土の応力ーひずみ関係
from 『土質力学 (講義と演習)』p.96
飽和土の非排水状態($ \mathrm de=0)を考える
$ \mathrm de=0と体積ひずみと等方ひずみとの関係と体積ひずみと間隙比の関係より$ \mathrm d{\rm tr}\bm\varepsilon=0
これを使うと
$ \mathrm d\sigma_m'=K\mathrm d{\rm tr}\bm\varepsilon=0
$ \because有効応力時の等方弾性体のHookeの法則に代入
$ \sigma_m':=\frac13{\rm tr}\bm\sigma':平均有効応力
$ \iff \mathrm d\sigma_m'=0
体積変化しないので、平均有効応力$ \sigma_m'も変化しない
$ \therefore\mathrm du=\mathrm d(\sigma_m-\sigma_m')=\mathrm d\sigma_m
$ \sigma_m:=\frac13{\rm tr}\bm\sigma:全平均応力
つまり、非排水状態なら間隙水圧変化と全平均応力変化が等しい
「非排水載荷では、間隙水圧が載荷荷重と等しくなる」ともいいかえられる
非排水状態での等方応力変化はすべて過剰間隙水圧変化に転換されるとも言いかえられる
不飽和土の非排水条件$ \mathrm d(S_re)=0に緩和する
$ \mathrm du=B\mathrm d\sigma_m
$ B:間隙圧係数B値
$ \mathrm d{\rm tr}\bm\varepsilon=\frac1K\mathrm d\sigma_m'
$ {\rm tr}\bm\varepsilon\simeq\varepsilon_V=\frac{e_0-e}{1+e_0}
$ \mathrm d\varepsilon_V=-\frac{\mathrm de}{1+e_0}
非排水条件で考えているので、$ eの変化は間隙空気の体積の変化だと思っていい
$ V_a=(1-S_r)\frac{e}{1+e}V=:n_aV
$ \implies n_a=(1-S_r)\frac{e}{1+e}
$ \varepsilon_{aV}=\frac{V_{a0}-V_{a}}{V_{a0}}=\frac{n_{a0}-n_a}{n_{a0}}=\frac{e_0-e}{(1-S_{r0})e_0}=\frac{\varepsilon_V}{n_{a0}}
土全体の圧縮量は間隙空気の圧縮量と等しい
$ V_0-V=(e_0-e)V_s
$ V_{a0}-V_a=n_{a0}V_0-n_aV
$ =(n_{a0}(1+e_0)-n_a(1+e))V_s
$ =((1-S_{r0})e_0-(1-S_r)e)V_s
$ =(e_0-e)V_s+(S_{r0}e_0-S_re)V_s
$ =(e_0-e)V_s
$ \because \mathrm d(S_re)=0
$ \mathrm d\varepsilon_{aV}=-\frac{\mathrm dn_a}{n_{a0}}=-\frac{\mathrm de}{(1+e_0)n_{a0}}=\frac{\mathrm d\varepsilon_V}{n_{a0}}
間隙空気の体積ひずみ増分$ \mathrm d\varepsilon_{aV}は間隙圧増分$ \mathrm duに比例する
$ \mathrm d\varepsilon_{aV}=\frac{\mathrm d\varepsilon_V}{n_{a0}}=K_a\mathrm du
$ K_a=-\frac{\mathrm dv}{v}\frac{1}{\mathrm du}=\frac 1u
$ vは空気の比体積
$ n_aとは違う?
式形を見る限り、$ v=n_aとしてよさそう
Boyleの法則より$ \mathrm d(uv)=0
$ \therefore \mathrm dv=-\frac vu\mathrm du
$ \therefore \mathrm d\varepsilon_V=\frac{n_{a0}}{u}\mathrm du
$ \mathrm d\varepsilon_V=\frac1K\mathrm d\sigma_m'=\frac1K(\mathrm d\sigma_m-\mathrm du)に入れる
$ Kn_{a0}\mathrm du=u\mathrm d\sigma_m-u\mathrm du
$ \iff \mathrm du=\frac{u}{Kn_{a0}+u}\mathrm d\sigma_m
$ =\frac1{n_{a0}\frac{K}{u}+1}\mathrm d\sigma_m
$ =:B\mathrm d\sigma_m
$ B=\frac1{n_{a0}\frac{K}{u}+1}=\frac1{\frac{K}{u}(1-S_{r0})\frac{e_0}{1+e_0}+1}
飽和土($ S_r=1)なら$ B=1になる
Alec W. Skemptonの提唱した、軸対称応力条件における等方ひずみー応力関係
$ \mathrm d{\rm tr}\bm\varepsilon=\frac1K\mathrm d\sigma_m'-3D\mathrm d\frac13(\sigma_1'-\sigma_3')
正のdilatancyを示す土は$ D>0
剪断応力に比例して体積膨張する
負のdilatancyを示す土は$ D<0
$ Dは実験的に$ D\propto\frac1{\sigma_m'}となっている
$ \mathrm d{\rm tr}\bm\varepsilon\simeq\mathrm d\varepsilon_V=\frac{n_{a0}}{u}\mathrm duと$ \mathrm d\sigma_m'=\mathrm d\sigma_m-\mathrm duを代入する
$ n_{a0}K\mathrm du=u(\mathrm d\sigma_m-\mathrm du)-uKD\mathrm d(\sigma_1-\sigma_3)
$ \iff (n_{a0}K+u)\mathrm du=\frac13u\mathrm d(\sigma_1+2\sigma_3)-uKD\mathrm d(\sigma_1-\sigma_3)
$ = u\mathrm d\sigma_3+\mathrm d\left(\frac13u(\sigma_1-\sigma_3)-uKD(\sigma_1-\sigma_3)\right)
$ \iff \mathrm du=B\mathrm d\sigma_3+B(1-3KD)\mathrm d\frac13(\sigma_1-\sigma_3)
$ =:B\mathrm d\sigma_3+3BA\mathrm d\frac13(\sigma_1-\sigma_3)
$ A=\frac13(1-3KD)
間隙圧係数A値と呼ぶ
検算:dilatancyがなければ($ D=0)、$ A=\frac13になる
これらはSkemptonの間隙水圧式と同義かなtakker.icon
$ \sigma_mでまとめると
$ \mathrm du=B\mathrm d\sigma_m-BKD\mathrm d(\sigma_1-\sigma_3)
$ = B\mathrm d\sigma_m-B(1-3A)\mathrm d\frac13(\sigma_1-\sigma_3)
関口・太田モデルだと
$ \mathrm de=-\frac{C_c}{\ln10}\frac{\mathrm d\sigma_m'}{\sigma_m'}-\mu(1+e_0)\mathrm d\left(\frac{\tau_{oct}}{\sigma_m'}\right)
$ C_c:圧縮指数
Alec W. Skemptonによる修正は
$ \mathrm d e=-\frac{C_c}{\ln10}\frac{\mathrm d\sigma_m'}{\sigma_m'}+3D(1+e_0)\mathrm d\frac13(\sigma_1'-\sigma_3')
$ = -\frac{C_c}{\ln10}\frac{\mathrm d\sigma_m'}{\sigma_m'}+\frac{3}{\sqrt2}D(1+e_0)\mathrm d\tau_{oct}
八面体剪断応力の符号の調整は考えていない
雑に推測すると、$ \mu=\frac{3}{\sqrt2}D\sigma_m'になる
Skemptonの間隙水圧式を3次元応力状態にも適用できるとすると、
$ \mathrm du= B\mathrm d\sigma_m-\frac{3}{\sqrt2}B(1-3A)\mathrm d\tau_{oct}
というか、3次元応力状態(多軸応力状態)における間隙水圧式を見かけないなtakker.icon
Cam-clayモデルに有効応力原理を代入すればいいだけだからだろうか?
「地盤工学2(土質力学)」講義ノート
國生剛治
一軸圧縮試験の原理が書かれている
地盤中の有効応力がサンプリング後も変化しないと仮定する
2.3 ダイレイタンシーと土の強度
K_0圧密は一次元圧密と同義
言われてみればそうだなtakker.icon
圧縮指数と体積圧縮係数との関係
#2024-01-31 10:48:35
#2023-12-29 20:34:29
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