局所化理論に基づくN値設計体系の再構築

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我が国では、あらゆる地盤関連の基礎設計は標準貫入試験に基づくN値によって行われている。しかしながら、標準貫入試験は、動的試験であり、またサンプラーの押し込みという極めて局所化された変形に対する境界値問題であるため、支持力・土圧問題や斜面安定問題のようなすべり線形成に対する危険度、あるいは液状化危険度との関連については、明確な理論ではなく、実験に基づく経験則によってN値と各種限界強度を関連づけるものとなっている。本研究は、近年盛んに研究されている、ひずみの局所化理論に基づいて、地盤の変形スケールと材料スケール(地盤を構成する粒子の平均粒径)との関係を整理し、現在のN値設計体系において用いられている各種経験則の理論的背景を明らかにし、より合理的な設計体系を再構築することを目指すものである。本年度は、まず、ひずみ勾配理論を導入した2次元有限変形FEMに、より実材料に即したモデル化が可能な下負荷面Cam-clay構成モデルを適用し、地盤材料のサイズ効果について検討を行った。その結果、地盤材料のひずみ軟化後のモデリングに局所化幅の影響が顕著に現れること、密な地盤材料の要素挙動としてのダイレタンシーは非常に大きく、体積ひずみで10%程度にもなること、等の基礎的な知見を得た。また、豊浦砂の平面ひずみ試験でfittingしたパラメータを用いて、他の一面せん断試験や支持力試験の解析を行い、peak後のひずみ軟化挙動の比較を行った。更に、標準貫入試験に相当する境界条件において、材料スケールの影響が非常に顕著に現れることを示した。最後に、これらの異なる境界条件についての材料スケールが及ぼす影響について整理し、前年度の良配合材料に関する検討も踏まえてまとめを行った。