2018 Fiscal Year Annual Research Report
Experimental and numerical assessment of sinkhole formation and evaluation of cavity growth
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17H06613
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
大坪 正英 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (80804103)
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2017-08-25 – 2019-03-31
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| Keywords | 地中空洞 / 個別要素法 / 模型実験 / 粒子間付着力 / アーチ効果 / 粒状体 / 地盤工学 / 土質力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地中空洞形成に伴うアーチ機構の発現メカニズム、および地中空洞を有する地盤に対する波動伝播について、模型実験および個別要素法数値解析を用いて研究した。数値解析では小粒径の材料をモデル化する際に膨大な計算時間を要するため、Oakforest-PACSシステムを用いて並列解析を実施した。
模型実験では土槽底面に設置したスリットから土砂を吸い出すことで地中空洞形成過程を再現した。乾燥あるいは完全飽和地盤では地中空洞は形成されなかったが、不飽和表層のある場合はサクションの作用により地中空洞およびアーチ機構が形成された。数値解析においても飽和度を入力パラメータとした粒子間付着力モデルを新たに実装し、地盤全体挙動としてのサクション効果について整理した。
地中空洞形成に及ぼす粒子形状効果について検討した結果、球形で表面の滑らかなガラスビーズに比べて、珪砂を用いた場合は粒子間かみ合わせ（インターロッキング）効果により安定したアーチ機構が発現した。非球体粒子を用いた場合、インターロッキングと粒子間付着力の相乗効果により安定したアーチの形成が確認された。ただし、礫のような粒径の大きな材料に対するアーチ効果は限定的であった。数値解析の結果においても同様の傾向が確認された。
地中空洞を有する地盤に対する波動伝播特性についても研究した。実験では珪砂地盤の地表面から起振し、地中を伝播した弾性波を模型土槽底面で受信した。地中空洞付近における弾性波伝播速度は低下し、さらに高周波成分が減衰した。これは地中空洞が大きくなるほど顕著になった。数値解析の結果、地中空洞近傍の土粒子群はアーチ機構に貢献せずに「ゆるみ」が発生していることが明らかとなり、そのことが上記のような現象の原因になったと推察された。また、空洞天端における弾性波の反射現象、および空洞位置における回折現象が観測された。
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| Research Progress Status |
平成30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 |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
論文名：落し戸模型実験および個別要素法解析によるアーチ抵抗機構の解明
著者：大坪正英, アリ ウマイル, 佐藤剛司, 桑野玲子
掲載情報： 生産研究70(6),417-421,2018年11月
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