力が土壌または砂に適用されると、粒子は自分自身を再配置して密度の高い梱包を形成し、強度が増加します。この現象は、土壌密度化として知られています。ただし、繰り返される顕著なものが土壌の濃縮を促進する正確なメカニズムはよく理解されていませんでした。
これを調査するために、IIS研究チームは、特別に設計された衝撃テストマシンを使用して一連の実験を実施しました。彼らは異なる高さから鋼の球を砂サンプルに落とし、砂に浸透するのに必要な力を測定しました。チームは、浸透抵抗が衝撃エネルギーとともに増加し、砂がより激しく打たれると強くなったことを示していることを観察しました。
基礎となるメカニズムに関する洞察を得るために、チームは高速カメラとX線コンピューター断層撮影（CT）スキャンを使用してさらに実験を行いました。高速カメラの録音は、スチールボールの衝撃が砂を介して伝播する高速衝撃波を生成することを明らかにしました。これらの衝撃波は、粒子の再配置と密度を誘発し、土壌強度の増加をもたらしました。
X線CTスキャンは、衝撃の前後に砂サンプルの内部構造の詳細な画像を提供しました。画像は、砂粒子の再配置を確認し、サンプル内の密度領域の形成を示しました。これらの密度領域は、土壌強度の全体的な増加に貢献しました。
チームの調査結果は、繰り返される衝撃負荷の下で土壌と砂の挙動に関する貴重な洞察を提供します。このメカニズムを理解することは、基礎、堤防、道路底など、土壌や砂と相互作用する構造を設計および最適化するために不可欠です。繰り返しの衝撃負荷の影響を考慮することにより、エンジニアはさまざまな用途でこれらの構造の安全性と完全性を確保できます。
この調査結果は、名誉あるジャーナル「自然コミュニケーション」に掲載されており、土壌の仕組みと地盤工学の理解における重要な進歩を表しています。
