フロック構造を有する地盤の力学特性評価～大規模海底地すべり要因検討～

• 研究課題/領域番号: 24K07671
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分22030:地盤工学関連
• 研究機関: 西日本工業大学
• 研究代表者: 野田 翔兵 西日本工業大学, 工学部, 講師 (30749289)
• 研究期間 (年度): 2024-04-01 – 2027-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2026年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2025年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2024年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 海底地盤 / フロック / 圧密 / 海底地すべり

研究開始時の研究の概要

海底の地すべりは、陸上の地すべりと比較すると大規模なものが発生し、津波を誘発する可能性がある。海底地すべりの原因は海底地盤の堆積環境にあると考えられており、海底地盤の多くを占める泥質堆積物（海成粘土）は、フロックと呼ばれる凝集体として堆積している。フロックは見かけ上は砂粒子と同等のサイズであるが、間隙を多く含んでおり圧縮性が高いのが特徴である。しかし、海底地盤としてのフロックの力学的挙動はよくわかっていない。
本研究の目的は、申請者が開発した人工フロック圧密供試体を用いて、フロック構造の力学特性を実験的に明らかにし、大規模海底地すべりの要因を解明して海洋開発の発展に寄与することである。

研究実績の概要

本研究の目的は、申請者が開発した人工フロック圧密供試体を用いて、フロック構造を有する地盤の力学特性を実験的に明らかにし、大規模海底地すべりの要因を解明して海洋開発の発展に寄与することである。
本年度はフロックの圧縮性を評価することを目的とした圧密特性を把握するために圧密試験機の作製を実施した。既製品は購入できなかったため新たに機器を製作し、圧密試験が実施できることを確認した。また、圧縮性に影響を及ぼすと考えられているフロックの有効密度を調べるための沈降実験を数種の粘土を用いて実施した。予備実験で実施した方法と同一の手法にて実施した結果、粘土の種類によって有効密度と凝集剤濃度の関係性が異なっており、凝集のしやすさとフロックの有効密度には粘土の特性がかかわっていることを確認することができた。単一の鉱物にて計測はできていないため、どの鉱物による影響であるかは明確にはなっていない。これらが明確となれば河川から供給されるコロイド粒子の性質を調べることで海底地盤の特性を推定することができる可能性がある。
これまでの凝集剤では含まれる物質が明確ではないとの指摘を受けたため、別の凝集剤を用いた実験も試みている。陽イオンとポリマーを別々に添加することで濃度の調整も多様な方法をとることが可能となる。これまでは陽イオンとポリマーが混ざった状態の凝集剤であったため濃度を変更すると全ての凝集成分の量が変化してしまったが、今後は陽イオンの濃度を一定にし、ポリマーの濃度を変更させることで現実に近い状態での凝集を再現できると考えている。

現在までの達成度

3: やや遅れている

理由

圧密試験機を購入する予定であったが、既製品は購入できない高価格となっていたため、機能を絞った機器を製作する必要があり、その設計や試運転の実施が必要であった。現状では、製作した機器により試運転をおこない圧密試験が実施できることを確認している。

今後の研究の推進方策

新たに製作した機器を用いた圧密試験により圧密特性を調べ評価する。また、三軸圧縮試験により強度特性を調べ、圧密特性と合わせ、フロック性地盤の密度と強度の関係を明らかにする。上記、圧縮性に影響を及ぼすのは、申請者のこれまでの研究によりフロックのサイズが大きく関わっていると推察される。そこで、フロックサイズを変化させた圧密供試体を作製し、上記の実験を実施する。
これまでの実験により粘土の違いによりフロックの特性が変わることが分かったが、鉱物の特定には至っていないため、蛍光X線などを用いた鉱物の同定も実施したいと考えている。