2020 Fiscal Year Annual Research Report
地盤内の非水溶性流体に移動機構に関する新たな理論の構築
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19K15093
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| Research Institution | National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology |
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Principal Investigator |
中村 圭太 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 港湾空港技術研究所, 研究官 (00827347)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 土壌汚染 / 連続体 / 剛体 / 接触問題 / NAPL |
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| Outline of Annual Research Achievements |
石油や揮発性有機化合物などの非水溶性液体(NAPL)は、地中で複雑な多相の流れを形成して土壌汚染を引き起こす。このようなNAPLによる土壌汚染問題では、 土壌の汚染形態を正確に把握し、適切な対策方法を選定する必要があるが、原位置調査や過去の経験に基づいた対策だけでは不十分なため、水-NAPL-空気 3相の 浸透解析手法の援用が必須となる。土壌汚染を水-NAPL-空気3相の浸透解析で検討する際は、土粒子間隙における3相の圧力-飽和度関係のモデル化が計算の信頼 性を左右する。圧力-飽和度のモデル化にはLeverettの理論が広く用いられてきたが、NAPLの種類などの条件によっては適用出来ず、地盤内のNAPLの残留量を過 小評価する問題が指摘されている。本研究では、Leverettの理論の適用限界を克服した新たな理論を提案し、それに立脚した精緻な土壌汚染解析技術の開発を目的とする。
本研究では，当初「土粒子間隙においてNAPLが孤立するメカニズム」と「NAPLの界面張力の違いが及ぼす影響」について実験的に明らかにするために，X線CTス キャンを用いて実際の多孔質体を3Dプリントしたクローン多孔質体を供試体として用いることを予定していたが，より理論的なアプローチを行うために，数値解析により検証を行うよう計画を変更した。具体的には，連続体(流体を含む)と剛体(土粒子を想定)の接触問題を精緻に解く解析手法を開発することで，土粒子間隙中におけるNAPLの移動機構を数値解析により明らかにする。前年度では，連続体の大変形問題を解くことが可能なMPM(Material Point Method)を用いて，前年度に開発した剛体との接触問題解法を開発した。当該年度ではこの手法をさらに発展させ，particle-to-surface接触に基づく新たなアルゴリズムを開発した。
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