結晶表面の力学・化学相互作用に基づく膨潤性粘土の構成モデルの開発

基于晶体表面机械和化学相互作用的可膨胀粘土本构模型的开发

基本信息

批准号：
17H06612
负责人：
京川裕之
金额：
$ 1.91万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-08-25 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は，これまでに地盤工学で確立されてきた力学構成モデルに，コロイド・界面化学や分子動力学で説明される粘土鉱物の結晶表面における化学作用を考慮することで，ベントナイト等の膨潤性粘土の力学挙動を合理的に記述する手法の開発を目的として，室内要素試験と数値シミュレーションから，力学・化学の相互作用として膨潤性粘土の挙動が評価できることを明らかにする．2018年度は，間隙水の種類を変えることができる標準圧密試験機を作製し，飽和膨潤性粘土（ベントナイト）を対象として，一次元載荷状態において間隙溶液種類（イオン強度の変化）を置換する浸透圧密・膨潤試験を実施した．イオン強度の増加に伴う浸透圧密およびその減少に伴う浸透膨潤を確認し，浸透圧密有無による力学特性を検証した．なお，供試体高さを小さくすることで，透水性の低いベントナイト材料であっても，通常の力学的圧密ならびに浸透圧密・膨潤挙動の試験時間を短縮することができた．これらの浸透現象は，膨潤性粘土鉱物の結晶表面における電気化学的作用に起因しており，膨潤性粘土の力学挙動の本質である．2018年度には，これら表面化学現象を考慮した化学－力学連成構成モデルを提案し，上記実験結果との比較検証を行った．提案モデルは，膨潤性粘土の力学特性ならびに浸透圧密・膨潤を適切に評価できることを確認した．一方，浸透圧密後の力学挙動については，その圧縮性を過大評価することが示された．

这项研究表明，可以通过室内元素测试和数值模拟来评估可溶胀的粘土的行为，并考虑到在胶体和界面化学中解释的粘土矿物质晶体表面上的化学反应，并在Geotechnology in Geotechnology中建立了胶体和界面化学和分子动力学。目的是开发一种方法，该方法理性地描述了膨胀粘土（如膨润土）的机械行为。在2018财年，我们制造了一种标准的压实测试仪，该测试仪可以改变孔隙水的类型，并进行了渗透压实和肿胀测试，以替代一维载荷状态下的孔隙溶液类型（离子强度的变化），靶向饱和的肿胀粘土（苯甲酸盐）。渗透性巩固随着离子强度和渗透性肿胀的增加而降低，并确认了基于渗透巩固的存在或不存在的机械性能。通过降低样品的高度，即使对于渗透率较低的膨润土材料，也可以缩短正常机械压实和渗透压实和肿胀行为的测试时间。这些渗透现象归因于可膨胀粘土矿物质晶体表面的电化学作用，并且是膨胀粘土机械行为的本质。在2018年，我们提出了一个化学机械耦合的本构模型，考虑了这些表面化学现象，并比较并验证了实验结果。提出的模型证实，可以正确评估可膨胀粘土以及渗透巩固和肿胀的机械性能。另一方面，已经表明，渗透压实后的机械行为的可压缩性被高估了。

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

間隙溶液の種類を変化させた飽和膨潤性粘土の一次元圧密挙動

不同类型孔隙溶液饱和膨胀粘土的一维固结行为

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Thote Abhishek;Jeon Il;Lin Hao-Sheng;Manzhos Sergei;Nakagawa Takafumi;Suh Donguk;Hwang Junho;Kashiwagi Makoto;Shiomi Junichiro;Maruyama Shigeo;Daiguji Hirofumi;Matsuo Yutaka;平賀美沙
通讯作者：
平賀美沙

膨潤性粘土の力学－化学連成手法

膨胀粘土力学-化学耦合方法

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tang;J.;Sakanakura;H.;Nakagawa;M.;Ueshima;M.;Takai;A.;and Katsumi;T.;高井俊和，森山仁志;吉川和秀;京川裕之
通讯作者：
京川裕之

膨潤性粘土の一次元圧縮挙動の解釈

膨胀粘土一维压缩行为的解释

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Thote Abhishek;Jeon Il;Lee Jin-Wook;Seo Seungju;Lin Hao-Sheng;Yang Yang;Daiguji Hirofumi;Maruyama Shigeo;Matsuo Yutaka;京川裕之;平賀美沙
通讯作者：
平賀美沙