凍土方式遮水壁の凍土・未凍土境界における遮水性劣化の防止技術の開発

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H03307
• Research Institution: Setsunan University
• Principal Investigator: 伊藤 譲 摂南大学, 理工学部, 教授 (30281752)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石川 達也 北海道大学, 公共政策学連携研究部, 教授 (60359479) ; 所 哲也 苫小牧工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (40610457)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 凍土 / 未凍土 / 遮水性 / 透水係数 / 凍結融解土

Outline of Annual Research Achievements

1.凍土壁に接する未凍土の構造と透水性の評価：凍結融解土の透水係数を測定するために開発された，L＝8cmの水平凍結融解・鉛直透水実験装置を用いて，実験を行ったところ，以下の結果が得られている．①水平凍結実験を行い，凍結面前面に隣接する未凍土に発生する収縮クラックが透水係数に及ぼす影響を検討することができた．②供試体の低温側から半分程度まで凍結した時の，未凍土部分の透水係数は凍結前の透水係数よりも増加していた．③しかし，凍結中の鉛直変位量および給水量の変化は収束せず，凍結中にILの成長が継続した可能性があるので断定はできない．④つまり，凍結中透水試験でも凍結面に隣接する未凍土ではILへの土中水の移動が生じ，透水係数に影響した可能性がある．
次にL＝20cmの実験装置を開発して同様の実験を行ったところ，前述の実験により懸念された透水実験中のILへの水分移動が無視できる条件においても未凍土側の透水係数が増加する傾向が確認された．
2.０℃付近での凍土の透水係数の測定とその推定方法：従来型の凍土透水係数測定装置の温度のバラツキ，測定時間の長さを克服するため，短時間で測定可能な実験装置が試作された．従来の方法との測定結果の違いについて議論の余地があるものの，従来の方法では数か月を要した凍土の透水試験が数日に短縮されるメリットは大きい．
3.凍上・凍結融解による凍土遮水壁の劣化機構解析モデルの開発：熱，力学と水理学を連成した凍土方式遮水壁の遮水性劣化防止の凍上予測モデルが開発された．この方法では，凍結試験では上載荷重と凍上率の関係，冷却温度と透水係数の関係，上載荷重と解凍沈下量の関係を求めるだけで精度の高い凍上量が予想できる．しかし，IL，SCや未凍土中のクラックの発生位置を特定することはできない．今後は1.の実験から得られたデータと対比してモデルの精度を改善する．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

1.凍土壁に接する未凍土の構造と透水性の評価：従来型の実験装置による実験を行い，その後，新たに開発した中型の実験装置による実験結果が得られている.当初の予想通り，凍結中の未凍土部分の透水係数は，凍結前の未凍結土や凍結融解土の透水係数よりも大きな値を示している．全体的に，おおむね順調に進展していると言える．

2.０℃付近での凍土の透水係数の測定とその推定方法：当初予定の透水実験セルとは考え方の異なる装置が工夫されている．そこで計画よりも遅れてはいるが，新たな装置による実験では時間短縮ができること，精度の高い実験が容易に行えることから，おおむね順調に進展していると言える．

3.凍上・凍結融解による凍土遮水壁の劣化機構解析モデルの開発：モデルは完成されている．今後は，１．の実験結果を再現できるのか検討する計画であるので，おおむね順調に進展していると言える．

Strategy for Future Research Activity

1．凍土壁に接する未凍土の構造と透水性の評価：今後は中型装置による2週間程度（中期間）の実験を条件を変えて実施する予定である．さらに，その後，1カ月以上の長期間の実験を実施する．なお，実験装置には軽微な修正を要する箇所があるが，実験スケジュールに大きな影響を与えるものではない．なお，実験環境である，低温室，冷凍機，ロガーについて長期間の実験において中断やデータの収録ミスが起こらないようなシステムを構築する必要がある．

2.０℃付近での凍土の透水係数の測定とその推定方法：新たな装置と従来の方法との関係を明らかにすることを優先する．その後は，実験時間の大幅な短縮ができるものと期待できる．

3.凍上・凍結融解による凍土遮水壁の劣化機構解析モデルの開発：研究1の実験結果の解析が主であり，今後の進捗は研究1の進捗次第である．