軟弱地盤における地中熱利用時の地盤工学的課題に関する検討

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K04321
• Research Institution: Osaka Sangyo University
• Principal Investigator: 木元 小百合 大阪産業大学, 工学部, 教授 (70362457)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 地中熱 / 数値解析 / 軟弱地盤

Outline of Annual Research Achievements

再生可能エネルギーの一つである地中熱は年中安定的に利用できるため、有効に利用すれば省エネに大きく貢献できる可能性がある。我が国で地中熱利用を促進するためには、都市の軟弱地盤に適した利用法を確立することが重要であるが、地盤工学的な観点からの研究は十分になされていない。本研究では、大規模施設での導入が期待される杭基礎形式と帯水層蓄熱方式について、流体-地盤-構造物系の熱力学挙動を数値解析により検討し、地盤工学的課題を抽出し整理することを目的とする。
二年目となる本年度は、初年度に引き続き大阪府内の地中熱利用候補地について抽出し、まず帯水層蓄熱方式について、利用時の地表面沈下量などの環境影響への評価を行った。候補地として、帯水層厚とその連続性によって八尾空港付近を選定した。当該地点のボーリングの詳細データは得られなかったため、Ac層、Dc層などの粘土層についてはJR大阪駅付近を対象とした解析時に用いた構成パラメータを使用した。３次元メッシュを用いて弾粘塑性構成式を用いた水ー土連成有限要素解析を行った。　揚水井と還水井の距離などを変化させて沈下量を比較したところ、揚水・還水間の距離を70m程度までとすると還水による沈下抑制効果が見られた。
杭基礎形式については、杭周辺の粘性土地盤の温度上昇による間隙水圧発生および圧密を考慮する必要がある。本年度は、３次元弾粘塑性解析コードに熱応力と間隙水圧上昇を導入し、簡単な３次元メッシュを用いて解析コードの検証を試みたが、計算時間増分をdt=1s程度に小さくしても数値的に不安定となり結果が得られなかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

帯水熱蓄熱利用方式については、新たに候補地を抽出して地盤変形挙動について考察した。
杭基礎方式については、水－土連成有限要素解析法に熱応力と温度上昇による間隙水圧増加を導入し、簡単な三次元モデルで解析コードの検証を行ったが、数値的に不安定であり結果が得られなかった。

Strategy for Future Research Activity

杭基礎方式の再現解析のため、まず解析コードを確立する必要がある。時間増分やメッシュの見直し、積分方法の変更などについて検討する予定である。

Causes of Carryover

物品費および旅費の支出が予定よりも少なかった。次年度の物品費と旅費に充てる。