2022 Fiscal Year Annual Research Report
水理模型実験に用いる地盤材料の相似性と破壊モードへの影響分析による実験手法の革新
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20K14824
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
松田 達也 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50736353)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 模型実験 / 浸透破壊 / 相似則 / 地盤材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、流体－地盤連成問題に関する重力場の水理模型実験を対象に、（1）流体－地盤連成問題に関するシンプルな事象を対象とした重力場実験（大型・中型・小型）、遠心力場実験を実施し、取り扱う地盤材料による現象の違いについて分析することである。；（2）(1)の実験データをベースに、地盤材料の取扱いに関する相似則について取りまとめる。特に、考慮すべき相似性と緩和が可能な相似性およびその程度について、判断方法および指標を提案することである。本研究では、地盤工学分野において基礎的な問題である「矢板周りの浸透破壊」現象を対象に検討した。
本研究では、研究計画に従い、各種実験を実施した。重力場実験では大型（縮尺1/1）をプロトタイプと考え、中型（縮尺1/2）、小型（縮尺1/8）の3つの異なるスケールの装置で、粒径が異なる3つの砂材料（豊浦砂，硅砂7号，硅砂8号）を用いた実験を実施した。遠心力場実験では重力場での小型（縮尺1/8）と同等の縮尺模型を用いて、遠心力を変化させながら実験を実施した。遠心力場実験では豊浦砂を用い、流体粘性を変えた実験を実施した。
重力場における大型模型実験結果を基準に実験結果を対比したところ、浸透破壊に至るまでのプロセスは、土粒子へ作用する水平方向の流体力と鉛直方向の重力による比がフルード則に従うように考慮した粒径の地盤材料を縮尺模型実験において用いると、地盤変状が生じる水位差や破壊に至る最大水位差は相似性を有することが明らかとなった。一方で、浸透破壊後の現象である洗掘形状及び洗掘量は材料構成（粒度分布）や相対密度の影響で変化し、スケール効果の影響を受ける可能性が示唆された。遠心力場実験では既往の知見のとおり、付加する遠心力に応じた粘性係数の流体を用いることで浸透破壊に至るまでのプロセスが統一されることを確認した。
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