地下深部開発における亀裂性岩盤内の熱伝達と特性の評価手法に関する研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455215
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 柳澤 栄司 東北大学, 工学部, 教授 (10005324)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 朴 燦燻 東北大学, 工学部, 助手 (20271885) ; 風間 基樹 東北大学, 工学部, 助教授 (20261597) ; 池田 清宏 東北大学, 工学部, 教授 (50168126)
• Keywords: 多孔質媒体 / 非定常熱伝導問題 / 有限要素法 / 熱映像解析 / 地盤材料 / 熱物性 / 等価介在物法 / 対流

Research Abstract

本年度は、熱映像撮影装置を備品として購入し、水で飽和した砂地盤模型を用いて多孔質媒体中の熱移動現象を実験的に求めることを試みた。熱映像をパソコンにとり込んで、画面処理するためのプログラムの開発および実験装置の作成を行った。これを用いて、透水係数の異なる地盤における熱移動現象をリアルタイムで測定するシステムを開発した。理論解析として、有限要素法を用いた多孔質媒体中と水と熱の連成系の解析プログラムを開発し、地盤中に熱源のある非定常問題を実験条件に合わせて解き実験結果と比較した結果、本解析プログラムは対流による熱伝達の現象をかなり精度よく再現できるが、地盤物性の与え方について改良の余地があることを見出した。同じプログラムを用いて、亀裂を有する岩盤の熱伝達問題を解く手法も開発した。
一方、等価介在物法を用いた地盤材料の熱物性値の予測手法については、異質な材料を含む場合の平均化の手法を用いてマクロな熱物性を求める計算手法を考案し、従来から得られている熱物性値との比較を行って、ある程度の精度で予測可能なことを確かめた。しかし、理論的な予測値な実測値の傾向を必ずしも忠実に再現できるものでもなく、モデルの更なる改良が必要であることが知られた。熱伝達問題に対するパーコレーション理論の応用については、基礎理論の検討の結果、決定論的な熱伝導現象の解明には必ずしも最適な手法であるとは考えられない部分があり、利用の是非について更に検討の余地があると判断し、次年度も検討を続けることとした。

Research Products

• [Publications] 朴燦燻,柳沢栄司: "浸透流速と地盤の熱伝導率に関する解析的考察" 第31回地盤工学研究発表会. 1359-1360 (1996)
• [Publications] 朴燦燻,風間基樹,柳沢栄司: "透水性地盤の熱移動解析及び地盤特性による熱移動の考察" 土木学会論文集. (1997)
• [Publications] 柳沢栄司,朴燦燻: "Heat transfer analyses in the ground considering pore water movement" 国際土質基礎工学会議論文集. (1997)