特に異方性・構造を考慮した飽和土・不飽和土の構成モデルの開発とその応用

饱和和非饱和土本构模型的开发，特别是考虑各向异性和结构及其应用

基本信息

批准号：
08J09718
负责人：
京川裕之
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

地盤の変形予測には,土の応力・ひずみ関係を記述する構成モデルに基づいた数値解析が有効である。これまでに練返し飽和土を用いた室内要素試験(主に三軸試験,圧密試験)の結果を参照して,幾つかの構成モデルが提案されているが,種々の実地盤状態を統一的に表現するモデルはこれまでにない。本研究では,(1)応力履歴に起因する土の誘導異方性,(2)クリープ特性および温度依存特性,(3)土の不飽和状態,これらの影響を考慮する構成モデルを開発し,地盤の総合的な変形・破壊予測手法の確立を目指す。(1)三軸ならびに三主応力試験機を用いて,砂質土の繰返し載荷時の変形特性の検証を行った。結果より"過去に受けた応力履歴に類似する載荷を与えると,誘導異方性によって土は剛性が高く,膨張しやすい挙動を示す","高い剛性を示しながら体積変化がバランスする繰返し定常化挙動は,上述の誘導異方性の蓄積である"。(2)地盤材料の強度変形特性は時間(クリープ変形,応力緩和)および温度(熱収縮,熱圧縮)に大きく依存する。過去の研究成果および,本研究グループで行った実験結果を参考に,"ひずみ速度の増加(減少),温度低下(上昇)に伴い,土の正規圧密線および限界状態線は上昇(下降)する"という関係を導いた。実験結果を忠実にモデル化するとともに,提案モデルの適用性を検証異した。(3)降雨時の斜面崩壊の要因として,地下水面の上昇により間隙水圧が増加し,土が緩むためと一般的には考えられる。しかしながら,多くの自然地盤は不飽和土で形成されており,浸水時のコラプス挙動も崩壊要因になり得ると考えられる。そこで,三軸試験機を用いて斜面を想定した異方応力状態における浸水試験を行った。結果から,"異方応力状態では浸水時に体積変化だけでなくせん断変形も生じる","応力比が大きいほど浸水時の変形は顕著になる"。また去年度までに提案したモデルは,実測値の挙動を適切に再現する。

基于描述土壤应力-应变关系的本构模型的数值分析对于预测土壤变形是有效的。迄今为止，已经根据饱和土的室内单元试验（主要是三轴试验和固结试验）的结果提出了几种本构模型，但很难统一各种实际地面条件。。在本研究中，我们开发了一个本构模型，该模型考虑了以下因素的影响：(1) 由于应力历史而引起的土壤各向异性，(2) 蠕变特性和温度相关特性，以及 (3) 土壤的不饱和状态。建立综合的地面变形和断裂预测方法。 (1)利用三轴三主应力试验机验证了砂土在重复荷载作用下的变形特性。结果表明，“当施加与过去受到的应力历史相似的载荷时，土壤表现出高刚性，并且由于诱发的各向异性而容易膨胀”，并且“土壤表现出体积变化平衡的循环稳态行为”同时表现出高刚度。”该行为是上述诱导各向异性的累积。 (2) 地面材料的强度-变形特性高度依赖于时间（蠕变变形、应力松弛）和温度（热收缩、热压缩）。根据以往的研究成果和本课题组的实验结果，我们发现“随着应变率的增大（减小）和温度的降低（升高），土体的正常固结线和极限状态线上升（减小）”。 `这导致了一种名为`的关系。实验结果得到了忠实的建模，验证了所提模型的适用性。 (3)一般认为降雨期间边坡失稳的原因是地下水位上升，孔隙水压力增大，土体疏松。然而，许多天然地面都是由非饱和土构成的，洪水期间的塌陷行为也可能是塌陷的一个因素。因此，我们使用三轴试验机在假设倾斜的各向异性应力状态下进行了浸水试验。结果表明，“在各向异性应力状态下，浸水过程中不仅会发生体积变化，还会发生剪切变形”，并且“应力比越大，浸水过程中的变形越明显”。此外，去年提出的模型充分再现了实际测量的行为。