粒状体のせん断強さの推定法に関する研究

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本研究では,「粒状体の一次性質のうち内部摩擦角に及ぼす粒子形状の影響が極めて大きく,粒子寸法・粒度分布の影響は小さい」という,これまでに得ていた研究成果に粒子接点角などの微視的な考察を加えてさらに研究を発展させ,粒状体の物理的性質(平均粒径,均等係数,粒子形状,e_<max>・e_<min>など)のみの測定により,そのせん断強度を推定する可能性を探ろうとした。この研究目的達成のために,以下の研究を行った。1.研究代表者がこれまでに行た実験データを再度検討し,特にせん断中の初期,ピーク,残留に至る各種の状態で動員されている内部摩擦角を,粒子間摩擦角やダイレイタンシー関係から推定するなど,既存のデータをさらに詳細に分析した。2.粒子形状が著しく異なり粒子破砕の無い金属材料試料(球,六角ナット,正三角錐)や数種類の粒状体試料の三軸圧縮試験を追加し,これまでの研究成果の妥当性を検討した。3.せん断挙動が粒子形状で大きく異なり,粒状寸法や粒度分布にほとんど依存しないことの源を探るために,アルミ棒の一面せん断および二軸圧縮の2次元モデル試験を実施し,せん断中の粒子の動きを連続的に撮影し,粒子間接点角,粒子移動を読み取り,せん断挙動を微視的に考察した。その結果,破砕が著しい粒状体は対象外ではあるが、詰まり方が同程度であれば,粒状体のせん断強さ(内部摩擦角)はせん断試験を行わないでも物理的性質である粒子形状からある程度推定できることが明らかにされた。ただし,上述3.については,まだ解釈が十分に成されておらず,また,粒状体の形状決定のための詳細な方法(粒子の写真撮影あるいは顕微鏡下の拡大率等)について検討しなくてはならない。