弾塑性力学に基づく円筒拡径による飽和地盤の締固め改良メカニズムとその特性の解明

近年、地震時の砂地盤液状化対策として、深部からのケーシングの「静的な」押込みと引抜きを繰返し行うことで砂杭を打設し周辺地盤を拡径する締固め工法が用いられる。本研究の目的は、弾塑性力学と水〜土連成計算によって、この工法のメカニズムと改良効果を明らかにすることであった。特に今年度の主な課題は、室内3軸試験とその数値解析を用いて、構造が高位な砂の締め固め特性に及ぼす粒径などの物理定数と、骨格構造(構造・過圧密・異方性)の働きを記述する弾塑性構成式が有する発展則パラメータの関係を明らかにすることであった。以下に本年度の主な研究成果を述べる。(1)室内圧縮試験により、粒度分布形状を変化させた同一砂の力学挙動を調べるとともに、それと弾塑性構成式が有する構造劣化および過圧密解消に関する発展則パラメータとの関係を調べ、粒径分布がなだらかな砂ほど、構造劣化がはやく、過圧密解消が遅いことを明らかにした。このことは、ゆるい砂の場合、粒径がなだらかなほど、締め易いことを示唆している。(2)砂杭造成過程を考慮した最も簡単な境界条件を設定した砂地盤の拡径による締固めの水〜土連成計算(昨年度整備済み)を用いて、砂杭造成が急速に行われる場合砂地盤は締め固まらない傾向にあることなどを明らかにして、締固め度合い・側圧係数増加・締固め時に必要な施工機械の重量等の地盤改良効果に及ぼす拡径速度の影響(水〜土連成効果)、砂・粘土互層などの地盤構成の影響、地盤の初期状態等の影響、および砂杭打設時の拡径半径の影響等を考察した。

近年、地震時の砂地盤液状化対策として、深部からのケーシングの「静的な」押込みと引抜きを繰返し行うことで砂杭を打設し周辺地盤を拡径する締固め工法が用いられる。本研究の目的は、弾塑性力学と水〜土連成計算によって、この工法のメカニズムと改良効果を明らかにすることであった。特に今年度の主な課題は、室内3軸試験とその数値解析を用いて、構造が高位な砂の締め固め特性に及ぼす粒径などの物理定数と、骨格構造(構造・過圧密・異方性)の働きを記述する弾塑性構成式が有する発展則パラメータの関係を明らかにすることであった。以下に本年度の主な研究成果を述べる。(1)室内圧縮試験により、粒度分布形状を変化させた同一砂の力学挙動を調べるとともに、それと弾塑性構成式が有する構造劣化および過圧密解消に関する発展則パラメータとの関係を調べ、粒径分布がなだらかな砂ほど、構造劣化がはやく、過圧密解消が遅いことを明らかにした。このことは、ゆるい砂の場合、粒径がなだらかなほど、締め易いことを示唆している。(2)砂杭造成過程を考慮した最も簡単な境界条件を設定した砂地盤の拡径による締固めの水〜土連成計算(昨年度整備済み)を用いて、砂杭造成が急速に行われる場合砂地盤は締め固まらない傾向にあることなどを明らかにして、締固め度合い・側圧係数増加・締固め時に必要な施工機械の重量等の地盤改良効果に及ぼす拡径速度の影響(水〜土連成効果)、砂・粘土互層などの地盤構成の影響、地盤の初期状態等の影響、および砂杭打設時の拡径半径の影響等を考察した。