マイクロメカニックスによる粒状体の変形・破壊モデルの構築に関する研究

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本研究は、微視的構造の観察結果を踏まえて、粒状体の新しい強度論を展開しようとするものであり、特に、粒状体の強度論におけるCouple stress(偶応力)と粒子回転の重要な役割を明らかにしようとしている。主な研究成果を要約すれば以下の通りである。1)せん断帯内部の粒子構造変化の観察には、実際の砂を用いた平面ひずみ試験を行い、ひずみの条件を変化させることなく接着剤を浸透させ、固結させる方法を採用した。固結供試体をX-線、光学顕微鏡の方法で調べ、せん断帯内部の粒子構造とその変化を追跡した。その結果から、拘束圧力、ひずみレベル、初期構造などの条件が、せん断帯内の粒子構造の発達に及ぼす効果を明らかにした。粒状体の破壊のメカニズムは、モール・クーロンの摩擦則で想定されるほど単純ではなく、変形と共に変わる微視的内部構造の中にその本質が隠されていることを明らかにした。柱状の構造(column-like structure)が変形とともに圧縮方向と平行に発達し、粒状体の破壊は柱状構造の座屈と共に起こることを示した。またこの観点から、粒状体の強度、ダイレイタンシー特性を説明した。2)新しい数値シミュレーション法として、粒状体の数値シミュレーション法として使われているDEM)Distinct Element Method)に工夫を加え、粒子間接点で偶力の伝達を許容するモデルを開発した。その結果、従来型のDBMでは、せん断帯内の粒子構造の発達を再現できないでいたが、その欠点を克服した数値実験に成功した。せん断面形成のプロセスや強度論を論ずる上で、接点偶力の果たす役割の重要性を明らかにした。3)接点に偶力を作用させることの結果として、巨視的には偶応力の発生することが確認できた。その結果からマイクロポーラ理論の数値実験による検証を行った。