土粒子の破砕に及ぼす高圧応力履歴の影響に関する研究

Research Project

Project/Area Number	19K04690
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 23010:Building structures and materials-related
Research Institution	Hiroshima University
Principal Investigator	山本春行広島大学, 国際協力研究科, 特任教授 (60158293)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help	¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000) Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords	粒子破砕 / せん断強度 / 三主応力制御型高圧圧縮試験機 / 応力経路 / 平均応力 / 偏差応力 / Lode角 / 粒子破砕量 / 高圧三軸圧縮 / 応力履歴 / 粒径加積曲線 / 画像解析
Outline of Research at the Start	研究の最終目的および学術的独自性と創造性は、高圧拘束下における地盤の変形強度特性を表す構成関係を土粒子の破砕現象そのものを基に再構築しようとするもので、本研究を進めることにより高圧拘束下における土粒子の破砕に伴う地盤の体積収縮傾向や土粒子の微細化に伴う内部摩擦角の急激な減少傾向が定量的に説明できるようになる。高圧拘束下の地盤の変形や破壊現象が合理的に推定できるようになれば、杭先端地盤等の変形・支持力の推定精度が向上し、さらに繰返し効果をも考慮すれば地震時の杭先端支持力問題にも応用できるものと考えられ、より安全で合理的な設計根拠となる点に現実的な意義がある。
Outline of Annual Research Achievements	土粒子に高圧力が作用すると土粒子自体が細かく壊れていくことが分かっており、これを粒子破砕という。粒子破砕現象が発生すると粒状体の体積は急激に減少しせん断強度が大きく低下していくため地盤の支持力が減少し、特に杭基礎先端支持力設計においては相当厳しい問題となる上、急激な沈下の原因となる。このような問題を解明し、破砕実験から定量的な設計根拠を得ることが目的であり、初年度(2019年度)には、それぞれ破砕強度の異なる3種類の砂資料(豊浦珪砂・まさ土・シラス)の粒子破砕に関する基本的な性質を調べた。粒子そのものの大きさの違いによる影響を取り除くため、豊浦珪砂と同じ粒径加積曲線になるように粒度調整を行って、同じ応力経路を通る場合の破砕実験結果を比較したところ、豊浦珪砂に比べてマサ土の方が粒子破砕が進行しやすいという傾向が確認できた。また、実験後のマイクロスコープによる粒子写真を用いて画像解析を行うことで求めた凹凸度、針状比の関係からもマサ土の粒子破砕性が大きいことが分かった。同様に粒度調整を行ったシラスの破砕試験結果から、マサ土よりもさらに大きく破砕が進行しており、粒子破砕による急激な体積減少を伴うことを確認した。粒子破砕が生じると破砕した細かい粒子は間隙に入り込んでいくものと考えられるため、塑性体積ひずみεvpと粒子破砕量Brとの間に密接な関係があると考えられる。これらの関係を破砕試験結果から調べたところ、豊浦珪砂、マサ土、シラスともに明確な直線関係が得られ、高い直線近似精度を示していた。また、豊浦珪砂に比べてマサ土やシラスの場合には、粒子破砕量Br、塑性体積ひずみεvp共に大きくなっており、それぞれの土粒子自体の破砕に対する材料強度特性が反映された結果が得られた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 破砕実験の対象に定めた3種類の砂資料(豊浦珪砂・まさ土・シラス)の粒子破砕に関する基本的な性質が明らかになり、粒状体を構成する砂資料の平均粒径や均等係数が粒子破砕に及ぼす影響についても三主応力制御型高圧圧縮試験機による等方圧縮試験(IP)結果から定量的に評価することができた。
Strategy for Future Research Activity	破砕実験の対象に定めた3種類の砂資料(豊浦珪砂・まさ土・シラス)に対して、一般的な応力経路下(平均応力p, 偏差応力q, Lode角を独立に制御)での破砕実験を行い、粒子破砕が粒状体の体積減少やせん断強度低下へ及ぼす効果を定量的に調べていく。