2016 Fiscal Year Annual Research Report
河川堤防性能の長期担保に向けて：土質・気候に応じた境界・内部物理過程の解明
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16H04405
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
西村 聡 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70470127)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 宏親 国立研究開発法人土木研究所, 土木研究所(寒地土木研究所), 統括主任研究員 (00414178)
山木 正彦 国立研究開発法人土木研究所, 土木研究所(寒地土木研究所), 研究員(移行) (50772018)
山添 誠隆 秋田工業高等専門学校, 環境都市工学科, 准教授 (60760238)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 河川堤防 / 地盤工学 / 盛土 / 地下水 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、法滑りやクラックなど非洪水時に起こる変状が河川管理上の大きな障害になっている現状を踏まえ、本州・北海道・東南アジアなど種々の気候環境下において上記の境界過程がどのように長期不安定問題として顕在化するのか、堤体材に用いられる土質の多様性を踏まえて解明することを目的とする。そのために、河川堤防の状態・動態の把握と理解に向け、原位置調査・長期原位置観測・数値モデル化・室内試験などの異なる作業を全て並行して進める統合的な研究を計画した。
初年度にあたる平成28年度には、積雪寒冷地である札幌近郊、熱帯であるバンコクの堤防に原位置観測ステーションを設置した。前者は段階築堤途中の堤防であり、築堤を進めていく過程での間隙水圧上昇が、降雨・降雪・凍結・融雪といった過程を経てどのように推移していくかに着目し、観測結果を数値解析で再現することを試みた。室内試験・原位置試験の結果に基づき数値解析をキャリブレートしたところ、上記の地表過程を考慮することによってのみ観測結果を説明できることを示すに至った。また、研究代表者が以前より設営していた北海道中央部に位置する別の堤防サイトでの観測も本助成により継続した。上記のサイトとは異なり、築堤から年月を経て安定した状態にある堤防であり、密な時間間隔で実施した原位置貫入試験および複数回にわたる表面波探査により、堤体の強度・剛性が季節変動する様子を、間隙水圧に見られる水理状態との連動の観点から説明を試みた。しかし原位置表層部は実験室で再現されるよりも安定して高い強度を示し続けており、その土質力学的な説明が今後の課題の一つとして挙げられる。バンコクの堤防では、サイトの選定や事前踏査を10月に行った後、3月中旬に観測を開始した。具体的なデータはまだほとんど得られていないが、当サイトでは長手方向に平行に堤体クラックが生じており、興味深いデータが期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り、平成28年度内において北海道内に1箇所、熱帯のバンコクに1箇所、堤防の観測サイトを設営することができ、また、北海道内においては月に一度の頻度で計画していた原位置調査（貫入試験・表面波探査・その他）を10回行うことができた。よって、原位置での作業に関してはほぼ計画通り進んでいると言える。数値解析については独自開発の有限要素浸透流解析コードを発展させ、簡易的に蒸発散を考慮するモデルを組み込んだ。より高度なモデルの組み込みや実証を行う予定ではあったが、研究の当面の目的に則した機能を満たしているため、こちらも進捗は良好である。冬期は札幌では原位置調査が困難であるため、室内試験に注力する予定であったが、平成28年8月豪雨の調査対応などで夏季～秋季に多忙を極めたため、試料採取が間に合わず、室内試験については装置・人員の稼働率という点で想定の7-8割程度の達成率であったが、これについては次年度以降の計画の調整で十分に対応可能である。よって、研究は概ね順調に進捗しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
年度は本州にステーション設置を行う。現在、研究分担者（山添）により秋田の7サイトから選定を進めている。本年度はこれらのうちから１～２サイトにおいて簡易ステーションを設置し、堤防内部の水理状態（間隙水圧・土壌水分）と表層過程（降雨・融雪・乾燥など）の観測を開始する。これを春～初夏にかけて実施し、これをもって一連の原位置観測ステーション設営の完了とする。一方、これまでに設営したステーションの管理・データ分析および各種原位置調査（およそ１回／月の頻度での各種貫入調査および表面波探査）を継続的に行っていき、質の高い長期的な原位置水理・力学データを取得する。
夏以降は、初年度より実施していた、原位置データ（主に間隙水圧）の再現解析に注力する。これと同時に室内試験による堤体材料の水理・力学的特性の同定を進め、浸透流解析に入力することで理想化されたモデルによる予測と実際の挙動の整合と乖離を分析する。乖離を説明するにあたり、これまで簡易的に扱っていた蒸発散の影響や堤体材料の変質など、従来の土質力学で二次的に扱われる要因の影響について実証的・解析的に検討する。また、水理状態変化を堤体の安定性変化に翻案するために、間隙水圧その他の水理的条件の変化に基づき、堤体の力学的パラメタの変化を推定する手法を検討する。これにあたっては、申請者の実験室で所有する各種の高度な力学試験装置を用いるとともに、原位置を模擬した模型地盤への貫入試験などを通じて、調査手法のキャリブレーションを実施する。
初年度を通じて、原位置の堤体材料のエージング効果など、興味深い知見が得られており、これについてとりまとめ、学会発表などを通じて随時情報公開を進めていく。
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