砂の堆積構造と液状化メカニズム

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本研究では、飽和した砂が繰返し応力を受けて液状化する過程で、1)どのように降伏及び変形特性が変化していくのか、2)降伏及び変形特性の変化に砂の初期堆積構造がどう関係するのか、の2つの研究テーマを中心に実験研究を行った。まず1)のテーマに関して、AE計測を併用する繰返し非排水三軸載荷試験を行い、その結果、下記のような結論を得た。繰返し非排水載荷を受けると、砂は載荷毎にプラスの間隙水圧を発生して有効応力が減少していくが、降伏曲面もそのサイズと形状が変化する。初期の非排水繰返し載荷では、砂の降伏曲面は強い異方硬化の傾向を示して変化するが、その後の載荷ではほぼ等方硬化の傾向を示す。但し、降伏曲面のサイズは縮小していく。その後も非排水載荷を継続すると、砂は軟化現象を示すが、この場合、降伏曲面は再び強い異方硬化の傾向を示し、同時に降伏曲面のサイズは大きく減少する。さらに非排水載荷によって、変相線を越えるような変形を受けると、降伏曲面のサイズは殆ど消滅する。また、変形計測結果の解析から、砂の変形性に強い異方性が発生していることが判明した。本テーマに関する研究成果の詳細は、後述の11.研究発表リストに示した論文(Changes of Yield Stress of Sand during Undrained Cyclic Loading,あるいは、Evolution of Yield Locus during Undrained Cyclic Loading of Sand等)を参照されたい。次に2)のテーマに関して、最大主応力が供試体の初期堆積面に作用する角度を種々に変化させながら、一連の平面ひずみ試験と中空円筒ねじり試験を行い、下記のような結論を得た。最大主応力が堆積面(水平面)に直交するような状態から徐々に交差角度(90〜0度)を変化させると、直交時に最大であった降伏応力はその大きさが減少し、交差角が約30度で最小値となり、その後少し増加する。これから、降伏曲面のサイズも初期堆積面と最大主応力がなす角度の違いによって変化することが判明した。本テーマに関する研究成果の詳細は、後述の論文(Effect of Fabric Anisotropy on Yield Locus of Sand)を参照されたい。