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れいがつちた
7 years ago
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1 不飽和土の力学を用いた締固めメカニズムの解明

2 締固めとは土に力を加え間隙中の空気を追い出すことで土の密度を高めること不飽和土圧縮性の減少透水性の減少せん断変形抵抗の増大などに効果あり締固め土は土構造物の材料として用いられている

3 研究背景現場締固め管理締固め必須基準 D 値施工含水比施工層厚水平まきだし ( ρdf ) 盛土の乾燥密度 D値 = 室内締固め試験による最大乾燥密度 ( ρ ) d max D 値管理の概念図しかし締固めは経験的に管理されるにとどまっている締固めの力学的な説明が必要新たな現場の締固め管理手法の提案

4 研究目的土の締固め不飽和土の非排水圧縮変形土 / 水連成有限要素解析プログラム (DACSAR-UA) を用いて締固めメカニズムについて検討していく

5 解析に用いた不飽和構成モデル S e -Hardening モデル ( 大野ら,2007) 有効飽和度 S e サクション応力が有効応力に寄与剛性の増減を表現するパラメータに有効飽和度 S e を使用 q せん断応力 0 S e = p sat p sat a 不飽和土の降伏曲面の概念図 0 平均有効主応力 p S = 1 e a : 不飽和化による降伏応力の増加を規定するパラメータ p ' sat : 飽和土の圧密における降伏時の平均有効主応力 a=10, p sat =98(kPa) とする

6 水分特性曲線ロジスティック曲線式 ( 杉井宇野,1995) S r -S ra S rf -S ra = 1 1+exp(A+Bloges) S r : 飽和度 S ra : 残留飽和度 S rf :s=0での飽和度脱水曲線でのパラメータ A D = B D =5.9 吸水曲線でのパラメータ A W = B W =4.62 * 但し A,B はサクション (kpa) に対する値 Degree of saturation S r (-) S r (drying) S r (wetting)

7 解析条件 1 荷重 300 2cm Load (kpa) cm 非排水境界 0 載荷 50 分 Time t (min) 除荷 5 分解析領域において中央の最上部要素から得られる解析結果を示す間隙水圧が正になる場合はそれと同時に水頭を設定し排水条件とする

8 解析条件 2 < 材料パラメータ > λ κ M ν k(m/day) m G s a n e 0 S r0 A D B D A W B W * 但し A,B はサクション (kpa) に対する値初期含水比 :10-42%(2% 間隔 ) の計 17 パターン初期全水頭 : 各含水比ごとに水分特性曲線 ( 吸水曲線 ) より設定 p sat (kpa) 高さによらず圧力水頭が一定の状態から全水頭一定になるまで必要な時間をおく 98 乾燥密度 ρ d の求め方ある要素の間隙比(e- e) から求める高さ方向の変位( h) から求める

9 解析結果 ( 締固め曲線 ) 試験から得られた締固め曲線 ( 土質試験 / 試験と手引き ) 解析結果から得られる締固め曲線 ( 中央最上部要素 ) ゼロ空気間隙曲線本解析によって締固め曲線を表現できた

10 解析結果 ( 締固め曲線 ) Void ratio e (-) Degree of saturation S r (-) 小含水比大大含弾性状態弾塑性状態 log p' (kpa) 水比小 ( 中央最上部要素 ) ゼロ空気間隙曲線締固め曲線の傾き 0 弾性状態 or 弾塑性状態

11 解析結果 ( 締固め曲線 ) ( 中央最上部要素 ) ゼロ空気間隙曲線非排水排水 ( 水頭を設定 ) 高含水比 ( 飽和度 ) 域間隙空気圧による影響の考慮が必要間隙水圧の分担役割大山形の締固め曲線

12 解析結果 ( 実験データとの比較 ) Load (N) 低含水比高含水比 Load (N) 解析結果 w=16% w=24% w=32% w=40% Degree of saturation Sr (%) Time(min) Time(min) Degree of saturation S r (%) Time(min) Time(min) ( 流田寛之 ; 修論 /2002 年 ) Degree of saturation S r (-) 50 載荷 (50 分 ) 除荷 (5 分 ) Time t (min) 1 w=40% 0.8 w=32% 0.6 w=24% 0.4 w=16% 含水比高サクション変化が急激締固め = 不飽和土の非排水圧縮変形という仮定の妥当性が示された

13 解析条件の違いが締固めに与える影響続いて締固め応力の繰り返し載荷不飽和状態の降伏応力を規定するパラメータ a 供試体スケール ( 高さによる違い ) の違いが締固めに与える影響を検討する

14 解析結果 ( 締固め応力の繰り返し載荷 ) Load (kpa) Void ratio e (-) 載荷 50 分除荷 5 分 20 分放置 5 Time t (min) 載荷 50 分除荷 5 分 20 分放置 5 Time t (min) w=16% w=24% w=32% w=40% 徐々に増加載荷 50 分除荷 5 分 20 分放置 5 Time t (min) w=16% w=24% w=32% w=40% 徐々に減少 : 締固め 1 回 : 締固め 5 回 ( 全体の平均 ) 含水比が高くなるにつれてより密に締固まっている

15 解析結果 ( パラメータ ) a a : 不飽和化による降伏応力の増加を規定するパラメータ a :a=10 :a=20 :a=30 の値大 ( 全体の平均 ) 締固め曲線のピークはほぼ同じところにきている弾塑性状態に入りにくくなる

16 解析結果 ( 供試体スケール ) 2cm 10cm 100cm 5cm : 平均 : 最上部要素 : 最下部要素 cm : 平均 : 最上部要素 : 最下部要素 cm : 平均 : 最上部要素 : 最下部要素わずかに差が見られる Degree of saturation S r (-) : 最上部要素 : 最下部要素 Degree of saturation S r (-) : 最上部要素 : 最下部要素 Degree of saturation S r (-) : 最上部要素 : 最下部要素

17 まとめ土の締固め = 不飽和土の非排水圧縮現象ととらえることで解析によって締固め曲線を表現することができた間隙空気圧による影響の考慮より正確な締固め曲線の表現新たな現場の締固め管理手法の提案

18 ご静聴ありがとうございました終

19 a,p sat について p = p + p s 土被り圧サクション応力 (=S re s) S e = S r -S ra S rf -S ra 1 有効飽和度 S re 有効飽和度 S e (-) :2cm 5cm 0.2 :10cm 5cm :100cm 50cm a p ' sat 平均有効応力 p' (tf/m 3 ) = 0( %) p sat p sat 不飽和土の降伏曲面の概念図 : 不飽和化による降伏応力の増加を規定するパラメータ : 飽和土の圧密における降伏時の平均有効主応力 a=10, p sat =98(kPa) とする q せん断応力 0 S re 平均有効主応力 a S re p = 100( %)

20 解析結果 ( 供試体スケール ) :2cm 5cm :10cm 5cm :100cm 50cm ( 全体の平均 ) ほとんど差は見られない

解析結果 ( 載荷重の大きさ ) 載荷重の大きさの違いが締固めに与える影響を検討する 1.32 1.

(kpa) 200 190180 ( 全体の平均 ) 170 160 150 飽和度一定曲線 (%)

21 解析結果 ( 載荷重の大きさ ) 載荷重の大きさの違いが締固めに与える影響を検討する :150(kPa) :300(kPa) :450(kPa) :600(kPa) 等サクション線 (kpa) ( 全体の平均 ) 飽和度一定曲線 (%) 最大最荷重大等サクション線と飽和度一定曲線は平行でない最大乾燥密度大

22 解析結果 ( 載荷時間除荷時間 ) 載荷時間除荷時間の違いが締固めに与える影響を検討する :50 分 5 分 :500 分 5 分 :5 分 5 分 :50 分 50 分 :50 分 0.5 分 ( 全体の平均 ) 全く差は見られない

23 解析結果 ( 初期間隙比 ) e 0 初期間隙比 e 0 の違いが締固めに与える影響を検討する初期間隙比小鋭く立った形状を示し左上方に位置する ( 全体の平均 ) :e 0 =0.8 :e 0 =1.0 :e 0 =

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Microsoft PowerPoint - suta.ppt [互換モード] 弾塑性不飽和土構成モデルの一般化と土 / 水連成解析への適用研究の背景不飽和状態にある土構造物の弾塑性挙動ロックフィルダム道路盛土長期的に正確な予測不飽和土弾塑性構成モデル水頭変動雨水の浸潤乾湿の繰り返し土構造物の品質変化不飽和土の特徴的な力学特性不飽和土の特性サクションサクション s w C 飽和度が低い状態飽和度が高い状態サクションの効果空気侵入値 B. サクション増加