

• [Publications] Maeda, K., Kuwabara, N.: "Micromechanical Analysis on Formation Process of Microsructure in Granular Material during Compression and Shear"Poweder and Grains2001. 4. 223-226 (2001)
• [Publications] 大野了悟, 桑原直範, 前田健一: "DEMによる粒状材料の単調載荷時の応力誘導異方性と微細構造の安定性解析"第37回地盤工学研究発表会講演概要集. 37(印刷中)(発表予定). (2002)
• [Publications] 桑原直範, 大野了悟, 前田健一: "DEMによる粒子形状の異なる粒状材料の変形・破壊挙動の密度と過圧密履歴依存性"第37回地盤工学研究発表会講演概要集. 37(印刷中)(発表予定). (2002)
• [Publications] 原 嘉教, Azam Syariff, 前田健一: "DEMによる粒状地盤の杭鉛直支持挙動に及ぼす地盤の密度・応力依存性"第37回地盤工学研究発表会講演概要集. 37(印刷中)(発表予定). (2002)
• [Publications] Azam Syariff, Yoshinori HARA, Kenichi MAEDA: "Vertical bearing behaviors of piles with different skin friction with Distinct Element Method"第37回地盤工学研究発表会講演概要集. 37(印刷中)(発表予定). (2002)