盛土地盤などへの降雨浸透・地下水排水過程 飽和・不飽和浸...
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はじめに
間隙空気
気液二相流解析
盛土地盤などへの降雨浸透・地下水排水過程
浸潤線到達前における地下水排水量の増加
飽和・不飽和浸透流解析
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研究の目的
降雨浸透・地下水排水過程において
間隙空気の影響は確かに生じているのか?
再現するには・・・
気液二相流解析?
単相流解析?
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研究の流れ
実験により、降雨浸透・地下水排水過程を把握
単相流解析、気液二相流解析による実験の再現
比較・検討
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Water levelRegulationTank
Unsaturated area
Saturated area
The base view
The side view
実験条件-装置と概要
Underdrain
土層厚:1.0m
土層幅:2.0m
土層奥行:0.4m
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実験条件-センサー
Saturated Area
UnsaturatedArea
:ひずみ式間隙水圧計:埋設型感圧水分センサー:ADR センサー
Pair A Pair B
Pair C Pair D
0.25m
0.3m
0.2m0.15m
0.15m0.5m 0.3m
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降雨条件
【CASE-A,B,C】 【CASE-D】
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実験結果CASE-A60mm/h
-0.45-0.40-0.35-0.30-0.25-0.20-0.15-0.10-0.050.00
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力水
頭(m
)
降雨継続時間
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
飽和
度
【間隙水圧】
【排水量】
【飽和度】
【凡例】
0.220.230.240.250.260.270.280.290.3
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
流量(L/h)
浸潤線到達
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-0.04-0.02
00.020.040.06
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力
水頭
変動
値(m
)
実験結果CASE-A60mm/h(続き)
降雨継続時間
-0.04-0.02
00.020.040.06
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力
水頭
変動
値(m
)
-0.04
-0.020
0.020.040.06
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力水
頭変動
値(m
)
【左端】
【右中】
【左中】
【右端】
【凡例】 -0.04-0.02
00.020.040.06
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力
水頭変
動値
(m)
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実験結果CASE-C20mm/h
【凡例】
【間隙水圧】
【排水量】
【飽和度】
降雨継続時間
-0.45-0.40-0.35-0.30-0.25-0.20-0.15-0.10-0.050.00
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力
水頭(m
)
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
飽和度
0.310.320.330.340.350.360.370.380.39
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
排水量
(L/h
)
浸潤線到達
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実験結果CASE-C20mm/h(続き)
【凡例】
-0.04-0.02
00.020.040.06
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力
水頭変
動値
(m)
降雨継続時間【左端】
【右中】
【左中】
【右端】
-0.04-0.02
00.020.040.06
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力
水頭変
動値
(m)
-0.04-0.02
00.020.040.06
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力水
頭変動
値(m
)
-0.04-0.02
00.020.040.06
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力水
頭変動
値(m
)
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考察-実験より-
間隙内圧力が増加
排水量が増加
間隙空気の封入
地下水面が加圧され排水量が増加
降雨浸透により地表面付近の飽和度が上昇
浸潤線の到達より早く…
間隙内圧力の上昇
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数値シミュレーションによる実験の再現
気液二相流解析
単相流解析 降雨実験
降雨浸透・地下水排水過程の
再現に適した解析手法の検討
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諸物性値の決定にあたり
地盤左右での相違について
透水性・・・大 透水性・・・小
Right SideLeft Side
水分特性曲線の相違
間隙構造の相違
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A Pair of Sensor
諸物性値 間隙率の決定
→飽和時における体積含水率
他に比べ大きい
ADR Sensor
水分特性曲線(Van Genuchten model)の決定
透水係数の決定→透水試験結果より
k =1.6×10-5 (m/s)
→実験での飽和度と毛管圧より
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再現する実験(降雨条件)
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解析結果CASE-A60mm/h間隙水圧 -0.45
-0.40-0.35-0.30-0.25-0.20-0.15-0.10-0.050.00
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力水
頭(m
)
降雨継続時間
-0.45-0.40-0.35-0.30-0.25-0.20-0.15-0.10-0.050.00
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力水
頭(m
)
-0.45-0.40-0.35-0.30-0.25-0.20-0.15-0.10-0.050.00
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力
水頭
(m)
【実験結果】
【単相流解析】
【二相流解析】
【凡例】
?
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解析結果CASE-A60mm/h飽和度
【凡例】
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
飽和
度
【実験結果】
【単相流解析】
【二相流解析】
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
飽和
度
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
飽和
度
降雨継続時間
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解析結果CASE-A60mm/h排水量
降雨継続時間
0.220.230.240.250.260.270.280.290.3
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
流量(L/h
)
【実験結果】
【単相流解析】
【二相流解析】
0.180.190.200.210.220.230.240.250.26
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
排水
量(L/h)
0.180.190.200.210.220.230.240.250.26
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
排水
量(L/h
)
【凡例】
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-0.45-0.40-0.35-0.30-0.25-0.20-0.15-0.10-0.050.00
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力
水頭
(m)
-0.45-0.40-0.35-0.30-0.25-0.20-0.15-0.10-0.050.00
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力水頭(m
)
-0.45-0.40-0.35-0.30-0.25-0.20-0.15-0.10-0.050.00
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力水
頭(m
)
解析結果CASE-C20mm/h間隙水圧
降雨継続時間
【実験結果】
【単相流解析】
【二相流解析】
【凡例】
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0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
飽和度
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
飽和度
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
飽和度
解析結果CASE-C20mm/h飽和度
【凡例】
【実験結果】
【単相流解析】
【二相流解析】
降雨継続時間
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解析結果CASE-C20mm/h排水量
降雨継続時間
【実験結果】
【単相流解析】
【二相流解析】
【凡例】
0.310.320.330.340.350.360.370.380.39
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
排水
量(L/h
)
0.300.310.320.330.340.350.360.370.38
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
排水
量(L/h
)
0.300.310.320.330.340.350.360.370.38
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
排水量(L/h)
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考察-解析より-
降雨強度が大きいとき
降雨強度が小さいとき
再現する際、降雨実験において…気液二相流解析
間隙空気の封入による
間隙内圧力上昇・地下水排水量増加
どちらでも可
間隙空気による影響が存在しない
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実験に基づく数値シミュレーション
実地盤を想定 実験地盤
【地盤モデル】 【地盤モデル】
CASE-X降雨強度 60mm/h気液二相流解析
CASE-A降雨強度 60mm/h気液二相流解析
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解析結果
【凡例】
-0.30
-0.25
-0.20
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力水
頭(m
)
CASE-X
CASE-A
0.100.120.140.160.180.200.220.240.260.28
0 1 2 3経過時間(h)
排水量
(L/h
)
CASE-XCASE-A
-0.30
-0.25
-0.20
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力
水頭(m
)
CASE-X
CASE-A
【間隙水圧】
【排水量】
間隙空気の挙動による影響
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おわりに
降雨強度が大きいとき
間隙空気の挙動による影響が存在
気液二相流解析による再現性が高く、
その適用が望ましい
降雨強度が小さいとき
両解析手法により再現できる
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実験結果CASE-B120mm/h
【凡例】
-0.45-0.40-0.35-0.30-0.25-0.20-0.15-0.10-0.050.00
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力
水頭(m
)
降雨継続時間
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
飽和度
【間隙水圧】
【排水量】
【飽和度】
0.180.190.200.210.220.230.240.250.26
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
排水量(L/h)
浸潤線到達
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実験結果CASE-B120mm/h(続き)
降雨継続時間
【凡例】
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力
水頭変
動値(m
)
-0.04-0.02
00.020.040.06
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力
水頭変
動値
(m)
-0.04-0.02
00.020.040.06
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力
水頭
変動値
(m)
-0.06-0.04-0.02
00.020.04
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力水
頭変動
値(m
)
【左端】
【右中】
【左中】
【右端】
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実験結果CASE-D60mm/h
【凡例】
【間隙水圧】
【排水量】
【飽和度】
降雨継続時間
-0.45-0.40-0.35-0.30-0.25-0.20-0.15-0.10-0.050.00
24 25 26 27 28 29経過時間(h)
圧力
水頭(m
)
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
24 25 26 27 28 29経過時間(h)
飽和
度
0.180.190.200.210.220.230.240.250.26
24 25 26 27 28 29経過時間(h)
排水
量(L/h
)
浸潤線到達
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実験結果CASE-D60mm/h(続き)
【凡例】
降雨継続時間
-0.04-0.02
00.020.040.06
24 25 26 27 28 29経過時間(h)
圧力水
頭変動値(m
)
【左端】
【右中】
【左中】
【右端】
-0.04-0.02
00.020.040.06
24 25 26 27 28 29経過時間(h)
圧力
水頭変
動値
(m)
-0.04-0.02
00.020.040.06
24 25 26 27 28 29経過時間(h)
圧力
水頭変
動値
(m)
-0.04-0.02
00.020.040.06
24 25 26 27 28 29経過時間(h)
圧力水
頭変動
値(m
)
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【凡例】
-0.45-0.40-0.35-0.30-0.25-0.20-0.15-0.10-0.050.00
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力水
頭(m
)【CASE-A 間隙水圧】
実験結果の比較CASE-A,CASE-D(60mm/h)
【CASE-D 間隙水圧】
降雨継続時間
-0.45-0.40-0.35-0.30-0.25-0.20-0.15-0.10-0.050.00
24 25 26 27 28 29経過時間(h)
圧力
水頭(m
)
浸潤線到達
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-0.45-0.40-0.35-0.30-0.25-0.20-0.15-0.10-0.050.00
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力
水頭(m
)
-0.45-0.40-0.35-0.30-0.25-0.20-0.15-0.10-0.050.00
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力
水頭
(m)
-0.45-0.40-0.35-0.30-0.25-0.20-0.15-0.10-0.050.00
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
圧力水
頭(m
)
解析結果CASE-B120mm/h間隙水圧
降雨継続時間
【実験結果】
【単相流解析】
【二相流解析】
【凡例】
?
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0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
飽和度
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
飽和度
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
飽和度
解析結果CASE-B120mm/h飽和度
【凡例】
【実験結果】
【単相流解析】
【二相流解析】
降雨継続時間
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0.180.190.200.210.220.230.240.250.26
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
排水
量(L/h
)
0.220.230.240.250.260.270.280.290.30
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
排水
量(L/h
)
0.220.230.240.250.260.270.280.290.30
0 1 2 3 4 5経過時間(h)
排水
量(L/h
)
解析結果CASE-B120mm/h排水量
降雨継続時間
【実験結果】
【単相流解析】
【二相流解析】
【凡例】