2022 Fiscal Year Research-status Report
盛土内「宙水」の形成要因の特定と宙水が盛土安定性に与える影響の解明
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22K04311
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
片岡 沙都紀 神戸大学, 工学研究科, 助教 (50552080)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 宙水 / 透水係数 / 締固め / 含水比 / 実大盛土試験 / 原位置調査 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、盛土内に発生する「宙水」に関して、宙水形成要因を特定し、宙水による盛土安定性への影響を、盛土での現場調査、各種土質試験、および模型盛土による加振試験等を実施することで解明することを目的とする。令和4年度は、盛土材の締固め度や含水比と透水係数の関係について室内実験にて検討し、宙水形成要因の特定を行った。また、不連続面を有する小型模型盛土を作製し、降水を想定した一定量の水を天端より給水して盛土内の水分状況について把握した。さらに、宙水形成を考慮した盛土を実大レベルで施工し、現地調査にて宙水発生要因を検証した。以下１～３より、施工時における宙水対策として盛土の締固め管理に加え、降雨などの施工時の天候にも留意し、降雨後は表層の高飽和部分を極力削り取って盛り上げていくことで盛土内の飽和度分布を極力均一とする、などといった施工上重要な知見を得たものと考えている。
１．透水試験において、同一の締固め度を有していても、供試体作製時の初期含水比（飽和度）が変化すると透水係数に大きな差を生じることを確認した。これより、盛土施工時の降雨条件によっては、施工時の盛土の含水比に不均一性を生じ、盛土内部の透水性の不均一を招くことが示唆された。
２．透水係数の異なる小型模型盛土を作製し、天端より降雨を行った結果、透水係数の異なる境界面において帯水層が確認できたこと、局所的に内部の間隙水圧が上昇することといった各種現象を確認した。また、高含水比状態は一定時間継続していることから、この一連のプロセスが盛土内における宙水の発生に繋がることを確認した。
３．初期含水比を変化させ、透水係数の不連続面を有した実大試験盛土を施工した。施工後、盛土内の水分状況把握や定期的な水位観測、挿入型RI密度水分計などの原位置試験結果から、想定していた不連続面の境界面に局所的な帯水層が認められ、これが宙水であることを確認した。
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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
令和4年度は当初計画通り、主に室内試験による宙水形成要因の特定や実大盛土を用いた現場検証などを実施した。以下の知見を得ている。
１）宙水形成要因特定のための各種実験として、実際に宙水が発生していた盛土試料を用いて、材料の面から宙水形成のしやすさについて、室内透水試験を中心に検討を行った。その結果、締固めの違いによる透水係数の差異に加え、同一の締固め度を有していても、供試体作製時の初期含水比（飽和度）が変化すると透水係数に大きな差を生じることを確認した。また、透水試験と同様の締固め、含水比状態で作製した供試体を用いて一面せん断試験を実施したところ、わずかではあるが含水比の増加に伴い粘着力が低下したことを確認しており、この差が盛土強度に影響を与える可能性が示唆された。
２）宙水形成を考慮した試験盛土の施工および各種計測において、透水試験結果をもとに異なる透水係数を有する盛土を模型レベルで作製し、天端より降雨を行った結果、透水係数の異なる境界面において帯水層が確認できたこと、帯水層形成時には局所的に内部の間隙水圧が上昇することといった結果を得た。また屋外ヤードにて実大レベルでの盛土を施工し、盛土内の水分状況把握や定期的な水位観測、挿入型RI密度水分計などの原位置試験結果から、想定していた不連続面の境界面に局所的な帯水層が認められ、これが宙水であることを確認した。
今年度の研究成果から、盛土内の宙水を未然に防ぐためには、施工時の盛土の締固め管理に加え、降雨などの施工時の天候にも留意し、降雨後は表層の高飽和部分を極力削り取って盛り上げていくことで盛土内の飽和度分布を極力均一とする、などといった施工上重要な知見を得た。したがって、現在までの進捗状況がおおむね順調に進展しているものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度の研究成果より、盛土施工時における宙水防止策として、施工時の盛土の締固め管理に加え、降雨などの施工時の天候にも留意し、降雨後は表層の高飽和部分を極力削り取って盛り上げていくことで盛土内の飽和度分布を極力均一とする、などといった施工上重要な知見を得た。
これら成果を受け、令和5年度では、前年度に施工した実大盛土での各種計測を継続し、梅雨期など比較的降雨が多い時期にて電気探査などを用いた盛土内浸透の状況をより詳細に検証していくことで、盛土内における飽和域の二次元分布を確認する。また、各種原位置調査により特定できた宙水に対しては、水平パイプ打設により盛土内からの排水を促すといった排水対策工についても検証を進めていきたいと考えている。
振動台試験装置を用いて模型盛土の加振試験を実施し、盛土内における宙水の有無に伴う盛土の耐震性評価を行う。また、盛土の安定性検討に関しては、当該模型振動台試験で得られたデータや材料の土質パラメータをもとに極限つり合い解析を行い、宙水の有無や宙水領域の規模によって、盛土全体の安全率にどの程度影響を与えるのかを検証する。
なお、模型盛土の加振試験に関しては、今年度実施した模型盛土による盛土内浸透の状況を十分に考慮したうえで、実現象として発生している盛土崩壊と宙水との因果関係について検証できるような模型形態となるように注意して実験を行っていく。
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