研究課題
地盤を対象とした長期間にわたる連成現象を予測する必要性から，熱・応力・浸透の連成現象を取り扱った研究は数多く進められている．本年度の研究では，低温環境におかれた岩石供試体中心部分の温度変化を計測し，厳密解を適用して境界条件のあるべき形式について検討した．この境界条件の選択は供試体レベルに限られることなく，地盤を対象とした数値解析においても一般的に用いられるべき要件を備えている．本年度で用いた試料は来待砂岩（間隙率=18.7%）であり，凍結融解試験においては直径5cm，高さ5cmの円柱供試体と直径5cmと直径10cmの球状供試体を準備した．これらの供試体の中心まで直径3.5mm の穴を穿孔した後，シース管で保護された熱電対を挿入し供試体中心の温度を測定した. さらに供試体の側面には測温機能付のロゼットゲージを貼付し，歪みと温度変化を計測した．凍結過程では，循環式恒温試験装置を用い恒温槽内を所定の温度に設定した不凍液の中に，上記の手順で準備した常温の供試体を投入し低温環境での挙動を測定した．供試体中心および側面の温度が定常状態になるまで冷却を続けた後に，常温環境の実験室内にて融解過程を観測した．その結果，本研究で扱った砂岩においては固体内部の熱伝導と表面からの熱伝達量の比率であるビオ数が1に近く，熱伝導解析を実施するには熱伝導率や比熱などの物性値の他に，周囲の熱環境に依存する熱伝達係数が重要な役割を果たす事を示した．以上の実験結果について数値解析によって乾燥状態の挙動を表現できることを確認した後，湿潤飽和供試体の内部に含まれる水が相変化することを考慮した解析コードを作成した．この数値手法を適用する事により中心部分の温度が０℃付近で停留する実験結果も表す事ができた．
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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Journal of Cold Regions Engineering, ASCE
巻: 33 ページ: 1, 12
DOI: 10.1061/(ASCE)CR.1943-5495.0000187
