科研費（文科省・学振）獲得実績 - 京川 裕之
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オゾンによる地盤の酸化促進実験と反応予測マルチフィジックス解析
研究課題/領域番号：23K17771 2023年06月 - 2026年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
京川 裕之
配分額：6240000円 （ 直接経費：4800000円 、 間接経費：1440000円 ）
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乾湿に伴うコンクリート中の低結晶性水和物の結晶構造の変化の解明
研究課題/領域番号：22H01637 2022年04月 - 2025年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 基盤研究(B)
五十嵐 豪
配分額：17550000円 （ 直接経費：13500000円 、 間接経費：4050000円 ）
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膨張性地山におけるトンネル・切土の乾湿・水質変化に伴う進行性変状メカニズムの解明
研究課題/領域番号：22H01584 2022年04月 - 2025年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 基盤研究(B)
京川 裕之
配分額：17680000円 （ 直接経費：13600000円 、 間接経費：4080000円 ）
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砂の液状化特性モデル化の抜本的革新を目指した極低拘束下での粒状体せん断挙動の計測
研究課題/領域番号：20K20538 2020年07月 - 2023年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的研究(開拓) 挑戦的研究(開拓)
古関 潤一, 京川 裕之, 大坪 正英, 竹内 渉
配分額：25740000円 （ 直接経費：19800000円 、 間接経費：5940000円 ）
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築造過程から長期供用を経て地震による変形・破壊まで，盛土の一生を解く
研究課題/領域番号：19H00780 2019年04月 - 2023年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A) 基盤研究(A)
菊本 統, 肥後 陽介, 松村 聡, 海野 寿康, 京川 裕之, 橋本 涼太
配分額：45760000円 （ 直接経費：35200000円 、 間接経費：10560000円 ）
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表面化学作用に基づく膨潤性粘土の力学理論の構築-地盤工学における特殊粘土の再考-
研究課題/領域番号：18K13824 2018年04月 - 2020年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究 若手研究
京川 裕之
配分額：4160000円 （ 直接経費：3200000円 、 間接経費：960000円 ）
地盤工学上，ベントナイトなどの膨潤性粘土は，設計法や体系化された理論のない特殊土として扱われる．本研究では，地盤工学では考慮されていない粘土鉱物の表面化学現象を取り入れることにより，膨潤性粘土の力学挙動を合理的に説明する理論体系を構築する．研究代表者は，これまで膨潤性粘土の体積変化に関する検討を行っており，イオン浸透に伴う圧密／膨潤挙動の定性的，定量的な表現に成功している．本研究では膨潤性粘土のせん断挙動について実験的および解析的検討を行った．
既往研究の文献調査を行い，イオン濃度に伴い膨潤性粘土の限界応力比が大きくなること，限界状態における間隙比も小さくなることを示した．これら実験事実を参考に，既存モデルの土粒子骨格挙動の限界状態とイオン濃度を関連付けた．改良モデルは，蒸留水で飽和された粘土（極低濃度）と高濃度イオン溶液で飽和された粘土のせん断挙動の差異を定性的に表現することができた．また，イオン溶脱（低濃度化）による海性地盤斜面の不安定化現象について，斜面応力を想定した要素シミュレーションから，イオン溶脱過程と地すべり時のひずみの蓄積過程についてパラメトリックな検討を行い，拘束応力ならびに密度によってひずみの蓄積プロセスが異なることを確認した．
解析的検討と並行して，膨潤性粘土のイオン濃度変化に対応した三軸せん断試験機装置を製作している．種々応力状態におけるせん断試験を実施し，提案モデルの精度検証を行う． -
結晶表面の力学・化学相互作用に基づく膨潤性粘土の構成モデルの開発
研究課題/領域番号：17H06612 2017年08月 - 2019年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 研究活動スタート支援 研究活動スタート支援
京川 裕之
配分額：2990000円 （ 直接経費：2300000円 、 間接経費：690000円 ）
本研究は，これまでに地盤工学で確立されてきた力学構成モデルに，コロイド・界面化学や分子動力学で説明される粘土鉱物の結晶表面における化学作用を考慮することで，ベントナイト等の膨潤性粘土の力学挙動を合理的に記述する手法の開発を目的として，室内要素試験と数値シミュレーションから，力学・化学の相互作用として膨潤性粘土の挙動が評価できることを明らかにする．
2018年度は，間隙水の種類を変えることができる標準圧密試験機を作製し，飽和膨潤性粘土（ベントナイト）を対象として，一次元載荷状態において間隙溶液種類（イオン強度の変化）を置換する浸透圧密・膨潤試験を実施した．イオン強度の増加に伴う浸透圧密およびその減少に伴う浸透膨潤を確認し，浸透圧密有無による力学特性を検証した．なお，供試体高さを小さくすることで，透水性の低いベントナイト材料であっても，通常の力学的圧密ならびに浸透圧密・膨潤挙動の試験時間を短縮することができた．
これらの浸透現象は，膨潤性粘土鉱物の結晶表面における電気化学的作用に起因しており，膨潤性粘土の力学挙動の本質である．2018年度には，これら表面化学現象を考慮した化学－力学連成構成モデルを提案し，上記実験結果との比較検証を行った．提案モデルは，膨潤性粘土の力学特性ならびに浸透圧密・膨潤を適切に評価できることを確認した．一方，浸透圧密後の力学挙動については，その圧縮性を過大評価することが示された． -
含水履歴を考慮した自然斜面および土構造物の地震時挙動予測と安定性評価
研究課題/領域番号：11J10961 2011年 - 2013年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費 特別研究員奨励費
京川 裕之
配分額：2400000円 （ 直接経費：2400000円 ）
主に降雨や地震による地盤の変形・破壊挙動に対して, 地盤の種々の力学特性(主に繰返し載荷特性および不飽和特性)を適切に考慮した弾塑性構成モデルを搭載した数値解析コードを開発し, これら複合的災害に対する土構造物の健全性の評価ならびに自然地盤の変状予測の実現を目的とする。本年度は, 主に, 地震時挙動と直結する排水・非排水繰返し載荷時における地盤材料の応力ひずみ特性に対して, 実験的および解析的検討を行った。排水条件下繰返し載荷試験では, 体積・せん断剛性が増加し, 応力―ひずみループが収束する定常状態が確認される。これまで, このような定常化を表現する一次元モデルは幾つか提案されているが, 任意の応力状態, すなわち三次元応力状態を考慮した弾塑性モデルは提案されていない。本研究では, これまでに行ってきた種々の繰返し載荷試験をまとめ, 同結果より任意の応力経路下において応力履歴面を定義した。同面内において繰返し載荷に伴った剛性変化に発展則を与えることで, 任意応力経路における定常状態の発達・消散を表現する構成モデルを構築した。また, 経験的および数値解析的予測手法で参照される三軸試験等の室内試験では, 実地盤状態を再現しなければならないことは言うまでもない。拘束圧や間隙比は忠実に再現されるが, 当該地盤の変形特性そのものである(弾性波探査などから計測される)せん断剛性率が考慮されることは多くない。今年度は, 2011年東北地方太平洋沖地震で液状化被害が生じた埋立地盤の試料を用い, 微小な繰返し載荷履歴を再構成供試体に与えることで, 不撹乱試料と同様の初期せん断剛性率を室内試験で再現した。同再構成試料を用いた液状化試験ならびに一次元液状化解析は, 実地盤で生じた液状化現象を精度よく再現することを確認した。今後は同試験結果をもとに, 弾塑性構成モデルを用いた2次元および3次元解析へ適用する予定である。
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特に異方性・構造を考慮した飽和土・不飽和土の構成モデルの開発とその応用
研究課題/領域番号：08J09718 2008年 - 2011年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費 特別研究員奨励費
京川 裕之
配分額：1800000円 （ 直接経費：1800000円 ）
地盤の変形予測には,土の応力・ひずみ関係を記述する構成モデルに基づいた数値解析が有効である。これまでに練返し飽和土を用いた室内要素試験(主に三軸試験,圧密試験)の結果を参照して,幾つかの構成モデルが提案されているが,種々の実地盤状態を統一的に表現するモデルはこれまでにない。本研究では,(1)応力履歴に起因する土の誘導異方性,(2)クリープ特性および温度依存特性,(3)土の不飽和状態,これらの影響を考慮する構成モデルを開発し,地盤の総合的な変形・破壊予測手法の確立を目指す。
(1)三軸ならびに三主応力試験機を用いて,砂質土の繰返し載荷時の変形特性の検証を行った。結果より"過去に受けた応力履歴に類似する載荷を与えると,誘導異方性によって土は剛性が高く,膨張しやすい挙動を示す","高い剛性を示しながら体積変化がバランスする繰返し定常化挙動は,上述の誘導異方性の蓄積である"。(2)地盤材料の強度変形特性は時間(クリープ変形,応力緩和)および温度(熱収縮,熱圧縮)に大きく依存する。過去の研究成果および,本研究グループで行った実験結果を参考に,"ひずみ速度の増加(減少),温度低下(上昇)に伴い,土の正規圧密線および限界状態線は上昇(下降)する"という関係を導いた。実験結果を忠実にモデル化するとともに,提案モデルの適用性を検証異した。(3)降雨時の斜面崩壊の要因として,地下水面の上昇により間隙水圧が増加し,土が緩むためと一般的には考えられる。しかしながら,多くの自然地盤は不飽和土で形成されており,浸水時のコラプス挙動も崩壊要因になり得ると考えられる。そこで,三軸試験機を用いて斜面を想定した異方応力状態における浸水試験を行った。結果から,"異方応力状態では浸水時に体積変化だけでなくせん断変形も生じる","応力比が大きいほど浸水時の変形は顕著になる"。また去年度までに提案したモデルは,実測値の挙動を適切に再現する。
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