ひずみ硬化・軟化と時間依存性挙動を考慮した地盤材料の構成式に関する研究

トンネルの掘削,斜面の切取り,深い掘削など、応力解放時のいわゆる過圧密状態にある地盤の力学挙動を明らかにし、その状態の挙動を記述できる構成式を確立することは、上記各種の境界値問題の解析には不可欠である。従来、過圧密粘土,軟岩はダイレイタンシーを示すひずみ硬化一軟化型の弾一塑性体と考えられており、申請者らは記憶性材料理論に基づき、非時間依性で、かつひずみ硬化-軟化型の応力-ひずみ関係を表現できる構成式を誘導していた。しかしながら、過圧密粘土や軟岩地盤の切取り斜面が長時間後に破壊する事象にもみられるように、これら材料も顕著な時間依存性を示すことは明らかである。本研究ではダイレイタンシーとひずみ硬化-軟化のみならず、さらに時間依存性を示す弾一塑性体と考え、先の構成式の拡張と実験による検証を試みた。構成式誘導の第1段階として、応力履歴テンソルを定義づける、あるひずみ量を導入し、それを記憶性材料理論に組み込むことで、ひずみ硬化-軟化挙動を記述できる非時間依存性の弾一塑性体としての構成式を求めた。ついで、第2段階として、上記構成式にPirzyna型の粘塑性体理論を適用することによって、時間依存性を表現できる弾一粘塑性体の構成式を求めた。本構成式はまず既存の軟岩の試験結果によって検証し、ひずみ硬化-軟化現象とともに軟岩の速度依存性挙動も説明できることを明らかにした(発表論文1)。ついで、沖積粘土が掘削等により過圧密状態にある場合、その状態での粘土の挙動が本構成式で記述できるかどうかを検討した。すなわち、大阪湾で採取した沖積粘土を用いて、過圧密状態でひずみ速さを変えた圧密非排水三軸試験を行い、本構成式の適用に当っては材料定数の決定に問題を残すものの結果を再現できると確認した。

トンネルの掘削,斜面の切取り,深い掘削など、応力解放時のいわゆる過圧密状態にある地盤の力学挙動を明らかにし、その状態の挙動を記述できる構成式を確立することは、上記各種の境界値問題の解析には不可欠である。従来、過圧密粘土,軟岩はダイレイタンシーを示すひずみ硬化一軟化型の弾一塑性体と考えられており、申請者らは記憶性材料理論に基づき、非時間依性で、かつひずみ硬化-軟化型の応力-ひずみ関係を表現できる構成式を誘導していた。しかしながら、過圧密粘土や軟岩地盤の切取り斜面が長時間後に破壊する事象にもみられるように、これら材料も顕著な時間依存性を示すことは明らかである。本研究ではダイレイタンシーとひずみ硬化-軟化のみならず、さらに時間依存性を示す弾一塑性体と考え、先の構成式の拡張と実験による検証を試みた。構成式誘導の第1段階として、応力履歴テンソルを定義づける、あるひずみ量を導入し、それを記憶性材料理論に組み込むことで、ひずみ硬化-軟化挙動を記述できる非時間依存性の弾一塑性体としての構成式を求めた。ついで、第2段階として、上記構成式にPirzyna型の粘塑性体理論を適用することによって、時間依存性を表現できる弾一粘塑性体の構成式を求めた。本構成式はまず既存の軟岩の試験結果によって検証し、ひずみ硬化-軟化現象とともに軟岩の速度依存性挙動も説明できることを明らかにした(発表論文1)。ついで、沖積粘土が掘削等により過圧密状態にある場合、その状態での粘土の挙動が本構成式で記述できるかどうかを検討した。すなわち、大阪湾で採取した沖積粘土を用いて、過圧密状態でひずみ速さを変えた圧密非排水三軸試験を行い、本構成式の適用に当っては材料定数の決定に問題を残すものの結果を再現できると確認した。