含水履歴を考慮した自然斜面および土構造物の地震時挙動予測と安定性評価

考虑含水率历史的天然边坡和土结构的地震行为预测和稳定性评价

基本信息

批准号：
11J10961
负责人：
京川裕之
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

主に降雨や地震による地盤の変形・破壊挙動に対して, 地盤の種々の力学特性(主に繰返し載荷特性および不飽和特性)を適切に考慮した弾塑性構成モデルを搭載した数値解析コードを開発し, これら複合的災害に対する土構造物の健全性の評価ならびに自然地盤の変状予測の実現を目的とする。本年度は, 主に, 地震時挙動と直結する排水・非排水繰返し載荷時における地盤材料の応力ひずみ特性に対して, 実験的および解析的検討を行った。排水条件下繰返し載荷試験では, 体積・せん断剛性が増加し, 応力―ひずみループが収束する定常状態が確認される。これまで, このような定常化を表現する一次元モデルは幾つか提案されているが, 任意の応力状態, すなわち三次元応力状態を考慮した弾塑性モデルは提案されていない。本研究では, これまでに行ってきた種々の繰返し載荷試験をまとめ, 同結果より任意の応力経路下において応力履歴面を定義した。同面内において繰返し載荷に伴った剛性変化に発展則を与えることで, 任意応力経路における定常状態の発達・消散を表現する構成モデルを構築した。また, 経験的および数値解析的予測手法で参照される三軸試験等の室内試験では, 実地盤状態を再現しなければならないことは言うまでもない。拘束圧や間隙比は忠実に再現されるが, 当該地盤の変形特性そのものである(弾性波探査などから計測される)せん断剛性率が考慮されることは多くない。今年度は, 2011年東北地方太平洋沖地震で液状化被害が生じた埋立地盤の試料を用い, 微小な繰返し載荷履歴を再構成供試体に与えることで, 不撹乱試料と同様の初期せん断剛性率を室内試験で再現した。同再構成試料を用いた液状化試験ならびに一次元液状化解析は, 実地盤で生じた液状化現象を精度よく再現することを確認した。今後は同試験結果をもとに, 弾塑性構成モデルを用いた2次元および3次元解析へ適用する予定である。

针对主要由于降雨和地震引起的地面变形和断裂行为，开发了配备弹塑性本构模型的数值分析代码，适当考虑了地面的各种力学特性（主要是循环荷载特性和非饱和特性）。这项研究旨在评估地球结构的健全性并预测自然地面变形以应对这些复杂的灾害。今年，我们主要对地基材料在重复排水和不排水荷载作用下的应力应变特性进行了实验和分析研究，这与地震行为直接相关。在排水条件下的重复加载试验中，确认了稳定状态，其中体积和剪切刚度增加并且应力-应变环收敛。到目前为止，已经提出了几种表达这种稳态的一维模型，但还没有提出考虑任意应力状态（即三维应力状态）的弹塑性模型。在本研究中，我们总结了迄今为止进行的各种循环加载测试，并根据结果定义了任意应力路径下的应力历史曲面。通过给出同一平面内重复加载引起的刚度变化的演化规律，构建了表达任意应力路径中稳态的发展和消散的本构模型。此外，不言而喻，经验和数值分析预测方法中提到的三轴试验等实验室试验必须再现实际的地面条件。尽管忠实地再现了围压和孔隙比，但通常不考虑剪切刚度，即地基本身的变形特征（通过弹性波勘探测量）。今年，我们将使用 2011 年东北地震太平洋沿岸遭受液化损坏的填海土地样本，通过对重建样本进行一分钟的重复加载历史，我们将能够实现类似于在实验室测试中再现了未受干扰的样本。经证实，使用同一重建样本进行的液化试验和一维液化分析准确地再现了实际地面中发生的液化现象。未来，我们计划将测试结果应用到弹塑性本构模型的二维和三维分析中。