2020 Fiscal Year Research-status Report
Study on effects of slaking on seismic behaviour of embankments including mudstones and their soundness evaluation indexes
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19K15083
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
榎本 忠夫 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (70727180)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 泥岩 / スレーキング / 三軸液状化試験 / 剛性 / 骨格構造の劣化メカニズム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度は計画通り3系統の実験を行った。
シリーズ1：粒径0.85～2mmを主体とする砂と泥岩粒子を混合し、泥岩含有率Mc(重量比)=0,2,5,10,20,30,50%の試料を用いた。間隙比一定の供試体を作製し、乾燥状態のまま圧密した後、S波速度の計測と軸ひずみ両振幅0.001%程度の微小繰返し載荷を行うことで剛性を評価した。その後、通水を実施し同様な手法で剛性を評価した上で、三軸液状化試験を行った。その結果、①Mcの増加に伴って剛性が低下する傾向にある、②Mcの増加に伴って通水後の間隙比は著しく小さくなるにも関わらず、通水後の剛性は通水前よりも低下する、③Mc=2%でも液状化に達するまでの繰返し回数Ncは極端に少なくなり、Mc=10～20%にてNcが最少となり、Mc≧30%ではNcが増加する傾向にあることを明らかにした。
シリーズ2：昨年度に立てた仮説を検証するため、シリーズ1と同じ条件下でMc=100%の供試体を作製し、含水状態を変化させた上で排水三軸圧縮試験を行った。その結果、飽和供試体は通水により間隙比が著しく小さくなったにも関わらずその強度は乾燥状態の約0.8倍であった。これにより、泥岩粒子が水を含むことで脆弱化し荷重伝達が十分にできなくなることを証明した。
シリーズ3：スレーキングに伴う骨格構造の劣化メカニズムを明らかにするため、直径3～4mmのガラスビーズと泥岩粒子を混合したMc=0,20,40,60,80,100%の試料を用いて、アクリル円筒内に間隙比一定の供試体を作製し、一次元圧縮条件下で乾湿繰返し作用を与えた。各作用の終了後には微小繰返し載荷により剛性を評価した。その結果、泥岩粒子を含む供試体では、剛性が浸水時に低下し乾燥時に多少回復する傾向にあった。同様な傾向を三軸試験条件下でも確認した。また、スレーキングに伴う泥岩粒子の細粒化過程を視覚的に確認した。
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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
2020年度は計画通り3系統の室内試験を行うことができ、多くの知見を得ることができた。
シリーズ1では、泥岩粒子が水を含むことで引き起こす局所的な脆弱化が砂の動的力学特性に及ぼす影響を解明するため、昨年度よりも低い・高い泥岩含有率を有する砂に対して三軸液状化試験を行った。その結果、泥岩含有率がわずか2%であっても砂の液状化強度の低下に及ぼす影響は大きいことを明らかにした。既往の研究は泥岩粒子自体の静的力学特性に着目しているものがほとんどであり、本結果は非常に新規性が高く、泥岩の新たな工学的課題を提示したといえる。また、泥岩含有率が高くなるにつれて剛性やS波速度が低下していく傾向にあるという学術的価値の高い成果を得ることに成功した。これは、剛性やS波速度が、泥岩を含む盛土の健全度評価指標になり得る可能性を示唆している。
シリーズ1で明らかにしたような泥岩粒子を含有することによる砂の液状化強度の低下現象は、泥岩粒子が水を含むことで極端に弱体化し荷重の伝達が十分にできなくなることに起因している可能性がある。本可能性は昨年度に立てた仮説であり、シリーズ2ではこの仮説を検証するための実験を行った。その結果、本仮説の妥当性を証明することができた。
シリーズ3では、スレーキングによる骨格構造の劣化メカニズムを明らかにするため、乾湿繰返し作用の進行に伴う供試体の剛性の変化を測定するとともに泥岩粒子の細粒化過程の可視化を試みた。浸水時の剛性は乾燥時よりも低い傾向にあり、シリーズ2にて実証した仮説をさらに裏付ける結果が得られた。また、スレーキングに伴う泥岩粒子の細粒化現象の可視化に成功したものの、課題も残ったため、次年度に工夫を施して解決を試みる。
以上のように、実験は概ね計画通りに進み、学術的価値の高い成果を得ることに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は、当初の計画通り、砂と泥岩粒子を混合した試料を用いた三軸試験において乾湿繰返し作用を与えることで、泥岩粒子のスレーキングや脆弱化を進行させ、生じた骨格構造の劣化が砂の動的力学特性に及ぼす影響を明らかにすることに挑戦する。また、各作用の終了時には供試体内を伝播するS波速度を計測するとともに、軸ひずみ両振幅0.001%程度の微小な繰返し載荷を行うことで剛性を評価し、スレーキングの進行度に依存する骨格構造の劣化程度をS波速度や剛性により表現できるか否かを調査する。
さらに、スレーキングの進行に伴う骨格構造の劣化メカニズムを明らかにするために2020年度に実施した一次元圧縮条件下での泥岩粒子の細粒化過程の可視化においては、十分な解像度を有する画像にて供試体全体を解析することが難しいという課題が残った。2021年度は、粒子を可能な範囲で大きくすることやより解像度の高いカメラを用いること等の工夫を施した上で追加調査を実施し、より鮮明な画像にて解析することを試みる。
一方で、2020年度の実験結果から、泥岩含有率がわずか2%であっても砂の液状化強度は大きく低下することが分かった。そのため、泥岩を含む盛土が液状化した場合、自重に起因する流動崩壊が生じる危険性が考えられる。すなわち、泥岩粒子を含む砂の液状化後の強度変形特性も工学的に重要になり得ることから、液状化履歴を与えた供試体と与えない供試体の非排水せん断挙動の相違も新たに調査することとする。
その上で3年間にわたる研究成果を総合的に取りまとめ、助成期間後も含めて論文発表等を積極的に行うことで本成果を公表していく。
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| Causes of Carryover |
2020年度の実験計画を遂行していくにあたって必要であり購入する予定であった物品の一部について、手間と時間を要するものの、自身の研究室にある既存の物品を改造し充当する方が本研究費をより効果的に使用できると判断した。その結果、次年度使用額が発生したものである。「今後の研究の推進方策」に記載したように、2021年度は2020年度の実験結果を踏まえて、当初計画にはなかった新たな実験を一部行うとともに、追加調査も新たに実施していく予定であり、その遂行にあたって必要となる物品の購入に充てる。
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Research Products
(3 results)
