2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of strength estimation method for sandy unsaturated ground focusing on three-dimensional arrangement of soil particles and pore size distribution
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17K06561
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| Research Institution | Maebashi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
森 友宏 前橋工科大学, 工学部, 准教授 (40552394)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土倉 泰 前橋工科大学, 工学部, 教授 (40236899)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 不飽和土 / サクション / メニスカス水 / 飽和度 / せん断強度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ガラスビーズを用いて水の給排水を行った時の，メニスカス水の形成状況を顕微鏡で観察したところ，脱水時にガラスビーズ間の空隙が形成されるときには，間隙水がギリギリまで保持された後，一つずつ弾けるように空隙が形成されることが分かった。また，観察結果を反映させながら，脱水時に土粒子間に働くサクションの理論値を算出した。粒子は直径0.4mmの球形，粒子の充填状況は体心立方格子（充填率68％）に従うものとし，水の表面張力を72.75μN/mm（20℃）としたとき，1つの格子内に働くサクションは，飽和度が100%→77.6%→55.7%の時，サクションは0μN→909.36μN→922.56μNとなった。これは，脱水時の水分特性曲線の変化傾向と合致していることから，本研究で観察・推定した不飽和土のサクションの発現メカニズムは一定の妥当性があると考えられる。
一方，理論上の不飽和土のサクションの推定手法が，実際の土に対してどの程度適用性があるのかを把握するため，ガラスビーズを用いた飽和・不飽和三軸圧縮試験を行い，せん断強度に対するサクションの寄与度を計測した。粒径0.4mmのガラスビーズを用いて，充填率63%，初期有効拘束圧50kN/m2の条件で圧縮試験を行ったところ，飽和試料と不飽和試料とのせん断応力の差は、軸ひずみ1.0%の時に最大となり、それぞれ、飽和度80%で7.2kN/m2，飽和度60%で13.1kN/m2の差が生じた。せん断破壊時に供試体に斜めに生じたせん断帯内部のある一面ですべりが生じていると仮定して理論解を求めると，飽和度76%の時にサクション応力は5.2ｋN/m2と算出され，実験値と計算値はほぼ一致する結果となった。
本研究により，土粒子ひとつひとつのミクロの視点から，不飽和土に働くサクションの定量評価を行うための基本理論が構築された。
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