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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17H06612/
• 关键词: 膨潤性粘土; 構成モデル; 表面化学; 浸透圧密・膨潤; 力学・化学連成; ベントナイト; 膨潤特性; 室内試験

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．

This study aims to establish the mechanical composition of clay particles in the field of geoengineering, to explain the chemical interaction between clay particles and crystalline surfaces, and to describe the mechanical behavior of swelling clay particles in the field of geoengineering. Mechanical and chemical interactions and the movement of swelling clay are evaluated. In 2018, the type of interstitial water is changed, and the standard pressure test machine is operated. Saturated swelling clay (clay) is used for imaging, and the type of interstitial solution (change in strength) is replaced by the primary load state. The increase in strength is accompanied by the decrease in penetration pressure, the confirmation of penetration swelling, the presence or absence of penetration pressure, and the verification of mechanical properties. The test sample height is small, the water permeability is low, the material is high, the pressure of the normal mechanics is high, the permeability pressure is high, the swelling time is short, and the test time is short. In 2018, the surface chemical phenomenon was taken into account, and chemical-mechanical interaction was formed. The results were compared and verified. The mechanical properties of swelling clay are evaluated according to the permeability, pressure and swelling conditions. On the one hand, the mechanical behavior after saturation pressure is too large to be evaluated.

项目成果

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

• 发表时间: 2018
• 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

A method to consider the electrical/chemical interaction of clay crystal in general constitutive model

一种在一般本构模型中考虑粘土晶体电/化学相互作用的方法

• 发表时间: 2018
• 作者: Toshikazu Takai;Soichiro Araki;Hiroyuki Kyokawa
• 通讯作者: Hiroyuki Kyokawa

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

• 发表时间: 2018
• 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

• 发表时间: 2018
• 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