一般応力経路における未固結地盤材料の粘性の実験的研究とモデル化

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構造物の死荷重による地盤のクリープ変形を精度良く予測するためには、応力〜ひずみ関係に対するひずみ速度の影響・クリープ変形・応力緩和等を引き起こす地盤材料の材料粘性の正確な理解とその適切な数学的モデル化が必要となる。今日までの地盤材料の材料粘性の研究では角張った粒子を対象としていたが、自然界では河床礫等の丸みを帯びた粒子もある。本研究では、未固結地盤材料である多種の自然砂質土と人工粒状体(酸化アルミニウム)の材料粘性特性を、定圧一面せん断試験により調べた。自然砂質土では、日本・アメリカ・イギリス・フランスなどの標準砂として用いられている貧配合のシリカ系砂質土を用いた。これらの砂質土はいずれも貧配合であり粒度分布に大差はないが、粒子形状が角張っているものと、比較的球形のものとに大別される。また、人工粒状体である酸化アルミニウムの粒径形状は球形である。検討の結果、同様の粒径分布・粒子径であっても、粒子が球形に近くなると、角張った粒子の粒状体よりもクリープ変形量は小さくなった。さらに、貧配合で角張った粒子形状の砂礫ではひずみ速度急増直後に一時的に応力は増加し、ひずみの増加とともに減衰して元の応力〜ひずみ曲線に復帰するという載荷速度依存性がある。一方、球形の粒子形状を持つ粒状体ではひずみ速度急増時に応力は急増するが、ひずみの増加に従って大きな減衰を示し、早い載荷速度になるほど応力は低下するという特徴的な挙動を示した。これらの実験結果から、上記の粒子形状に依存した強度変形特性の載荷速度依存性やクリープ変形特性をシミュレーションする数学モデルを構築した。