2020 Fiscal Year Research-status Report
Failure mechanism for gravel mixed soil due to bucket excavation and estimation on its shear strength parameters
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19K04592
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
里見 知昭 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (80588020)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | バケット掘削 / 礫混じり土 / せん断強度定数 / フォースセンシング / 掘削抵抗力 / 掘削実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は当初の計画に基づき，土と機械の力学的相互作用に基づいたテラメカニクス研究でこれまで見過ごされてきたバケット掘削による礫混じり土の掘削抵抗力変化と破壊形態の関係を明示するため，前年度の成果を基盤に礫混じり砂質土を対象にX線CT掘削実験および三次元掘削実験を実施した．さらに，中型一面せん断試験装置を作製して，礫含有率が土のせん断強度定数に及ぼす影響を明示した．
X線CT掘削実験については，掘削抵抗力の変化挙動にもとづいて掘削の途中でバケットを停止させ，供試地盤をX線CTで撮影して掘削時の地盤内部の様子を観察した．その結果，バケットによる礫混じり土のせん断層は礫に沿って生成され，せん断面の凹凸が大きくなることが確認された．また，掘削抵抗力の変動は土のせん断抵抗の増加およびバケットと礫の接触によることが推察され，バケットによる礫混じり土の破壊と掘削抵抗力の変動を関係付けることができた．
三次元掘削実験については，測定した掘削抵抗力から抽出される値，具体的には掘削抵抗力の最大値，平均値，波の大きさ，波の傾き，波の数を求めて，礫含有率との関係を検討した．その結果，礫含有率が増加することで，掘削抵抗力の最大値，平均値，波の大きさ，波の傾きが増加することが確認された．
中型一面せん断試験については，礫含有率が増加するとせん断強度定数（粘着力，内部摩擦角）が増加することが確認され，三次元掘削実験で得られた掘削抵抗力から抽出される値と礫含有率の関係と類似することが確認された．このことから，礫混じり土の場合でもバケットに作用する抵抗力は地盤強度と関係付けられる可能性が示唆された．
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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
今年度は，X線CT掘削実験および三次元掘削実験，中型一面せん断試験を実施した．X線CT掘削実験より，バケット掘削による礫混じり土の破壊形態を明らかにすることができ，三次元掘削実験より掘削抵抗力から抽出される値と礫含有率の関係を提示し，中型一面せん断試験からせん断強度定数と礫含有率の関係を示すことができた．これらの結果より，これまでのテラメカニクス研究で見過ごされてきた「バケット掘削による礫混じり土の破壊形態と抵抗力変化，せん断強度定数に及ぼす礫の影響」についての知見を得ることができた．
以上の研究成果は国内の学会・研究会，国際シンポジウムを通じて公表できたとともに，次年度は国内の学会にて発表するとともに原著論文を投稿する予定である．以上のことを鑑みて，本研究は概ね順調に進展していると自己評価する．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，掘削実験および一面せん断試験を継続し，バケットによる礫混じり土の破壊形態と抵抗力変化，せん断強度定数に及ぼす礫の影響を追究する．そして，バケットを応用した礫混じり土のせん断強度定数を推定する方法を提案する．以上の計画は当初の計画とほとんど同じであり，変更点はない．
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| Causes of Carryover |
今年度の研究は当初の計画どおりに進行できたため，概ね予定どおりに助成金を執行することができた．しかし，今年度の成果より次年度に追加の実験を行う必要が生じたため，今年度に使用する助成金を次年度使用額に充てることにした．本助成金は実験にかかる物品購入や当初計画の成果発表や論文投稿の経費に充てて，本研究課題を遂行する．
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