2019 Fiscal Year Annual Research Report
The construction of mechanical theory of expansive soils based on the chemical surface phenomena of mineral crystals - Reconsideration of problem soils in geotechnical engineering -
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18K13824
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
京川 裕之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60799865)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 膨潤性粘土 / ベントナイト / 構成式 / 力学－化学連成 / 水理－力学－化学連成 / 浸透圧密 / 浸透膨潤 / 数値解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ベントナイトに代表される膨潤性土は，地盤工学的に特殊土（設計法や規定の評価法がない地盤材料）として扱われる．その特徴は，構成粘土鉱物であるスメクタイトのもつ大きな比表面積と陽イオン交換容量に由来する表面化学現象であることが知られている．そこで，本研究では，膨潤性土の諸力学特性を体系的に説明することを目的として，飽和膨潤性粘土（ベントナイト）の化学－力学連成挙動について要素試験を実施し，力学モデルの構築およびその境界値問題への適用を行った．
イオン浸透時の変形（浸透圧密／膨潤）特性をより詳細に検証するため，画像解析を用いて一次元圧密状態における供試体内部の局所変形を抽出し，同時に防錆性差圧計を用いて供試体内部に生じる間隙水圧の変化を計測した．試験終了後には，イオン濃度を計測し，イオン浸透時における水理－力学－化学連成挙動を空間的および時間的に考察した．イオンが浸透することにより，鉱物結晶レベルでは浸透圧の変化により収縮挙動が生じ，透水係数の低いベントナイトでは同時に間隙水圧が上昇することが確認された．また，その間隙水圧の変化，つまり有効応力の変化により，浸透圧密時にも関わらず局所的には体積膨張が発生していることが確認された．
また，水理－力学－化学連成有限要素解析コードを開発し，上記実験のシミュレーションを行い，連成現象の理論的に説明できることを確認した．また，力学モデルについては，不飽和状態を考慮したモデルへの拡張を完了しており，今後は不飽和から飽和も含めたより一般的な状態における膨潤性土について，その力学特性の解明を試みる．
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