内部構造診断と数値破壊解析による改良土の原位置強度ばらつき評価と性能設計への反映

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K06222
• Research Institution: Port and Airport Research Institute
• Principal Investigator: 高野 大樹 国立研究開発法人港湾空港技術研究所, その他部局等, その他 (80626218)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮田 喜壽 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工, その他部局等, 教授 (20532790)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 可視化 / 数値解析 / 固化処理土 / X線CT

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，改良土の内部構造を考慮した数値破壊シミュレーションによる，原位置における強度のばらつき評価とその性能設計への反映を目的とする．具体的には，原位置でサンプリングされた改良土の空隙・欠損分布に代表される内部構造のばらつきに着目し，マイクロフォーカスX線CTを用いてその不均質性がマクロな変形・破壊に寄与する影響因子の評価を行う．次に，CTで得られた内部構造をもとに多数の仮想サンプリング供試体をコンピュータで再現し数値破壊実験を行い，結果を統計的に処理することで原位置のばらつきを評価する．これらの結果に基づき，より精度の高い性能設計における地盤パラメータの決定方法の提案を行う．
CT画像を用いた改良土の内部構造の抽出手法については，改良土の空隙や母材となる土粒子の3次元的な内部構造分布を抽出，破壊過程においてその変形・破壊挙動を追跡することが可能であることを確認した．
また，PDS-FEMを用いた固化処理土の破壊数値解析手法の開発を行った．本手法を用いることにより破壊に伴う変位の不連続面の表現が容易になり，比較的簡易なモデルで固化処理土のマクロな力学挙動のシュミュレーションが可能であることがわかった．また，粒状材料を対象とした数値シミュレーションでは，CT画像から得られた供試体内部の間隙構造に基づき入力データを算定し，応力ピーク後の軟化挙動や強度の密度依存性を定性的ながら表現可能となった．

Current Status of Research Progress

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

Reason

当該年度は，画像解析による固化処理土や粒状体の内部構造・破壊過程の定量的な評価方法について検討した．また，数値破壊シミュレーションでは，使用する数値解析モデルの開発を行い，実験結果の再現性を確認している．以上の進捗から，本研究は概ね順調に進展している．

Strategy for Future Research Activity

画像解析，数値破壊シミュレーションの高度化を行うとともに，固化処理土の破壊実験を行い，微視的な構造の変化や破壊過程についての評価を行う予定である．また，得られた結果に基づいた数値シミュレーションを行う．

Causes of Carryover

初年度では，数値シミュレーション手法の開発を主に行ったために実験装置の開発や現地でのサンプリングにかかる費用分を使用しなかっため．

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度から現位置サンプリングと実験に着手するために当該年度で使用しなかった経費を合わせて使用する予定である．