広範囲の密度および拘束応力の変化を考慮できる砂の構成モデルとその応用

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これまでに、3次元応力下の砂の応力〜ひずみ挙動を統一的に説明できるモデルとして、修正応力tijを用いた等方および移動硬化型の弾塑性モデルを開発している。しかし、このモデルの土質パラメーターを決めるためには密度を合わせた三軸試験を行う必要があった。また、同じ密度でも拘束応力が大きく異なればその応力〜ひずみ曲線や強度が変化することが知られているが、このような特性の従来のモデルでは説明することができなかった。本研究は広範囲の密度や拘束応力下の砂の変形・強度特性を同一パラメーターを使って記述できる構成モデルを開発し、実際問題への適用することを目的として行った。まず、砂にも粘土同様初期間隙比によらない限界状態(Critical state)が存在することに着目するとともに、この限界状態線がe(間隙比)〜logt_N(t_N:tijに基づく平均応力)関係において正規圧密曲線と平行になると仮定した。そして、その時々の応力状態から決まる平均応力の指標t_<N1>とその時々の間隙比から決まる平均応力の指導t_<Nle>の比を用いて密度および拘束応力の影響を考慮した。さらに、橋口による下負荷曲面モデルを参考にして、塑性体積ひずみε_v^pをひずみ硬化パラメーターとして用いているにもかかかわらず、正・負の両ダイレイタンシーおよびひずみ硬化・軟化が連続的に表現できるモデルを開発した。モデルの妥当性をすでに報告されている三軸圧縮・伸張試験結果、三主応力制御試験結果を用いて検証した。さらに石原らによる密度・拘束応力を変えた砂の非排水三軸試験を解析したところ、実測値の挙動をモデルがよくシミュレートできることもわかった。なお、提案モデルの土質パラメーターは従来のモデルと異なり、間隙比、拘束応力によらず唯一的に決定される。また、ここでの提案モデルを現有の有限要素解析プログラムに組み込み支持力、土圧問題の解析に適用する予定である。