| 研究概要 |
室内凍結融解試験および原位置試験から,低温環境におかれた飽水状態の岩質材料は0℃以下で凍結膨張し,変形挙動は間隙内の水分の凍結が大きく影響していることが従来の研究からわかっている。また地盤内の熱現象は,熱移動・間隙水の変化・変形挙動が複雑に連成したものであることから,地盤内の熱現象を解明するためには,これら各現象が連成する場の数値解析が必要となる。そこで,本研究では運動量保存則・質量保存則・エネルギー保存則を連成して解く熱移動・応力・浸透連成解析を実施するため,各保存則について支配方程式を誘導したのち有限要素法により定式化し,それに基づいた弾塑性解析コードを作成した。さらに,凍結下室内三軸圧縮試験結果から接線変形係数の応力依存性を取り込み,諸物性値の異なる岩質材料を用いて室内凍結融解試験を実施したところ,熱源付近に凍上現象による破壊が確認された。この弾塑性解析コードにより,室内凍結融解試験で確認された凍結膨張による破壊挙動を残留ひずみも含めて定性的・定量的に表現することができた。
この解析コードを斜面の劣化問題に適用すると共に地下空洞内に低温物質を貯蔵することを想定した解析を実施し、貯蔵物質の温度により空洞周辺の劣化領域が大きく異なることを定量的に示した。さらに、室内試験においては低温熱源付近の熱伝達係数を逆解析によって決定する手法を開発したことも成果の一つである。また、開発した手法のごく一部を変更することにより低温環境のみならず、高温環境に対しても適用可能であることを確認した。今後は時間に依存する現象を対象としてより簡便な解析手法を開発する予定である。
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