弱固結粘土岩の異方弾性挙動(農業工学科)

概要

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本研究においては, 先に報告した非排水および排水型三軸圧縮試験の結果^<10,11)>に基づき, 弱固結粘土岩としての島尻層泥岩の弾性挙動を異方性の観点から検討し, 線形異方弾性理論を適用して若干の考察を加えることにより, 間隙水圧ならびに変形挙動の異方性を明らかにした。その結果を要約すると次のようになる。1.著しく過圧密された硬質粘土, ならびに骨格粒子間に結合力をもつ多孔質凝灰岩の弾性挙動に関する従来の研究を有効応力径路とひずみ径路について検討し, その結果と本実験に用いた泥岩の挙動とを比較したところ, この泥岩を含めて粒子間結合力をもつ軟岩の弾性挙動は, 骨格構造の弾性過程とダイレイタンシーを伴う弾性過程とからなることが明らかとなった。骨格構造の弾性挙動は続成作用によってもたらされた粒子間結合力の寄与によるものと考えられ, せん断応力が増加して結合力の強さを越えると, 骨格の局部的破壊を生じてダイレイタンシー挙動に移行すると考えられる。2.実験に使用した泥岩の弾性挙動は, 非排水試験での有効応力径路の線形関係あるいは排水試験での体積ひずみと軸ひずみ, または偏差ひずみとの関係, すなわちひずみ径路の線形関係で示されるが, これは骨格構造の弾性挙動としての線形関係と, それとは勾配を異にしたダイレイタンシーを伴う弾性挙動としての線形関係とからなる。しかし, 先に報告した実験結果だけでは, ひずみ径路に関する両者の区別が明確でなかった。弾性限界は, この直線関係からの離脱点として決定され, その応力値は応力∿ひずみ関係を両対数紙上に求めて得られる折点で定義される降伏応力と一致する。このようにして求めた降伏応力は平均有効応力σ'mと非線形関係にあり, しかも非排水試験による結果は一致する。3.この弾性領域での有効応力径路は鉛直および水平供試体で著しく異なり, 実験試料の泥岩は明らかに異方弾性体である。有効応力径路を支配するのは間隙水圧である。従って, 間隙水圧特性に注目し, この泥岩の異方弾性挙動を検討した。4.弾性領域内で, 間隙水圧は平均応力と線形関係にある。この線形関係は, 骨格構造の弾性挙動とダイレイタンシーを伴う弾性挙動に区分される。骨格構造の弾性領域における間隙水圧増分⊿μは平均応力の増分⊿σmに比べて鉛直供試体では大きく, 水平供試体では小さな値を示し, 間隙水圧の挙動そのものが異方性にある。その挙動は, Skemptonの間隙圧係数Aと同様, それぞれの軸方向をもつ供試体について式(25)と式(26)の間隙圧係数A_V, A_Hで表現できる。しかも, これは異方性の程度を示すパラメータとなり, ヤング率とも関係づけられるものである。5.ダイレイタンシーを伴う弾性過程は, 鉛直供試体ではσ'_c=60kg/cm^2でも体積膨張傾向, すなわち間隙水圧の減少にあるのに比べ, 水平供試体ではσ'_c=25kg/cm^2ですでに体積圧縮傾向, すなわち間隙水圧の増加に移行する。この過程で間隙圧係数は変化するが, 全過程を通じての変化量は骨格構造の過程の一定値に比べて顕著なものではない。6.この泥岩の異方弾性パラメータη, ν_<VH>, ν_Hは, 非排水試験からのA_V, A_H, ヤング率比Nと鉛直供試体の排水せん断試験結果とを利用して求められた。これらの値は圧密圧力の影響を受けない。7.排水せん断試験は鉛直供試体だけについて行っているので, 先に求めた異方弾性パラメータを用いて水平供試体の弾性変形挙動を予測したが, ひずみ径路の異方性は間隙水圧におけるほど顕著ではない。また, 側圧一定の三軸圧縮試験の弾性域から求まる鉛直ならびに水平供試体のそれぞれの弾性定数K_V, G_VあるいはK_H, G_Hは等方弾性体の場合と等価な関係にあって, しかもη, ν_<VH>, ν_Hを用いてE_Vと関係づけられ, 圧密圧力の影響を受けるものである。以上の結論はさらに詳細な排水せん断試験を行って確認する必要があるが, そのことと併せて, 種々の応力・変形条件下での挙動を原地盤に適合させた変形問題として, 今後さらに究明されなければならない。
琉球大学の論文
1979-12-11

弱固結粘土岩の異方弾性挙動(農業工学科)

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