立花　賢吾　

地盤材料の風化に関する粒子計算モデルの高度化

大塚　悟

主に泥岩に生じる風化現象は表面や内部に複数のクラックを発生させ,地すべり・斜面崩壊等の地盤災害を引き起こす要因となる．その中でも膨潤性を持つ粘土鉱物を含む泥岩は乾湿繰り返しを受けるとその粘土鉱物の膨潤により風化が促進され,その周辺構造物に大きな影響を及ぼす.よって地盤材料の風化プロセスを詳細に把握することは地盤防災の観点から重要な課題の1つである.
本研究では，膨潤性粘土鉱物を含む泥岩の吸水膨張・乾燥収縮によるスレーキング現象の詳細なメカニズムを把握するために，
近年適用が進められているDEMを用いて膨潤性粘土鉱物を含む泥岩の二次元計算モデルの適用性の検証を行った．モデルについては膨潤性粘土鉱物を含む泥岩の膨張・収縮といった現象をDEMで取り扱うために，粒子間固着モデル，転がり摩擦モデル，膨張と収縮のモデルを導入して地盤材料の表現をした．また，本研究の解析では，計算モデルの単純化のため粒子変化は時間に対して線形に変化する単純な仮定を与えている.また,本研究ではこれまで常に一定として導入していた粒子間固着応力に最大値と最小値を設け,経時的に変化させることで膨潤による固着力低下,乾燥収縮による固着力復元を考慮した.
シミュレーションの結果から固着力の最大値に軟岩と同程度の固着力をパラメータとして用いた場合,亀裂の発生や泥状化のような
挙動を確認できた.これまで用いてきたモデルは,粒子間固着応力に泥岩の一般的な強度を用いると風化が不十分であるケースも見られていたため,固着力の変化を考慮したことで適用可能性が拡大したといえる.また,これまでの粒子間固着応力が一定のモデルでは1回目の膨張時のみに大きく風化が促進されたが,固着力の変化を考慮したことで1回目以降の膨張時においてもモデルの風化が促進するような結果を得ることができた.これは乾湿を受ける度に材料が脆くなっていく様子を再現することができたため,実際の泥岩試料の風化挙動に近づいたといえる.
今後は実泥岩を用いての一軸圧縮試験や膨張・収縮過程の観察などから含水比や水分量を考慮したパラメータを導入して,今回のDEMモデルをより現実の地盤材料に近づけたい.