2021 Fiscal Year Research-status Report

広域水分ポテンシャル下における表層の力学挙動の評価法構築と遺構の水分制御への応用

Research Project

Project/Area Number	21K14240
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	澤田茉伊京都大学, 工学研究科, 助教 (50781077)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	不飽和土 / 低拘束圧 / 引張試験 / 室内試験 / 水分熱同時移動 / 蒸発 / 高ポテンシャル / 文化財の保存と活用
Outline of Annual Research Achievements	表層は浸透・蒸発に伴い激しく水分ポテンシャルが変化し，これと連動した土粒子間力の変化により，変形が生じる。表層の崩壊，侵食を防止し，また地表が文化的価値を有する遺構を保全する上で表層の力学の理解は不可欠である。しかし，低拘束圧下（土被り1m，20kPa以下），特に不飽和で考慮が必要な引張領域の試験は難しく，評価手法が確立されていない。本研究は，引張～低圧縮領域に特化した試験法の構築により，締固め土の低圧下の力学特性を解明し，表層の乾湿に伴う変形評価を可能にすることを目的とする。そして，本評価手法の実践として，乾湿による損傷が著しい地盤遺構の水分制御に応用する。低拘束圧・広域ポテンシャル下の土質力学の構築を志す研究に位置づけられ，既存の不飽和力学の適用外であった表層の多様な問題へのアプローチを可能にする。具体的には，（研究１）低圧試験法の構築と乾燥過程・再湿潤時の力学特性の評価，（研究２）表層の変形解析法の開発と検証，（研究３）表層の力学評価に基づく遺構の水分制御方法の提案，に取り組む。初年度にあたるR3年度においては，研究１については，既存の中空ねじり試験装置を用いて，提案法で引張破壊が再現できることを確認した。また，研究２の開発項目である地盤表層の浸透・蒸発過程を再現する解析手法の開発に重点的に取り組んだ。水分と熱の同時移動を考慮した一次元の解析プログラムを構築し，土柱の蒸発実験と比較をして妥当性を検証した。研究３については，地盤と空気の界面での遮水現象に着目し，降雨実験と再現解析を実施した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 研究１については，研究代表者の所属機関の異動を考慮して，試験装置の改造を控えたため，やや遅れている。研究２については，地盤表層の蒸発過程の水分・熱移動を解析するツールを開発し，定性的な妥当性を確認したため，概ね初年度の目標を達成したと考える。研究３については，現状では一種類の土試料での実験と解析の成果であるが，期待した成果が得られた。
Strategy for Future Research Activity	研究１については，新しい所属機関において，試験装置のセットアップに着手し，試験データの早期の取得を目指す。研究２については，実験と解析の定量的な一致を目標に，追加の実験を行う。また，解析は，先行研究に倣って一次元解析の結果と土柱実験の結果を比較して検証を試みたが，実験では側面の断熱を完全にすることは不可能である点が，解析との乖離の一因と考えられるため，解析の三次元化に着手する。研究３については，これまでに確認をした地盤と空気層の界面の遮水現象の普遍性を確認するため，他の土試料で追加の降雨実験と解析を行う。
Causes of Carryover	本研究課題の研究３に関わる民間の助成金を獲得したため，予定よりも支出が少なくなり，次年度使用額が発生した。