混合による新しい地盤材料の創出と液状粘土の減容化のための拡散混合理論の検討

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チェーン回転式混合機に山土とベントナイトのような普通では混ざりにくいものを通すと空気を含むが、均質に混ざり合った砂質土のような締固め材料のようなものが出来上がる。また、高含水比の粘土を投入すると水分が蒸発し、粘土の減溶化が起こる。本年度はチェーン回転式混合機に浚渫粘土の脱水ケーキを投入し、処理後の材料の乾燥しやすさ、及び力学特性を調べる。さらに構造・過圧密・異方性が評価できる弾塑性構成式である回転硬化上・下負荷面修正カムクレイモデルを用いて数値シミュレーションを行い、比較検討を行なった。本年度得られた結果を以下にまとめる。1)浚渫粘土の脱水ケーキは高含水比状態で、このままでの取り扱いはむつかしい。この材料をチェーン回転式混合機に投入し、減溶化をすることで「圧密材」から「締固め材」への転換をはかった。つまり、長期間圧密によってのみ高密度化できる粘土材料を粉砕・空気混合することによって砂のような取り扱いやすい粒状集合体(「処理土」とよぶ)に変えて、比表面積を増やし乾燥を促進させ、最後に締固めによって短期に高密度化するのである。チェーン回転式混合機に脱水ケーキを投入すると、チェーンの回転数が大きくなるほど全体の粒径が小さくなり、回転数を600r.p.mとして2回通過させると粒系は1回通過のものに比べさらに小さく、分布もなだらかになったその処理土を恒温室で放置すると、処理土は未処理土に比べ2倍以上早く含水比が減少することが分かった。2)処理土の突固めによる締固め試験を行なった。未処理土など粒径の大きい場合は粘土のため締固めることはできないが、処理土は乾燥の程度によって締固めが可能となった。粒径加積曲線がなだらかになるため粒自身が乾燥しやすくなり、さらに最適含水比の状態にすることで、締固め効果があがることが分かった。3)処理土の締固め後の最大乾燥密度の比体積は1.85となり、処理土は締固める前は粒状集合体をゆるく詰めた状態で、全体としての比体積が3程度であったことから減溶化が進んでいることが分かる。処理土、未処理土の圧密試験から未処理土の比体積を1.85にするためには鉛直応力1000kPa必要であり、わずかな「締固め」によって比体積の減少が可能となっていることが示された。また、回転硬化上・下負荷面修正カムクレイモデルによる数値シミュレーションでは近似的に飽和土の1次元排水繰り返しを仮定し、処理土を砂として締固めの計算を行なった。こちらも実験と同様な傾向が得られ、モデルが改良土の「品質保証」を表現することができることを示した。