| 研究課題/領域番号 |
19K04593
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| 研究機関 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
小林 薫 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (80443638)
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| 研究分担者 |
松丸 貴樹 公益財団法人鉄道総合技術研究所, 構造物技術研究部, 主任研究員 (00425927)
森井 俊廣 新潟大学, 自然科学系, フェロー (30231640)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | キャピラリーバリア / 盛土 / 堤防 / 短時間大雨 / 越流 / 侵食 / 飽和度 / 破砕貝殻 |
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| 研究実績の概要 |
破砕貝殻を用いた大型土槽実験、土質試験および数値シミュレーションを行い以下の知見を得た。
1)破砕貝殻層の間隙結合パラメータを同定するために、必要な計測データを一次元円筒カラム試験から得る場合、供試体内の水分量の計測位置と端部排水境界面の距離が80cm以上あれば土中の水分量計測結果に影響を及ぼすことが無いことを解析的に明らかにした。
2)大型土槽を用いた破砕貝殻の浸透実験結果を基に、数値解析的に破砕貝殻の異方性を与えた解析結果と比較検討した結果、破砕貝殻の異方性パラメータ（＝水平方向の飽和透水係数／鉛直方向の飽和透水係数）は平均 8程度（7～11程度）であった。しかし、破砕貝殻層内の浸透挙動は不飽和浸透と考えられるため、異方性パラメータはあくまで大型土槽の実験結果を再現するための値であることには注意が必要である。
3)破砕貝殻の異方性パラメータを与えた上で、さらに大型土槽実験の結果（流出量、流出位置、流出量分布）をより忠実に再現するための破砕貝殻の間隙結合パラメータは，平均 6程度(実験結果＝5～8)であった。
4)堤防の裏法面浅層部に、50%粒径（D50）の等しい砕石層と破砕貝殻層を敷設した場合、無対策と比較して両方とも堤防変形率を小さくすることができた。特に、破砕貝殻層を敷設した場合、堤防変形率をほぼ 0%に抑えることができた。このことから、破砕貝殻層の敷設は、砕石層の敷設と比較して越水に伴う堤防決壊までの時間を引き延ばす可能性が高いことがわかった。さらに、堤防裏法面の保護ブロック（ガラスタイル）裏面に破砕貝殻層を敷設すると、本実験では、保護ブロック裏面地盤の吸出し抑制にも効果的であることを明らかにした。次年度は、降雨浸透制御及び越流に対する安定性向上が同時に期待される貝殻型CB地盤の長期安定性と施工性および品質管理法の確立に向けて実規模大フィールド実験を計画中である。
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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
当初予定していた研究計画では、１）粒径、異方性、極低拘束圧を考慮した扁平な破砕貝殻の強度/変形・浸透・締固め特性の把握 ２）豪雨時の非定常吸・排水過程におけるCB限界長、飽和度分布及び浸出水量の定量的評価 ３）豪雨時における誘導型CB地盤を含む盛土斜面崩壊発生機構の解明（斜面安定性評価含む）４）非定常でのブレークスルー現象と飽和度分布を高精度で予測可能な解析コードへの高度化 および５）実規模大フィールド実験による貝殻型 CB 地盤の長期安定性と施工法、品質管理法の確立について実施予定であった。
しかし、2020年度に計画していた５）実規模大フィールド実験は、コロナの影響で延期せざるを得なかったことから、2021年度当初に実施する計画に修正した。今後は、問題なく進めることができるものと考えている。なお、長期安定性については、長期観察を当初は1年以上を考えていたが、梅雨時期および台風シーズンを含む令和3年6月～令和4年2月ごろまでになる予定であるが、短時間大雨の時期も含まれており盛土、堤防の安定性評価には大きな影響はない。
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| 今後の研究の推進方策 |
実規模大フィールド実験による貝殻型 CB 地盤の長期安定性と施工法および品質管理法の確立させる。
最適な浸透誘導型 貝殻 CB 地盤の仕様で実形式・実規模大のフィールド実験（JR 総研の実験ヤード）を行い、社会実装に目処をつけるため、貝殻の転圧破砕法及び誘導 CB 地盤の施工法・品質管理法のガイドラインを実験時に取得した各種管理用データ（乾燥密度、原位置透水試験の結果、施工性等）を基に確定する。また、浸透誘導型貝殻 CB 地盤を含む盛土・堤防内の飽和度分布、サクション、表流水量、降雨（蒸発）量と斜面の地表面沈下・変状等の実測データを基に長期的安定性を実用に供し得るレベルで検証する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナの影響を受け、フィールド実験が2020年度に実施できなかったため、次年度使用額が生じた。このことから、計画を変更し、2021年度当初に実規模大のフィールド実験を、JR総研盛土試験場にて実施予定であり、当該経費に使用する。
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