2019 Fiscal Year Research-status Report
Ｘ線ＣＴ装置を用いた三次元土壌水分量計測手法の開発と応用
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19K04626
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
麓 隆行 近畿大学, 理工学部, 教授 (30315981)
河井 克之 近畿大学, 理工学部, 教授 (30304132)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | X線CT装置 / 三次元画像相関法 / 土壌凍結 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
X線コンピュータートモグラフィー装置（以下，X線CT装置）を用い，土壌凍結による凍上過程における土壌の移動量の時間変化の計測を試み，その妥当性を検証することを目的として実験を実施し，以下のような成果を得た．
円筒型のアクリル製カラム内に飽和させた珪砂5号を詰め，上端をラップで密封し側面を断熱材で覆う．次に，X線CT装置を用いてカラム内の土壌の再構成画像の撮影を行い，カラムを冷凍庫内に約24時間設置し，土壌を凍結させ，再構成画像の撮影を行った．その後，自然解凍により土壌を融解させて再構成画像を撮影した．三次元画像相関法（Digital Volume Correlation，DVC）により土壌の凍結前，凍結後，融解後の再構成画像を比較し，土壌内部の体積ひずみの3次元分布を求めた．また凍結に伴う土壌の温度の変化調べるために，別途飽和した珪砂5号の土壌カラムを作成した．カラム内には所定の位置にT型熱電対が挿入されており，土壌を上述の方法で凍結させて，その間の温度の変化を1分毎に計測した．
その結果，凍結後と融解後の土壌内部の体積ひずみの鉛直および平面分布が得られ，凍結・融解に伴う膨張および収縮が確認できた．また土壌の中央よりやや上方で膨張が大きい領域が観られたが，この発生の原因は土壌の温度の変化，すなわち凍結の発生過程によるものと推察された．
さらにこれらの結果を踏まえて，今後の研究を進めるために，X線CT装置内で土壌の冷却と再構成画像の撮影が可能な土壌冷却装置を設計した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
X線コンピュータートモグラフィー装置を用いた土壌凍結による凍上過程における土壌の移動量の時間変化の計測を試みについては，基本的な実験を行い，凍結に伴う土壌の体積ひずみの3次元分布を計測することが可能であることを示すことができた．また，今後の研究の進めるためにX線CT装置内で土壌の冷却と再構成画像の撮影が可能な土壌冷却装置も設計した．
これらは，2年目以降に実施予定であった研究内容に関わるものであり，初年度に実施予定であった，「X線CT装置を用いて体積含水率が異なる豊浦珪砂のCT値の頻度分布を求め，CT値の頻度分布形状を示す特性，すなわち最頻値，最頻値の頻度，および標準偏差を求める」という計画については，十分な成果がまだ得られておらず，進捗状況はやや不十分である．
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| Strategy for Future Research Activity |
すでに設計が完了した土壌冷却装置を製作し，2年目以降に実施予定であった凍上による移動量の解析結果と計測結果の比較・検討を通じた計測手法の妥当性の検証を進める．
また初年度および2年目に実施予定であった体積含水率とCT値頻度分布の最頻値，最頻値の頻度，および標準偏差の同定，室内実験による水分計測への適用を実施する．
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| Causes of Carryover |
X線CT装置内部での土壌試料の凍結を可能とすることを目的とし，試料周辺に装着する冷却器の設計と性能評価を進めるために，土壌冷却装置の設計・購入を進めたが，設計の際に詳細な仕様を決定するために予想したよりも日数を要し，その購入が遅れた．なお次年度使用額の大部分は，この土壌冷却装置の購入に使用する．
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