2020 Fiscal Year Annual Research Report
間隙流体のミクロな特性解明による不飽和土のマクロな応答の解釈
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19K23534
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
木戸 隆之祐 京都大学, 工学研究科, 助教 (40847365)
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| Project Period (FY) |
2019-08-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 不飽和土 / 液架橋 / 間隙空気 / 軸差応力 / 排気条件 / 排水条件 / X線CT / 画像解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，不飽和土を構成する土粒子・水・空気の三相ミクロ構造がせん断変形時にどのように変化するか，そしてそれらがマクロな力学応答にどう寄与しているかを調べるものである．ミクロ構造を調べるための試料として珪砂を使用し，不飽和土三軸圧縮試験にX線CTと画像解析を適用し，液架橋の数，水-空気接触面の曲率を算出した．加えて，実際の土構造物に用いられる淀川砂を使用した三軸圧縮試験も実施することで，珪砂で得たミクロ挙動-マクロ挙動とのリンクに関して妥当性を検討した．三軸圧縮試験は，排気-排水条件（サクション一定），排気-非排水条件（サクション変化）に加えて，降雨時や地震時に間隙空気がトラップされ空気圧が上昇する状況を想定した非排気-非排水条件（サクション変化）の3条件を設定した．非排気-非排水条件の実験にあたっては，非排気状態を実現するために空気作動式バルブを試料キャップに搭載し，実験を試みた．
珪砂を用いた試験の結果，排気-排水条件よりも排気-非排水条件の方が液架橋の数が多く減少し，水-空気接触面の曲率も減少する傾向にあることがわかった．接触面の曲率はサクションと等価であることを淀川砂の試験から確認した．このとき，両砂試料ともに，排気-非排水条件のピーク応力と残留応力は，排気-排水条件のそれらに比べて低くなっている．つまり，非排水条件の場合，液架橋の数の減少と水-空気接触面の曲率の減少が顕著であるというミクロな特性がマクロな力学応答に大きく影響していることが明らかとなった．非排気-非排水条件では，排気-排水・非排水条件に比べて非常に低い軸差応力と顕著なひずみ軟化挙動，ひずみの局所化現象を示すことが確認された．空気作動式バルブによる非排気条件は実現できており結果の傾向は興味深いものの，装置の機構上，空気圧の測定ができておらず，実験結果の妥当性に関しては検討の余地がある．
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