2019 Fiscal Year Research-status Report

変形性粒子を含む混合土の圧縮成分とそのモデル化に関する研究

Research Project

Project/Area Number	19K06298
Research Institution	Osaka Prefecture University
Principal Investigator	木全卓大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 准教授 (60254439)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	小林範之愛媛大学, 農学研究科, 教授 (00314972)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	変形性粒子 / 混合土 / 圧縮成分 / モデル化
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、使用済みの発泡スチロールや廃タイヤなどを地盤材料として有効にリサイクルすることを念頭に、変形性（変形しやすい）粒子を含む土塊が圧縮される際の力学的なメカニズムを粒子レベルのミクロな観点から解明し、圧縮量を成分に分けてモデル化することで、リサイクル地盤材料の有効利用に貢献することを目的としている。１年目の本年度は、ゴム棒とアルミ棒を混合した積層体の一次元圧縮試験を行い、その圧縮断面（個々の棒の円形断面を粒子と見なす）を画像解析することにより混合体としての圧縮量を成分に分けて計測・評価することを試みた。具体的にはまず、棒要素の相互の位置関係が乱れないような最密状態での一次元圧縮試験を実施し、(1)「粒子自身の圧縮量」と(2)「粒子の変形による間隙部分の圧縮量」とを個別に計測した。そして、これらを幾何学的な観点から計算する方法を導き出し、計算値と実測値との比較を行った結果、各成分をうまく算出できていることが確認された。ただし、実際の土は圧縮により土粒子の位置関係が変化するため、(3)「粒子が側方（圧縮とは違う方向）に移動することで生じる圧縮量」についても検討する必要がある。従って、ランダムな配置状態の積層体で一次元圧縮試験を行い、(1)と(2)の成分を間隙率の大きさに応じて差し引くことにより、(3)の成分を抽出・評価することを試みた。その結果、(3)の成分は値も小さく混合土の圧縮にあまり大きな影響を及ぼさないことや、増減の様子が(2)の成分と似通っていることなどがわかった。この(3)の成分については早急に算出モデルを考案したいと考えている。
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、ゴム棒とアルミ棒を用いた積層体模型の一次元圧縮試験を行い、圧縮量を成分に分けて計測し評価することを試みた。その結果、上記の「研究実績の概要」にも示したとおり、(1)「粒子自身の圧縮量」と(2)「粒子の変形による間隙部分の圧縮量」については各成分を個別に分離してそれらを算出する方法までを示すことができた。また、(3)「粒子が側方に移動することで生じる圧縮量」についても、(1)や(2)の成分をうまく外挿することにより個別の成分として抽出することができた。この成分を算出するためのモデルを考案することが今後の課題になるが、今年度の研究としてはおおむね順調に進展しているといえる。
Strategy for Future Research Activity	当初の研究目的や研究実施計画に大きな変更はなく、今後もこれに従って研究を推進するつもりである。具体的には、2020年度の前半に上記(3)の成分に関する挙動の特徴を把握するとともに、これを算出するためのモデルを考案する。そして、2020年度の後半には積層体の模型実験で得られた二次元状態に対する圧縮モデルを三次元状態へと拡張するために、ゴムとアルミのチップ状試料による模型実験（まずは一次元圧縮）を実施して圧縮特性を把握し、(1)～(3)の成分のモデル化を目指す。その後、2021年度にはこれを一般的な三次元状態に展開していくため、三軸圧縮試験を実施して圧縮特性を把握するとともに、ゴム・アルミチップ混合体としての各圧縮成分のモデル化を目指す。最終年度である2022年度にはここまで3年間で実施した研究のとりまとめを行うが、ゴムのような変形性粒子を含む混合土について、その圧縮モデルの構築を最終的な目標とするつもりである。
Causes of Carryover	本年度は約15万円の次年度使用額が生じたが、これは、物品費としてセンサインタフェースの購入を見送ったことや、研究補助の学生を雇用しなかったことなどによるものである。従って、次年度以降の物品費および人件費・謝金として使用するつもりである。センサインタフェースは一式での価格が20万円を超えるため、繰り越しの15万円に実験用消耗品費の一部を加えて購入できればと考えている。