応力・ひずみ制御法による地盤の変形応答解析および実験

采用应力/应变控制方法的地面变形响应分析与试验

• 批准号: 10760141
• 负责人: 木山 正一
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10760141/
• 关键词: 構造を有する土; 定速Ko圧縮試験; 弾塑性構成式; 塑性軟化則; 散逸関数; 塑性ひずみ制御; ひずみ軟化; 塑性軟化関数; 水〜土骨格連成解析; 有限要素法

塑性ひずみ制御では、その数学的記述の限界は塑性負荷条件に制約を受けないことを前年度までに理論的に示した。さらに塑性ひずみ制御特性を生かした水〜土骨格連成解析の可能性を有限要素法を用いて確認した。しかし、ここで用いられる土の弾塑性構成式は練り返し土を対象とするため、一般土への拡張性が乏しい問題が残る。そこで本年度においては、一般土特性として構造を有した土の弾塑性構成式を砂の実験事実をもとに、熱力学的解釈に基づいて誘導した。詳細は以下の通りである。砂粒子のパッキングは広範な間隙比をもつ土構造を形成しうるため練り返し土にはない力学挙動が予想される。定速Ko圧縮実験の結果、初期間隙比が小さく密なパッキングの供試体ほど、低拘束圧領域での体積圧縮率は小さくなった。しかし、初期パッキングによって保持された粒子構造は荷重の増大によって壊され、最終的には初期の間隙比構造に依らない体積圧縮挙動を示すことが明らかとなった。以上の挙動を示す土の弾塑性構成式を定式化するため、粒子のパッキングによって形成された間隙構造が荷重によって不可逆的に壊される塑性変形過程を定義する。とくに高間隙比下での体積圧縮特性を表現するために塑性軟化則を与える。また高間隙比の砂は限界状態以前にピーク強度に達することも特徴である。以上からエネルギー散逸が応力比に依存して生じると仮定し、応力比に依存する度合いが構造の消失によって表されると考えた。応力比は対象とする系において巨視的に観測される量であり、外部状態変数であるひずみに対応する。つまり構造を有する土の散逸は外部状態変数と内部状態変数の関数で定義し、非関連流動則による弾塑性構成式が導かれた。提案モデルは上述のKo圧縮実験挙動を忠実に記述でき、発展として緩い砂のような液状化現象も非排水せん断試験シミュレーションによって予測可能なことが示された。

去年，我们从理论上证明了塑性应变控制的数学描述的局限性不受塑性载荷条件的限制。此外，利用有限元方法证实了利用塑性应变控制特性进行水土耦合骨架分析的可能性。然而，由于这里使用的土壤弹塑性本构方程是针对再生土壤的，因此仍然存在难以推广到一般土壤的问题。因此，今年，我们基于砂土的实验事实和热力学解释，推导了作为一般土性质的结构土的弹塑性本构方程。详情如下。由于沙粒的堆积可以形成具有宽范围孔隙比的土壤结构，因此预计再生土壤中不会出现机械行为。恒速Ko压缩实验结果表明，试件初始间隙比越小、堆积越密，低围压区的体积压缩系数越小。然而，研究表明，初始填充所维持的颗粒结构因载荷的增加而被破坏，并最终表现出与初始孔隙率结构无关的体积压缩行为。为了制定表现出上述行为的土的弹塑性本构方程，我们定义了一个塑性变形过程，在该过程中，由颗粒堆积形成的孔隙结构被载荷不可逆地破坏。特别是，给出了塑性软化定律来表达高孔隙率下的体积压缩特性。高空隙率砂子的另一个特点是在临界状态之前达到峰值强度。由此，我们假设能量耗散取决于应力比，并且认为对应力比的依赖程度由结构的消失来表示。应力比是目标系统中宏观观察到的量，对应于应变，应变是外部状态变量。换句话说，结构土的耗散被定义为外部状态变量和内部状态变量的函数，并推导了基于不相关流动定律的弹塑性本构方程。所提出的模型可以忠实地描述上述Ko压缩实验行为，并且作为扩展，已经表明可以通过不排水剪切试验模拟来预测松散砂等液化现象。

项目成果

S.Kiyama and T.Hasegawa: "Controllability of deformation by plastic strain control and stability problem"Prefailure deformation characteristics of geomaterials. 1. 603-610 (1999)

S.Kiyama和T.Hasekawa：“塑性应变控制变形的可控性和稳定性问题”岩土材料的破坏前变形特征。

木田,塚田,田中,青山: "応力依存型散逸関数を用いた構造を有する砂の弾塑性構成式"応用力学論文集. 2. 335-346 (1999)

Kida、Tsukada、Tanaka、Aoyama：“使用应力相关耗散函数的砂结构弹塑性本构方程”应用力学杂志 2. 335-346 (1999)。

Kiyama & Hasegawa: "Controllable deformation by plastic strain control for geomaterials" Proceedings of The Japan Academy. 74B・6. 126-131 (1998)

Kiyama 和 Hasekawa：“通过控制土工材料的塑性应变来控制变形”日本科学院院刊 74B・6（1998 年）。

木山,長谷川: "塑性ひずみ速度場を利用した弾塑性変形応答解析" 第33回地盤工学会研発表講演要旨集. 1. 633-634 (1998)

Kiyama, Hasekawa：“使用塑性应变率场进行弹塑性变形响应分析”第 33 届日本岩土工程学会研究会议摘要 1. 633-634 (1998)。

木山,長谷川: "塑性ひずみ経路依存挙動と力学的安定問題" 土木学会 第53回年次学術講演会講演概要集. 3. 297-298 (1998)

Kiyama, Hasekawa：“塑性应变路径相关行为和机械稳定性问题”日本土木工程师学会第 53 届年度学术会议摘要 3. 297-298 (1998)。