| 研究課題/領域番号 |
22K04321
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分22030:地盤工学関連
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| 研究機関 | 大阪産業大学 |
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研究代表者 |
木元 小百合 大阪産業大学, 工学部, 教授 (70362457)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 地中熱 / 数値解析 / 軟弱地盤 / 帯水層 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、地中熱ヒートポンプの利用方式のうち、特に大規模システムへの導入が期待される杭基礎方式（エネルギーパイル）と帯水層蓄熱利用方式の二つの方式について、熱-流体-力学挙動のメカニズムを明らかにするとともに、両方式の地盤環境への影響要因を検証して工学的課題を整理する。検討には、地盤と構造物、流体中の熱移動、流体の移動、土骨格の変形の連成挙動を取り扱うため、研究代表者が開発している不飽和土の熱-流体-力学連成解析手法を用いる。
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| 研究実績の概要 |
再生可能エネルギーの一つである地中熱は年中安定的に利用できるため、有効に利用すれば省エネに大きく貢献できる可能性がある。我が国で地中熱利用を促進するためには、都市の軟弱地盤に適した利用法を確立することが重要であるが、地盤工学的な観点からの研究は十分になされていない。本研究では、大規模施設での導入が期待される杭基礎形式と帯水層蓄熱方式について、流体-地盤-構造物系の熱力学挙動を数値解析により検討し、地盤工学的課題を抽出し整理することを目的とする。
二年目となる本年度は、初年度に引き続き大阪府内の地中熱利用候補地について抽出し、まず帯水層蓄熱方式について、利用時の地表面沈下量などの環境影響への評価を行った。候補地として、帯水層厚とその連続性によって八尾空港付近を選定した。当該地点のボーリングの詳細データは得られなかったため、Ac層、Dc層などの粘土層についてはJR大阪駅付近を対象とした解析時に用いた構成パラメータを使用した。３次元メッシュを用いて弾粘塑性構成式を用いた水ー土連成有限要素解析を行った。 揚水井と還水井の距離などを変化させて沈下量を比較したところ、揚水・還水間の距離を70m程度までとすると還水による沈下抑制効果が見られた。
杭基礎形式については、杭周辺の粘性土地盤の温度上昇による間隙水圧発生および圧密を考慮する必要がある。本年度は、３次元弾粘塑性解析コードに熱応力と間隙水圧上昇を導入し、簡単な３次元メッシュを用いて解析コードの検証を試みたが、計算時間増分をdt=1s程度に小さくしても数値的に不安定となり結果が得られなかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
帯水熱蓄熱利用方式については、新たに候補地を抽出して地盤変形挙動について考察した。
杭基礎方式については、水－土連成有限要素解析法に熱応力と温度上昇による間隙水圧増加を導入し、簡単な三次元モデルで解析コードの検証を行ったが、数値的に不安定であり結果が得られなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
杭基礎方式の再現解析のため、まず解析コードを確立する必要がある。時間増分やメッシュの見直し、積分方法の変更などについて検討する予定である。
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