粒子骨格構造の発生・消滅過程に着目した粒状性地盤の変形・破壊機構とそのモデル化

颗粒地基的变形和断裂机制，重点关注颗粒骨架结构的产生和消失过程及其建模

基本信息

批准号：
11750440
负责人：
前田健一
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
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：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

粒状材料の要素の変形・破壊挙動と粒状性地盤にコーン形状の杭の貫入・引抜き時の杭と地盤との相互作用メカニズムについて検討した。粒状材料の要素の変形・破壊挙動については、二次元個別要素法(DEM)を用いて等方圧縮時とせん断時の非線形挙動を解析し、内部構造の発展・損失過程を観察した。解析では、円形粒子、接触粒子全てを十分大きな強度で結合しした粒子、同径の3粒子を三角形状に連結させ1つの粒子とした非円形粒子の3種類の粒状体を用いた。回転も拘束した粒子の集合体の変形は粒子自身の変形のみに依存する。非円形粒子の導入によって、構造変化に高い自由度が与えられ、実際の土のように広範な密度変化や過圧密などの応力履歴の影響を再現することに成功した。また、等方応力下の変形も粒子自体の変形のみに依存するのではなく、粒子間にせん断力が発生し滑りによる塑性変形や内部構造のせん断変形のランダム性によって等方硬化が生じることが明らかになった。等方圧縮時には働員されるせん断力は平均的には減少し、除荷時には増加することが分かった。よって、従来は分離されてモデル化されていた等方圧縮とせん断変形は粒状性内部の微細構造の安定性に着目するれば同じメカニズムで表現できることが確認された。一方、せん断時においても安定な構造の変化は最大主応力方向に発達するが、従来は構造の安定度は滑り抵抗によるものだとされていたが粒子間の回転抵抗が発現されることで構造の安定性が増大しマクロな挙動が延性的になることが明らかになった。回転抵抗の算出にはマクロポーラ理論を適応することで定量的に算出している。また、粒状地盤内へのコーンの貫入・引抜きについて模型実験とDEM解析を行い、相互作用、変形の局所化と進行性破壊を観察した。また、地盤内粒子接点力の伝達経路の変化から微細構造の発生・消滅について調べ、内部構造の発展則と地盤反力・支持機構との関連を示した。

研究了锥形桩穿透并拔出颗粒地基时颗粒材料单元的变形和断裂行为以及桩与地面之间的相互作用机制。针对颗粒材料单元的变形和断裂行为，我们利用二维离散元法（DEM）分析了各向同性压缩和剪切过程中的非线性行为，观察了内部结构的演化和损失过程。在分析中，使用三种类型的颗粒：圆形颗粒、所有接触颗粒以足够强度结合的颗粒、以及三个相同直径的颗粒以三角形连接成一个颗粒的非圆形颗粒。旋转也受到限制的颗粒聚集体的变形仅取决于颗粒本身的变形。非圆形颗粒的引入使它们在结构变化方面具有高度的自由度，并且它们成功地再现了应力历史的影响，例如广泛的密度变化和超固结，就像在真实的土壤中一样。另外，各向同性应力下的变形不仅取决于颗粒本身的变形，还可能由于颗粒之间产生的剪切力引起的滑移和内部结构的剪切变形的随机性而产生塑性变形，从而发生各向同性硬化。清除。研究发现，施加的剪切力在各向同性压缩期间平均减小，在卸载期间平均增加。因此，可以确认，通过关注晶粒内部微观结构的稳定性，传统上分别建模的各向同性压缩和剪切变形可以通过相同的机制来表达。另一方面，即使在剪切过程中，稳定结构的变化也在最大主应力方向上发展，传统上认为结构的稳定性是由于滑动阻力，但实际上是由于之间的旋转阻力的发展。颗粒、结构的稳定性应用宏观极理论定量计算旋转阻力。此外，我们还进行了有关锥体穿透和提取到粒状土壤中的模型实验和 DEM 分析，并观察了相互作用、变形局部化和渐进断裂。此外，我们还根据地面中颗粒接触力传递路径的变化来研究微结构的发生和消失，揭示内部结构的发展规律与地面反作用力和支撑机制之间的关系。