粒子の弾塑性変形と破砕に着目した多孔質粒状体の強度変形特性と地盤調査法の提案

2011 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23760448
• Research Institution: National Institute of Occupational Safety and Health, Japan
• Principal Investigator: 吉川 直孝 独立行政法人労働安全衛生総合研究所, 建設安全研究グループ, 研究員 (60575140)
• Project Period (FY): 2011-04-28 – 2014-03-31
• Keywords: 軽石 / コーン貫入試験 / 個別要素法 / 画像解析

Research Abstract

(1)　遠心模型実験のためのコーンの設計及び作成：先端抵抗値，周面摩擦，間隙水圧を計測できる直径15mmの円錐型のコーンを設計，作成した。合わせて，半径7.5mmの半円錐型のコーンも設計，作成した。半円錐型のコーンは，先端抵抗のみを計測できる。(2)　遠心模型実験のための土槽の準備等：直径約500mmの円筒状の土槽だけでなく，半径約250mmの半円筒状の土槽も準備した。半円筒状の土槽の前面は，透明なアクリル板でできており，デジタルカメラにてアクリル板を通して連続的に地盤を撮影し，画像解析により半円錐型のコーン貫入中の地盤変形を計測できるようにした。(3)　マイクロCTスキャンの画像解析：軽石粒子は内部に空隙を有しているため，標準的な方法にて土粒子の密度を計測する場合には，内部の空隙を軽石粒子の体積として見積もってしまう。そのため，標準的な方法にて計測された土粒子の密度は，真値よりも小さいことが既往の研究から報告されている。そこで，本研究では，CTスキャン画像により，内部の空隙を可視化し，画像解析により実際の軽石粒子の体積等を算出し，軽石粒子の密度，軽石粒子のかさばりの密度，粒子形状を評価した。軽石粒子の密度は2.2g/cm3，軽石粒子のかさばりの密度は0.89g/cm3となった。軽石粒子のかさばりの密度は，水の密度（≒1.0g/cm3）よりも小さく，水に浮くことが証明された。また，軽石粒子のかさばりの密度を算出できたことにより，破砕する前の軽石粒子の集合体の間隙比も算出可能となる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

軽石粒子のマイクロCTスキャン画像を解析することにより，軽石粒子の密度，かさばりの密度，粒子形状を評価でき，個別要素法解析や間隙比の算出に活かすことができるが，コーン貫入試験等は未だ実施することができず，コーンの設計及び作成，土槽の作成にとどまっている。

Strategy for Future Research Activity

(1)　実験準備，実験方法の検討：土槽，載荷装置，試料等を準備する。豊浦砂又は珪砂を用いてコーン貫入試験を行い，既往の研究結果と比較し，実験装置の妥当性を検証する。地盤作成方法等も検討する。(2)　コーン貫入試験，要素試験：軽石に対してコーン貫入試験を行い，先端抵抗値，周面摩擦，間隙水圧を計測する。また，画像解析により，コーン貫入時の地盤変形を計測する。また，軽石に対して，三軸圧縮試験，繰返し非排水三軸試験を行い，せん断抵抗角，液状化強度比等を求める。(3)　個別要素法によるシミュレーション：多孔質な軽石粒子を個別要素法による解析で表現し，コーン貫入試験を行う。先端抵抗値等を実験結果と比較する。また，コーン貫入中の軽石粒子の弾塑性変形を評価する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

次年度に使用する予定の研究費は，コーンの載荷装置を円筒状及び半円筒状に設置する治具，軽石をニュージーランドから搬入するための経費等に充てる予定である。