ため池群の保全を目的とした高精度地盤調査法の開発と広域リスク評価

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H00442
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 西村 伸一 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (30198501)
• 研究分担者: 柴田 俊文 岡山大学, 環境生命科学学域, 准教授 (30342546) ; 小松 満 岡山大学, 環境生命科学学域, 教授 (50325081) ; 吉田 郁政 東京都市大学, 建築都市デザイン学部, 教授 (60409373) ; 珠玖 隆行 岡山大学, 環境生命科学学域, 准教授 (70625053)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: ため池 / CPTu / ミューオン探査 / リスク評価 / ガウス過程回帰 / ベイズ機械学習 / 地盤調査 / 物理探査

研究実績の概要

本研究では，地盤調査に関しては，サンディング試験と宇宙線ミューオンを利用した物理探査を結合した高精度地盤調査法の開発によって，堤体内部の強度や透水性分布を明らかにする．計測結果に基づく堤体内部の可視化のために，ベイズ機械学習を利用した新たなインバージョン技術を開発する．計測結果に基づき，決壊による氾濫を予想したリスク評価を行うが，ため池数は膨大で，従来的な物理モデルを用いた挙動解析は不可能であるため，代替法による新たなリスク評価手法を開発する．
具体的に，2022年度は，主に次の項目を実施した．下記で，継続と示されているのは，2021年度からの継続研究である．(1) CPTu模型試験の実施（継続），(2) クロスホールミューオン試験装置の開発，(3) 斜面横断型スクリューウェイトサンディング試験の開発（継続）　　(4) 機械学習を用いた地盤内同定手法の開発（継続），(5) 堤防の越流破堤模型実験（継続），(6) 物理探査とサウンディングをデータ同化手法によって結合する手法の開発（継続）　(7)機械学習を利用した堤体破堤リスク解析手法の開発
本研究の大きな流れは，新たな地盤探査手法の開発→高精度地盤探査の達成→破堤リスク評価手法の開発であり，上記の(1)~(7)は，これら3項目のいずれかに関わるものである．(1)は，昨年度開発したCPTu模型実験を継続した．これによって，ため池堤体の透水係数分布を同定し，堤体内のパイピングリスクを評価する手法の開発に結び付けることを目的とする．(2)は，設計した探査装置の性能試験を，学内の模型地盤で実施した．(5)は，堤体の越流リスク評価手法開発を目指して，越流現象の確認を行った． (8)は，代替モデルとして応答曲面法を用いたリスク評価手法を完成させた．

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

(1) CPTu模型試験の実施，(2) クロスホールミューオン試験装置の開発，(3) 斜面横断型スクリューウェイトサンディング試験の開発，(4) 機械学習を用いた地盤内同定手法の開発，(5) 堤防の越流破堤模型実験，(6) 物理探査とサウンディングをデータ同化手法によって結合する手法の開発，(7)機械学習を利用した堤体破堤リスク解析手法の開発については，大凡順調に目的を達成している．しかしながら，当初計画では，「開発したミューオン現地試験」の現地試験を2022年度中に実施する予定であったが，ミューオン探査装置の完成が大幅に遅れたため計画が2023年度に持ち越された．

今後の研究の推進方策

2023年度では，(1) CPTu模型試験の実施，(2) クロスホールミューオン試験装置の開発，(3) 斜面横断型スクリューウェイトサンディング試験の開発，(4) 機械学習を用いた地盤内同定手法の開発，(5) 堤防の越流破堤模型実験，(6) 物理探査とサウンディングをデータ同化手法によって結合する手法の開発，(7)機械学習を利用した堤体破堤リスク解析手法の開発の7つの研究項目を完成させるとともに，項目(2)を2023年度の前半に終了後，現地試験を実施，当初計画を達成する予定である．

研究成果

• [雑誌論文] Probabilistic generic transformation model between two rock mass properties: specific fracture energy and P-wave velocity (2023)
  • 著者名/発表者名: Shuku Takayuki、Phoon Kok-Kwang、Ishii Masako、Kumagai Takeru、Yokota Yasuhiro、Date Kensuke
  • 雑誌名: Canadian Geotechnical Journal 巻: 60 ページ: 1161～1172
  • DOI: 10.1139/cgj-2022-0235
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Data-driven subsurface modelling using a Markov random field model (2023)
  • 著者名/発表者名: Shuku, T. and Phoon, K.K
  • 雑誌名: Georisk: Assessment and Management of Risk for Engineered Systems and Geohazards 巻: 17(1) ページ: 41-63
  • DOI: 10.1080/17499518.2023.2181973
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Data-driven approximation of geotechnical dynamics to an equivalent single-degree-of-freedom vibration system based on dynamic mode decomposition (2023)
  • 著者名/発表者名: A Shioi, Y Otake, I Yoshida, S Muramatsu, S Ohno
  • 雑誌名: Georisk: Assessment and Management of Risk for Engineered Systems and Geohazards (NGRK) 巻: 17(1) ページ: 77-97
  • DOI: 10.1080/17499518.2023.2184479
  • 査読あり
• [雑誌論文] 影響線に基づく支承部の回転ばね定数の推定に関する基礎研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 丸山晃平，吉田郁政，関屋英彦
  • 雑誌名: 構造工学論文集 巻: 69A ページ: 648-657
  • DOI: 10.11532/structcivil.69A.648
  • 査読あり
• [雑誌論文] ひび割れの点検情報に基づく鋼材質量減少率の空間分布を考慮した限界状態確率の評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中村朋佳，富澤幸久，吉田郁政，鈴木修一
  • 雑誌名: 構造工学論文集 巻: 69A ページ: 148-156
  • DOI: 10.11532/structcivil.69A.148
  • 査読あり
• [雑誌論文] 深さ方向の非定常性を考慮した地盤物性値の 3 次元空間分布推定と Kronecker 積を用いた計算効率の向上 (2023)
  • 著者名/発表者名: 富澤幸久, 津田悠人, 吉田郁政, 大竹雄
  • 雑誌名: 土木学会論文集 巻: 79(15) ページ: -
  • DOI: 10.2208/jscejj.22-15056
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Data-Drive Site Characterization for Benchmark Examples: Sparse Bayesian Learning versus Gaussian Process Regression (2023)
  • 著者名/発表者名: Ching, J., Yoshida, I.
  • 雑誌名: ASCE-ASME J. Risk Uncertainty Eng. Syst., Part A: Civ. Eng. 巻: 9(1) ページ: 4022064
  • DOI: 10.1061/AJRUA6.RUENG-983
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 自律的な基底選択に基づく即時再構成シミュレーション (2023)
  • 著者名/発表者名: 大竹雄，庄司大河，肥後陽介，吉田郁政
  • 雑誌名: 土木学会論文集 巻: 79(15) ページ: -
  • DOI: 10.2208/jscejj.22-15013
  • 査読あり
• [雑誌論文] 影響線を用いた橋梁の剛性評価に関する基礎検討 (2023)
  • 著者名/発表者名: 丸山晃平，吉田郁政，関屋英彦，金哲佑
  • 雑誌名: インフラメンテナンス実践研究論文集 巻: 2 ページ: 158-168
  • DOI: 10.11532/jsceim.2.1_158
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bayesian updating of model parameters using adaptive Gaussian process regression and particle filter (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, I., Nakamura, T., Au, S-K
  • 雑誌名: Structural Safety 巻: 102 ページ: 102328
  • DOI: 10.1016/j.strusafe.2023.102328
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dealing with nonlattice spatially variable data contaminated by white noise using Kronecker-product formulation (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, I, Tomizawa, Y. and Ching, J.
  • 雑誌名: Computers and Geotechnics 巻: 154 ページ: 105130
  • DOI: 10.1016/j.compgeo.2022.105130
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Comparison of data-driven site characterization methods through benchmarking: Methodological and application aspects (2023)
  • 著者名/発表者名: Shuku, T. and Phoon, K.K
  • 雑誌名: ASCE-ASME Journal of Risk and Uncertainty in Engineering Systems, Part A: Civil Engineering 巻: 9(2) ページ: -
  • DOI: 10.1061/AJRUA6.RUENG-977
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Data assimilation for surface wave method by ensemble Kalman filter with random field modeling (2022)
  • 著者名/発表者名: Ren, Y., Nishimura, S., Shibata, T. and Shuku, T.
  • 雑誌名: Int J Numer Anal Methods Geomech 巻: - ページ: 001-18
  • DOI: 10.1002/nag.3435
  • 査読あり
• [雑誌論文] 地質統計手法と三次元計測に基づくため池堤体の地震応答解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大橋亮太・西村伸一・金重稔・柴田俊文・珠玖 隆行
  • 雑誌名: 土木学会論文集C（地圏工学） 巻: 78(2) ページ: 140-152
  • DOI: 10.2208/jscejge.78.2_140
  • 査読あり
• [雑誌論文] 土構造物の地震・豪雨に関するリスク評価，講座：材料強度・構造強度・災害発生の確率モデル5 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西村伸一
  • 雑誌名: 材料 巻: 72(2) ページ: 197-203
  • DOI: 10.2472/jsms.71.197
  • 査読あり
• [雑誌論文] Piping Risk Evaluation Considering Permeability Random Field (2022)
  • 著者名/発表者名: Ryota OHASHI, Go KUBOTA, Shin-ichi NISHIMURA, Toshifumi SHIBATA, Takayuki SHUKU
  • 雑誌名: Proc. of ICMR2022 巻: - ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inverse Process of Multichannel Analysis of Surface Wave by Using Ensemble Kalman Filter (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuxiang Ren, Shinichi Nishimura, Toshifumi Shibata and Takayuki Shuku
  • 雑誌名: Proc. of ISGSR2022 巻: - ページ: 887-890
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Deformation Behavior of a Natural Slope Using Particle Filter (2022)
  • 著者名/発表者名: Toshifumi Shibata, Shin-ichi Nishimura and Takayuki Shuku
  • 雑誌名: Proc. of ISGSR2022 巻: - ページ: 881-886
  • 査読あり
• [雑誌論文] Risk Evaluation for Earth-Fill Dams by Response Surface Method (2022)
  • 著者名/発表者名: Shiying Zheng, Shin-ichi Nishimura and Toshifumi Shibata
  • 雑誌名: Proc. of ISGSR2022 巻: - ページ: 650-653
  • 査読あり
• [雑誌論文] 自然災害に対する土構造物のリスク管理 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西村伸一
  • 雑誌名: 安全工学シンポジウム2022予稿集 巻: - ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Using the ensemble data assimilation for stiffness evaluation of an embankment (2022)
  • 著者名/発表者名: Ren, Y., Nishimura, S., Shibata, T. and Shuku, T.
  • 雑誌名: Proc. of ISRERM2022 巻: - ページ: 419-425
  • DOI: 10.3850/978-981-18-5184-1_MS-13-067-cd
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of Response Surface Method for Risk Evaluation of Earth-fill Dams (2022)
  • 著者名/発表者名: Nishimura, S., Tateishi, T., Shibata, T., Kuroda, S. , Kato, T., Kuribayashi, K., and Tanaya, N.
  • 雑誌名: Proc. of ISRERM2022 巻: - ページ: 413-418
  • DOI: 10.3850/978-981-18-5184-1_MS-13-050-cd
  • 査読あり
• [雑誌論文] Seismic Response Analysis of Earth Dam with Geostatistical Method and 3-D Survey (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, R., Nishimura, S., Kaneshige, M., Shibata, T. and Shuku, T.
  • 雑誌名: Proc.IACMAG2022, Challenges and Innovations in Geomechanics 巻: - ページ: 287-294
  • DOI: 10.1007/978-3-031-12851-6_46
  • 査読あり
• [雑誌論文] Particle Filterによるカーリングストーンの軌道予測を対象としたデータ同化の効率化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中村朋佳, 堀田海陽, 吉田郁政, 中瀬仁
  • 雑誌名: AI・データサイエンス論文集 巻: 3(J2) ページ: 380-388
  • DOI: 10.11532/jsceiii.3.J2_380
  • 査読あり
• [雑誌論文] ガウス過程回帰を用いたRC構造物の腐食ひび割れ幅に基づく鋼材質量減少率の空間分布推定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 富澤 幸久, 中村 朋佳, 吉田 郁政, 鈴木 修一
  • 雑誌名: AI・データサイエンス論文集 巻: 3(J2) ページ: 389-397
  • DOI: 10.11532/jsceiii.3.J2_389
  • 査読あり
• [雑誌論文] Seismic Probabilistic Risk Estimation of Japanese Railway Embankments and Risk-Based Design Strength of Soil and Reinforcement (2022)
  • 著者名/発表者名: Shinoda, M., Yoshida, I., Watanabe, K., Nakajima, S., Nakamura, S., & Miyata, Y.
  • 雑誌名: Soil Dynamics and Earthquake Engineering 巻: 163 ページ: 107507
  • DOI: 10.1016/j.soildyn.2022.107507
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unified practical seismic fragility estimation of unreinforced and reinforced railway embankments for PGA, PGV and Arias intensity in Japan (2022)
  • 著者名/発表者名: Shinoda, M., Nakajima, S., Watanabe, K., Nakamura, S., Yoshida, I. and Miyata, Y.
  • 雑誌名: Soils and Foundations 巻: 62(4) ページ: 101160
  • DOI: 10.1016/j.sandf.2022.101160
  • 査読あり
• [雑誌論文] Benchmarking of Gaussian Process Regression with Multiple Random Fields for Spatial Variability Estimation (2022)
  • 著者名/発表者名: Tomizawa, Y and Yoshida, I
  • 雑誌名: ASCE-ASME J. Risk Uncertainty Eng. Syst., Part A: Civ. Eng 巻: 8(4) ページ: -
  • DOI: 10.1061/AJRUA6.0001277
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of trend models for geotechnical spatial variability: Sparse Bayesian Learning vs. Gaussian Process Regression (2022)
  • 著者名/発表者名: Ching, J., Yoshida, I., and Phoon, K. K.
  • 雑誌名: Gondwana Research 巻: 123 ページ: 174-183
  • DOI: 10.1016/j.gr.2022.07.011
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Geotechnical uncertainty, modeling, and decision making (2022)
  • 著者名/発表者名: Phoon, K. K., Cao, Z. J., Ji, J., Leung, Y. F., Najjar, S., Shuku, T., Tang, C., Yin, Z. Y., Yoshida, I., and Ching, J.
  • 雑誌名: Soils and Foundations 巻: 62(5) ページ: 101189
  • DOI: 10.1016/j.sandf.2022.101189
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Method for rockfall risk quantification and optimal arrangement of protection structures at the regional scale (2022)
  • 著者名/発表者名: Kanno, H., Moriguchi, S., Tsuda, Y., Yoshida, I., Iwanaga, S. and Terada, K.
  • 雑誌名: Engineering Geology 巻: 314 ページ: 107004
  • DOI: 10.2139/ssrn.4169415
  • 査読あり
• [雑誌論文] A study on optimal design of geotechnical structures using quantum annealing (2022)
  • 著者名/発表者名: Shuku, T. and Yamamoto, S.
  • 雑誌名: Journal of JSCE 巻: 78(2) ページ: 116-127
  • DOI: 10.2208/jscejge.78.2_116
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Benchmark examples for data-driven site characterization (2022)
  • 著者名/発表者名: Phoon, K.K., Shuku, T., Ching, J. and Yoshida, I
  • 雑誌名: Georisk: Assessment and Management of Risk for Engineered Systems and Geohazards 巻: 16(4) ページ: 599?621
  • DOI: 10.1080/17499518.2022.2025541
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Data-driven model of the local wind field over two small lakes in Jyvaskyla, Finland (2022)
  • 著者名/発表者名: Shuku, T., Ropponen, J., Juntunen, J. and Suito, H.
  • 雑誌名: Meteorology and Atmospheric Physics 巻: 134 ページ: 18
  • DOI: 10.1007/s00703-021-00857-3
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 応答曲面による豪雨時にため池のリスク評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鄭 詩穎・西村 伸一・柴田 俊文
  • 学会等名: 第25回応用力学シンポジウム
• [学会発表] アンサンブルアジャストメントカルマンフィルタによるアースフィルダムの剛性評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: ニンウショウ・西村 伸一・柴田 俊文・珠玖 隆行
  • 学会等名: 第66回理論応用力学講演会
• [学会発表] CPTuを利用した透水係数の推定法 (2022)
  • 著者名/発表者名: 森田 雅之・西村 伸一・珠玖 隆行・柴田 俊文
  • 学会等名: 第57回地盤工学研究発表会
• [学会発表] 地質統計手法と三次元計測に基づくため池堤体の地震応答解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大橋 亮太・西村 伸一・柴田 俊文・珠玖 隆行
  • 学会等名: 第57回地盤工学研究発表会
• [学会発表] 応答曲面による豪雨時にため池の破堤リスク評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鄭 詩穎・西村 伸一・柴田 俊文
  • 学会等名: 第57回地盤工学研究発表会
• [学会発表] データベースに基づいて土質定数を生成するための多変量確率分布の構築 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西村 伸一・和田 優希・柴田 俊文・珠玖 隆行
  • 学会等名: 第57回地盤工学研究発表会
• [学会発表] 応答曲面法によるため池堤体の安全率と降伏震度の評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 柴田 俊文・柴川 晃輝・西村 伸一
  • 学会等名: 第57回地盤工学研究発表会
• [学会発表] ため池堤体の安全率の簡易評価手法 (2022)
  • 著者名/発表者名: 柴田俊文，柴川晃輝，西村伸一
  • 学会等名: 第71回農業農村工学会大会講演会
• [学会発表] Risk evaluation for earth － fill dams due to heavy rains by response surface method (2022)
  • 著者名/発表者名: Shiying ZHENG, Shinichi NISHIMURA, Toshifumi SHIBATA
  • 学会等名: 第71回農業農村工学会大会講演会
• [学会発表] 特定載荷における軟岩地山を模擬した農業用水路トンネルの変形・破壊性状に関する研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 黄 晨偉・柴田俊文・西村伸一・珠玖隆行
  • 学会等名: 第77回農業農村工学会中国四国支部講演会
• [学会発表] 応答曲面法を用いたため池堤体の安全率と降伏震度の検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 柴田俊文・柴川晃輝・西村伸一
  • 学会等名: 第77回農業農村工学会中国四国支部講演会
• [学会発表] 宇宙線ミューオンを用いたフィルダム内部探査 (2022)
  • 著者名/発表者名: 金子周平・高橋 健・西村伸一・柴田俊文・珠玖隆行
  • 学会等名: 第77回農業農村工学会中国四国支部講演会