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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

基本信息

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

项目摘要

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。

The mechanical behavior of the site material and the influence of the fracture process are analyzed. This study aims to improve the accuracy of site motion prediction by analyzing the characteristics of seismic wave propagation in the process of weakening the structure of the site. When the research project is completed, the research results will be recorded. The evaluation of the relationship between the particle shape of sand and the internal force, as well as the changes in the dynamic wave velocity (compression wave velocity: Vp, shear wave velocity: Vs) during the shear process, have been discussed in indoor tests. The results of the discharge test and the return test are confirmed in the case of load removal and reloading. When the load removal process occurs in a state where the load field exceeds the load removal range, the values of Vp and Vs during the load removal process decrease, and the axle difference force during load removal increases, and the decrease rate is also large. Vp/Vs ratio increases with the change of power state. The individual element method (DEM) is used to analyze the characteristics of spherical particles in the test sample. The results of the analysis are similar to those of the above results. DEM is the relationship between the orientation of the contact point between particles and the deviation of Vp/Vs. The value of Vp/Vs and the possibility of the change of the lattice structure of the site material are shown. In the future, when non-spherical particles are used, the same conclusion is reached.