2016 Fiscal Year Annual Research Report
地盤の浸透破壊におけるメカニズム解明・安定解析・無次元化と総合評価に関する研究
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24380131
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
田中 勉 神戸大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (20144602)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 一哉 神戸大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (00362765)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 浸透破壊 / パイピング / 矢板締切り地盤 / 限界水頭差 / 無次元化 / 三次元浸透破壊実験 / 小型二次元浸透破壊実験 / 大型一次元浸透破壊実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地盤の浸透破壊は、近年、農業用水利施設の改修・更新、土木工事の大規模化・大深度化に伴って新たな問題を引き起こし緊急に解決すべき課題となっている。本研究は、まず、流れの条件(一次元流、二次元流、二次元集中流、軸対称流、三次元流)を基本的視点として整理し、種々のケースについて実験を行い破壊メカニズムの解明を試みる。次に、実験成果に基づいて提案したPrismatic failureの考え方を用いて、種々の流れ条件の地盤について浸透破壊に対する安定性評価を行う。そして、地盤の浸透破壊に対する限界水頭差の無次元化と定式化について、理論的解釈と数値解析的実証並びにその妥当性を実験的に検証し、実地盤の事例解析結果を踏まえながら、浸透破壊問題について総合的評価を行う。
本年度は、まず、昨年に引き続き、種々の流れ条件(一次元流、二次元流、二次元集中流、軸対称流、三次元流)における一連の浸透破壊実験結果を整理し、研究代表者らが提案するPrismatic failureの考え方について妥当性の評価を行った。本年度は、PIV解析を用いて、「浸透破壊現象における土粒子挙動」を明らかにし、地盤工学会誌「土と基礎」に投稿するとともに、2016年9月にイギリス オックスフォード大学で開催されたICSE-8で研究発表を行った。また、限界水頭差の無次元化について、理論的解釈と数値解析的に実証を行い、二次元及びその1/2模型の小型二次元浸透破壊実験結果を用いて実験的に検証を行った。その成果を、2016年第51回地盤工学研究発表会(岡山市)、及び、さらに内容を充実し2017年6月にアメリカ サンフランシスコで開催予定の16th ISOPEに投稿した。
小型二次元浸透破壊問題においては、相対密度が50%の地盤について全ケースの実験を終了し、実験地盤の詳細解析を行った。2017年7月に名古屋市で開催予定の第52回地盤工学研究発表会で発表予定である。
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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
まず、三次元浸透破壊問題に関しては、解析及び実験結果について、国内及び国際学会に論文を投稿し、発表及び討論を行った。一連の実験ケースの詳細解析が終了し、冊子体として研究報告書を作成予定である。
次に、小型二次元浸透破壊問題に関しては、相対密度が50%の地盤（掘削なし及び掘削あり）について、全ケースの実験及び理論解析をほぼ終了し、Prismatic failure conceptの実験的な検証を行った。理論的・実験的に得られた成果を第52回地盤工学会(名古屋市)に論文投稿し口頭発表に向けて準備を行っているところである。さらに、新しい研究テーマ「相対密度の異なる地盤、礫(または粗粒砂)地盤、押えフィルターのある地盤、層状堆積地盤」について、浸透流及び浸透破壊安定解析を行うとともに、実験的検証を行っている。
また、大型一次元浸透破壊実験に関しては、「実験装置の試作と予備実験」、「地盤支持力の試験装置の試作と予備実験」を終え、現在、本実験の実施に向けて準備中である。
浸透破壊安全率算定に関する各種基準類に関する整理、分類、考察を終了し、理論的・実験的研究成果を踏まえて、「矢板締切り地盤における基準類算定式による浸透破壊安全率と上流側掘削残土の影響」と題して、農業農村工学会論文集に投稿し掲載が確定し最終調整を行っているところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、次のようなテーマについて、系統的に研究を実施してゆくことを計画している。「大型一次元浸透破壊実験と支持力試験の実施」、「種々の流れ条件におけるPrismatic failureの考え方の妥当性評価」、「小型二次元浸透破壊実験(オリジナルの二次元実験地盤の1/2模型実験)の実施」、「小型二次元集中流浸透破壊実験(オリジナルの二次元集中流実験地盤の1/2模型実験)の実施」、「異温度流体(温水と冷水)による地盤浸透破壊特性の解明」、「浸透破壊事例の浸透流解析及び浸透破壊安定解析」、「著者らが提案した浸透破壊理論(Original and Extended Prismatic failure concept)の検証」、「研究成果の総合的評価と公表」、「書籍（地盤浸透破壊－事例解析の教えるところ－）の執筆にむけての準備」
現在、小型二次元浸透破壊実験における各種課題「スケール効果と相対密度の効果、掘削あり及びなし地盤、押えフィルター、擬似異方透水性地盤、礫(または粗粒砂)地盤の浸透破壊」の理論解析と実験実施、大型一次元浸透破壊実験の実施、上昇浸透流のある地盤支持力試験の実施、実際のため池堤体材料を用いた小型二次元堤体パイピング破壊実験の実施に向けて作業を進めているところである。
さらに、浸透破壊理論の構築に向けて、三次元浸透破壊実験に関する報告書の作成、書籍「地盤浸透破壊－事例解析の教えるところ－」の執筆、限界水頭差の無次元化理論の構築と無次元化式の提案、各種基準類による限界水頭差の算定式に関する考察に向けて、鋭意、研究を進めているところである。
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| Causes of Carryover |
浸透破壊実験を実施している水利実験室について、耐震補強のための全面改修工事があり、実験装置の移転準備と戻ってからの実験装置の組み立て作業のために、平成27年7月1日～平成28年5月31日のほぼ1年間を要した。そのため、この間に予定していた実験の実施が不可能となった。平成28年度、そのうちの一部実験を実施したが、一部の実験ケースを残すこととなった。これに伴い2016年度に予定していた「相対密度の効果、礫(または粗粒砂)地盤の浸透破壊、擬似異方透水性地盤、押えフィルター」に関する実験を延期する必要が生じた。
次年度使用額が生じた理由は、平成29年度において、平成28年度の研究計画において予定していた上記内容の実験の実施、また、小型二次元集中流条件についてPIV解析を実施すべく新規に試作した実験装置の組立と基礎実験の実施にあたり、諸経費確保の必要性が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成29年度の研究において、「相対密度の効果、礫(または粗粒砂)地盤の浸透破壊、擬似異方透水性地盤、押えフィルター」に関する実験の実施、及び、「堤体盛土の浸透流による破壊実験(Progressive backward sloughing)、上昇浸透流のある地盤支持力試験、複列矢板地盤の浸透破壊におけるPIV解析」の実施を考えており、そのための新規装置の組立と基礎実験、及び、理論解析を予定している。次年度使用額を、これらを実施するための諸経費に充当の予定である。
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