地盤材料の力学特性：ミクロとマクロをつなげるために＜マイクロメカニクス＞【粒子の粒度，粒形，粒子破砕を考慮した砂，礫の特性】地盤工学の大きな課題である液状化現象や土石流の機構解明への原点といえるのが，材料の微視構造（マイクロメカニクス）についての研究です．粗視化粒子とその隙間微視化粗視化粒のつながり応力連続した物体フラクタルメゾ供試体内における粒子回転勾配小大粒状材料の挙動は，巨視的な変形に伴って変化する微視構造の発達・消滅に支配されます．個別要素法（DEM）によるシミュレーションでは，10 万個近い数の粒子で地盤を作成し，二軸載荷試験を行うことによって内部挙動を解析します．本研究では，ミクロスケールから砂質土の基本的挙動と粒子特性との定量的相互関係を明らかにしていきます．パーコレーションミクロ繰返し載荷後土の供試体微視化クラスター力を加えて変化を調べるマクロ地盤材料は観るスケールによって様相を変えていきます．ファイバー補強土の技術向上のために【短繊維（ファイバー）補強土の変形・破壊挙動】粒子集合体にファイバーをランダムに発生させて供試体をモデル化．拡大力を加えて内部の変化を調べる Averaged tensile stress (MPa) 供試体供試体に等方的な力を加えると，ファイバーの曲率が変化し，混合したファイバーの平均張力が増加します．これによって供試体の強度が増加します．力を加えるとファイバーの曲率が変化 0.5 0.3 5 MPa 0.1 MPa 左図は，せん断力を供試体 fibre content (%) 0.2 0.6 1.2 0.4 に加えた時のファイバーの平均張力の変化を示してい圧縮ます．ファイバーは供試体が 0.2 壊れる間際で大きな張力を 0.1 0 0.01 0.1 1 Normal Strain, εyy(%) 10 発生させ，供試体にねばりを与えています．等方圧縮時の供試体内部の様子 1.5 等方圧縮時 1.0 fibre content (%) 0.2 0.6 1.2 0.5 ファイバーの張力が増加 0 0.05 0.1 0.5 1 Mean normal stress, σm (MPa) 0.6 5 medium dense, σc=0.1(MPa) Stress Ratio,τm/σm fibre Averaged tensile stress (MPa) ファイバー(短繊維)を地盤中に混入させると，地盤の強度・靭性が向上します．この地盤材料について個別要素法（DEM）によってシミュレーションを行い，ミクロレベルからの補強メカニズム解明に取り組んでいます． 0.4 fibre content (%) 0 (no fibre) 0.2 0.6 1.2 0.2 供試体の 0 0 強度が増加 1 2 Normal Strain, εyy(%) 3 陥没による事故を防ぐために【粒子流出に伴う地盤の変形・破壊挙動とその対策】陥没孔発生陥没孔発生ダムや海岸部といった水位変動が生じるところでは，構造部の不安定化や陥没が発生することがあります．これらは，地盤内の細粒分流出や吸い出しが原因とされており，現象が進むにつれて粒度は変化します．この粒度変化に伴う地盤の変形・破壊挙動のメカニズムを個別要素法（DEM）を用いて解明することを目的としています．陥没孔発生陥没孔の発生細粒分流出による地盤の緩み浸潤線フィルターフィルダムにおける陥没孔発生 σ 主応力 σ yy 側圧 σ xx σ 供試体モデル裏込石基礎捨石護岸の吸出し発生護岸の吸い出し発生粒子が抜けると，そこに働いていた力の繋がり（応力鎖）が失われますが，すぐに新しい経路の応力鎖が形成されます．これが繰り返されるにしたがって，変形はどんどん大きくなり破壊に至ります．粒子が抜ける前 xx 境界の壁を制御し，応力状態を保つ． yy 緩埋立砂･･････････フィルダムにおける陥没孔発生 wall ケーソン吸い出しによって細粒分が流出コア（粘土）供試体から強制的に粒子を抜き，粒子流出を再現．粒子が抜けた後粒子を除去したときの非平衡力が周囲に伝播している様子です．赤色で凸な程，その力が大きいことを表します名古屋工業大学社会工学専攻環境防災分野前田研究室 http://www.cm.nitech.ac.jp/maeda-lab/