Developing health monitoring and prediction techniques of soil behaviours based on dynamic wave signals

开发基于动态波信号的土壤行为健康监测和预测技术

• 批准号: 22K14322
• 负责人: 大坪 正英
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Public Works Research Institute
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14322/
• 关键词: 地盤工学; 土質力学; 波動伝播; 地盤剛性; 個別要素法; 室内試験; 地盤挙動; 液状化; 砂質土

地盤材料の力学挙動は応力状態及びせん断履歴の影響を受けることは知られているが、せん断の進展に伴う骨格構造の弱体化メカニズムについては未だ解明されていない。本研究では、骨格構造が弱体化していく過程を弾性波伝播特性の変化と関連付けることで、地盤挙動予測の高精度化を図り、さらには地盤の健全度モニタリング技術を考案することを目的とする。当該研究課題の一年目では下記のような研究成果を得た。砂の粒子形状の違いがもたらす応力ひずみ関係の評価、並びに、せん断過程における弾性波速度（圧縮波速度：Vp、せん断波速度：Vs）の変化について室内試験により検討した。排水繰返し載荷試験を実施した結果、弾性域内で繰返し載荷を行う場合は載荷・除荷・再載荷の過程でVp及びVsは可逆的であることを確認した。一方、弾性域を超えた状態で除荷すると、同じ応力状態であっても除荷過程のVpとVsの値は低減し、除荷時の軸差応力が大きくなるほどその低減率は大きくなった。VpとVsはどちらも応力状態の変化に応じて増減するが、Vsの方がせん断ひずみの累積に伴う逓減が顕著であるため、せん断の進展に伴いVp/Vsの比は大きくなった。個別要素法（DEM）を用いて球形粒子の供試体に対する弾性波伝播解析を実施した結果、上述の実験結果と同様の傾向を再現することができた。DEMで粒子間の接触点の向きの偏り（偏差ファブリック）を評価した結果、Vp/Vsの変動と偏差ファブリックの変動は概ね線形の関係であった。つまり、Vp/Vsの値をモニタリングすることで、地盤材料の骨格構造の変化を評価できるという可能性が示された。今後は非球形粒子を用いた場合でも同結論に至るかどうか検討を進めたい。

Site materials の mechanical 挙 dynamic は 応 force condition and び せ ん fulfillment of broken rocks の を by け る こ と は know ら れ て い る が, せ ん broken の develops に う bone structure の weak body change メ カ ニ ズ ム に つ い て は だ not interpret さ れ て い な い. This study で は, bone structure が weak body し て い く process を 弾 sexual characteristics 伝 sowing の variations change と masato even pay け る こ と で, turf 挙 move to の high-precision measurement を 図 り, さ ら に は turf の JianQuanDu モ ニ タ リ ン グ technology を test case す る こ と を purpose と す る. When the <s:1> first year of the research project で で, write down the ような research results を to obtain た. Sand の particle shape の violations い が も た ら す 応 force ひ ず み masato is の review 価, and び に, せ ん broken process に お け る 弾 sex wave velocity (圧 shrinkage wave speed: Vp, せ ん breaking wave speed: v) の variations change に つ い て indoor test に よ り beg し 検 た. Drainage Qiao return し load test を be applied し た results, 弾 domain で Qiao return し loading line を う は で の process load, in addition to the charge, then load the Vp and び Vs は reversible で あ る こ と を confirm し た. Party, 弾 domain を super え で た state in addition to the Dutch す る と, with じ 応 force state で あ っ て も except the unloading process の Vp と Vs の numerical は low し, in addition to the Dutch の shaft subtraction 応 が potent き く な る ほ ど そ の low reduction rate は large き く な っ た. Vp と Vs は ど ち ら も 応 force state の variations change に 応 じ て rights reduce す る が, Vs の が せ ん broken ひ ず み の cumulative に with う 逓 minus が 顕 the で あ る た め, せ ん broken の develops に い Vp/Vs の is bigger than は き く な っ た. Specific element method (DEM) を い て の spherical particles were body に す seaborne る 弾 sex wave 伝 sowing parsing を be applied し た results, the above の be と 験 results with others in の tendency を reappearance す る こ と が で き た. DEM で の の contact point between particles to き の partial り (deviation フ ァ ブ リ ッ ク) を review 価 し た results, Vp/Vs の - move と deviation フ ァ ブ リ ッ ク の - move は almost ね linear の masato is で あ っ た. つ ま り, Vp/Vs の numerical を モ ニ タ リ ン グ す る こ と で, turf materials の の bone structure variations change を review 価 で き る と い が う possibility in さ れ た. Future は を non spherical particles with い た occasions で も with conclusion に to る か ど う か beg を 検 into め た い.

项目成果

Microscopic insight into the soil fabric during load-unload correlated with stress waves

加载-卸载过程中与应力波相关的土壤结构的微观观察

• DOI: 10.1007/978-3-031-11898-2_204
• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of the 4th International Conference on Performance Based Design in Earthquake Geotechnical Engineering (Beijing 2022)
• 作者: Li Yang;Otsubo Masahide;Kuwano Reiko
• 通讯作者: Kuwano Reiko

弾性波伝播特性に着目した深部空洞探査可能性の検討

探讨以弹性波传播特性为重点的深腔勘探的可能性

• 发表时间: 2022
• 作者: 唐崎遥平;桑野玲子;大坪正英;唐崎遥平
• 通讯作者: 唐崎遥平

Newcastle University/The University of Edinburgh/Imperial College London(英国)

纽卡斯尔大学/爱丁堡大学/伦敦帝国学院（英国）

Effect of granular particle morphology on mechanical responses under consistent tapping method

一致攻丝法下颗粒形貌对力学响应的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Yang Li; Masahide Otsubo; Reiko Kuwano
• 通讯作者: Reiko Kuwano

Evaluation of soil fabric using elastic waves during load-unload

• DOI: 10.1016/j.jrmge.2022.12.004
• 发表时间: 2022-12
• 期刊: Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering
• 影响因子: 7.3
• 作者: Yang Li;M. Otsubo;R. Kuwano