2020 Fiscal Year Research-status Report

不飽和土内の液架橋分布が強度・変形特性に与える影響の解明と構成モデルの構築

Research Project

Project/Area Number	20K14825
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	木戸隆之祐京都大学, 工学研究科, 助教 (40847365)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	不飽和土 / 液架橋 / 密度 / 飽和度 / X線CT / 水分保持特性
Outline of Annual Research Achievements	本研究では，不飽和土の三相ミクロ構造とマクロな応答との関係を実験的に解明し，その結果に立脚した不飽和土構成モデルの構築を目的とする．そのために，今年度は，土の初期密度，初期飽和度，三軸試験時の排水条件を変化させた場合の力学特性の把握を目的に実験を計画した．これまで，初期密度が高く体積膨張を示すような土を対象に検討を進めてきた．そこで今年度は，初期密度が低く体積圧縮を示すような条件で検討を進めることとした．また，不飽和土の力学特性評価の前に，より単純な条件である飽和土を対象に，初期密度の低い供試体（ゆる詰め供試体）を作成して三軸圧縮試験およびＸ線ＣＴ撮影を実施した．ゆる詰め飽和土は，不飽和土で見られるような明瞭なせん断帯を伴い破壊するstrain localization modeではなく，diffuse failure modeを示すことが知られている．本研究で拘束圧を様々変化させて三軸試験およびX線CT撮影を行った結果，供試体内部ではせん断帯が生じず，供試体全体でひずみが生じる変形モードになることが明らかとなった．軸差応力は，拘束圧が高いほど大きくなる傾向が見られ，単調にひずみ硬化するか，一度軟化した後に硬化するというパターンが確認された．今後は，初期密度の低い不飽和土の実験も併せて実施するとともに，土粒子構造や間隙水の存在形態の変化に着目し，マクロな応答に与える影響を調べていく．また，液架橋の数，水-空気接触面の曲率の変化を関数形で記述し，不飽和土構成モデルに導入し，そのモデルの妥当性を検証していく予定である．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 初期密度の異なる不飽和土のミクロな特性とマクロな応答との関係を把握することを計画していた．進捗としては，密詰めで体積膨張を示す不飽和土に関しては達成した一方，ゆる詰めで圧縮性の高い状態の土に関しては，飽和土のみの把握に留まった．せん断中や飽和度変化に伴う液架橋の数や体積の変化はある程度把握できているが，その挙動をモデル化するにあたり，さらなるデータの取得が必要と考えている．
Strategy for Future Research Activity	今後は，初期密度の低い不飽和土の実験も併せて実施するとともに，土粒子構造や間隙水の存在形態の変化に着目し，マクロな応答に与える影響を調べていく．また，液架橋の数，水-空気接触面の曲率の変化を関数形で記述し，不飽和土構成モデルに導入し，そのモデルの妥当性を検証していく予定である．
Causes of Carryover	新型コロナウイルスの影響により，当初予定していたイタリア，シンガポールへの出張代を支出しなくなったため，残額が生じたものである．今年度の実験において，計画よりも多くの実験消耗品（ラテックスメンブレン，セラミックディスク付きペデスタル等）を必要としたため，今年度はそれらの物品を補充する．また，