2017 Fiscal Year Annual Research Report
X線CT法と粒子法を用いたVOC汚染地盤の浄化機構の解明に関する研究
Project/Area Number |
17J11642
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Research Institution | Kumamoto University |
Principal Investigator |
塩田 絵里加 熊本大学, 自然科学研究科, 特別研究員(DC1)
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Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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Keywords | CT画像解析 / 不飽和浸透流 / 水分特性曲線 / 代表要素体積(REV) |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、揮発性有機化合物(以下VOC)による地盤汚染問題を対象として、マイクロX線CTスキャナ(以下、μXCT)を用いて画像解析と数値解析を行い、その成果を新たな地盤浄化シミュレーション開発に応用することを目的とした研究である。 本研究の第一の目標は、μXCT画像を用いてミクロな土の不飽和浸透特性を評価する定量化手法を提案することである。この目標を達成するために、本研究では、μXCT画像解析の結果と土の保水性実験結果が比較検討可能な一連の実験装置を開発し、不飽和浸透特性の評価を行う。第二の目標は、地盤中におけるVOCの汚染・浄化メカニズムを解明し、ミクロ現象をマクロ現象に展開するスケールモデルを提案することである。この目標を達成するために、μXCT画像から得られる土の間隙構造をデータ化し、格子ボルツマン法と有限要素法による流動解析を実施することにより、VOCの流動機構の解明に迫る。 まず、VOCが浸透する領域である土中内部の不飽和領域における流体の流れを把握し、画像解析を応用した排水過程における二相流シミュレーションの開発を主な目的として研究を実施した。ここでは粒度分布の異なる3種類の粒状材料を用いて供試体を作成し、保水性試験を行うことで、それぞれの粒状材料ごとに水分特性曲線を求めた。また、保水性試験を実施しながらマイクロX線CTスキャナ装置での撮影を行うことによって、得られたCT画像から土粒子の間隙構造の違いによる不飽和浸透特性の解明を行った。また、新たな地盤浄化シミュレーション開発に応用するために、CT画像サイズであるミクロ領域から実地盤スケールであるマクロ領域への展開を検討し、対象とする粒状材料の平均寸法と画素サイズの関係を定式化し、水分特性曲線において、CT画像解析を行う際に検討すべき推奨画素寸法の提案を行った。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定では、二相流シミュレーションの吸水過程における妥当性評価を行う予定であったが、共同研究者からデータの見直しを指摘され、CT画像のデータの精度について検討する必要があった。その代わり、ミクロ領域からマクロ領域への展開を行う際のスケール評価における推奨画素寸法の検討を行うことに成功し、本研究の第二目標である、ミクロ現象をマクロ現象に展開するスケールモデルの提案に近づくことができた。当初の予定とは異なるものの、本研究における第二目標達成のための平均寸法と画素サイズの定式化を行うことに成功したため、本来の目的は達成したため、本研究の課題は概ね順調に進んでいると考える。
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Strategy for Future Research Activity |
引き続き、第一目標と第二目標達成のための研究を遂行する。第一目標に関しては、吸水過程における画像解析を応用した二相流シミュレーションの開発を行い、吸排水試験におけるミクロな土の不飽和浸透特性を評価する。第二目標に関しては、フランスLorraine大学との共同研究で開発した格子ボルツマン法を用いた数値解析を用いて、VOCと水の二相流解析を行い、妥当性評価を行う。その際、VOCによる地盤汚染問題を対象としていることから、地表面に存在するVOCが地盤内部に浸透する挙動を再現するために、保水性試験装置を一部改良し、マイクロX線CTスキャナを用いて自重によるVOC浸透挙動の観察を行う予定である。
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Research Products
(5 results)