| 研究課題/領域番号 |
23KK0076
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| 研究種目 |
国際共同研究加速基金(海外連携研究)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分22:土木工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
澤村 康生 京都大学, 工学研究科, 准教授 (20738223)
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| 研究分担者 |
鍬田 泰子 神戸大学, 工学研究科, 教授 (50379335)
小野 祐輔 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (00346082)
栗間 淳 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (50981859)
三好 貴子 京都大学, 工学研究科, 特定助教 (30982318)
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| 研究期間 (年度) |
2023-09-08 – 2026-03-31
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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 |
20,800千円 (直接経費: 16,000千円、間接経費: 4,800千円)
2025年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2024年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円)
2023年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
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| キーワード | 埋設管 / 地盤ばね / マイクロフォーカスX線CT / 個別要素法 / 遠心模型実験 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
地中に敷設された埋設管の耐震設計に用いられる応答変位法は，簡易で汎用性が高い半面，地盤の非線形性や体積変化，埋設管の変形などが考慮されていないという課題がある．そこで本研究では，Memorial University of Newfoundlandの大規模実験施設を用いて「地盤変位を受ける埋設管の挙動」に与える影響因子を整理し，地盤ばねの設定に資する知見の収集を行う．さらに，「埋設管と地盤の接触面の挙動」をCT画像の解析と個別要素法で，「埋設管ネットワーク全体の挙動」を遠心力載荷装置を用いた模型実験でそれぞれ検討し，微視的・中間的・巨視的視点からメカニズムベースの設計法を構築する．
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| 研究実績の概要 |
本研究では，埋設管と地盤の静的・動的相互作用について，1. 埋設管周辺地盤の挙動（微視的），2. 種々の地盤変位を受けた際の埋設管の挙動（中間的），3. 地すべり等の地盤変位による埋設管ネットワークの挙動（巨視的），を相互に関連させて現象の解明に取り組む．2023年度は以下の検討を実施した．
1. 埋設管周辺地盤の挙動（微視的）：京都大学所有のマイクロX線CT装置を用いて実施するものである．埋設管周辺地盤の土粒子の挙動を精緻に分析するために，最適な撮影条件（埋設管模型の材料，使用する土質材料，撮影距離）に関する事前検討を実施し，マイクロX線CT装置に搭載可能な引抜き試験装置の製作に着手した．
2. 種々の地盤変位を受けた際の埋設管の挙動（中間的）：土槽内の管路の水平載荷試験によって地盤反力を計測し，地盤反力の載荷幅依存性，変位量依存性，埋設深依存性について明らかにして，実権結果から定量的なモデルを構築した．また，埋設管に作用する地盤摩擦力については，同一実験土槽，同一埋設条件で静的載荷試験と動的繰り返し載荷実験を行い，これらの比較を行った．剛性の低い管路の場合，載荷方法と管路の収縮によって地盤摩擦力は変化することが明らかになった．
3. 地すべり等の地盤変位による埋設管ネットワークの挙動（巨視的）：京都大学防災研究所の遠心力載荷装置を用いて，広域な埋設管ネットワークを対象とした1/50スケールの模型実験を実施するものである．遠心場において，地盤に強制的に変位を発生させる機構を有する土槽の製作に着手した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では，カナダのニューファンドランド・ラブラドール州セント・ジョンズにあるMemorial University of Newfoundland（MUN）の大規模実験施設を用いて「地盤変位を受ける埋設管の挙動」に与える影響因子を整理し，地盤ばねの設定に資する知見の収集を行う．さらに，同実験では検討できない「埋設管と地盤の接触面の挙動」をCT画像の解析と個別要素法で，「埋設管ネットワーク全体の挙動」を遠心力載荷装置を用いた模型実験でそれぞれ検討し，微視的・中間的・巨視的視点からメカニズムベースの設計法を構築する．2023年度は，スケジュールの関係からMUNへの渡航はかなわなかったが，2024年度に実施する内容について海外共同研究者と打合せを重ねた．また，研究実績に記したように国内で種々の検討を実施して成果を得た．以上の点から，当初の計画通り概ね順調に研究を実施することが出来たと考える．
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| 今後の研究の推進方策 |
埋設管と地盤の静的・動的相互作用について，1. 埋設管周辺地盤の挙動（微視的），2. 種々の地盤変位を受けた際の埋設管の挙動（中間的），3. 地すべり等の地盤変位による埋設管ネットワークの挙動（巨視的），を相互に関連させて現象の解明に取り組む．
1. 埋設管周辺地盤の挙動（微視的）：剛性の異なる種々の埋設管模型を作製し，拘束圧一定条件において引抜き試験とCT撮影を行う．撮影したCT画像を用いた画像解析により，変位場とひずみ場を評価する．さらに，個別要素法を用いて再現解析を実施し，実験結果との相互補完と応力場の定量的評価を行う．
2. 種々の地盤変位を受けた際の埋設管の挙動（中間的）：MUN の大型埋設管実験施設において実物大の埋設管を用いた実験を行う．わが国で従来から使用されてきたダクタイル管と大規模更新により使用される見込みが高いポリエチレン管を用いて実物大の載荷試験を実施する．
3. 地すべり等の地盤変位による埋設管ネットワークの挙動（巨視的）：京都大学防災研究所の遠心力載荷装置を用いて，広域な埋設管ネットワークを対象とした1/50スケールの模型実験を実施する．埋設管にはひずみージを貼付して全体の変形を把握し，地盤の変位は高速度カメラで撮影した画像を粒子画像流速測定法（Particle Image Velocimetry：PIV）により分析する．
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