微小要素の剛体回転に注目した地盤の破壊面早期予測に関する研究

本研究は,地盤の破壊機構を明らかにするために,1.地盤の破壊層形成過程を応力,変形の双方から捉え,2.潜在破壊層の早期把握のための剛体回転の有効性を検証し,3.破壊層の形成過程における新たな現象を明らかにした.研究初年度に開発した水圧式圧力センサーを用いて模型砂地盤(気乾砂,密詰め(Dr=80%),高さ400mm,長さ1200mm,幅100mm)の側方載荷実験を行ったところ,破壊層の形成過程において以下の2点を確認した.(1)破壊層が極めて薄くなり,その結果,剛体回転がせん断ひずみに比べて早期に破壊層を捉える特徴は現れない.このことは,側方載荷実験のように破壊層の位置を強制した場合,破壊層近傍の土粒子の動きが拘束される結果,土粒子群としての動き(剛体回転)が妨げられるためと考えられる.(2)均一上載荷重下にもかかわらず,せん断強さにばらつきが見られ,特に模型地盤の中央付近で極端にせん断強さが小さくなる.そこで,(2)の現象を明らかにするために,潜在破壊層直下に水平方向と鉛直方向の2方向に小型圧力センサー(φ=5mm,200kPa)を設置し,破壊層形成過程の破壊層近傍の圧力変化の把握を試みた.その結果,(3)破壊層近傍の応力は,外力(側方荷重)の増加に伴い,垂直応力が増加する要素と,減少する要素が存在し,外力(側方荷重)に対して,潜在破壊層上の土被り圧に比例するせん断強さで抵抗しているわけではないことが明らかとなった.この事実は,従来の地盤の破壊問題の考え方に疑問を投げかける極めて重要な意味を持つ.今後は,この外力に対抗する地盤のメカニズムを明らかにすることが重要である.

本研究は,地盤の破壊機構を明らかにするために,1.地盤の破壊層形成過程を応力,変形の双方から捉え,2.潜在破壊層の早期把握のための剛体回転の有効性を検証し,3.破壊層の形成過程における新たな現象を明らかにした.研究初年度に開発した水圧式圧力センサーを用いて模型砂地盤(気乾砂,密詰め(Dr=80%),高さ400mm,長さ1200mm,幅100mm)の側方載荷実験を行ったところ,破壊層の形成過程において以下の2点を確認した.(1)破壊層が極めて薄くなり,その結果,剛体回転がせん断ひずみに比べて早期に破壊層を捉える特徴は現れない.このことは,側方載荷実験のように破壊層の位置を強制した場合,破壊層近傍の土粒子の動きが拘束される結果,土粒子群としての動き(剛体回転)が妨げられるためと考えられる.(2)均一上載荷重下にもかかわらず,せん断強さにばらつきが見られ,特に模型地盤の中央付近で極端にせん断強さが小さくなる.そこで,(2)の現象を明らかにするために,潜在破壊層直下に水平方向と鉛直方向の2方向に小型圧力センサー(φ=5mm,200kPa)を設置し,破壊層形成過程の破壊層近傍の圧力変化の把握を試みた.その結果,(3)破壊層近傍の応力は,外力(側方荷重)の増加に伴い,垂直応力が増加する要素と,減少する要素が存在し,外力(側方荷重)に対して,潜在破壊層上の土被り圧に比例するせん断強さで抵抗しているわけではないことが明らかとなった.この事実は,従来の地盤の破壊問題の考え方に疑問を投げかける極めて重要な意味を持つ.今後は,この外力に対抗する地盤のメカニズムを明らかにすることが重要である.