速度依存・変位依存の摩擦構成モデルに基づく地中埋設管の地震時歪評価法の開発

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26289144
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 澤田 純男 京都大学, 防災研究所, 教授 (70187293)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 良和 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10283623) ; 鍬田 泰子 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50379335) ; 吉田 望 東北学院大学, 工学部, 教授 (50405891) ; 後藤 浩之 京都大学, 防災研究所, 准教授 (70452323) ; 古川 愛子 京都大学, その他の研究科, 准教授 (00380585)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 粒状体 / 摩擦 / 埋設管 / 光弾性現象

Outline of Annual Research Achievements

本課題は，砂地盤に埋設された管路が地震時に受ける摩擦抵抗力を評価するため，砂地盤と埋設管との間に働く引き抜き抵抗力について研究するものである．特に，摩擦が引き抜き速度に依存することがこれまでの研究で観察されていたが，そのメカニズムを明らかにした研究はなかったことから，摩擦の速度依存メカニズムについて実験的に検討する．初年度（平成２６年度）は，引き抜き速度に依存するメカニズムを明らかにするため，砂地盤を模したアクリル円柱の粒状体を，速度を変化させながら引き抜くことのできるプレートの上に設置し，実験を行える装置を開発した．プレートはステッピングモーターを持ちいることで，0.1mm/sから100mm/sまでの幅広いレンジで定速度の引き抜きを可能とした．また，引き抜き試験時に同時に光弾性現象を捉えることで，粒状体内部に働く応力状態の可視化に成功した．バックライトはLEDの単色光源を採用し，アクリル円柱を挟んで２枚の円偏向板を設けることで，引き抜き時の力学的な状態を観察できる．この像をデジタルカメラで動画撮影することで，摩擦抵抗力の発現状況と粒状体の力学的な状態とを対応させて考察することが可能となった．
初年度の試験では，従来砂地盤において観察されていた摩擦の速度依存性と同様の現象がアクリル円柱でも発現できることを確認した．その上で，円柱間の接触点の動的な遷移と円柱の移動を観察することで，高速度ではプレート近傍に変形が集中するが，低速度ではプレートから上部まで全体的に変形していることを捉えた．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り，初年度は実験装置の開発を進めた．概ね順調に進められている．

Strategy for Future Research Activity

昨年度構築した実験システムを利用して，アクリル円柱を用いた実験を数多く実施し，系統的に摩擦の速度依存性が発現するか確認するとともに，そのメカニズムについて考察する．その際，光弾性現象の分析を自動化するため，画像処理の技術を導入することを計画している．また，昨年度の試験体は円柱であったが，実際の砂の挙動はその形状が重要であるため円柱以外の形状について実験を行う準備を進める．さらに，アクリル円柱の試験と並行して，実際の砂地盤に対する引き抜き試験も実施する．両者の結果を比較することで，コンセプトモデルから実現象へとシームレスに議論を展開することを目指す．

Causes of Carryover

当初計画通り装置の製作が進められたが，実験に要する資材の選定が昨年度中にできないものがあった．

Expenditure Plan for Carryover Budget

本年度は，昨年度に引き続き粒状体の引き抜き試験を実施するが，その中で昨年度吟味した実験資材を導入して試験を行う予定である．