Developing health monitoring and prediction techniques of soil behaviours based on dynamic wave signals

开发基于动态波信号的土壤行为健康监测和预测技术

基本信息

批准号：
22K14322
负责人：
大坪正英
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Public Works Research Institute
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

地盤材料の力学挙動は応力状態及びせん断履歴の影響を受けることは知られているが、せん断の進展に伴う骨格構造の弱体化メカニズムについては未だ解明されていない。本研究では、骨格構造が弱体化していく過程を弾性波伝播特性の変化と関連付けることで、地盤挙動予測の高精度化を図り、さらには地盤の健全度モニタリング技術を考案することを目的とする。当該研究課題の一年目では下記のような研究成果を得た。砂の粒子形状の違いがもたらす応力ひずみ関係の評価、並びに、せん断過程における弾性波速度（圧縮波速度：Vp、せん断波速度：Vs）の変化について室内試験により検討した。排水繰返し載荷試験を実施した結果、弾性域内で繰返し載荷を行う場合は載荷・除荷・再載荷の過程でVp及びVsは可逆的であることを確認した。一方、弾性域を超えた状態で除荷すると、同じ応力状態であっても除荷過程のVpとVsの値は低減し、除荷時の軸差応力が大きくなるほどその低減率は大きくなった。VpとVsはどちらも応力状態の変化に応じて増減するが、Vsの方がせん断ひずみの累積に伴う逓減が顕著であるため、せん断の進展に伴いVp/Vsの比は大きくなった。個別要素法（DEM）を用いて球形粒子の供試体に対する弾性波伝播解析を実施した結果、上述の実験結果と同様の傾向を再現することができた。DEMで粒子間の接触点の向きの偏り（偏差ファブリック）を評価した結果、Vp/Vsの変動と偏差ファブリックの変動は概ね線形の関係であった。つまり、Vp/Vsの値をモニタリングすることで、地盤材料の骨格構造の変化を評価できるという可能性が示された。今後は非球形粒子を用いた場合でも同結論に至るかどうか検討を進めたい。

众所周知，地面材料的机械行为受到应力状态和剪切历史的影响，但是由于剪切进展而导致的骨骼结构削弱的机制尚未阐明。这项研究旨在通过将骨骼结构的削弱与弹性波传播特性的变化联系起来，并进一步设计一种用于监测地面健康的技术来提高地面行为预测的准确性。在研究主题的第一年，获得了以下研究结果。通过实验室测试研究了由砂粒形状差异和弹性波速度（压缩波速度：VP，剪切波速度：VS）的变化引起的应力应变关系的评估。由于排水的重复加载测试，因此可以在弹性范围内重复加载时VP和VS在加载过程中可逆。另一方面，当卸载超过弹性范围时，即使在相同的应力状态下，卸载过程中VP和VS的值也会减少，并且卸载时的轴向差分应力越大，降低率就越大。 VP和VS随着应力状态的变化而增加或减少，但是VS由于剪切应变的积累而减少VS，因此VP/VS的比率随着剪切的发展而增加。由于使用单个元素方法（DEM）对球形颗粒样品进行弹性波传播分析，因此复制了与实验结果相同的趋势。通过使用DEM评估粒子之间接触点方向的偏差（偏差织物）的结果，VP/VS的变化和偏差织物的变化通常是线性的。换句话说，表明通过监视VP/VS值，可以评估地面材料的骨骼结构的变化。将来，我们想继续考虑即使使用非球形颗粒，是否可以得出相同的结论。