Micromechanics of fine grained soil: Quantification of its mesoscale structure and mechanical properties

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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)締固めた膨潤性粘土の微視構造を評価するため、水銀圧入試験により飽和履歴を与えた試料の間隙径分布を定量化すると共に、高密度状態では板状粒子が配向し、粗大な間隙はほぼなくなった状態にあることをSEM観察を通じて示した．高密度を達成するための締固め圧力は、粒子間に作用する静電化学的な斥力の理論値と関係があることが示唆された．また、三軸圧縮試験により、圧縮履歴の有無によらず吸水膨潤供試体の応力-ひずみ関係はほとんど変わらなかったことから、高密度状態で互いに接近し合った粒子群は吸水膨潤により可逆的にほぐれ、力学挙動に差異をもたらさないことが示唆された．(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を行った．(3)２次元粒状体のセル応力についての検討：２次元の円粒子より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．