2015 Fiscal Year Annual Research Report
凍土方式遮水壁における凍結融解を考慮した長期間安定管理技術の構築
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26289156
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| Research Institution | Setsunan University |
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Principal Investigator |
伊藤 譲 摂南大学, 理工学部, 教授 (30281752)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石川 達也 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60359479)
所 哲也 苫小牧工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (40610457)
大西 有三 関西大学, 工学部, 教授 (30026348)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 凍土 / 凍結融解土 / 凍上 / 透水係数 / 遮水壁 / 数値解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，凍土方式遮水壁の長期間の安定管理技術の構築を目指し，以下の３点を具体的な目的としている．（１）泥岩の凍上・凍結融解特性の把握：①凍結融解土の透水性，②凍土の透水性，（２）凍結融解を利用した目詰まり対策の検討，（３）凍土壁の成長と定常時の地下水流入の数値計算モデルの確立．平成27年度までの研究実績は以下のとおりである．
（１）－①：正規圧密土では，透水係数に及ぼす影響については，冷却温度と上載荷重のみであり，冷却速度や冷却温度などの凍結方法や給水条件等とは関係がないことが分かっていた．本研究では，過圧密粘性土を用いて凍結融解後の透水係数変化について実験的検討を行った．透水係数の評価では，熱流方向(IL面に対して直角)，熱流直交方向（IL面方向），さらに凍上変位が抑制された条件の3種類を想定した実験装置を用いて検討を行っている．その結果，凍結融解前後の透水係数変化について異方性が存在しないことが明らかとなった．
（１）－②：凍土は厳密な意味の遮水体ではない．同じ凍土においても温度によって透水係数が大きく異なる．そこで，ILの発生を抑止した条件下で凍土の透水係数を求める実験法を提案し，評価精度の高い装置で実験を行った．その結果，水の凝固点0℃に近い温度領域において，透水係数が大幅に増大するとの結果が得られている．
（２）：目詰まりの原因である鉄バクテリアを凍結融解により解消できると仮定した実験を準備中である．
（３）：凍土遮水壁は，一定の地下水流が存在すると閉合できない．凍土閉合の限界流速を求める理論式はすでに提案されているが，施工環境によっては，既存の理論式では扱えないケースも発生している．そこで，模型実験を実施し，浸透流・熱伝導連成解析との結果比較を行った．結果として，実験による限界流速と数値解析から求めた限界流速とが極めて良く一致し，モデルの妥当性が確認された．
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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
本研究は，「研究実績の概要」で示した３つの目的に対して，平成27年度まで全体的に60～70 %程度を達成している．目的別の達成状況を以下に示す．
（１）－①：熱流方向の透水係数について，(1)一次元・三軸凍結融解実験から透水係数の増加に冷却速度，温度勾配等の条件，つまりILの量は影響を与えていないことは明らかである．(2)荷重の影響を受けているが，凍土遮水壁が施工される深度程度の荷重条件では顕著でない．(3)凍上率（ILの量）に関係する条件と透水係数に関係性は見られない．(4)間隙比が同じでも凍結融解土は未凍結土よりも間隙比が大きい．また，熱流直交方向の透水係数については，(1)熱流方向の変位を拘束した場合には，ILの融解痕の影響が見られる．(2)熱流方向の変位を許した凍結融解においても同様の傾向が得られた．
（１）－②：実験結果から，次のことが明らかとなった．(1)計測結果より，改良された装置において凍土の透水係数を確実に測定できていることが分かった．(2)凍土の透水係数は，不凍水量と相関があり，温度依存性を有する． 以上，目的（１）－①と②では全体の70 %程度を達成した．
（２）：バクテリアの採取が遅れ，現在準備段階であり，達成度は10 %である．
（３）：凍土壁の成長時と定常状態における地下水流入の数値計算モデルの確立について，次のような進捗状態である．(1)模型実験の結果，凍土壁の造成に及ぼす地下水の限界流速は，実験結果，既存の理論式に基づく結果と浸透流・熱伝導解析による結果とほぼ一致する．以上，目的（３）は全体の70 %程度を達成した．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の今後の課題と推進方策を研究目的別に示す．
（１）－①：熱流直角方向（IL方向）と熱流方向（ILに対して直角），また変位拘束下における透水係数に関して，(1)追試験を実施する．(2)高い凍上性を有する土質に対する実験を加え，既往の実験結果と合わせて，凍結融解土の透水係数に関する知見を統合する．（１）－②：凍土の透水係数に関して，供試体内部の温度分布の検討を進め，さらに精度の高い凍土の透水特性を明らかにする．
（２）：揚水・注水井のフィルター材の目詰まりと一部の凍上性材料の類似性に注目した目詰まり解消実験を行う．
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Research Products
(7 results)
