マイクロメカニックスによる粒状体の変形・破壊モデルの構築に関する研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09875111
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 小田 匡寛 埼玉大学, 工学部, 教授 (90008855)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 風間 秀彦 埼玉大学, 地域共同研究センター, 助教授 (40008868) ; 岩下 和義 埼玉大学, 工学部, 助教授 (40203377)
• Keywords: 粒状体 / 破壊 / 数値シミュレーション / マイクロメカニックス / 偶応力

Research Abstract

本研究は、(i)せん断帯内部の粒子構造変化を調べ、その結果を十分説明できる微視的な変形モデルを提案すること、(ii)すべり面の力学的解釈について、微視的構造特性の観点から再検討し、偶応力のはたす役割をあきらかにすること、(iii)粒子接点に偶力の効果を加味した新しい数値シミュレーションモデルを開発し、(1)の結果と照合することによって、モデルの適用性を明らかにすることの3点を目的として計画された。平成9年度の研究成果は以下の3点に要約できる。
1)せん断帯内部の粒子構造変化の観察には、実際の砂を用いた平面歪み試験を行い、せん断帯を発生させ、応力、歪みの条件を変化させることなく、接着剤を浸透させ、固結させる方法を採用した。固結供試体をX-線、光学顕微鏡の方法で調べ、せん断帯内部の粒子構造とその変化を追跡した。その結果から、拘束圧力、歪みレベル、初期構造などの条件が、せん断帯内の粒子構造の発達に及ぼす効果を明らかにした。
2)数値シミュレーションには、粒状体の数値シミュレーション法として使われているDEM(Distinct Element Method)に工夫を加え、粒子間接点で偶力の伝達を許容するモデルを開発して用いた。その結果、従来型のDEMでは、せん断帯内の粒子構造の発達を再現できないでいたが、その欠点を克服した数値実験に成功した。せん断面形成への接点偶力の重要性が明らかになった。
3)接点に偶力を作用させることの結果として、巨視的には偶応力の発生することが確認できた。マイクポーラ理論の数値実験による検証が可能となった。

Research Products

• [Publications] M.Oda, K.Iwashita: "Importance of particle rotation in the Mechanics of Granular materials" Powders and Grains ; Balkema. 207-210 (1997)
• [Publications] M.Oda, F.Tatsuoka and T.Yoshida: "Void ratio in shear band of deuse granularcoils-Does the critical void ratio exist in dense assemblies of granulars" Deformation and Progressive Failure in Geomechanics ; Pergamon. 157-162 (1997)
• [Publications] M.Oda: "A micro-deformation model for dilatancy of granular materials" Mechanics of Deformation and Flow of Particulate Materials ; ASCE. 24-37 (1997)
• [Publications] K.Iwashita, M.Oda: "Rolling resistance at contacts in simulation of shoar band development by DEM" J. of Engineering Mechanics, ASCE. 124(3). (1998)
• [Publications] M.Oda, H.Kazama: "Micro-structure of shour band and its relation to the mechanisms of dicatancy and fallure of deuse granular soils" Geotechnique. (in print). (1998)