水〜土連成有限変形計算を用いた純3次元条件下にある飽和粘土の変形・破壊挙動の解明

本年度は、まず昨年度からの研究の一部を引き続き行い、実験で観察される破壊形状と載荷速度効果の影響などと対比しながら、純3次元状態で端面拘束有り/無しの角柱3軸供試体を対象に、幾何的初期不整を入れて、それが誘発する分岐モードについて調べた。この結果、計算から端面拘束無しの直方供試体の「強度」は初期不整を与える側面によって左右され、初期の対称性が低いと「強度」が低くなること等がわかった。線形弾性・弾塑性地盤を仮定して、3次元の水〜土連成有限変形計算を行い、微小変形計算あるいは平面ひずみ条件の計算結果と対比しながら、盛土載荷に伴う地盤の圧密沈下挙動に及ぼす幾何形状変化の影響について調べた。その結果、次の知見を得た。(弾性計算から)(1)幾何形状変化の影響は、3次元であれば盛土荷重が大きいほど「荷重集中」が顕著になり、(微小変形計算よりも)沈下量を大きくする効果として現れる。(2)地盤の層厚が小さい・載荷幅が大きいなどの境界条件によっては、総載荷量の小さい3次元解析の方がかえって中央部の沈下量が大きくなることがある。また、昨年度、有限要素節点間に「角度不変」「距離不変」等の変形拘束条件を3次元プログラムに組み入れ、平面ひずみ計算ではジオテキスタイルのような面材としての補強効果だけでなく、鉄筋のような綿材としての補強効果の算定も可能とした。今年度は、地盤掘削に伴う軸力等の経時変化の様子と平面ひずみ条件での計算が過大側の制約になる例等を示した。なお、いずれの計算も膨大な計算時間を要した。計算により超過圧密地盤や褶曲作用を受ける地盤を再現するためにも、ソルバにスカイライン法を適合するなど、今後より一層の計算効率を図る必要がある。

本年度は、まず昨年度からの研究の一部を引き続き行い、実験で観察される破壊形状と載荷速度効果の影響などと対比しながら、純3次元状態で端面拘束有り/無しの角柱3軸供試体を対象に、幾何的初期不整を入れて、それが誘発する分岐モードについて調べた。この結果、計算から端面拘束無しの直方供試体の「強度」は初期不整を与える側面によって左右され、初期の対称性が低いと「強度」が低くなること等がわかった。線形弾性・弾塑性地盤を仮定して、3次元の水〜土連成有限変形計算を行い、微小変形計算あるいは平面ひずみ条件の計算結果と対比しながら、盛土載荷に伴う地盤の圧密沈下挙動に及ぼす幾何形状変化の影響について調べた。その結果、次の知見を得た。(弾性計算から)(1)幾何形状変化の影響は、3次元であれば盛土荷重が大きいほど「荷重集中」が顕著になり、(微小変形計算よりも)沈下量を大きくする効果として現れる。(2)地盤の層厚が小さい・載荷幅が大きいなどの境界条件によっては、総載荷量の小さい3次元解析の方がかえって中央部の沈下量が大きくなることがある。また、昨年度、有限要素節点間に「角度不変」「距離不変」等の変形拘束条件を3次元プログラムに組み入れ、平面ひずみ計算ではジオテキスタイルのような面材としての補強効果だけでなく、鉄筋のような綿材としての補強効果の算定も可能とした。今年度は、地盤掘削に伴う軸力等の経時変化の様子と平面ひずみ条件での計算が過大側の制約になる例等を示した。なお、いずれの計算も膨大な計算時間を要した。計算により超過圧密地盤や褶曲作用を受ける地盤を再現するためにも、ソルバにスカイライン法を適合するなど、今後より一層の計算効率を図る必要がある。