2014 Fiscal Year Annual Research Report
土を用いた落石対策インフラの長寿命化へ向けての土の緩衝メカニズム解明とその対策
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14J07908
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
内藤 直人 名古屋工業大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 落石 / ロックシェッド / 敷砂緩衝材 / 衝撃力 / ラーメの定数 / 応力波 / 個別要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.衝撃模型実験
衝撃模型実験では，着色砂を用いて敷砂緩衝材をメッシュ状にし，緩衝材内部の変形を可視化することで，その密度変化の測定に成功した．その結果，落石衝突後の敷砂緩衝材は，落石衝突前に比べて緩む衝突条件があることが分かった．これは，埋立地等の液状化対策工法の一つである重錘落下締固め工法のように，重錘落下衝撃荷重を受けた砂は密実になると考えられていた従来の知見とは異なる新たな結果である．また，緩衝材中の礫分の含有率の影響を検討するため，小粒径の砂と大粒径の礫の混合率を変えて実験したところ，間隙比が最小となる混合率において最大落体衝撃力が最も大きくなることが分かった．当初の計画に加えて，現行の落石荷重推定式において緩衝材の硬さを評価するラーメの定数に関して，産学官共同のプロジェクトに参画し実施された大型重錘落下衝撃実験結果を用いて整理を行い，相対密度が高いほどラーメの定数が高い材料となることを明らかにした．
2.個別要素法解析
二次元DEM解析結果から，応力とひずみ速度を算出した．その結果，平均主応力波形の深度分布を観察することで，底面からの反射波が落体に伝播して落体衝撃力波形の第2ピークが生じている可能性を示した．また，落体から敷砂に伝播する応力波を調べると，高密化する波の後に低密化する波が伝播する明瞭な疎密波が観察された．さらに，敷砂に動員される内部摩擦角は破壊時の内部摩擦角に比べ小さいことが分かり，敷砂に生じる応力はせん断より等方的な圧縮応力の発生が支配的であり，衝突速度が遅く落体が重い方がその傾向が顕著となることを明らかにした．当初の計画に加えて，衝撃力比（最大落体衝撃力に対する最大伝達衝撃力の比）に影響を及ぼす要因の抽出を試みた結果，落体衝撃力の最大値は変化しなくても，落体衝撃力の継続時間が長いほど最大伝達衝撃力は大きくなり衝撃力比が増加することが明らかとなった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画に加えて，現行の落石荷重推定式において緩衝材の硬さを評価するラーメの定数は緩衝材の初期相対密度が高いほど大きくなることを明らかにしている．これは，ラーメの定数の適切な算出方法の構築に寄与する重要な結果である．また，従来，衝撃力比（最大落体衝撃力に対する最大伝達衝撃力の比）は1～2程度の値となることは衝撃実験結果から知られていたが，衝撃力比が変化するメカニズムは明らかにされていなかった．そこで，敷砂層厚，落体質量，落下高さなどのパラメータを系統的に変化させた解析を実施することで衝撃力比に影響を及ぼす要因を整理し，各パラメータの相互関係を示唆している．さらに，上記の内容はジャーナル論文に3件掲載されており，当初の計画以上に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
2年目では，1年目の研究で得られた知見を活かし，一次元波動理論から導かれる応力の定義を用いて落体衝撃力の推定を試みることを新たに計画している．その応力は，被衝突体の密度と応力波伝播速度，衝突体の載荷速度で表されるため，まず落体の載荷速度と落体衝撃力の関係について詳細に調べる予定である．また，当初の計画通り，土の含水状態が衝撃変形機構に及ぼす影響について実験と解析の両方面から検討する予定である．3年目には，当初の計画通り，土の緩衝メカニズムを斜面表土に適用し，斜面転動時の落石運動エネルギー減衰効果を模型実験と数値解析で詳細に把握し，性能評価に向けて検討する予定である．また，敷砂以外の砕石やソイルセメント等の土を用いた緩衝材の緩衝メカニズム解明及び性能評価に向けて取り組む予定である．
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