走査型電子顕微鏡観察による粘土粒子構造変化を取り入れた高精度数値解析

结合扫描电子显微镜观察到的粘土颗粒结构变化进行高精度数值分析

基本信息

批准号：
13750468
负责人：
沢田和秀
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Gifu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750468/
关键词：
コセラ連続体理論せん断帯変形挙動

项目摘要

粘土の変形挙動を把握する前に、粘土より粒径の大きい砂の変形挙動の観察を行った。せん断帯付近の土粒子の挙動を観察するために、砂をせん断変形させる装置を開発し、せん断帯付近の砂粒子の挙動を観察した。観察には、100倍まで倍率が可変なCCDカメラを用い、開発した装置によって作られたせん断帯を観察した。せん断帯近くの砂粒子は摩擦によって、数個の集合体のまま回転する場合と、個々の砂粒子がそれぞれ回転する場合があることがわかった。せん断帯によって周りの砂に与える影響は、砂粒の数で約10個程度であった。この影響の範囲を数値解析のパラメータとして用いる。これはコセラ連続体理論特有の長さの次元を有するパラメータで、せん断帯の幅や、解析対象物の強度などに強く影響することがこれまでの研究でわかっている。まず、アルミ棒積層体を用いてフーチングの押し込みを疑似した模型実験を行い、アルミ棒の回転挙動を数値解析に取り入れた。実験と同条件で数値解析を行い結果を比較した。数値解析にアルミ棒の回転量を表現できるコセラ連続体理論特有パラメータを適正に用いることによって、実験結果と解析結果がほぼ同じ挙動を表現できることがわかった。なお、解析では、コセラ連続体理論に基づいた等方硬化型弾塑性構成式を導入した解析プログラムを新たに開発し、有限要素法で数値シミューレーションを行った。アルミ棒積層体を用いた実験結果と、新たに開発したコセラ連続体理論を用いた数値解析の結果の比較で、解析手法の妥当性が確認されたため、今後は先に述べた砂のせん断帯付近の観察実験をシミュレートすることにより、解析手法の砂への適用性を確認する。さらに、粘性土に対しても適用させるため観察装置の開発を行う。

在理解粘土的变形行为之前，我们观察到沙子的变形行为，粒径比粘土大。为了观察剪切区附近的土壤颗粒的行为，开发了一种装置以剪切变形，并观察到剪切区附近的沙子的行为。为了进行观察，我们使用了一个CCD摄像头，其放大倍数可达100次，并观察到使用开发设备制成的剪切带。已经发现，剪切带附近的沙子可能会作为几个组件旋转，并且单个沙子颗粒可能由于摩擦而旋转。剪切带对周围的沙子有效，约有10粒沙子。这种影响范围用作数值分析的参数。先前的研究表明，该参数具有Cosella Continuum理论独有的长度维度，并且对剪切带的宽度和要分析的物体的强度具有很大的影响。首先，使用铝制杆层压板进行模型实验，以模拟基础的推动，并将铝杆的旋转行为纳入数值分析中。在与实验相同的条件下进行了数值分析，并比较结果。已经发现，通过正确使用Cosella Continuum理论独有的参数，在数值分析中，可以表达铝杆的旋转量，可以在实验结果和分析结果中表达几乎相同的行为。此外，为了分析，开发了一个新的分析程序，该程序基于Cosella Continuum理论引入了一种各向同性硬化型弹性塑料构成方程，并使用有限元方法进行了数值模拟。通过使用铝杆层压板与使用新开发的Cocella Continuum理论比较实验结果，已经证实了分析方法的有效性。将来，我们将通过模拟前面提到的沙子剪切带附近的观测实验来确认分析方法对打磨的适用性。此外，也将开发一种观察装置，以应用于粘土土壤。