土-水連成場での弾塑性境界値問題の解析と砂地盤の変形・破壊問題への適用

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(1)3軸試験機による砂の吸水軟化現象の観察地震後の進行的な流動変形を模擬するために、砂の3軸供試体に非排水条件で初期せん断を与えた後、境界外から水を与えることにより、砂が軟化する現象を観察した。初期せん断の段階では、ゆるづめ砂の場合、初期せん断時に発生する負の過剰間隙水圧(負圧)は小さく、かつ比較的早い段階で一定値になるが、密づめ砂の場合は、負圧は大きくまた一定値には至らず増加し続ける様子が観察された。これは、ゆるづめ砂は、いわゆる定常状態(steady state)に容易に達し、密づめ砂は定常状態には容易に到達しないからと言われている。従来ならばそのような結果から、密づめ砂は液状化あるいは流動化しないと判断されてきたのだが、初期せん断が加わった状態(すなわち負圧が供試体内部に維持された状態)から、境界外部より水が流入できる状態(すなわち排水条件)にしてやると、逆にその負圧の存在により、密な砂であっても容易に吸水軟化し、有効応力は0(すなわち液状化)になることが観察された。この実験事実は、密な砂であっても、地盤全体の境界条件によっては、地震によって大きな初期せん断が非排水的に加えられた後に、吸水軟化現象によって液状化あるいは流動化が発生する可能性があることを裏付けている。(2)砂の吸水軟化現象の数値シミュレーション下負荷面を導入したカムクレイモデルを用いて砂の吸水軟化現象を解析した。カムクレイ型の構成関係は砂の解析では敬遠されてきたが、下負荷面モデルを導入することにより、ダイレイタンシーを無理なく説明することが可能となった。結果として、密・ゆるづめ、いずれの砂であっても、吸水により塑性膨張が大きく発生するために、個々の要素が軟化し有効応力が減少する様子が正確に把握することができた。すなわち、(1)の実験での吸水軟化現象を、塑性力学的に明解に説明することができた。