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

细粒土的微观力学：其介观结构和力学性能的量化

• 批准号: 21H01422
• 负责人: 松島 亘志
• 金额: $ 10.9万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01422/
• 关键词: granular materials; soil mechanics; visualization experiment; discrete element method; statistical mechanics; メゾスケール堆積構造; マイクロメカニックス; SEM; マイクロx線CT; DEM(個別要素法); 粒子形状; 粒子間付着力; Discrete Element Method; Statistical mechanics; 粘土; 付着力; 粒状体

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．

In this study, particle size analysis is difficult to measure. On the one hand, thermochemical reactions and other material transformation effects are affected by the fine soil image.(1) The development of the most advanced implementation method for the observation of fine soil structure in wet state.(2) The numerical analysis of large-scale particles. A new type of granular soil is constructed for the purpose of forming granular particles. This year, the following research results were obtained. (1)The Weishi app structure of the solid swelling clay was evaluated by mercury pressure test, and the pore diameter distribution of the sample was quantified by SEM. The theoretical relationship between electrostatic repulsion and high density 3-axis compression test, presence or absence of water absorption and swelling test specimen force-internal relationship, high density state, mutual proximity, particle population, reversible water absorption and swelling test specimen force-internal relationship (2)The development of van der Waals forces acting on plate-like clay particles by individual element method: the resultant force of van der Waals forces acting on plate-like particles by any positional relationship, and the expression of all positional relationships. (3)2 A discussion on the forces acting on granular bodies in two dimensions is presented. The forces acting on granular bodies in two dimensions are defined and their statistical properties are adjusted.

项目成果

RHEOLOGY OF SEGREGATED BI-DISPERSE GRANULAR FLOW IN AN INCLINED PLANE

• DOI: 10.2208/journalofjsce.22-15035
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of JSCE
• 作者: Haoran Jiang;Xiaoyu Jiang;T. Matsushima

Post Liquefaction Behavior: as a Complex Grain-Water Interaction

液化后行为：复杂的粮水相互作用

• 发表时间: 2023
• 作者: 富澤 幸久;吉田 郁政;大竹 雄;Takashi Matsushima
• 通讯作者: Takashi Matsushima

RHEOLOGICAL AND MICROSTRUCTURAL CHARACTERISTICS IN GRANULAR SHEAR FLOW OF 2D ELLIPTICAL PARTICLES

二维椭圆颗粒粒状剪切流的流变和微观结构特征

• DOI: 10.2208/jscejam.77.2_i_297
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A2 (Applied Mechanics (AM))
• 作者: JIANG Xiaoyu;MATSUSHIMA Takashi
• 通讯作者: MATSUSHIMA Takashi

Shear characteristics of compacted bentonites immersed in KOH and KOH-NaOH solutions

浸入 KOH 和 KOH-NaOH 溶液中的压实膨润土的剪切特性

• 发表时间: 2021
• 期刊: Japanese Geotechnical Society Special Publication
• 作者: Watanabe;Y.;Yokoyama;S.
• 通讯作者: S.

グルノーブル・アルプス大学(フランス)

格勒诺布尔阿尔卑斯大学（法国）