2023 Fiscal Year Annual Research Report
Micromechanics of fine grained soil: Quantification of its mesoscale structure and mechanical properties
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21H01422
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
松島 亘志 筑波大学, システム情報系, 教授 (60251625)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邊 保貴 一般財団法人電力中央研究所, サステナブルシステム研究本部, 主任研究員 (80715186)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | メゾスケール堆積構造 / マイクロメカニックス / SEM / DEM(個別要素法) / 粒子形状 / 粒子間付着力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，粒子サイズが小さく，観測が困難である一方で，熱化学反応等の材料変化の影響を受けやすい細粒土を対象として，(1)湿潤状態の細粒土のメゾスケール構造を観察する最先端の実験手法の開発，および(2)大規模粒子ベース数値解析を行い，メゾスケール構造ユニットの力学応答を明らかにすることによって，付着性粒状体としての細粒土のマイクロメカニックスの新たな枠組みを構築することを目的としている．今年度は，以下の研究成果を挙げた．
(1)スメクタイトの微視構造に関する検討：液体窒素を用いて飽和圧縮スメクタイトを凍結乾燥し，間隙構造の変化を軽減した上で細孔径分布を調べた結果，10μm以上の粗大な間隙の他に．10～50nmの細孔径が卓越することが分かった．この範囲の細孔径は，飽和履歴のない供試体でも認められ，粒子間の液架橋力を上回るであろう高い圧縮力や，含水比ほぼ0の状態で高密度化することで減少することを明らかにした．
(2)2次元線状粒子のクラスター構造
(2)個別要素法における板状粘土粒子に作用するvan der Waals力モデルの開発：任意の位置関係にある板状粒子間に作用するvan der Waals力の合力を，それらの位置関係を表すパラメータ(相対角度，最小距離，オフセット量）より計算するモデルの開発と実装を行った．
(3)２次元粒状体のセル構造及びセル応力についての検討：２次元の超円粒子からなる粒状体のメゾクラスター構造であるセル構造に作用する応力を定義し，その統計的性質を調べた．その結果，セル応力比分布がWeibull分布に従うこと，また，あるセルオーダーに接するセルの条件付きオーダー分布がガンマ分布に従うという，近接相互作用が明らかとなった．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Calibration of railway ballast modeling using level set discrete element method2023
Author(s)
Jiang, H., Debanath, O.C., Kawamoto, R., Matsushima, T., Adachi, S., Miwa, M.
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Journal Title
Proc. ICCES2023
Volume: 1
Pages: -
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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