2024 Fiscal Year Annual Research Report
泥水浸潤時の土中間隙ミクロ構造変化に着目した泥膜形成メカニズムの解明
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23K13404
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
木戸 隆之祐 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (40847365)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 安定液 / ベントナイト / CMC / 泥膜 / X線CT / 画像解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度は，ベントナイトおよびCMCの濃度を様々変化させた安定液の浸潤試験を珪砂3号に対して行った．さらに，浸潤前後の供試体をCT撮影し，取得したCT画像を使って土粒子間隙内のベントナイトの空間分布と体積分布を定量化した．さらに，CT画像から間隙相を抽出して浸透流画像解析を実施し，供試体全体の透水率と間隙内の局所的な流速分布を定量化した．これらの実験・分析を通じて，ベントナイト系とポリマー系の安定液を浸潤した際の泥膜形成メカニズムや透水性変化の要因の違いを検討した．
研究期間全体では，浸潤圧力が高いほど，ベントナイト濃度が高いほど，粒径が小さい（透水性が低い）砂ほど，砂表面に一様な泥膜が形成される傾向を目視観察し，過去の研究知見と整合する傾向を得た．その上で本研究では，泥膜だけでなく泥膜下部の土粒子間隙内にベントナイトが目詰まりし，透水性が低下する要因になること，ベントナイトが目詰まりすることで間隙内の流速分布が局所的に増加し，間隙内でのベントナイトの更なる目詰まりや圧密を促進している可能性を示した．さらに，ポリマー系安定液を浸潤させた場合，明確な泥膜は形成されないにも関わらず浸潤が停止することが明らかになった．これは，浸潤停止の原因はCMCによる安定液の粘性上昇によりベントナイト粒子の凝集は進まないものの，高粘性により土粒子間隙を流れる流体速度が低下するためと考えられる．本研究で得られた実験成果は今後，安定液浸潤時の泥膜形成プロセスの予測法を確立するための基礎データとして活用が期待され，ひいてはアースドリル工法や地中連続壁の施工時の安定液の最適配合条件の設定や溝壁の安定的な掘削に資する．
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