| Project/Area Number |
22K04343
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22040:Hydroengineering-related
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
高野 保英 近畿大学, 理工学部, 准教授 (80330231)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 土壌凍結 / 変形計測 / 不凍水曲線 / 吸引圧 / 熱伝導率 / 体積ひずみ / 凍上 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では不凍水曲線のみならず，熱移動の重要なパラメータである凍結土壌の熱伝導率，水分移動の重要なパラメータである凍結土壌の吸引圧および不飽和透水係数と水分量あるいは温度の関係を実験により求め，それらを組み込んだ，変形を考慮した凍結・融解を受ける土壌内の熱・水分移動数値解析モデルの構築を図る．モデルの妥当性の検証にあたっては，凍結・融解過程下の土壌温度・水分量の時間変化に加えて，X線コンピュータートモグラフィー装置と三次元画像相関法を用いた凍結土壌の内部変形の時間変化の計測し，それらの実験結果と解析結果を比較する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，（１）X線CT装置およびDVC解析を用いた上方から土壌凍結に伴う変形計測，（２）凍結土壌の吸引圧測定実験，（３）凍結土壌の熱伝導率測定実験，（４）融解過程における定常時の不凍水曲線の同定を実施した．
（１）については，本年度はより変形が大きくなると予想される土壌の変形に関する実験データと挙動の検討の目的として，細粒分含有盛土剤を用いて体積含水率を変えた4ケースについて凍結実験を行い，上方から凍結する場合の土壌内部の移動量および体積ひずみの三次元分布の計測を実施した．DVCによる移動量と体積ひずみの解析結果は，昨年度までの真砂土の結果に比べて，解析の精度が悪く，体積含水率と移動量の関係を得ることができなかった．
（２）については，前年に製作した凍結土壌の吸引圧測定装置による凍結時土壌の吸引圧計測で良好な結果得られなかったため，その原因を探るため珪砂を用いて土壌空隙中の圧力の計測を行ったが，凍結に伴う圧力の増加は観られず，凍結時の吸引圧の上昇原因を明確にすることができなかった．ただし実験の過程で冷却方法を変更した結果，体積含水率0.351および0.161の土壌の凍結時の吸引圧を得ることができた．
（３）定常法により凍結時の豊浦珪砂の熱伝導率の計測を試み，乾燥砂と不飽和砂の２ケースで熱伝導率を得たが，既往の研究結果と比べて，大きな違いが観られた．この原因として凍結による土壌の変形が，土壌内に埋設した熱フラックス密度計測のためのセンサーの精度に何らかの影響を与えたことが考えられる．
（４）については，冷凍庫を用いた実験を実施し，体積含水率0.15の珪砂について，-1.0～-0.1℃程度の領域において不凍水曲線を得ることができたが，それより高温の領域および他の含水状態の不凍水曲線を得るには至らなかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
凍結土壌の吸引圧の計測に関しては，土壌空隙内の圧力を得ることで，凍結土壌の吸引圧を計測することを試みたものの，圧力の増加は観られず，土壌の冷却方法の変更により２ケースのみ，吸引圧の計測を果たしたため，水分量あるいは土壌温度と吸引圧の関係を得られなかったためである．．
また不凍水曲線の計測に関しては，土壌試料を封入するカラムを改良したため，実験全般の遂行に時間がかかったためである．
さらに凍結土壌の熱伝導率の測定については，当初想定していなかった原因により，計測制度が悪くなったためである．
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| Strategy for Future Research Activity |
凍結土壌の吸引圧計測に関しては，冷却方法の変更により，２例の計測に成功したため，この方法を用いて体積含水率を変更して実験を続け，吸引圧と体積含水率の関係を求める．
不凍水曲線の計測については，これまでの非定常時の実験結果との比較も踏まえて，より有用な不凍水曲線の同定に努める．凍結土壌の熱伝導率計測については，土壌凍結時の土壌の状態の確認や水平方向の熱移動量の計測を試みるなどして，計測精度の向上を図り，体積含水率と熱伝導率の関係の計測を試みる．
これらの凍結土壌の熱・水分物性の計測により基本的なデータを得られれば，従来の凍上変位計算式などをもとに，実験で得られた凍結土壌の変位量を用いて，変位量の解析も試みる．
なお，X線CT装置およびDVC解析を用いた上方から土壌凍結に伴う変形計測の結果については，土壌の状態による土壌の変形の特性に関する知見が得られており，学術雑誌等でこれらの成果を公表する．
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