土-水連成場での弾塑性境界値問題の解析と砂地盤の変形・破壊問題への適用

土水耦合场弹塑性边值问题分析及其在砂地变形破坏问题中的应用

基本信息

批准号：
08750602
负责人：
小高猛司
金额：
$ 0.7万
依托单位：
The University of Tokyo
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：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

(1)3軸試験機による砂の吸水軟化現象の観察地震後の進行的な流動変形を模擬するために、砂の3軸供試体に非排水条件で初期せん断を与えた後、境界外から水を与えることにより、砂が軟化する現象を観察した。初期せん断の段階では、ゆるづめ砂の場合、初期せん断時に発生する負の過剰間隙水圧(負圧)は小さく、かつ比較的早い段階で一定値になるが、密づめ砂の場合は、負圧は大きくまた一定値には至らず増加し続ける様子が観察された。これは、ゆるづめ砂は、いわゆる定常状態(steady state)に容易に達し、密づめ砂は定常状態には容易に到達しないからと言われている。従来ならばそのような結果から、密づめ砂は液状化あるいは流動化しないと判断されてきたのだが、初期せん断が加わった状態(すなわち負圧が供試体内部に維持された状態)から、境界外部より水が流入できる状態(すなわち排水条件)にしてやると、逆にその負圧の存在により、密な砂であっても容易に吸水軟化し、有効応力は0(すなわち液状化)になることが観察された。この実験事実は、密な砂であっても、地盤全体の境界条件によっては、地震によって大きな初期せん断が非排水的に加えられた後に、吸水軟化現象によって液状化あるいは流動化が発生する可能性があることを裏付けている。(2)砂の吸水軟化現象の数値シミュレーション下負荷面を導入したカムクレイモデルを用いて砂の吸水軟化現象を解析した。カムクレイ型の構成関係は砂の解析では敬遠されてきたが、下負荷面モデルを導入することにより、ダイレイタンシーを無理なく説明することが可能となった。結果として、密・ゆるづめ、いずれの砂であっても、吸水により塑性膨張が大きく発生するために、個々の要素が軟化し有効応力が減少する様子が正確に把握することができた。すなわち、(1)の実験での吸水軟化現象を、塑性力学的に明解に説明することができた。

(1) 利用三轴试验机观察砂体吸水软化现象为了模拟震后渐进流变形，在不排水条件下对三轴砂试件施加初始剪切，然后观察砂体软化现象通过加水。在初始剪切阶段，对于松散砂体，初始剪切时产生的负超孔隙水压力（负压）较小，并在较早阶段达到恒定值，但对于压实砂体，负压观察到该值很大并且持续增加而没有达到恒定值。据说这是因为松散的砂容易达到所谓的稳定状态，而压实的砂则不容易达到稳定状态。传统上，基于这样的结果，已经确定压实砂不会液化或流化，但是从施加初始剪切的状态（即，试件内部保持负压的状态），边界如果水是允许从外部流入（即排水条件），即使是致密的沙子也会因负压的存在而容易吸水而变软，并且观察到有效应力将变为0（即液化）。该实验事实表明，即使沙子很致密，根据整个地面的边界条件，在由于地震而以不排水的方式施加大的初始剪切后，也可能由于吸水和软化而发生液化或流态化。证明有。 (2)砂吸水软化现象的数值模拟采用引入较低载荷面的凸轮粘土模型对砂吸水软化现象进行了分析。在砂分析中避免了凸轮-粘土型本构关系，但通过引入欠载表面模型，可以轻松地解释剪胀性。因此，无论沙子是密实的还是松散的，都可以准确地了解各个元素如何软化以及由于吸水引起的大塑性膨胀而导致有效应力如何降低。也就是说，我们能够从塑性力学的角度清楚地解释实验（1）中的吸水软化现象。