変形海氷による海底地盤掘削を考慮した埋設構造物の設計法に関する研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15360259
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 佐伯 浩 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30001209)
• 研究分担者: 渡部 靖憲 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20292055)
• キーワード: 変形氷 / 海氷 / 掘削 / 地盤内応力 / 海底構造物 / 固結層 / 非固結層 / sub-scour deformation

研究概要

本年度は、変形海氷による海底掘削深推定手法の構築や埋設構造物の安全性評価に資する必要な要素実験と基礎理論の構築を試みた。
氷の掘削過程について、理論的に記述困難な部分に知的情報処理を適用し実験データの情報を合理的に利用できる汎用的手法を開発し、その妥当性を示した。また、ルーズなice blockで構成されている場合の変形氷(非固結層)が掘削状態にある場合、氷の破壊を考慮できる数値モデルを構築した。氷には高い拘束圧が作用し、多くの場合、破壊が生じないことが推察された。
一方、埋設構造物が直接氷と干渉しない場合でも、氷の移動による地盤内の土移動が構造物に付加的な応力として作用する現象(snb-scour deformation)に関する基礎的な要素模型実験を実施した。地盤内の圧力センサーのピーク値を示す模型氷の位置は、常に模型氷の隅角部が圧力センサーの直上を通過する手前であり、その水平相対距離は掘削深度の数倍に及んだ。地盤内応力は、地盤が乾燥砂の場合、氷の移動速度には依存せず、attack angle(氷の前面傾斜角)に極めて大きく依存し、angleの減少とともに応力は増大し、その影響範囲も増大した。一方、45deg以下の場合には大きな違いがないことが推察された。一連の実験結果から、地盤破壊は一定の距離間隔で順次発生するせん断すべり破壊、地盤内の過剰間隙水圧は、主に氷の速度と地盤の粒径(砂質土の場合)との比で支配されていることが分かった。
次に、変形氷を構成する破壊氷片を模擬したice blockを海水に投入して再凍結させた変形氷の固結層モデルの1軸圧縮強度を調べた。供試体径(d)とblockの代表長(a)との比(d/a)が1以下の場合、普通の海氷と比べて強度は極端に減少する。一方、d/aが1以上の場合、普通の海氷と比べて、破壊モードは異なるが、強度はやや減少する程度で大きな違いはなかった。

研究成果

• [文献書誌] S.Kioka, R.Ishikawa, Y.Yamamoto, H.Saeki: "Training and Generalization Experimental Values of Ice Scour Event By a Neural-Network"Proceedings of the 13^<th> International Offshore and Polar Engineering Conference (ISOPE). Vol.1. 539-544 (2003)
• [文献書誌] S.Kioka, A.Kubouchi, H.Saeki: "A Consideration on Fracture of ice ridge keel during "ice-scouring""Proceedings of the 19^<th> International Symposium on Okhotsk Sea & Sea ice. 207-214 (2004)
• [文献書誌] 木岡信治, 窪内 篤, 佐伯 浩: "大規模氷塊による海底掘削現象"Ice Scour Event"の模型実験"日本造船学会海洋工学シンポジウム論文集. 223-230 (2003)
• [文献書誌] 木岡信治, 窪内 篤, 佐伯 浩: "大規模氷塊による海底掘削現象"Ice Scour Event"とその力学モデル"日本造船学会海洋工学シンポジウム論文集. 231-238 (2003)
• [文献書誌] 木岡信治, 窪内 篤, 佐伯 浩: ""Ice Scour Event"の力学モデルの現地適用性と試験的シミュレーション"日本造船学会海洋工学シンポジウム論文集. 239-246 (2003)
• [文献書誌] 近藤浩文, 木岡信治, 佐伯 浩: "Unconsolidated layer modelのせん断強度特性に関する基礎的研究"土木学会海洋開発論文集. 第19巻. 791-796 (2003)