2021 Fiscal Year Research-status Report
宇宙線ミュー粒子を用いた農業用水路トンネルの補強の評価手法の確立
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20K06297
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Research Institution | Okayama University |
Principal Investigator |
柴田 俊文 岡山大学, 環境生命科学学域, 准教授 (30342546)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西村 伸一 岡山大学, 環境生命科学研究科, 教授 (30198501)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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Keywords | 農業用水路トンネル / 宇宙線ミュー粒子 / 多方向載荷試験 |
Outline of Annual Research Achievements |
本申請課題では,地盤や構造物を透過した宇宙線ミュー粒子を測定し,このデータを用いて農業用水路トンネルの地山の地質不良区間の密度を推定する.そして,数値解析と模型実験を併用してトンネルと地山の相互挙動を明らかにし,耐震補強工法を再現することで,その効果を検討することを目的とする. 宇宙線ミュー粒子の測定手法とその精度を確認するため,大型土槽(中に試料としてまさ土を充填)とモルタル塊を準備し,シンチレータと光電子増倍管で構成された検出装置とサーベイメータを用いた基礎実験を実施した.ここで,モルタル塊は土槽の実験で用いたまさ土と異なる密度に設定した.同時に,実験室内に設置してあるコンクリート塊や実験棟(建物),そして何も設置していない状態に対して,透過したミュー粒子を測定して結果を比較した. 次に,多方向載荷試験を行った.覆工にモルタル(高強度),地山にベントナイトを混入したモルタル(低強度)を用いた供試体を作製し,鉛直方向と水平方向に油圧シリンダーにより荷重を作用させ,供試体の変形状況を確認した.その際,覆工と地山の間に生じている背面空洞の条件を変化させて実験を実施し,その影響を確認した. 数値解析では,有限要素法を用いてモデルを作成した,並行して,ひび割れの再現などの点で精度の高い剛体バネモデル(RBSM)を用いて数値解析を行った.解析モデルでは地山とトンネル覆工,背面空洞を再現し,水平方向から荷重を作用させ,載荷板変位,内空変位,載荷荷重,モデル全体の変形状況,ひび割れ発生状況などについて実験結果と比較した.
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
宇宙線ミュー粒子の測定実験では,大型土槽にまさ土を充填し,土槽内を透過した粒子の数を測定した.実験の途中で,高い外気温により,シンチレータと光電子増倍管で構成される検出装置に故障が発生し,作業を中断した.その後修理を依頼したが,新型コロナウイルスの影響で業者の作業に遅延が生じ,実験計画を変更せざるを得ない状況になった.修理後には,0.6×0.6×1.0mの寸法で作製したモルタル塊を用い,透過した宇宙線ミュー粒子を長期間測定し,測定誤差の評価を行った.また,コンクリート塊や実験棟の建物などを透過した粒子の測定を行い,遮蔽物が何もない状態でも粒子を計測して,結果を比較している. 模型実験では,ベントナイトを混入した配合でモルタルを作製して地山を模擬し,トンネル覆工の背面空洞を3パターンに設定して,多方向載荷実験を行った.数値解析では有限要素法と並行して,剛体バネモデル(RBSM)による解析を行った.RBSMでは,載荷板変位,内空変位量,ひび割れの発生などの解析結果と実験値を比較し,有効性を確認している.数値解析では当初の計画通り研究が進行したが,模型実験については,新型コロナウイルスによる活動制限と型枠作製の不備や実験室排水口閉塞の修理等により,若干の遅延が生じることとなった.
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Strategy for Future Research Activity |
宇宙線ミュー粒子測定の基礎実験では,まさ土とモルタルを用いて粒子の測定を行い誤差の評価を行った.今後は,誤差評価の結果を踏まえて,実トンネルでの適用を試みる.トンネルは山形県米沢市にある農業用水路トンネルを対象とする.このトンネルは地質不良区間(破砕帯)を通っており,その場所では覆工に損傷(ひび割れ)が散見されるため,ロックボルトで補強が行われている.民間業者による地盤調査のデータもすでに得られていることから,実証実験の場所に選定した.課題として,長時間の測定が必要となるため,シンチレータ/光電子増倍管による検出装置の盗難防止方法の確立や,容量の大きいバッテリーの確保などがある.盗難防止方法としては,トンネル坑口の施錠と防犯カメラの設置を検討する.また,地質不良区間はトンネル坑口から約1kmの場所に位置していることから,外部から電源を確保するのが難しく,大型のバッテリーの確保を予定している. 模型実験では,荷重の条件を変更し,多方向載荷試験を行う.具体的には,実現象の荷重の条件に合わせるため,一方向の荷重を一定として実験を実施する.その際,内空変位や覆工のひずみを測定することで,地山とトンネルの覆工の相互作用を明確にする. 数値解析では,剛体バネモデル(RBSM)の精度向上を図り,同時にRBSMを用いた逆解析の適用を試みる.逆解析の入力値には,模型実験で得られたデータ(荷重,載荷板変位,内空変位)を使用する.
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Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの影響で,宇宙線ミュー粒子の検出装置の修理に遅延が生じ,研究計画がを見直すこととなった.また,出張の大幅な減少に伴い旅費等が未使用になり,計画よりも使用額が大幅に少なくなることとなった.
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Research Products
(1 results)