2020 Fiscal Year Research-status Report

粘土鉱物の形態変化を考慮できる粒子計算モデルの構築とスレーキング現象の微視的理解

Research Project

Project/Area Number	19K15085
Research Institution	Nagaoka University of Technology
Principal Investigator	福元豊長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (60757350)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	風化 / スレーキング / 個別要素法 / 粒状体 / 粒子シミュレーション / 亀裂 / Peridynamics
Outline of Annual Research Achievements	本研究計画の目的は，地盤材料のスレーキング現象を従来とは異なる微視的な視点で捉えることで，その発生・進行要因の定量的な分類と整理を可能とすることである．これらを達成するための方法として，粘土鉱物が占める領域の形状や大きさの変化を考慮できる粒子計算モデルの開発（研究A）と，土質試験/模型実験の結果との比較にもとづく粒子計算モデルの高度化（研究B）を計画した．その結果，今年度は以下のような成果がそれぞれ得られた．研究Aでは，昨年度までに開発した個別要素法（DEM）に基づく数値計算モデルのほかに，今年度は，連続体ベースの手法であるPeridynamicsと個別要素法を組み合わせた数値計算モデル（PD-DEM）についても検討した．PD-DEMを用いて，圧縮破砕のシミュレーションや初期亀裂を有する一軸圧縮試験のシミュレーションを実施することで，モデルの性能を確認した．研究Bでは，今年度も引き続き，これらのモデルを用いた計算結果と，泥岩試料を用いたスレーキング試験・一軸圧縮試験の結果を比較した．一軸圧縮試験では，昨年度に改良した装置を使用した．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 今年度も昨年度に引き続いて，研究Aと研究Bを並行して実施し，両者を組み合わせて土質試験との比較検討を進めている．新たにPeridynamicsと個別要素法を組み合わせた数値計算モデルを開発するなど，おおむね順調に進展している．
Strategy for Future Research Activity	最終年度も，研究Aの粒子計算モデルの開発を進めながら，そこで得られた結果を研究Bへフィードバックすることで，現実の計測結果を反映した手法の完成に向けた検討を進める．次年度は，DEMだけではなくPD-DEMに基づいて，含水比や化学反応などと結びつけることが可能なモデルに拡張させる予定である．
Causes of Carryover	初年度において，研究Bで使用する土試料の採取のための外部委託費用を計上していたが，格安で手に入れることができた．また，今年度も国際会議における成果発表を予定していたが，延期またはオンライン開催への変更となり，渡航費が必要なくなった．当初の計画通り，装置の改良に予算を使用したものの，以上の理由により次年度使用額が生じた．