2022 Fiscal Year Research-status Report
Mechanisms of accelerated flow of sediment by rollers of air bubbles in soil
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21K18741
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
海野 寿康 宇都宮大学, 地域デザイン科学部, 准教授 (50570412)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加村 晃良 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80761387)
菊本 統 横浜国立大学, 大学院都市イノベーション研究院, 教授 (90508342)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | 不飽和土 / 流動化処理土 / 液状化 / 間隙空気 / 間隙水 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，地震や豪雨災害時の長距離土砂が流動するメカニズムについて，流動化処理土や高流動コンクリートで考慮されている供試体中の気泡（間隙空気）
のベアリング効果を検討するため不飽和土中の間隙水，間隙空気の挙動に着目した研究を行う．
不飽和土中の間隙空気（気泡）の挙動について，要素せん断試験を用いてせん断強度への効果を観察し，従来，毛管張力の効果によりせん断抵抗が増加するとされてきた間隙空気が，一方で，コンクリート工学分野においてベアリング効果と呼ばれ流動性を増す，即ち，せん断抵抗を低下させる効果を発揮するという事実に基づき，土中内でもその効果を発揮するか調べる。さらにその挙動が観察できた場合，理論的に説明するため数値実験や数値シミュレーションによる再現を試みる．
2022年度は，研究2年目として2021年度同様に申請者が実施していた不飽和土の静的せん断，繰返しせん断挙動の観察を行うための不飽和静的／繰返しせん断試験を宇都宮大学にて実施するとともに，昨年度検討を開始した流動化処理土の各種試験（フロー試験，強度試験）についてもいくつかの検討を行った．不飽和土の検討については，土中の間隙水，間隙空気の状態を変化させた供試体を用いて要素試験を行い，力学挙動を観察した．いくつかの要素試験の結果，間隙空気圧および間隙水圧の挙動について特徴的な挙動が観察され，その挙動について，数値モデルによる再現を試みている．
また，比較の為に行った流動化処理土に関する検討についても，多数の実験を行いフロー試験と一軸圧縮試験の関係の把握など成果が得られている．
得られた実験結果や知見をもとに所属学会の研究発表会やシンポジウム等で成果を発表している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2022年度は研究2年目である．2021年度改修した試験装置を用いて不飽和土中の間隙空気および間隙水の挙動を計測した．この装置を用いて，2021年度後半から実施している不飽和のせん断試験を実施し，不飽和土中の間隙空気のせん断中の挙動について観察した．特に間隙空気と間隙水の存在形態について，封入空気（間隙水中に孤立存在する気泡）とサクション・メニスカスにより拘束されている間隙水，間隙空気とに分けて力学的に検討することを解析を行う研究者とともに行った．
また，2022年度は流動性を高めた土（流動化処理土）に関するいくつかの検討を行った．
2021年度，2022年度に行った実験より数値実験や数値解析に必要なデータを取得しているが，2023年度も引き続き水分状態を変化させたせん断試験を継続的に実施する．
実施した実験および解析の成果は，所属学会（土木学会，地盤工学会）論文集に掲載されている．
2023年度は，過年度の検討結果を受けて数値解析モデルの構築・改良を行う予定である（宇都宮大学，東北大，横浜国大）．
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は最終年度として，引き続き要素せん断試験と解析検討を継続して行う．前年度の知見を踏まえ，薬剤添加による水分・空気状態を変化させた供試体の載荷試験を継続して行う予定である．また，数値実験ならびに数値モデルの開発は，前年度の要素試験で観察された土中の間隙空気の挙動を再現できるよう検討を進める．
不飽和土の要素せん断試験装置に対して，計測装置，載荷装置の改修を継続して行い，より詳細な試験条件下での実験ができるようにする．数値モデルは，間隙空気と間隙水の挙動再現を中心に要素試験結果の再現を試み，最終年度として要素試験，数値解析結果をとりまとめ，不飽和土中の間隙空気や間隙水の状態が要素せん断変形特性や強度・剛性にどう影響を与えているのか総括する．
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