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

制定描述含有膨胀矿物的岩土材料的理论框架

基本信息

批准号：
17F17074
负责人：
小高猛司
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Meijo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

膨润土含有大量的蒙脱石，这是一种本身具有膨胀特性的粘土矿物，很可能在处置放射性废物时作为缓冲材料覆盖废物，适合在废物处理场使用。了解缓冲材料在极长期使用（从数千年到数万年）期间在各种含水量条件下的机械性能非常重要。特别地，构成膨润土的膨胀粘土矿物土壤颗粒根据湿度条件、压力条件、温度条件、化学条件等改变其状态，特别是其体积。在本研究中，我们重点研究了未来缓冲材料预计放置的湿度和压力条件，并重点研究了压缩膨润土试件的各种动态，其含水量从施工时的不饱和状态逐渐增加通过测试，我们的目标是从理论上解释由膨胀矿物组成的地面材料的变形和强度特性。 2018财年，即研究第二年的最后一年，我们将继续进行实验，补充对高密度膨润土在各种水合条件下（从干燥条件到伪条件）进行的一系列三轴试验的数据。 -饱和条件下，我们从第一年开始就继续系统地检查各种地面材料参数。特别是，使用旋回仪测定的压缩膨润土的基质吸力显示出与普通粘性土材料不同数量级的变化，具体取决于样本的含水量，并且压缩膨润土在从不饱和状态过渡期间的基质吸力到饱和变化，发现损失量非常大。由于这种影响，压实膨润土的剪胀特性从不饱和状态下的高膨胀剪胀特性转变为饱和状态下的高压缩剪胀特性，并且从不饱和状态下表现出大应变软化特性的强度特性转变为饱和特性。研究表明，缓冲材料在轻微水合状态下机械性能的巨大变化，例如暴露于热时应变硬化强度性能的变化，可以通过介导基质吸力来解释。