人工セメント固化粒状材料の三軸応答と弾塑性構成モデル

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Geotechnical engineers and modelers gain a transferable elastoplastic framework for various cemented granular materials, validated across multiple datasets.

🏢実務担当者:Construction firms can use the model to design low-carbon cementitious materials like LCSG, ensuring structural performance while reducing embodied carbon.

人工的にセメント固化された粒状材料（ACG）は、セメント固化土、低セメント量固化砂礫（LCSG）、コンクリートなど、多様な骨材と結合材の組み合わせを用いるため、その応力–ひずみ応答は大きく異なる。LCSGでは、結合材の配合量は通常40～80 kg/m3に制限され、砂礫骨格は現場または近隣の掘削残土から直接得られることが多く、その結果、材料の埋蔵炭素フットプリントが著しく低く、現在の低炭素・グリーン建設目標と強く整合する。しかしながら、このような不均質性により、単一の材料特異的な構成モデルでは他のACG変種の力学的挙動を予測するには不十分であり、ダム建設や基礎補強におけるより広範な適用が制約されている。本研究は、通常三軸条件下におけるACG材料の応力–ひずみおよび体積ひずみ–軸ひずみ特性を体系的に要約・分析するものである。一般化双曲線方程式と放物線方程式を用いてこれら2つの曲線群を記述し、ピーク強度、弾性係数、せん断ダイレイタンシー挙動といった主要な力学的指標に対する閉形式表現を提案する。一般化塑性理論に基づき、塑性流動方向ベクトル、載荷方向ベクトル、塑性係数を導出し、ACG材料の全スペクトルに適用可能な簡潔で移転可能な弾塑性モデルを開発する。ロックフィル材料、LCSG、セメント固化石炭ガンギ充填材の三軸データに対する検証により、本モデルは各材料クラスの応力および変形経路を高い精度で再現することが示された。ピーク値の定量的評価により、提案する構成モデルはピーク偏差応力を1.36%の誤差で、ピーク体積ひずみを3.78%の誤差で予測することが示された。予測値と実測値の間の対応する決定係数R2は、ピーク応力で0.997、ピーク体積ひずみで0.987であり、提案モデルの優れた工学的精度を実証している。これらの結果は、低炭素ダム建設、基礎補修、その他の持続可能な土木工学プロジェクトにおいてACG—特にその低セメント・現地調達変種—を展開するための統一的な理論的基盤を提供するものである。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Because artificially cemented granular (ACG) materials employ diverse combinations of aggregates and binders—including cemented soil, low-cement-content cemented sand and gravel (LCSG), and concrete—their stress–strain responses vary widely. In LCSG, the binder dosage is typically limited to 40–80 kg/m3 and the sand–gravel skeleton is often obtained directly from on-site or nearby excavation spoil, endowing the material with a markedly lower embodied carbon footprint and strong alignment with current low-carbon, green-construction objectives. Yet, such heterogeneity makes a single material-specific constitutive model inadequate for predicting the mechanical behavior of other ACG variants, thereby constraining broader applications in dam construction and foundation reinforcement. This study systematically summarizes and analyzes the stress–strain and volumetric strain–axial strain characteristics of ACG materials under conventional triaxial conditions. Generalized hyperbolic and parabolic equations are employed to describe these two families of curves, and closed-form expressions are proposed for key mechanical indices—peak strength, elastic modulus, and shear dilation behavior. Building on generalized plasticity theory, we derive the plastic flow direction vector, loading direction vector, and plastic modulus, and develop a concise, transferable elastoplastic model suitable for the full spectrum of ACG materials. Validation against triaxial data for rock-fill materials, LCSG, and cemented coal–gangue backfill shows that the model reproduces the stress and deformation paths of each material class with high accuracy. Quantitative evaluation of the peak values indicates that the proposed constitutive model predicts peak deviatoric stress with an error of 1.36% and peak volumetric strain with an error of 3.78%. The corresponding coefficients of determination R2 between the predicted and measured values are 0.997 for peak stress and 0.987 for peak volumetric strain, demonstrating the excellent engineering accuracy of the proposed model. The results provide a unified theoretical basis for deploying ACG—particularly its low-cement, locally sourced variants—in low-carbon dam construction, foundation rehabilitation, and other sustainable civil engineering projects.

• openaire https://doi.org/10.3390/buildings15152721first seen 2026-06-29 04:51:39 · last seen 2026-08-01 04:45:07