2023 Fiscal Year Annual Research Report
Study on Elemental Technologies for the Development of Small Hand-Guided Sludge Removal Machine
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22H01733
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高橋 弘 東北大学, 環境科学研究科, 特任教授 (90188045)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
里見 知昭 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (80588020)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 液性指数 / ブレード / ベーン / 軟弱泥土 / ハンドガイド式泥土除去機械 / 平均掘削抵抗力 / 平均トルク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
豪雨災害現場で発生する軟弱泥土は，復旧を妨げる厄介物でしかない．一般にスコップ等を用いて除去作業が行われているが，この方法は効率が悪く，かつ高齢者には肉体的負担が大きい．そこで，本研究では小型ハンドガイド式泥土除去機械を開発するための主要な要素技術について検討することを目的とした．
令和4年度は泥土の可搬性をモルタルフロー試験で評価し，可搬性を担保できる必要最小限の水溶性ポリマーの添加量について検討した．試験の結果，必要なポリマー添加量は泥土の液性指数により決定されることを見出した．そこで，令和5年度は，ハンドガイド式機械の泥土回収部分を構成するブレードとベーンに作用する抵抗力から泥土の液性指数を推定することを目的とした．初めにブレードをベーンを用いて泥土を効率良く回収できる機構を設計・作成した．その後，泥土性状を様々に変化させて泥土回収実験を行い，ブレードに作用する掘削抵抗力およびベーンに作用するトルクを計測した．その結果，ブレードに作用する掘削抵抗力およびベーンに作用するトルクは，飽和度の増加とともに減少することが確認された．さらに掘削抵抗力およびトルクから抽出した力覚パラメータ(平均掘削抵抗力，平均トルク，FFTによる振幅スペクトル，トルクの増減範囲)は飽和度に応じて変化することが確認され，力覚パラメータから液性指数を推定できる可能性が示唆された．そこで，力覚パラメータを用いて，液性指数を求める推定式を導出した．その結果，誤差15％の範囲内で液性指数を推定することが可能となった．
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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
ハンドガイド式機械泥土処理機械の開発では，「軟弱泥土の土質および含水比を推定する技術」および「推定した土質および含水比から軟弱泥土をハンドリング性の良い土砂に改質する技術」の2つの要素技術を開発する必要がある．対象となる軟弱泥土は様々であるため，被災現場を訪問し，土砂サンプリングを行うとともに，幅広い性状の泥土を体系的に模擬することができ，これらの泥土を実験に供することができている．また実験を通して，泥土の流動性を抑え，可搬性を担保するための必要最小限の水溶性ポリマーの添加量を定量的に把握することができており，この添加量は液性指数により決定されることを見出している．さらに，ブレードとベーンを用いてハンドガイド式泥土処理装置模型を作成し，ブレードとベーンに作用する掘削抵抗力およびトルクから液性指数を推定する手法についても検討している．
以上のことから，本研究はおおむね順調に進展していると判断している．
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| Strategy for Future Research Activity |
被災地の軟弱泥土は，復旧を妨げる厄介物でしかないため，即時除去が望まれる．小型のハンドガイド式泥土処理機械を開発するにあたり，泥土の可搬性を向上させるために必要な水溶性ポリマーの添加量については概ね把握することができた．さらにポリマーの添加量は液性指数により決定されることを見出し，ブレードおよびベーンに作用する平均掘削抵抗力および平均トルクから液性指数を推定する推定式も導出した．
ところで，上述したように，被災地の軟弱泥土は復旧を妨げる厄介物でしかないため，即時除去が望まれるが，被災地の復旧には大量の地盤材料を必要とすることも事実である．そこで，流動性を失い回収された軟弱泥土を復旧資材として有効活用できれば，被災地の迅速な復旧に貢献できる．そこで，最終年度は回収した軟弱泥土を復旧資材として活用するための地盤工学的検討を実施する．
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