2021 Fiscal Year Annual Research Report

既設老朽開水路の圧力パイプライン化による施設の長寿命化に関する研究

Research Project

Project/Area Number	20J21213
Research Institution	Kobe University
Principal Investigator	太田遥子神戸大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY)	2020-04-24 – 2023-03-31
Keywords	パイプライン / 開水路 / スラスト力 / 水平載荷実験
Outline of Annual Research Achievements	令和3年度は，前年度に引き続き，水路壁を設置した条件での埋設管の水平載荷実験を実施した．前年度と同様の実験土槽内に，外径114mmの模型管と，アルミ製の水路壁模型を設置し，相対密度80%の乾燥珪砂で埋め戻した．スラスト力を受ける埋設管路屈曲部の挙動を再現するために，一定速度で模型管を変位させ，模型管に作用する抵抗力等を計測した．令和2年度に実施した模型実験では，載荷中に模型管が軸方向に回転してしまい，正確な水平抵抗力が計測できていないことが課題となっていた．令和3年度は，模型管の載荷装置を改良し，再実験を実施した．具体的には，前年度では模型管の中央一点で載荷していたところを，二点で載荷するようにした．載荷方法の改良により，模型管を土槽壁に対して平行に変位させることができるようになった．実験条件が改善されたことで，実験結果に変化がみられた．今回の改良により，実験結果の妥当性が向上したと考えている．前年度の再実験の他に，実験ケースを追加し，水路壁と管の距離が抵抗力に与える影響について，より詳細な検討を行った．実験結果から，水路壁と管の距離が近いほど抵抗力は増加し，距離と抵抗力の関係はおおよそ線形を示すことがわかった．また，抵抗力の増加が期待できる水路壁と管の距離には限界値が存在することも明らかとなった．さらに，令和3年度は画像解析を実施し，管と水路壁周辺の地盤の挙動から，水路壁による抵抗力増加メカニズムについて考察を加えた．上記の実験に加え，管路を平行に2本埋設する，二条埋設時における管路屈曲部の水平変位挙動解明に向けた模型実験にも着手した．予備実験を実施し，次年度に実施予定の本実験に向け，課題を抽出した．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 令和3年度は，主に前年度に実施した模型実験の再実験となったものの，実験装置の改良により，より妥当な実験結果が得られたことは，今後研究成果をまとめ，発信する上で重要であった．また，実験ケースの追加と，画像解析の導入により，埋設管屈曲部の力学挙動に関して新たな知見が得られた．また二条埋設時の管路挙動に関する模型実験も開始することができた．現時点では予備実験の段階であり，目立った研究成果は得られていないものの，令和4年度には本実験を実施できる目途が立っている．以上のことから，おおむね順調に進展していると判断した．
Strategy for Future Research Activity	令和4年度は，前年度に引き続き，二条埋設に関する模型実験に取り組む．二条埋設時の管路屈曲部において，最も懸念される点は，管路間の地盤に緩みが生じることである．スラスト力を受ける管路が水平方向に移動する場合，管路間の地盤が緩み，管路に作用する抵抗力が減少する可能性がある．模型実験では，実験土槽内に模型管2本を平行に埋設し，スラスト力を模擬した一定荷重をそれぞれの管に負荷する．水平荷重の大きさを段階的に増加させ，載荷中の模型管の変位量や抵抗力を計測する．また実験中の地盤の様子をカメラで撮影し，実験後には画像解析により，管路および管路間の地盤の挙動について検討する．単独で埋設する場合と二条埋設の場合での結果を比較し，埋設管の水平変位挙動に対する，隣接管同士の相互作用について明らかにする．