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

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455215
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 柳澤 栄司 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10005324)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 朴 燦燻 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20271885) ; 風間 基樹 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20261597) ; 池田 清宏 東北大学, 大学院・工学研究科, 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

平成9年度は、熱映像撮影装置を用いて、水で飽和した各種地盤材料模型について多孔質媒体中の熱移動現象を実験的に求め、熱物性値を求めることを試みた。熱映像をパソコンにとり込んで、画像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、透水系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の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。
また、地盤材料の熱物性を推定するための簡易な実験方法や、亀裂を有する岩盤の熱伝達問題を解く手法も開発した。
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、精度の点でも、利用方法の簡便さの点でも有利とは言えないため、これについての検討は行わないこととした。一方、等価介在物法を用いた地盤材料の熱物性値の予測方法については、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は得られたものの、従来から得られている熱物性値との比較を行ったところ、精度よく予測することはかなり困難であることを確かめた。以上のことから、地盤材料の非線形な伝達特性を推定する手法としては、本経験的な簡便式が適切であるとの結論を得たので、来年度以降この手法の確率を目指した研究を行うこととした。

Research Products

• [Publications] 朴 燦燻, 柳澤 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. Vo1.2. 1359-1360 (1996)
• [Publications] 朴 燦燻, 風間 基樹, 柳澤 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. No.582 IIIー41. 59-69 (1997)
• [Publications] 柳澤 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. Vo1.1. 233-236 (1997)
• [Publications] 朴 燦燻, 柳澤 栄司, 風間 基樹: "亀裂を有する岩盤の熱伝導率に関する解析的考察" 土木学会第52回年次学術講演会概要集. 第3部(A). 578-579 (1997)
• [Publications] 朴 燦燻, 風間 基樹, 柳澤 栄司: "地下水位及び地下水流が地下空間の熱効率に及ぼす影響" 地下空間シンポジウム論文・報告集. 第3巻. 93-102 (1998)