2021 Fiscal Year Annual Research Report
粗粒材の長期劣化を考慮した新たな交通施設の維持管理方法：経験知から科学知の保守へ
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19H02234
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
早野 公敏 横浜国立大学, 大学院都市イノベーション研究院, 教授 (40302632)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石川 達也 北海道大学, 工学研究院, 教授 (60359479)
桃谷 尚嗣 公益財団法人鉄道総合技術研究所, 軌道技術研究部, 上席研究員GL (60425973)
中村 貴久 公益財団法人鉄道総合技術研究所, 軌道技術研究部, 主任研究員 (80425975)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 交通地盤構造物 / 軌道 / 舗装 / 道床材 / 路盤材 / 破砕・細粒化 / 維持管理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鉄道・道路施設では道床材，路盤材として砕石を主体とする粗粒材を広く使用している．これまでの研究で敷設後20年以上のバラスト軌道，供用30年以上のアスファルト舗装において交通荷重の繰返しによる破砕・細粒化が生じている．細粒化が進行すると雨水浸透に伴う沈下が頻発しさらには脱線や陥没のリスクが高まる．近年では降雨特徴の変化により突発的に変状が生じるケースが増加し，これらの予防や維持管理コストの最小化のためには道床・路盤材の交換や改良のタイミングの適切な判断が重要となる．また，災害後の早期復旧に破砕・細粒化が生じた道床・路盤材の再利用を求める場合もある．しかし現状では細粒化後の供用性予測の不確実性は高く，降雨後に沈下が頻発する現象や災害発生などに基づいて事後に経験的に判断することが多い．
そこで2021年度は，道床材・路盤材を用いた各種室内材料試験および模型試験を継続して実施し，破砕・細粒化が道床材・路盤材の物性および挙動に及ぼす影響についてデータを集積するとともに，いままでに得られた試験データを活用して，道床材・路盤材が経年劣化した軌道・舗装の変形・沈下量などを予測可能な解析ツールの開発に着手した．下負荷面モデルに基づく解析ツールを破砕・細粒化の影響を考慮できるように高度化するとともに，室内試験結果などを用いて高度化したモデルのパラメータの同定を行った．さらに従来の改良が困難なケースに対して適用可能な新しい改良方法について室内試験を詳細に実施し，改良前後の沈下挙動や浸透特性の比較検討から改良効果を定量的に把握することを行った．模型試験では道床材・路盤材の交換や改良深度の影響も明らかにした．
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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
2021年度は本研究の3年目であり，経年劣化が道床材・路盤材の締固め特性や繰返し変形特性などに及ぼす影響について調査を継続するとともに，いままでに得られた試験データを活用して，道床材・路盤材が経年劣化した軌道・舗装の変形・沈下量などを予測可能な解析ツールの開発に着手した．具体的には，室内要素試験および室内模型実験を主として実施し，経年劣化が道床材・路盤材の締固め特性，浸透特性，繰返し変形特性，支持力特性に及ぼす影響を調査した．また下負荷面モデルに基づく解析ツールを破砕・細粒化の影響を考慮できるように高度化するとともに，室内試験結果などを用いて高度化したモデルのパラメータの同定を行った．さらに従来の改良が困難なケースに対して適用可能な新しい改良方法について室内試験を詳細に実施し，改良前後の沈下挙動や浸透特性の比較検討から改良効果を定量的に把握することを行った．模型試験では道床材・路盤材の交換や改良深度の影響も明らかにした．
以上のように，道床材・路盤材を対象に研究データを蓄積するために必要な各種試験を実施できたこと，また各試験結果をもとに道床材・路盤材が経年劣化した軌道・舗装の変形・沈下量などを予測可能な解析ツールの開発に着手できたこと，さらに新しい改良方法の開発が進んだたことから，おおむね順調に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は本研究の最終年度であり，いままでに実施してきた室内材料試験や模型試験結果をもとに，繰返し載荷回数～残留ひずみの標準化関係の補正に着目して軌道・舗装の寿命予測手法の確立を行う．また提案手法を用いて降雨特徴の変化を考慮した約50年の維持管理期間を想定したLCC解析を行い，実務へのフィードバックを試みる．また沈下特性を予測するなかで，破砕・細粒化した道床・路盤材に対する新しい改良方法を提示する．最終的に，破砕・細粒化した道床・路盤材の雨水浸透に伴う沈下特性を解明し，交換や改良の適切なタイミング・効果を科学的に評価できる新たな維持管理体系を検討する．
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