花沢　大輔

地盤材料の風化進行に関する実験を踏まえた粒状体解析モデルの検討

福元　豊

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．その中でも膨潤性粘土鉱物を含む泥岩は乾湿繰り返しを受けることで風化が促進され，地盤の安定性や強度に多大な影響を及ぼす．そのため，地盤材料の風化過程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．そこで本研究では，泥岩が乾湿繰返しによって風化する過程をDEMモデルにて再現する．提案モデルの妥当性を確認するために，風化による影響である亀裂の発生，形状変化，強度変化に着目して，土質試験で得られた結果と2次元数値解析結果を比較して提案モデルの適用性を検討した．
地盤材料は乾湿の繰り返しを受けると，亀裂が発生して隙間に水が入ることで次第に細粒化していくことから，本研究では初めに初期亀裂を有する地盤材料の破壊挙動や強度変化の再現を試みた．法線方向と接線方向の粒子間固着応力の関係を変化させ，これまで用いてきたモデルから粒子間固着モデルを改善したことにより，亀裂が進行する挙動や土の一軸圧縮強度の違いに対応した異なる破壊形態を再現することができた．
次に，亀裂に関する解析結果を踏まえた上，泥岩の乾湿繰り返しによる風化の再現シミュレーションを行い，試験と同程度の結果を得ることができるかモデルの妥当性を確認した．試験結果と比較すると，どちらも形状が大きく変化し風化が進行しているため同様な結果を得ることができた．しかし，粒子間接触数については試験と同様な結果を得ることができなかったため，今後スレーキング率と粒子間接触数を同様に評価していいのか考え，判定方法やデータ整理の改善が必要になる．
最後に，形状変化に関する解析結果を踏まえた上，乾湿繰り返しを受けた泥岩の一軸圧縮シミュレーションを行い，試験と同程度の結果を得ることができるかモデルの妥当性を確認した．膨張収縮係数5%のケースが破壊形態，応力-ひずみ曲線とも現地試料を用いた一軸圧縮試験結果と同程度の結果となった．また，粒子間固着応力やばね定数を大きくした場合でも，風化進行による泥岩試料の強度の低下を再現することができた．
今後は，土の構成式や水分移動を考慮するために連続体の解析手法を導入し，より現実の地盤材料に近いモデルにすることが目標である．