地盤挙動解析の高精度化に関する研究(GHE-Sモデルの開発)

地盤の幅広いひずみレベルの挙動を精度良く表現可能な非線形履歴モデル(GHE-Sモデル)を開発しました。

繰返し三軸試験等により、土のせん断応力τ~せん断ひずみγ関係を求めると、一般にτ−γ関係は紡錘型の形状を描くので、ひずみとともに割線剛性は低下し、履歴減衰は大きくなります。

しかし、ひずみが1%を超えたあたりからτ−γ関係はスリップ状の形状を示し、履歴減衰が大きくならずに減少する傾向にあります。

既往の土のせん断応力τ~せん断ひずみγ関係に関する構成則の多くは、いずれも紡錘型の履歴形状を有するために、この変化に追従することができませんでしたが、このような場合にも適用が可能な土の非線形履歴モデルとしてGHE-Sモデルを提案しました。

このモデルは、骨格曲線と履歴曲線の2つから構成されています。骨格曲線は、微小ひずみからピーク強度に至るまで広いひずみ領域で実験値にフィッティング可能なモデルとして、GHEモデルを用います。

一方、履歴曲線はMasing則を用います。ただし、一般には相似比として2を用いますが、本モデルでは、せん断ひずみγに応じて相似則λを変化させることにより、室内試験から得られた実際の土の非線形特性を精度良く追跡させることができるようになりました(図1参照)。

振幅を漸増した周期2Hzの正弦波を入力した際の、土のτ~γ関係の一例を図2に示します。ひずみレベルが小さい間は紡錘方の履歴を描いていますが、ひずみレベルが大きくなるとともにスリップ型の形状を示すようになります。なお、本モデルの検証は大型せん断土槽を用いた振動実験等で確認しました。

図1 履歴則の考え方
図2 提案モデルを用いた試算結果

参考文献

  1. 室野剛隆、野上雄太:S字型の履歴曲線の形状を考慮した土の応力~ひずみ関係、第12回日本地震工学シンポジウム論文集、pp.494-497、2006.
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