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不飽和土壌の凍結・融解、凍結層を持つ土中への融雪水の浸潤にともなう物質・エネルギー移動を理解することを目的に、本年度は試料の物性測定と装置開発、カラム室内実験と数値解析および凍結モデルの修正を行った。まず、ダブルシリンジ型通気係数測定器を作成し、様々な水分飽和度の試料の通気係数の温度依存性および凍結による変化を求めた。また、求めた凍土の通気係数を、凍結試料の不飽和透水係数の推定に応用した。回路の電極形状の工夫により薄膜試料の誘電的性質測定を可能とした周波数領域反射率測定器を作成し、各種凍結試料の不凍水量と氷量を明らかにし、凍土の水分特性曲線の推定に応用した。さらに、試料の熱的特性と氷点下における温度依存性や全水量(氷量)依存性をまとめ、学術雑誌に発表した。
不飽和凍土の一次元カラム凍結・融解浸潤実験を行い、浸潤前線の進行と凍土の融解過程の関係、浸潤に与える初期水分量や溶液濃度の影響、その際の水分特性曲線の変化、浸潤前線の進行にともなう凍土近傍の圧力と水分量変化を明らかにした。そして、実験結果を国内外の関連学会で発表し、国際誌に掲載した。
以上の物性試験とカラム実験の結果を、昨年度改良した不飽和土中の物質移動予測計算プログラムHYDRUSの凍結に関する開発バージョンを用いて解析し、凍結面近傍の不飽和透水係数を検討した。この際、凍結にともなう水分特性の非平衡な変化を考慮したモデルを用いた数値計算結果と従来の凍結モデルの計算結果を比較し、凍土中の水分移動の新しい計算モデルを提案するとともに、学術雑誌に発表した。さらに、土の凍結・融解機構解明に必要な課題やここで開発したモデルの長所と改善すべき点を整理し、内外の凍土研究者らと討議した。さらに、今後の野外調査との関連付けや調査計画、燃料電池の性能向上への応用など、関連研究者と検討した。
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