2019 Fiscal Year Annual Research Report
膨潤性岩盤を対象としたマルチスケール・マルチフィジックス岩盤力学の展開
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16H02361
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
京谷 孝史 東北大学, 工学研究科, 教授 (00186347)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森口 周二 東北大学, 災害科学国際研究所, 准教授 (20447527)
寺田 賢二郎 東北大学, 災害科学国際研究所, 教授 (40282678)
松原 成志朗 東北大学, 工学研究科, 助教 (40823638)
山田 正太郎 東北大学, 工学研究科, 准教授 (70346815)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | スメクタイト膨潤試験 / 膨潤試験装置 / トンネル掘削解析 / 膨潤解析 / 修正カムクレイモデル / ３次元有限要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度である本年度は以下の内容を実施した．まず，強度の低下（軟化）を伴う塑性膨潤挙動と，亜弾性構成則に従った自然な剛性低下を表現出来る修正カムクレイモデルを基礎として，スメクタイト鉱物を含む岩盤の水和反応による膨潤を外生的な膨潤ひずみとして与えて初期ひずみ法に従って力のつり合い状態を満たすように岩盤地山の弾塑性挙動を追跡することができる３次元有限要素法解析コードを開発した．
また，スメクタイト鉱物の膨潤に伴って母岩材が破砕し，その結果として岩盤の剛性が低下する現象をモデル化するために，引き続きスメクタイト鉱物の代表であるモンモリロナイト試料について膨潤実験を行った．未だスメクタイト鉱物の膨潤挙動の拘束圧依存特性を十分に把握するには至っていないが，どのような数理モデルを用いて膨潤特性を記述すべきかについては，手掛かりを得ることが出来た．
そのスメクタイトの拘束圧依存の膨潤特性を踏まえつつ，その膨潤にともなう母岩材の剛性低下を記述する数理モデルを熱力学で良く知られている浸透圧理論を参考にして構築した．この提案モデルは水和反応による膨潤とそれに伴う材料の破壊による剛性低下を表現する化学反応と力学的挙動の相互作用を表現するマルチスケール・マルチフィジックス理論モデルである．スメクタイトの拘束圧依存の膨潤特性が十分な精度で把握できた暁には，この理論モデルを開発した３次元有限要素解析コードに組み込み，具体的なパラメータを実装させることにより，実際の膨潤性岩盤に構築されたトンネルの安定性評価解析に用いることが出来る．
申請した４年間においては当初に予定していたマルチスケール・マルチフィジックス理論モデルおよびその解析コードの完成には至らなかったが，実用に至る一歩手前と言える段階の成果は得ることが出来たと考える．
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(4 results)
