Micromechanics of fine grained soil: Quantification of its mesoscale structure and mechanical properties

细粒土的微观力学：其介观结构和力学性能的量化

• 批准号: 21H01422
• 负责人: 松島 亘志
• 金额: $ 10.9万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01422/
• 关键词: granular materials; soil mechanics; visualization experiment; discrete element method; statistical mechanics; メゾスケール堆積構造; マイクロメカニックス; SEM; マイクロx線CT; DEM(個別要素法); 粒子形状; 粒子間付着力; Discrete Element Method; Statistical mechanics; 粘土; 付着力; 粒状体

本研究では，粒子サイズが小さく，観測が困難である一方で，熱化学反応等の材料変化の影響を受けやすい細粒土を対象として，(1)湿潤状態の細粒土のメゾスケール構造を観察する最先端の実験 手法の開発，および(2)大規模粒子ベース数値解析を行い，メゾスケール構造ユニットの力学応答を明らかにすることによって，付着性粒状体としての細粒土のマイクロメカニックスの新たな枠組みを構築することを目的としている．今年度は，以下の研究成果を挙げた．(1)締固めた膨潤性粘土の微視構造を評価するため、水銀圧入試験により飽和履歴を与えた試料の間隙径分布を定量化すると共に、高密度状態では板状粒子が配向し、粗大な間隙はほぼなくなった状態にあることをSEM観察を通じて示した．高密度を達成するための締固め圧力は、粒子間に作用する静電化学的な斥力の理論値と関係があることが示唆された．また、三軸圧縮試験により、圧縮履歴の有無によらず吸水膨潤供試体の応力-ひずみ関係はほとんど変わらなかったことから、高密度状態で互いに接近し合った粒子群は吸水膨潤により可逆的にほぐれ、力学挙動に差異をもたらさないことが示唆された．(2)個別要素法における板状粘土粒子に作用するvan der Waals力モデルの開発：任意の位置関係にある板状粒子間に作用するvan der Waals力の合力を，それらの位置関係を表すパラメータ(相対角度，最小距離，オフセット量）より計算するモデルの開発を行った．(3)２次元粒状体のセル応力についての検討：２次元の円粒子よりなる粒状体のメゾクラスター構造であるセル構造に作用する応力を定義し，その統計的性質を調べた．

在本研究中，我们重点关注细粒土，这种土由于粒径小而难以观察，并且容易受到热化学反应等材料变化的影响，将通过研究细粒土作为粘性颗粒材料的微观力学。开发最先进的观测实验方法；（2）进行大规模基于粒子的数值分析，以阐明介观结构单元的力学响应，目的是构建一个新的框架。今年，我们取得了以下研究成果。 (1)为了评价压实膨胀粘土的微观结构，我们通过压汞试验量化了具有饱和历史的样品的孔径分布，通过SEM观察发现间隙几乎完全消除。有人提出，达到高密度所需的压实压力与颗粒之间作用的静电化学斥力的理论值有关。此外，三轴压缩试验表明，无论是否存在压缩历史，水膨胀样本的应力应变关系几乎保持不变，这表明在高密度状态下彼此靠近的颗粒群是可逆的。表明机械行为没有差异。 (2) 利用离散元法建立作用于板状粘土颗粒的范德华力模型： 任意位置关系的板状颗粒之间作用的范德华力的合力可以表示为参数我们开发了一个模型，可以根据（相对角度、最小距离、偏移量）进行计算。 (3)二维颗粒中细胞应力的检查：我们定义了作用在细胞结构上的应力，细胞结构是由二维圆形颗粒组成的颗粒的介簇结构，并研究了其统计特性。

项目成果

RHEOLOGY OF SEGREGATED BI-DISPERSE GRANULAR FLOW IN AN INCLINED PLANE

• DOI: 10.2208/journalofjsce.22-15035
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of JSCE
• 作者: Haoran Jiang;Xiaoyu Jiang;T. Matsushima

Post Liquefaction Behavior: as a Complex Grain-Water Interaction

液化后行为：复杂的粮水相互作用

• 发表时间: 2023
• 作者: 富澤 幸久;吉田 郁政;大竹 雄;Takashi Matsushima
• 通讯作者: Takashi Matsushima

Shear characteristics of compacted bentonites immersed in KOH and KOH-NaOH solutions

浸入 KOH 和 KOH-NaOH 溶液中的压实膨润土的剪切特性

• 发表时间: 2021
• 期刊: Japanese Geotechnical Society Special Publication
• 作者: Watanabe;Y.;Yokoyama;S.
• 通讯作者: S.

RHEOLOGICAL AND MICROSTRUCTURAL CHARACTERISTICS IN GRANULAR SHEAR FLOW OF 2D ELLIPTICAL PARTICLES

二维椭圆颗粒粒状剪切流的流变和微观结构特征

• DOI: 10.2208/jscejam.77.2_i_297
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A2 (Applied Mechanics (AM))
• 作者: JIANG Xiaoyu;MATSUSHIMA Takashi
• 通讯作者: MATSUSHIMA Takashi

グルノーブル・アルプス大学(フランス)

格勒诺布尔阿尔卑斯大学（法国）