斜面安定性評価のための遠心場における土中水・空気流れの解明

阐明离心场中的土壤水和空气流动以进行边坡稳定性评估

基本信息

批准号：
21K19164
负责人：
斎藤広隆
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は，遠心場での模型実験によって，降雨下での土中の水，空気および斜面変形を明らかにし，斜面安定に与える影響を評価することを目的とする．これまで，農研機構農村工学研究部門にて遠心降雨実験装置にて，模型斜面を用いて降雨実験を行った．遠心降雨実験では，典型的な自然斜面に見られる固い基盤の上に風化の進んだ緩い表層土から構成される小型模型斜面を用いた．固い地盤としてはシルト（DLクレイ）を用い，表層土には砂（霞ケ浦砂）および珪砂を用い，珪砂は密度を変えた．模型斜面の片側を透明なガラスととして，遠心機用の土槽内に構築した．模型斜面は，高さ30cmで1:1の勾配を持ち，降雨下での土中水圧力と土中空気初の変化をモニタリングするために，計13個の間隙水圧計と4個の間隙空気圧計を挿入した．遠心降雨実験では土槽に固定した4つのノズルより構成された降雨装置から時間50mm相当の降雨を与え，30Gの遠心力を作用させた．斜面の変形をモニタリングするために透明な面に向けてCCDカメラを設置した．いずれのケースもおよそ1G場のおいて60分後に相当する時間では斜面法先の間隙水圧が正圧となり，霞ヶ浦砂のケースでは斜面全体が崩壊したのに対して，珪砂の場合は斜面全体の間隙水圧が上昇したにも関わらず斜面の一部が崩壊するにとどまった．一方，間隙空気圧についてはすべてのケースにおいて実験中に大きな上昇は確認できず，降雨時の封入空気が斜面崩壊に与える影響については実験を通して明確には確認できなかった．

本研究的目的是通过离心场模型实验阐明降雨条件下土壤水、空气和边坡变形的影响，并评估它们对边坡稳定性的影响。到目前为止，我们已经在国家农业和食品研究机构农村工程研究部使用离心降雨实验装置利用模型坡度进行了降雨实验。在离心降雨实验中，我们使用了一个小型模型斜坡，该模型斜坡由松散、风化的表层土壤和典型自然斜坡上的坚硬地基组成。使用淤泥（DL粘土）作为硬质地面，使用沙子（霞浦砂）和硅砂作为表土，并且改变硅砂的密度。模型斜坡的一侧由透明玻璃制成，建在离心机的土罐内。模型坡高30 cm，坡度1：1，共安装13个孔隙水压力计和4个孔隙气压计，监测降雨Ⅰ下土壤水压力和土壤空气的初始变化。插入仪表。在离心降雨实验中，由固定在土罐上的四个喷嘴组成的降雨装置施加相当于每小时50毫米的降雨，并施加30G的离心力。面向透明表面安装CCD摄像机来监测斜坡的变形。在这两种情况下，在大约 1G 场后 60 分钟，斜坡顶部的孔隙水压力变为正值，并且在霞浦砂的情况下，整个斜坡塌陷，而在硅砂的情况下，尽管孔隙水压力增加，但只有部分斜坡塌陷。另一方面，在任何情况下，实验过程中都没有观察到孔隙气压的显着增加，并且通过实验无法清楚地证实降雨期间滞留空气对边坡破坏的影响。