移動境界問題としての液状化フロントの進展解析

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本研究のねらいは、波や流れなどの動的環境外力の作用のもとにおける未固結堆積地盤の液状化進展過程を記述し得る解析手法を開発することであった。そのために、まず細砂地盤を対象とした一連の遠心力場波浪実験を実施し、液状化フロントの深度方向への進展にともなう、地盤表面における著しい鉛直変位変動現象を見出した。その際、高速CCDカメラ撮影法が威力を発揮したことを補足しておく。次いて、液状化層を完全流体とみなし、Lamb(1932)の密度成層理論を拡張、適用することを試みた。具体的には、液状化層の下位に、負のダイレイタンシーを発揮する未液状化層(弾塑性層)を導入し、流体/弾塑性地盤の境界面位置も未知数として全体系を定式化した。その解法には後退差分法を導入した。その結果、波浪負荷にともなう地盤内の過剰間隙圧の発達過程をはじめ、液状化フロントの進展に連動した地盤表面における著しい鉛直変位変動過程の再現が可能となった。本解析法によると、波浪負荷停止後の圧密過程における液状化域からの脱水固化にともなう固体地盤域の拡大プロセスを記述することも可能である。実際、このような液状化後の圧密作用による地盤内の最終間隙比分布を求めたところ、液状化フロントの直上では地盤は非常に高密度化する傾向のあることが分かった。この特性は、地盤の液状化抵抗に及ぼす波浪負荷履歴の影響を解明するうえに重要な手がかりを与えるものである。今後は、地盤表層に粒状体境界層を導入し、砂粒子が外部水域へ離脱し輸送される現象の再現を試みるとともに、ディジタル顕微鏡等を活用した堆積地盤の微視的構造の研究を合わせて進める予定である。