2019 Fiscal Year Annual Research Report
NINC型計測を導入した第４世代地盤材料変形試験システムの確立
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19H02230
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
西村 聡 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70470127)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
桑野 玲子 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (80312974)
大坪 正英 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (80804103)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 地盤工学 / 室内土質試験 / 地盤材料 / 力学特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、非貫入（Non-Intrusive）・非接触（Non-Contact）型計測に基づく新世代の地盤材料変形試験システムの構築を提案し、研究・実務への有用性・妥当性を、実験的・解析的研究により示すことを目的としており、初年度は上記システムの基本要素となる個々の技術の開発と改善を行った。土質試験は、動的応答解析に用いる微小ひずみ剛性、掘削等に伴う地盤変形予測に用いる中ひずみ域変形特性、そして崩壊予測や地盤沈下解析に用いる大ひずみ域変形特性の把握と目的をわけて実施されることが多いが、これらをパッケージとしての統合できる試験法とするため、試験装置内外での物理的な干渉がない、あるいは少ないディスク型振動素子による微小ひずみ剛性計測、また画像相関法・三次元ステレオフォトグラメトリーを用いた光学的な中～大ひずみ挙動計測法の三軸試験装置への実装について検討を進めた。前者については、既存の標準的ツールであるベンダーエレメントと比較試験を行い、砂質土・グラスビーズ・セメント改良土・粘土・礫混じり粘土など多様な粒状態・土質に対して、非貫入による作業性向上が得られると同時に、供試体への挿入に伴う乱れによる剛性低下等が避けられるという利点を確認することができた。三軸試験への組み込みについて、作業性・信号伝播特性の観点から最適な実装法の検証を始めている。後者については、供試体の限られた面のみ光学的に観察し、その限られた情報から算出した変形から全体の変形を推定する手法をいくつか検討し、それぞれの長所・短所についてまとめた。また、これらのハードウェアの開発とは別途、従来の装置においても、間隙水圧の計測に基づき、土質試料の多方向の剛性計測を飛躍的に簡略化できる画期的な技術を提案し、実証した。本研究は、現在はこのように個々の基礎技術の開発段階にある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新技術の導入と、その統合化による土質試験の簡略化・多情報化が本研究の趣旨であるが、その大きな要素であるハードウェア（ディスク型振動素子とその回路関連装置や、画像計測に適した高性能ながらも広く入手可能な量販型デジタルカメラ）の選定・導入と試運転については順調に進み、先述の通り土質試験、特に三軸試験への実装に当たっての種々の検討が進んでいる。代表者の研究グループとして、当該年度は学生の入れ替わりの時期に当たったため、実際の土質試料を用いた試験の数量が限られており、この点では当初の想定ほどの進捗が見られなかったものの、グループ運営上の周期的な問題であり、次年度にはより大きな進展が期待される。多方向の剛性を求める簡易手法についてはテクニカルノートとしてジャーナルに投稿済みであり、成果の公表も進んでいるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は3カ年を計画しており、今後の2カ年は先述した個々の新規基礎技術を1つの装置・実験ルーチンに統合し、一体性のある新しいフレームワークとして提示するための諸問題を解決することを主な目標として作業を進めていく。具体的には、（１）現在実務で標準的に扱われている土質試料サイズに対応するディスク型振動子の最適な設計と実装法の模索、（２）ベンダーエレメントなど既往の振動子を用いた手法との整合性あるいは上位互換性の確認、（３）個別要素法解析等による（１）（２）の力学的裏付け、（４）基本的に軸対称形が採用される土供試体を念頭においた三次元ステレオフォトグラメトリーによる変形定量化手法の確立、（５）デジタルカメラと連動することにより上記変形定量化を自動化するソフトウェアの開発、（６）主に細粒土を用いた上記タスクの成果の確認、計画する。ディスク型振動子はその薄型・非貫入型の形状により実装上の利点が明確であるが、これまで特殊な大型装置における粒状体への適用例があるのみであり、実務で得られるコア試料への適用例がほとんどなく、既往の手法との整合性やあるいはシグナルデータの明瞭化などの利点が確認されていない。研究代表者の実験室にはこれらを比較検討する設備が初年度に整えられたため、代表者が中心となり、本年度は種々の装置への組込形態や信号処理法を検討することで（１）（２）に取り組む。（３）については研究分担者が初年度に続き継続実施する。（４）～（６）については、本年度より実際の土質試料を用いて、不均質な材料への適用妥当性について検証する。これら実験室での力学的な研究とは別途、国際地盤工学会および日本の地盤工学会の技術委員会TC101を通して、本研究からの成果発信および本研究に有益な情報収集の場として、本研究代表者・分担者らは各種ワークショップを主催しており、これも継続実施していく。
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