2014 Fiscal Year Research-status Report
土の毛管圧によるサイフォン効果を利用したソイルポンプの開発
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25630204
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
杉井 俊夫 中部大学, 工学部, 教授 (90196709)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 毛管上昇高 / サクション / キャピラリーバリア / 不飽和浸透特性 / ドレーン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2年目においては、サクションポンプ形状について次の２つの点から検討を行ってきた。
第1点は、毛管上昇高による制限を低くするために、パイプを傾斜させた場合と鉛直に設置した場合の違いについて比較した。初めは垂直に立てた方が毛管上昇高は高くなるが最終的にはほぼ変わらない数値が得られた。管内を進む速度は両者でほぼ差異はなく、管を斜めにすることで湿潤距離が延びたため上昇速度に差が現れたが、毛管水が上昇するにつれ、上昇速度は落ちていくため最終的にほぼ変わらない結果になった。このことから管を斜めにすることで排水性を損なうことがないことが確認された。本ポンプによる排水では毛管上昇高が高くなるにつれ含水比が低くなり、排水効率が下がることが懸念されている。効率よく排水をするためには、吸水側の高さが毛管上昇高より低めのポンプ形状をとる必要があり、吸水部のポンプを傾斜させることによる吸水効率は低下しない結果を得たことから、堤防の低い位置（側面）から施工でき、結果毛管上昇高を上げずに排水できることが期待された。
第2点はパイプ排水口に発生するキャピラリーバリア発生対策である。キャピラリーバリアとは、不飽和土の浸透特性の特徴で、吸引圧高い粒径の細かい試料から吸引圧の低い粒径の粗い試料への浸透を抑制する現象のことである。排水口は大気に解放するために、キャピラリーバリア発生により、排水低下をまねく。そこで排水口の形状を45°として大気に触れる面積を傾斜させる構造とした。ポンプの排水口と吸水口の高低差、毛管上昇高、間隙比などの条件を揃え、同じ環境下で同時に排水量を測定し、その排水性の違いを検証した。その結果、傾斜した排水口の排水量が約14％上昇し、排水口下部での砂の体積が小さくなることにより、飽和域が集中しやすく大気との交換がスムーズとなりキャピラリーバリアの発生を抑制していることが分かった。
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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
パイプの全体の形状や排水口形状の工夫などがポンプとしての効率を示す時間排水量を高めることが実験により明らかとなり、概ね進展していると判断できる。
本実験では排水時間が遅いため、計測時間が長くかかることや、毎回、初期含水比や初期密度を一定とすることが難しいため、やや実験に時間が費やされている。しかし、明らかにしていきたい点については遂行できており、成果として研究報告もできている。
一番の課題は、毛管上昇高は土試料（材料）によって決定されてしまうため高さに限定されてしまう点である。また、吸水側は高い毛管上昇高を、排水側については高透水性が必要とされる。両材料を結合させることによりキャピラリーバリアが発生するために、両者のバランスからポンプの材料特性が限定されてしまう。材料によりサクションポンプの揚程が制限されてしまう課題となっている。こうした点を踏まえ、特に毛管上昇高の課題を最終年度に解決する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、第一の課題である毛管上昇高の増加を目指すこと、また第二に、サクションポンプの間隔などの設定について検討を行う予定である。前者については、材料には限界があることからサクションポンプ自体を覆うパイプの加工を予定している。毛管上昇高は材料の細孔径の大きさによって決まり、吸引圧は連続するため、粒径を変化させていっても最も小さい細孔径の試料によって決まる。すなわち、サクションを一度キャンセルさせる必要があり、そうした構造をパイプ壁で作成しようとするものである。
後者については、平常時に溜まった水をゆっくりでも排水させることを期待しているが、地域によっては滞水する量が多い場合などが考えられ、サクションポンプをどの間隔で設置することが適切であるか、3次元数値実験により検証を行う。
最終年度は、模型実験および数値実験により２つの課題を解決し、実用に向けて結果のまとめを行う予定である。
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