硬質地盤材料の変形特性の除荷過程での時間効果の観測とモデル化

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本研穿の目的は、大幅な除荷過程や繰返し載荷過程における硬質地盤材料の変形特性に及ぼす粘性効果を詳細な実験によって明らかにし、上記現象を表現できる構成モデルの枠組みを見いだすことである。特に、除荷過程における負のクリープ現象あるいはクリープ回復現象等の蓄積された弾性ひずみエネルギの時間遅れ解放の現象、および再載荷過程での粘性特性の処女載荷過程での粘性特性への漸近的回帰現象に注目した。この目的のために、各種の硬質地盤材料(硬質粘土、砂、礫、堆積軟岩、セメント改良土)を対象として、二軸試験装置と平面ひずみ圧縮装置を用いた以下の実験を行った。(1)載荷途中での異なる応力レベルと、異なる載荷レベルからの異なる除荷・再載荷レベルにおいて、定ひずみ速度での載荷・除荷に連続したクリープ試験・応力緩和試験。更に、それに連続した定ひずみ速度での載荷・除荷。(2)定ひずみ速度での載荷・除荷過程の途中での、ひずみ加速度を制御した速度の急増・急減試験。(3)除荷過程で非可逆せん断ひずみがゼロになる状態を見いだし、その中立点がひずみ速度がゼロに漸近した時の定ひずみ速度載荷試験での応力・ひずみ関係に一致するかどうかを調べるための、一連の定応力速度除荷試験。以上の試験の繰返し載荷の途中での実施。以上の実験結果を総合して、一義的な下限応力・ひずみ関係が存在し、応力・ひずみ状態がその上方と下方にある時で変形の時間依存性の傾向が逆転するかを調べた。また、実験結果を総合して、非線形三要素レオロジーの枠組みの中で新しい構成モデルを構築した。このモデルでは、「観測される応力」=「非粘性応力б^f」+「粘性応力б^v」、及び「観測されるひずみ速度」=「弾性ひずみ速度ε^e」+「非可逆ひずみ増分ε^<ir>」と仮定されている。本研究により、特に、除荷状態、より広くは繰返し載荷状態におけるσ^vとσ^fの関係に新しい法則性を発見した。最後に、本モデルで実験結果を精度良くシミュレーションできることを見いだした。本モデルを更に発展させることで、繰返し載荷を含む任意の応力状態での粘性効果を受ける変形特性を予測できるモデルを構築する展望を得ることができた。