結晶表面の力学・化学相互作用に基づく膨潤性粘土の構成モデルの開発

基于晶体表面机械和化学相互作用的可膨胀粘土本构模型的开发

基本信息

批准号：
17H06612
负责人：
京川裕之
金额：
$ 1.91万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-08-25 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は，これまでに地盤工学で確立されてきた力学構成モデルに，コロイド・界面化学や分子動力学で説明される粘土鉱物の結晶表面における化学作用を考慮することで，ベントナイト等の膨潤性粘土の力学挙動を合理的に記述する手法の開発を目的として，室内要素試験と数値シミュレーションから，力学・化学の相互作用として膨潤性粘土の挙動が評価できることを明らかにする．2018年度は，間隙水の種類を変えることができる標準圧密試験機を作製し，飽和膨潤性粘土（ベントナイト）を対象として，一次元載荷状態において間隙溶液種類（イオン強度の変化）を置換する浸透圧密・膨潤試験を実施した．イオン強度の増加に伴う浸透圧密およびその減少に伴う浸透膨潤を確認し，浸透圧密有無による力学特性を検証した．なお，供試体高さを小さくすることで，透水性の低いベントナイト材料であっても，通常の力学的圧密ならびに浸透圧密・膨潤挙動の試験時間を短縮することができた．これらの浸透現象は，膨潤性粘土鉱物の結晶表面における電気化学的作用に起因しており，膨潤性粘土の力学挙動の本質である．2018年度には，これら表面化学現象を考慮した化学－力学連成構成モデルを提案し，上記実験結果との比較検証を行った．提案モデルは，膨潤性粘土の力学特性ならびに浸透圧密・膨潤を適切に評価できることを確認した．一方，浸透圧密後の力学挙動については，その圧縮性を過大評価することが示された．

这项研究是到目前为止在地面工程中建立的动态组成模型，考虑到胶体，冲浪化学和分子动力学中描述的粘土矿物的晶体表面的化学作用，以及繁殖力的肿胀。一种理性地描述粘土机械行为的方法表明，可以通过室内元素测试和数值模拟来评估肿胀粘土的行为作为力学和化学的相互作用。在2018财年，可以更改间隙水的标准防测试机，并以单二维载荷状态替换了通透性类型（离子强度的变化），用于饱和肿胀的粘土（膨润土）。进行了肿胀测试。证实了离子强度和由于下降而引起的渗透的渗透，并验证了渗透的机械特性和未验证动态特征。通过降低测试体的高度，即使对于低渗透的通风夜材料，正常机械共识和肿胀行为的测试时间也会减少。这些穿透现象是由于电化学作用在肿胀粘土矿物质的晶体表面上引起的，并且是肿胀粘土动态行为的本质。在2018财年，我们提出了一个化学机械组成模型，以考虑这些表面化学现象，并通过上述实验结果进行了比较验证。提案模型证实，可以正确评估肿胀粘土的机械特性以及穿透和肿胀。另一方面，显示出渗透精度后的机械行为压缩。

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

間隙溶液の種類を変化させた飽和膨潤性粘土の一次元圧密挙動

不同类型孔隙溶液饱和膨胀粘土的一维固结行为

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Thote Abhishek;Jeon Il;Lin Hao-Sheng;Manzhos Sergei;Nakagawa Takafumi;Suh Donguk;Hwang Junho;Kashiwagi Makoto;Shiomi Junichiro;Maruyama Shigeo;Daiguji Hirofumi;Matsuo Yutaka;平賀美沙
通讯作者：
平賀美沙

膨潤性粘土の力学－化学連成手法

膨胀粘土力学-化学耦合方法

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tang;J.;Sakanakura;H.;Nakagawa;M.;Ueshima;M.;Takai;A.;and Katsumi;T.;高井俊和，森山仁志;吉川和秀;京川裕之
通讯作者：
京川裕之

膨潤性粘土の一次元圧縮挙動の解釈

膨胀粘土一维压缩行为的解释

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Thote Abhishek;Jeon Il;Lee Jin-Wook;Seo Seungju;Lin Hao-Sheng;Yang Yang;Daiguji Hirofumi;Maruyama Shigeo;Matsuo Yutaka;京川裕之;平賀美沙
通讯作者：
平賀美沙