Formulation of a theoretical framework to describe the geomaterials containing expansive minerals

粘土鉱物自体が膨潤する性質を有しているモンモリロナイトを多く含有するベントナイトは，放射性廃棄物を処分する際に廃棄体を覆うための緩衝材として使用されることが有力であり，廃棄物処分場における数千年～数万年単位の極めて長期間の供用時においての様々な含水状態での緩衝材の力学特性の把握が重要である。特に，ベントナイトを構成している膨潤性粘土鉱物の土粒子は，水分条件，圧力条件，温度条件，化学条件などによって，状態が変化し，特に大きく体積が変わる特徴を有している。本研究では，特に緩衝材が将来置かれると考えられる水分条件と圧力条件に着目し，処分場建設時の不飽和状態から徐々に含水状態が高まり飽和条件に移行する圧縮ベントナイト供試体の各種力学試験を通して，膨潤性鉱物で構成された地盤材料の変形，強度特性を理論的に説明することを目標としている。研究2年目の最終年度にあたる平成30年度は，高密度ベントナイトを乾燥状態から擬似的な飽和状態までの広範囲の含水状態において実施した一連の三軸試験について，データを補完する実験を引き続き実施するとともに，初年度から引き続き各種の地盤材料パラメータの検討を系統的に行った。特に，サイクロメータで求めた圧縮ベントナイトのマトリックスサクションは，供試体の含水状態に応じて，通常の粘性土地盤材料とはオーダーの異なる変化を示し，不飽和から飽和に移行する際のマトリックスサクションの消失量は極めて大きいことがわかった。その影響により，圧縮ベントナイトの不飽和状態の膨張性の高いダイレイタンシー特性から飽和状態の圧縮性の高いダイレイタンシー特性への変化，ならびに不飽和状態の大きなひずみ軟化特性を示す強度特性から飽和時のひずみ硬化型の強度特性への変化など，わずかな含水状態における緩衝材の力学特性の大きな変動は，マトリックスサクションを媒介することよって説明できることが示された。

粘土鉱物自体が膨潤する性質を有しているモンモリロナイトを多く含有するベントナイトは，放射性廃棄物を処分する際に廃棄体を覆うための緩衝材として使用されることが有力であり，廃棄物処分場における数千年～数万年単位の極めて長期間の供用時においての様々な含水状態での緩衝材の力学特性の把握が重要である。特に，ベントナイトを構成している膨潤性粘土鉱物の土粒子は，水分条件，圧力条件，温度条件，化学条件などによって，状態が変化し，特に大きく体積が変わる特徴を有している。本研究では，特に緩衝材が将来置かれると考えられる水分条件と圧力条件に着目し，処分場建設時の不飽和状態から徐々に含水状態が高まり飽和条件に移行する圧縮ベントナイト供試体の各種力学試験を通して，膨潤性鉱物で構成された地盤材料の変形，強度特性を理論的に説明することを目標としている。研究2年目の最終年度にあたる平成30年度は，高密度ベントナイトを乾燥状態から擬似的な飽和状態までの広範囲の含水状態において実施した一連の三軸試験について，データを補完する実験を引き続き実施するとともに，初年度から引き続き各種の地盤材料パラメータの検討を系統的に行った。特に，サイクロメータで求めた圧縮ベントナイトのマトリックスサクションは，供試体の含水状態に応じて，通常の粘性土地盤材料とはオーダーの異なる変化を示し，不飽和から飽和に移行する際のマトリックスサクションの消失量は極めて大きいことがわかった。その影響により，圧縮ベントナイトの不飽和状態の膨張性の高いダイレイタンシー特性から飽和状態の圧縮性の高いダイレイタンシー特性への変化，ならびに不飽和状態の大きなひずみ軟化特性を示す強度特性から飽和時のひずみ硬化型の強度特性への変化など，わずかな含水状態における緩衝材の力学特性の大きな変動は，マトリックスサクションを媒介することよって説明できることが示された。