多孔質体内の流れの微視的構造を解明するための軟x線の利用技術の開発

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04555123
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 藤田 睦博 北海道大学, 工学部, 教授 (80001139)
• 研究分担者: 中尾 隆志 北見工業大学, 工学部, 助教授 (60101523) ; 清水 康行 北海道大学, 工学部, 助教授 (20261331) ; 藤間 聡 室蘭工業大学, 工学部・建設システム工学科, 助教授 (00002915)
• キーワード: 不飽和浸透流 / 空隙モデル / 土粒子モデル / 粒径分布 / リング水 / 岩盤亀裂 / 岩盤浸透粒 / 溶質分散

研究概要

(1)土粒子間の空隙の確率論的モデル
本邦の山岳地のように植生に覆われ空隙に富む表層土壌の発達している産地の降雨流出現象は、不飽和浸透流理論によって説明される。一方、不飽和浸透流理論を実流域の解析に応用しようとすると、吸引圧〜体積含水率の関係式が必要になる。実際には、現地から土壌を採取して室内実験によりこの関係式を得ている。土壌を採取するときに、現地の土壌組織を破壊しているので、得られた関係式だけでは土壌の真の特性を評価できない。理論的に吸引圧〜体積含水率を求める方法について検討した。モデルの単純化と実験を容易にするために球形土粒子モデルを想定した。粒径分布と空隙率既知との条件下で粒子間の空隙量の確率分布を誘導した。一方、球形粒子間のリング水については、昨年度に解析が終了しているので、両者より吸引圧〜体積含水率の関係式を理論的に誘導することが可能になった。
(2)岩盤亀裂系のモデル化と岩盤内溶質分散解析
岩盤亀裂系における流体流動や溶質分散に関する研究は、近年の産業・放射性廃棄物の地中処分計画に伴い活発に行われている。現在、流動解析に用いられる亀裂岩盤モデルは、亀裂の密度が十分であれば、岩盤を等価な多孔媒体に置換できるという考えに基づき極めて単純化、理想化された物が多い。しかし、岩盤浸透流は亀裂系の幾何的特性に強く支配されるため、亀裂構造を一様とみなして流動解析を行うことは妥当性に欠ける。本研究では、最初にスキャンライン測量に基づき亀裂長及び亀裂間隔等の分布特性を確率的に把握し、その確率密度関数を用いて実岩盤の亀裂性状を十分に反映できるモデル化を開発した。次に、構築された亀裂岩盤をモデルにおいてガラーキン有限要素法を用いて所与の水理条件下で水頭分布と流速分布を算定し、岩盤の浸水性について検討を加えた。さらにラグランジェ的な濃度粒子追跡法により溶質分散に及ぼす亀裂分布特性を明らかにし、現在多用される分散方程式は亀裂岩盤内の溶質濃度予測には適用できないことを指摘した。

研究成果

• [文献書誌] 中尾隆志、藤田睦博: "等球粒子モデルを用いた不飽和浸透流の微視的解析" 土木学会北海道支部論文報告集. 第48号. 569-574 (1992)
• [文献書誌] 中尾隆志、藤田睦博: "等球粒子モデル法によるリング水の保水効果に関する研究" 土木学会第47回年次学術講演会概要集II. 564-565 (1992)
• [文献書誌] 中尾隆志、藤田睦博: "重力を考慮したリング水の保水効果" 土木学会北海道支部論文報告集. 第49号. 615-618 (1993)
• [文献書誌] Takashi Nakao and Mutsuhiro Fujita: "Geostatistical Consideration on the Water Retention Volume and Pore Volume in Unsaturated Gtanular Material" Composed of Various Particles,Proceedings Stochastic and Statistical Methods in Hydrology and Environmental Engineering. Vol.3. 332-333 (1993)
• [文献書誌] 西村貴之、藤田睦博、工藤睦信: "球形土粒子の空隙の確率構造と体積含水率〜サクションの関係" 水文・水資源学会1993年研究発表会要旨集. 16-17 (1993)
• [文献書誌] 中尾隆志、藤田睦博: "土粒子の充填構造に関する解析" 水文・水資源学会1993年研究発表会要旨集. 228-229 (1993)
• [文献書誌] 中尾隆志、藤田睦博: "等球形モデルを用いた土壌水分特性の算定" 第48回土木学会年次学術講演会概要集II. 264-265 (1993)
• [文献書誌] 藤田睦博、中尾隆志、西村貴之: "球形土粒子の空隙分布の解析" 土木学会北海道支部論文報告集. 第49号. 615-618 (1993)
• [文献書誌] T.Nakao,M.Fiujita,M.Kudo and T.Nishimura: "Retained Water in Soil Based on Probabilistic Pore Structure" International Congress on Modelling and Simulation Proceedings. VOL.3. 937-942 (1993)
• [文献書誌] 中尾隆志、藤田睦博: "土壌水分特性曲線に及ぼす土壌構造の影響" 土木学会北海道支部論文報告集. 第50号. 400-403 (1994)
• [文献書誌] 藤田睦博、中尾隆志、西村貴之: "軟X線を用いた球形粒子の空隙構造の解析" 土木学会北海道支部論文報告集. 第50号. 396-399 (1994)
• [文献書誌] T.Nakao and M.Fujita: "Geostastical Consideration on the Water Retention Volume and Pore Volume in Unsaturated Granular Material Composed of Various Particles" Stochastic and Statistical Methods in Hydrology and Environmental Engineering. VOL.2. 139-149 (1994)
• [文献書誌] 藤田睦博、中尾隆志、西村貴之: "軟X線を用いた土粒子構造に関する基礎的研究" 土木学会第49回年次学術講演会講演概要集第2部. 18-19 (1994)
• [文献書誌] 中尾隆志、藤田睦博: "等球径土粒子の空隙分布の確率論的解析" 土木学会北海道支部論文報告集. 第51号. 6-9 (1995)
• [文献書誌] 西村貴之、藤田睦博、中尾隆志: "軟X線を用いた空隙分布の解析" 土木学会北海道支部論文報告集. 第51号. 10-13 (1995)