Ｘ線ＣＴスキャナを用いた粘土試料内部の三次元変位場計測手法の開発

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地盤工学分野において, 砂や粘土などの地盤材料の力学的挙動を解明するために要素試験や模型実験が実施される。その中で, 地盤内部の変位場の観察が地盤の複雑な力学的特性を理解するために重要となる場合がある。地盤内部挙動の把握のための従来型計測手法にはサンプルを破壊しての観察があるが, 経時的な挙動の観察が困難となる。経時的な挙動観察のために模型実験を平面ひずみ問題に置き換えて実施する手法もあるが, 観察面に発生する摩擦や三次元的な現象の再現が困難なことなどの問題が残される。近年, X線CTスキャナによりサンプル内部の密度分布を非破壊検査する手法を応用して地盤内部の評価を行なった研究が数多くある。最近では, サンプルの微小変形前後のCT画像に対して画像相関法を適用して内部の三次元変位場計測も可能となっている。しかし, CTスキャナの空間解像度よりも粒径の小さい粘土等については画像相関法の適用が困難であった。本研究では粘土材料を対象とした画像相関法による三次元変位場解析手法の開発を目的とした。カオリン粘土にX線吸収係数の異なる粉末材料(硫酸バリウム)を5w%混合して含水比200%に調整し, 円形土槽に投入した。初期地盤のCT撮影の結果, 硫酸バリウムは粘土試料内部で均質に分散しておりCT画像に適度な濃淡を与えることが確認された。約1週間, 非排水状態で放置したが硫酸バリウムの沈降現象は確認されず, 母材の圧密挙動に追従して変位することを確認した。続いて両面排水条件で段階載荷による一次元圧密試験を行なった。円形土槽中心には排水促進のためのプラスチックドレーンを配置し, 各圧密段階終了時にCT撮影を行なった。圧密各段階のCT画像に画像相関法を適用すると, ドレーン材の湾曲変形に追随する粘土試料の三次元変位場が計測された。上記一連の手順により微小変形を生じる粘土試料内部の三次元変位場計測手法を確立した。