砂の年代効果の実験時間5000倍圧縮の実現～結晶のオストワルド熟成の利用～

• Project/Area Number: 22K18837
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
• Research Institution: Wakayama National College of Technology
• Principal Investigator: 林 和幸 和歌山工業高等専門学校, 環境都市工学科, 教授 (30587853)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡村 未対 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (50251624)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 炭酸カルシウム / 年代効果 / ボンディング / 液状化 / 地盤液状化

Outline of Research at the Start

地震による地盤の液状化発生予測に使われる液状化判定法では，液状化強度がしばしば何倍も過小評価される。その主な原因として年代効果が指摘されている．年代効果による液状化強度の増加メカニズムうち，化学的作用による砂粒子の結合(ボンディング)の発達については，その顕在化に100年オーダーの年月がかかるためこれを実験室で再現することができず，液状化発生予測における精度向上の大いなる支障となっていた。そこで本研究では，砂粒子間のボンディング発達に要する時間を飛躍的に短縮できる方法の開発を試みる。また，ボンディング発達による砂の年代効果メカニズムと，微小地震による微視的粒子構造安定との相互作用を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

現行のFL法は，実際は液状化しない地盤であってもしばしば液状化すると判定される(液状化強度が過小評価される)，大いに合理化の余地がある液状化判定法となっている。液状化強度を過小評価することの主な原因として，年代効果が指摘されている。年代効果による液状化強度の増加メカニズムは，微小地震や過圧密等により微視的粒子構造が安定化することと，化学的作用による粒子間の結合(ボンディング)の発達である。実際の地盤では，この2つが相互に作用し，液状化強度が増加していくものと考えられている。これらのうち，化学的作用によるボンディングが発達し顕在化するには，例えばシリカを主成分とした珪砂では100年あるいはそれ以上の年月がかかるため，その過程を再現する事は極めて困難であり，化学的作用による年代効果が液状化強度に及ぼす影響を調べる研究はほとんど行われてこなかった。そこで本研究では，炭酸カルシウム結晶の熟成効果に期待して，粒子そのものが炭酸カルシウムでできているサンゴ砂に着目し，養生期間確保の有無を変えたサンゴ砂供試体のCD試験を介してボンディング発達の有無を調べた。その結果，ピーク強度については養生期間による違いは確認できなかったが，せん断初期の剛性については，養生期間を設けることで明らかに増加する結果が得られ，その結果は炭酸カルシウムを人工的に粒子表面に析出させボンディングを形成した砂と同様であった。このことから，年代効果のうち，ボンディングの発達による液状化強度の増加メカニズムに対しては，サンゴ砂供試体を使用することで現象の再現時間を大幅に圧縮できる可能性があることが認められた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ボンディング発現期間の大幅な圧縮が可能な実験技術を見出すことができたため。

Strategy for Future Research Activity

サンゴ砂供試体の体積圧縮特性と液状化強度を養生期間ごとに明らかにし，ボンディングが発達したサンゴ砂の液状化強度と，その体積圧縮特性にもとづく液状化強度予測の可能性を調べる。さらに，サンゴ砂の養生期間中の粒子間ボンディングの発達を視覚的に確認するため，圧密中のサンゴ砂供試体に対する顕微鏡観察を定期的に実施する。