研究者詳細 - 西村　伸一

共同研究・競争的資金等の研究 - 西村　伸一

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データベースと高精度地盤調査の連携によるため池群のリスク評価

研究課題/領域番号：24H00534 2024年04月 - 2028年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(A)

西村伸一, 柴田俊文, 工藤亮治, 小松満, 珠玖隆行

担当区分：研究代表者

配分額：47840000円（直接経費：36800000円、間接経費：11040000円）

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ハイブリッドインバージョンによる物理探査解析の革新

研究課題/領域番号：22K18352 2022年06月 - 2026年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業挑戦的研究(開拓)

藤澤和謙, 西村伸一, 山本清仁

配分額：25610000円（直接経費：19700000円、間接経費：5910000円）

本研究課題の全体的な目的は，各種の物理探査（地中や構造物の内部を波動伝播や電気の流れを観察することで材料としての固さや電気抵抗などを推定する探査）において，決定論的及び確率論的な二つのアプローチを融合する逆解析（ハイブリッドインバージョンと呼ぶ）を開発し，従来の決定論に基づく一つの推定結果だけでなく，確率的な推定結果を新規に得ることで，推定結果の不確かさを評価できる物理探査を実現することにある。現在の物理探査手法には，弾性波／表面波探査，電気／電磁探査，重力探査，地中レーダー探査が挙げられるが，これらの特徴として，波動方程式またはポアソン方程式によって探査に利用する現象（波動伝番や電気の流れ）が記述される点にある。
本研究では，波動方程式またはポアソン方程式を対象としたハイブリッドインバージョンを開発することで，幅広い探査手法に適用可能であり，既往の推定結果に確率的な情報を追加できるインバージョンを可能にすることを目指している。今年度は，波動方程式とポアソン方程式を対象としたフィルタリングと逆解析手法（これらの手法はベイズ推定に基づく）を開発・発展させるとともに，実際の現地調査をため池堤体によって実施することができた。
フィルタリングにおいて中心的な手法として位置付けるものはアンサンブルカルマンフィルタである。また，ハミルトニアンモンテカルロ法を利用した逆解析手法をポアソン方程式に適用することを可能にした。また，現地調査では測量も行い逆解析等の数値計算を行うための基礎情報も取得可能であることを確かめることができた。

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集中群配置型クロスホールミューオン探査手法の開発

研究課題/領域番号：22K19223 2022年06月 - 2025年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業挑戦的研究(萌芽)

西村伸一, 柴田俊文, 珠玖隆行

配分額：6240000円（直接経費：4800000円、間接経費：1440000円）

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ため池群の保全を目的とした高精度地盤調査法の開発と広域リスク評価

研究課題/領域番号：20H00442 2020年04月 - 2024年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(A)

西村伸一, 柴田俊文, 小松満, 吉田郁政, 珠玖隆行

配分額：44980000円（直接経費：34600000円、間接経費：10380000円）

広域に多数存在するため池群のリスク評価手法の開発を最終目的とする．達成すべき具体的研究課題は，1)ため池堤体内および基礎地盤の可視化技術の開発；2)広範囲に多数存在するため池のリスクを表現する代替モデルの提案，である．この目的の達成のために，2020年度は，主に次の6項目について検討を行った．
(1)CPTU模型試験装置の開発，(2)クロスホールミューオン試験装置の開発を指向した模型地盤を用いたミューオン探査の基礎実験，(3)斜面走行型スクリューウェイト式サンディング装置の開発，(4)スパースモデリングや新たなデータサイエンス手法を用いた地盤内同定手法の開発，(5)堤防の越流破堤模型実験，(6)堤体破堤リスク手法の開発
本研究の大きな流れは，新たな地盤探査手法の開発→高精度地盤探査の達成→代替モデルによる高精度破堤リスク評価手法の開発であり，上記の(1)~(6)は，これら3項目のいずれかに関わるものである．(1)の模型実験装置は，CPTUを利用して，ため池堤体の透水係数分布を同定するためのものである．これによって，地盤強度，土質，透水係数を同時に同定する実験が可能となる．2020年度は，試験機を設計し，完成させることができた． (5)は，堤体の越流破壊挙動予測手法の開発を目指して行った，(2), (3), (4)は，地盤内部を同定する手法を確立するための実験および解析の研究である．(2)については，試験手法の精度を確認するためにその基礎実験を行った．(3)については，クローラに貫入機を装着させる基礎実験を行い，斜面での実験の可能性を探った．(6)は，豪雨と地震に対するリスク評価手法の開発で，(1)~(5)のすべての要素技術が統合される内容である．2020年度は，社会実装に向けて，応答曲面法を用いたため池のリスク評価手法を開発し，岡山県，広島県のため池に適用している．

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宇宙線ミュー粒子を用いた農業用水路トンネルの補強の評価手法の確立

研究課題/領域番号：20K06297 2020年04月 - 2023年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(C)

柴田俊文, 西村伸一

配分額：4290000円（直接経費：3300000円、間接経費：990000円）

本申請課題では，地盤や構造物を透過した宇宙線ミュー粒子を測定し，このデータを用いて農業用水路トンネルの地山の地質不良区間の密度を推定する．そして，数値解析と模型実験を併用してトンネルと地山の相互挙動を明らかにし，耐震補強工法を再現することで，その効果を検討することを目的とする．
宇宙線ミュー粒子の測定手法とその精度を確認するため，大型土槽（中に試料としてまさ土を充填）とモルタル塊を準備し，シンチレータと光電子増倍管で構成された検出装置とサーベイメータを用いた基礎実験を実施した．ここで，モルタル塊は土槽の実験で用いたまさ土と異なる密度に設定した．同時に，実験室内に設置してあるコンクリート塊や実験棟（建物），そして何も設置していない状態に対して，透過したミュー粒子を測定して結果を比較した．
次に，多方向載荷試験を行った．覆工にモルタル（高強度），地山にベントナイトを混入したモルタル（低強度）を用いた供試体を作製し，鉛直方向と水平方向に油圧シリンダーにより荷重を作用させ，供試体の変形状況を確認した．その際，覆工と地山の間に生じている背面空洞の条件を変化させて実験を実施し，その影響を確認した．
数値解析では，有限要素法を用いてモデルを作成した，並行して，ひび割れの再現などの点で精度の高い剛体バネモデル（RBSM）を用いて数値解析を行った．解析モデルでは地山とトンネル覆工，背面空洞を再現し，水平方向から荷重を作用させ，載荷板変位，内空変位，載荷荷重，モデル全体の変形状況，ひび割れ発生状況などについて実験結果と比較した．

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宇宙線を利用した超小型物理探査装置の開発とため池群の広域リスク評価

研究課題/領域番号：19K22349 2019年06月 - 2021年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業挑戦的研究(萌芽) 挑戦的研究(萌芽)

西村伸一, 柴田俊文, 珠玖隆行

配分額：6370000円（直接経費：4900000円、間接経費：1470000円）

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豪雨／地震災害リスク予測・評価による農業水利施設（群）の動学的マネジメント

研究課題/領域番号：18H03967 2018年04月 - 2021年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(A) 基盤研究(A)

村上章, 西村伸一, 藤澤和謙, 渦岡良介, 福元豊, 鈴木誠

配分額：32110000円（直接経費：24700000円、間接経費：7410000円）

平成30年度は初年度の研究遂行にあたり、研究備品3Dプリンタの購入・設置を行った。各研究項目につき、以下の内容を遂行した。
地盤表面及び内部での土の侵食／変形に関して、土の表面で生じる現象のモデリングに取り組んだ。土の表面に作用する流体力（浸透流が表面の土粒子群に与える力）を評価するため、3Dプリンタを用いて一様な粒径を有する疑似的な土試料を作成した。土試料は、一層毎のシートとなっており、これを積み重ねることで、模擬土質試料を完成させた。また、この試料を利用した浸透実験装置を作成し、表層の浸透力の測定に取り組んだ。研究計画のうち「土表面に作用する流体力のモデリング」について、上向き浸透流が土粒子群の表面に与える流体力を調べた。
兵庫県のため池においてUAVを用いて三次元計測を行い、三次元モデル化を実施した。さらに、地中部分も含め、有限要素モデル化を行った。これを用いて三次元有限要素法動的解析を実施し、ため池堤体の三次元安定性を検討した。
一方、ため池堤体を模擬した遠心模型実験とその数値解析を実施した。遠心模型実験ではため池堤体の締固め度、ため池水位の変動、ため池堤体の対策工がため池堤体の地震時変形量に与える影響を検討した。この結果、ため池堤体の締固め度が十分であれば、地震時変形量は抑えられること、ため池水位が急低下した状態では地震時変形量が大きくなること、ため池堤体法尻の排水工が有効な対策であることを明らかにした。
既設管水路を対象として近接する杭基礎構造物を構築するときのリスクを評価するため、アルミ棒を用いた模型実験とその数値解析を実施した。管水路までの水平距離と杭先端からの深さをパラメータにして、影響範囲と大きさを検討した。水平距離では管径の3倍離れると影響はなくなり、1.5倍の位置では杭基礎が傾く可能性が大きくなることを、模型実験と数値解析から明らかにした。

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インドにおける灌漑システムの調査・診断・評価

研究課題/領域番号：16H02763 2016年04月 - 2020年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(A) 基盤研究(A)

村上章, 林泰一, 西村伸一, 藤澤和謙, 濱武英, 藤原正幸, 渡邉紹裕, 福元豊, 竹内潤一郎

配分額：37830000円（直接経費：29100000円、間接経費：8730000円）

現地サウンディング調査を継続して実施した。インドのカルナータカ州に位置するバンガロール（Bangalore）周辺にて、2つの貯水池を選定し、貯水堤体の強度分布を調査するため、スウェーデン式サウンディング試験及び簡易動的コーン貫入試験を実施した。調査の実施は2018年12月17～20日に行った。その結果からは、日本のため池堤体と比較すると、高強度のかなり固い堤体表面となっているものの、内部には、低強度の柔らかい土層が存在する特徴があることが判明した。また、詳細な取得データの統計解析により、強度の相関距離の算定等を行った。
Bangalore近郊Tumkurの2つの貯水池で、堤体の内部診断を目的としてスウェーデン式サウンディング試験（SWS）と簡易動的コーン貫入試験（DCP）を実施した。前者は効率的な静的サウンディング法であり、後者は比較的強固な地盤においても適用可能なサウンディング法である。対象としたインドの貯水池の堤防は大変強固であり、SWSのみでは貫入不能であったため、DCPとの混合使用法を提案した。試験結果である地盤の剛性を地質統計学手法によって内挿補間した。
インド・アッサム地方の茶園における水及び窒素循環を明らかとする目的で、対象とする茶園に気象観測機器を設置し、2017年8月より気象データを収集するとともに、2018年3月より地下水位観測のために浅井戸と深井戸に水位計を設置して観測を続けている。観測データは、インド工科大学グワハチ校（IITG）土木学科教員の協力により、日本で確認できるようになっている。さらに、2018年10月より土壌水分計を砂質土と粘質土の土壌に設置して、連続観測を続けている。
インド亜大陸の日雨量記録について、英領インド時代の1890年代から最近の2010年代までのデータ集の構築を進め、インド北東部のアッサム州、メガラヤ州の気象観測を維持した。

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土構造物の三次元計測と内部診断技術による高精度性能照査にも基づく意思決定法の提案

研究課題/領域番号：16H02577 2016年04月 - 2020年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(A) 基盤研究(A)

西村伸一, 柴田俊文, 小松満, 吉田郁政, 珠玖隆行

配分額：40560000円（直接経費：31200000円、間接経費：9360000円）

南海・東南海地震対策として，ダム，ため池などの農業水利構造物や，海岸堤防，河川堤防に対して耐震性能照査が実施されている．しかし，老朽化した土構造物は，内部の情報が不明確で精度の良い照査が実施できる状況ではない．照査の精度を上昇させるためには，簡便で高密度な現地試験が必要で，サウンディングと物理探査が有望である．本研究では，これらの手法を効率化，高精度化し，それぞれの情報を合成する技術を開発する．一方，近年，三次元計測技術の進展が著しく，構造物の三次元モデル化が容易になりつつある．本研究では，現地試験による内部調査結果と三次元計測結果を統合して，効率的な三次元解析を実施し，土構造物の性能照査を高精度化する．さらにリスク解析を行い，構造物の改修や防災対策の意思決定システムを構築する．
クローラに自動式スウェーデン式サンディング試験装置を結合し，自走式クローラ装着スウェーデン式サウンディング試験機を完成させた．また，スウェーデン式試験機として，音響によって土質判定が同時判定できるものを完成させた．地盤内部の統計モデル化手法の開発を目指してきたが，スパースモデリング手法を利用した地盤内部の地層や地盤物性のモデル化手法を完成させ，実際のサンディング試験結果に応用した．また，UAV（ドローン）による三次元計測を実施した．三次元計測結果に基づいて，有限要素モデルを2つのサイトについて完成させた．さらに，モデルに基づいた有限要素法による地震応答解析を実施し，南海トラフ地震に対する安定性を検討した．豪雨災害に対しては，地盤内部の透水性分布の同定が重要である．堤防の浸透特性を同定するために，CPTの模型実験と同時に，同じ供試体を用いた透水試験を実施し，CPT結果と透水係数の関係式を完成させた．この結果を，河川堤防で実施したCPT結果に適用し，堤防のパイピングリスクを求めることができた．

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事象再現型モンテカルロ計算の効率化とその防災問題への応用に関する基礎的研究

研究課題/領域番号：15K04767 2015年04月 - 2019年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(C) 基盤研究(C)

松保重之, 西村伸一, 平山基

配分額：4940000円（直接経費：3800000円、間接経費：1140000円）

効率的なモンテカルロ（ＭＣ）法の実現によって、今まで解けなかった問題が解けたり、誤差の大きい計算によって誤った判断を下すことを防ぐことを最終目的としている。ＭＣ法とは、乱数を用いる技法の総称なので、計算に用いる擬似乱数を高精度化することで、効率化計算を目指した。具体的には、一様乱数を用いたＭＣ計算を行う場合、ＭＣ計算を実施する前に、精確に一様分布に従う擬似乱数列を調べ、その乱数シードを対象問題ごとにデータベース化しておく。実際のＭＣ計算時に、最適乱数シードを用いることで、高精度計算を実現し、ひいては高精度に裏付けされた効率化計算を実現した。開発手法の有効性は、種々の例題を通じて、例証した。

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ロックボルト補修による水路トンネル・地盤の相互作用評価と補修の方法論の確立

研究課題/領域番号：15K07648 2015年04月 - 2018年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(C) 基盤研究(C)

柴田俊文, 西村伸一, 珠玖隆行

配分額：4940000円（直接経費：3800000円、間接経費：1140000円）

老朽化した農業用水路トンネルの維持管理は社会的懸案となっており，トンネルの損傷を正確に把握することが重要である．矢板工法で施工されたトンネルでは覆工の背面に空洞が施工中・施工後に発生することがあり，この空洞が破壊の主要因となる．そのためトンネルの維持管理には，地山と背面空洞がある覆工との相互挙動の把握が必要となる．また背面空洞の充填前後の相互挙動を把握することも，補強のためには重要である．本研究では，模型実験と数値解析により相互挙動を確認した．その際，局所変形と破壊性状を把握するため，実験結果と解析結果との比較を行った．またロックボルトの効果を把握するため数値解析により内空変位の比較を行った．

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「応力発光技術」を応用した農業水利施設の健全度診断

研究課題/領域番号：15K18759 2015年04月 - 2018年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業若手研究(B) 若手研究(B)

珠玖隆行, 西村伸一, 柴田俊文

配分額：3770000円（直接経費：2900000円、間接経費：870000円）

本研究では，力の作用によって光を放出する「応力発光」と呼ばれる現象に着目し，応力発光を応用した既設構造物の健全度診断手法の構築を試みた．応力発光材料と呼ばれる材料を，構造物に塗布し，その発光状況を計測し，発光強度のみから構造物に作用する応力が推定できるかを検討した．応力発光塗料を塗布したセメント安定処理土を一軸圧縮試試験に供し応力発光と作用応力を計測した．その後応力発光強度と作用応力の相関を調べ，発光強度の情報のみから作用応力を間接的に推定できることを示した．

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湖沼・ため池・水路底泥の分級・脱水・改質によるリサイクル回路の構築

研究課題/領域番号：15K14822 2015年04月 - 2018年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業挑戦的萌芽研究挑戦的萌芽研究

西村伸一, 後藤丹十郎, 村上賢治, 珠玖隆行

配分額：3900000円（直接経費：3000000円、間接経費：900000円）

本研究は，ため池，水路，湖沼の浚渫土の再利用促進方法の確立を研究目的とした．第一に，従来のフィルータープレスを改良し，機能を付加し，最適な脱水，透気，吸引，乾燥のプロセスを同定することができた．第二に，脱水乾燥した浚渫土の再利用法を検討した．再利用方法としては，地盤材料として用いる方法を考えた．その結果，乾燥処理は地盤材料の強度増加のために有効であることが分かった．底泥には，農地への施肥による肥料分が多く吸着しており，この肥料分を有効に再利用するため，植栽土壌としての底泥の有効性を検討した．結果，乾燥処理温度が生育に影響を与えることが明らかとなった．

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豪雨／地震災害リスク評価を考慮した農業水利施設（群）のアセットマネジメント

研究課題/領域番号：26252040 2014年04月 - 2018年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(A) 基盤研究(A)

村上章, 中畑和之, 西村伸一, 藤澤和謙, 小林晃, 鈴木誠

配分額：40950000円（直接経費：31500000円、間接経費：9450000円）

地震災害リスクと豪雨災害リスクを統合したアセットマネジメントシステムの構築につき、任意年の地震リスク＝損失額×地震損失確率を算定し、最終的にLCC=供用年内のリスク＋改修費用＋維持管理費用を得る。LCCを最小化することで最適な改修および維持管理方法を決定する。この解析を複数の対象地域（ため池群の流域とその下流地域）で実施し、一連の分析を統合化した意思決定システムを完成させた。
上記の研究成果は、論文や口頭発表を通じて公表した。さらに、一般市民向け研究成果公開事業「京都大学アカデミックデイ」にて発表・説明した。

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発展型システム信頼性理論を用いた農業生産基盤施設群の総合リスク評価システムの構築

研究課題/領域番号：25292143 2013年04月 - 2016年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(B) 基盤研究(B)

西村伸一, 藤澤和謙, 珠玖隆行, 水間啓慈, 柴田俊文

配分額：17030000円（直接経費：13100000円、間接経費：3930000円）

本研究では，近い将来の発生が予想される南海・東南海地震や頻発する集中豪雨に備えて，農業生産基盤施設群（水利施設や干拓堤防など）の適切な維持管理を目的とするリスク評価手法の構築を目指した．具体的な成果は次の通りである．1) 盛土構造物の地震時安定性および破堤のメカニズムを明らかにするための実験装置を試作し，盛土構造物の液状化機構を明らかにした．2) 地震時および豪雨時の斜面および構造物の安定性および氾濫被害を予測するための解析手法を開発した．3) サンディングと物理探査を基本とする現地試験法を開発し，現地での実施によって有効性を確認した．4) 農業生産基盤施設群の総合リスク評価法の開発した．

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オンライン制御泥土脱水・乾燥システムを利用した新土質・土壌材料の開発

研究課題/領域番号：24658204 2012年04月 - 2015年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業挑戦的萌芽研究挑戦的萌芽研究

西村伸一, 藤澤和謙, 村上賢治

配分額：4030000円（直接経費：3100000円、間接経費：930000円）

本研究は，多量に発生する泥土に対し，新たな脱水・乾燥および泥土資源化システムを構築した。第一に，改良型フィルタープレス機の開発を行った。このフィルタープレスは，従来の浸透圧密型の機械に，圧密→吸引→透気というサイクルを加え，脱水の効率性を高めるものである．第二に，処理土の土質・土壌新材料としての開発を行行った．乾燥処理を施した土を，土質材料として再利用する場合と，植栽土壌として使用する場合を検討し，材料としての有用性を確認した．

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データ同化による越流侵食リスクに基づく農業水利施設（群）のアセットマネジメント

研究課題/領域番号：23248040 2011年04月 - 2014年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(A) 基盤研究(A)

村上章, 西村伸一, 柴田俊文, 藤澤和謙, 小林晃, 中村和幸, 鈴木誠

配分額：40560000円（直接経費：31200000円、間接経費：9360000円）

ため池を中心とした農業水利施設（土構造物）について、研究代表者および研究分担者がそれぞれ開発してきたデータ同化・侵食予測モデル・地震被害リスクを融合させて機能診断技術を深化・発展させるとともに、資産管理や費用便益・公会計の概念を付加して農業水利施設を、社会的便益を供給する社会資本／資産とみなした「ため池（群）のアセットマネジメント」システムを構築した。これは従来からある農業水利施設ストックマネジメントにおける機能診断を高度化させ、農業水利ネットワークの保全を図るものであり、実用に供しうる成果を目指した。また、本研究で開発するシステムは，河川堤防などの社会基盤施設にも適用可能である。

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統計数理手法を用いた汎用的逆解析システムの開発：性能設計／維持管理への応用

研究課題/領域番号：23656297 2011年 - 2013年

日本学術振興会科学研究費助成事業挑戦的萌芽研究挑戦的萌芽研究

村上章, 西村伸一, 藤澤和謙, 西山竜朗, 中村和幸, 鈴木誠

配分額：3640000円（直接経費：2800000円、間接経費：840000円）

統計数理の方法（アンサンブルカルマンフィルタ／粒子フィルタおよびEMアルゴリズム）を援用して、今までにない斬新な逆解析システムを構築した。従来困難であった弾塑性パラメータの同定を欠測や観測誤差がある場合が解決されるばかりか、土構造物を始めとする各種構造物の維持管理に必要な空洞などの欠陥同定についても、複数の欠陥を容易に求める可能性を有する。地盤模型実験の観測値を用いた解析を行い、得られるパラメータの精度を検証した。さらに、地盤や土構造物に関する実施工観測や各種構造物の機能診断事例を収集し、時系列解析によって観測誤差の統計的性質を検討したうえで、実問題に対する適用性を明らかにした。

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土構造物ストックマネジメントのための統合化計測/データ同化による機能診断システム

研究課題/領域番号：20380136 2008年 - 2010年

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(B) 基盤研究(B)

村上章, 西村伸一, 西山竜朗, 柴田俊文, 藤澤和謙, 鈴木誠

配分額：19760000円（直接経費：15200000円、間接経費：4560000円）

土構造物を対象として、そのストックマネジメントに必要な統合化計測～データ同化・機能診断～リスク評価～LCC算定の総合的なシステムの確立を目論んだ。研究期間において、高精度表面波探査装置を岡山市内ため池堤体に持ち込み、相関式を用いてN値空間分布を求め、堤体と地山の境界が明確であることなど基本的な特性を把握した。さらに、データ同化を用いた土構造物の劣化判定を試み、豪雨によるため池破堤のリスクおよびLCC算定法を提案した。

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軟弱地盤上構造物の長期残留沈下に対する維持管理を対象とした信頼性設計

研究課題/領域番号：20580264 2008年 - 2010年

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(C) 基盤研究(C)

西村伸一, 村上章

配分額：4810000円（直接経費：3700000円、間接経費：1110000円）

本研究は,軟弱地盤上に施工された農業土木構造物(干拓堤防など)の維持管理を目的とした最適設計を目指したものである.軟弱地盤上の構造物において,改修等で載荷が生じた場合に予想される長期の圧密沈下を対象とした.ここでは,長期残留沈下予測を適切に行う簡便な手法を開発し,これに基づいて,供用期間内のライフサイクルコスト最小化に基づく最適設計問題を信頼性設計理論の立場から議論した

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地盤構造物設計のための体系的な性能設計と信頼性設計理論の構築と普及

研究課題/領域番号：19206051 2007年 - 2010年

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(A) 基盤研究(A)

本城勇介, 吉田郁政, 西村伸一, 鈴木誠, 白戸真大, 菊池喜昭, 堀越研一, 長尾毅, 鈴木誠, 菊池喜昭, 長尾毅

配分額：42510000円（直接経費：32700000円、間接経費：9810000円）

本研究の遂行に当たっては,地盤構造物の性能設計と信頼性設計に関する3つの課題を立て,研究を進めた.課題(A)では,次の6つの課題について,研究を遂行し,順次学術誌の論文,国際会議での研究発表により成果を公表した.6個の課題とは,(1)効率的MCSの開発,(2)MCSによる部分係数決定,(3)簡易な信頼性設計法の開発,(4)確率場理論による地盤のモデル化,(5)確率場からのサンプリング論,(6)信頼性関連データの収集・整理,である.30以上の学術雑誌論文と36の国際会議の論文が発表されている.課題(B):「国際ワークショップを開催し,知見を集約する」においては,2009年6月11-12日,岐阜市の長良川国際会議場を会場として国際シンポジウムIS岐阜を開催した.登録者126名,出席者約100名,内国外からの参加者32名であり,4つの講演と51編の一般発表が行われた.全発表の3分の2は,海外からの参加者による発表であり,この分野における最新の知見が集約される会議であった.課題(C)「地盤工学の性能設計・信頼設計法について体系的に解説した書籍を出版する。」では,研究期間の特に後半において,外国の大学での集中講義の原稿,委員会報告,学会誌への講座の執筆などの機会に書き溜めた原稿を整理・編集して,テキストを作成中である.

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施工観測を考慮した土構造物性能照査コードの開発とGPS・携帯電話を用いた性能管理

研究課題/領域番号：17380145 2005年 - 2007年

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(B) 基盤研究(B)

村上章, 西村伸一, 西山竜朗, 鈴木誠, 柴田俊文, 飯塚敦

配分額：16520000円（直接経費：16100000円、間接経費：420000円）

東日本高速道路(株)北関東自動車道蓬田トンネル工区付近の盛土基礎上でGPS受信機を設置し、平成18年度に計測した盛土基礎地盤の沈下挙動を水〜土連成弾塑性有限要素解析により解釈することを試みた。同様の解析作業は平成18年度にも行ったところであるが、今年度は土質材料パラメータ、初期条件、境界条件、盛土荷重に関する条件を精査し、見直したパラメータ・条件を用いて数値解析を行い、結果を比較した。境界条件や荷重条件を見直してもそれほど結果に大きな影響を与えないこと、初期条件のうち初期応力分布の与え方が最も結果に影響することを示した。初期応力分布を検討したのち、土質パラメータを調整して計測値の再現を試み、良好な結果を得るとともに、最終沈下量を評価した。並行して、携帯電話を用いた性能照査値の管理やワークステーションを用いた遠隔データの管理も行った。
水〜土連成弾塑性有限要素/メッシュフリー解析コードのうち特に後者について、規定性能や設計の変更に対応したものとするよう修正を試みた。その中にはメッシュフリーコードの安定化も含まれている。上記作業を統合して、性能の変更や設計変更のシミュレーションを想定した数値解析も試みた。
本研究の遂行計画は、土構造物に導入される性能照査設計法と時期的に並行しており、研究代表者は農業水利構造物の性能規定化委員会にも参画している。本研究で得られた成果は、実務にも取り入れられる意義を有するものと考えられる。

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土構造物の性能評価のための多次元圧密予測法の開発と設計法への応用

研究課題/領域番号：17580214 2005年 - 2007年

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(C) 基盤研究(C)

西村伸一, 西山竜朗

配分額：3750000円（直接経費：3600000円、間接経費：150000円）

軟弱地盤上の土構造物は,何年にも渡り圧密沈下の影響を受けるために,時間経過を考慮した性能評価を行う必要が有る.本研究は,その様な圧密変形の影響を受ける土構造物の性能を評価し,最適な維持管理法決定手法の開発を目的とする.通常,軟弱地盤では施工の際に,変位や間隙水圧が計測される.ここでは,長期的(10-20年程度)の維持管理を念頭に置いているため,計測値に基づいて維持管理計画を変更できる方法を念頭に置いている.
研究は,具体的には,1.圧密変形評価モデルの検討,2.現場計測値に基づいた将来変位予測法の開発を行った.最適な構造物の維持管理のためには,正確な変形予測法が必要である.今回は,二次元圧密模型実験を実施し,軟弱地盤の多次元的な挙動を正確に予測する手法の開発に力点置いた.具体的な結果は次のとおりである.
(1)二次元圧密模型試験装置の開発
試験機は,水圧によって拘束圧が載荷され,ベロフラムシリンダによって局所載荷がなされる仕組みになっている.計測は,表面の沈下を変位変換器で間隙水圧を圧力変換器で計測している.また,多次元変位は,CCDカメラによるビデオ撮影を行い,供試体に設置した標点の変位から求めた.
(2)二次元圧密試験の実施
実験材料として,カオリン粘土(低塑性),海成粘土(高塑性)を用いて圧密試験を実施した.計測値として供試体の複数点の変位と間隙水圧を計測した.
(3)逆解析に対応した簡便な変形予測モデルの開発
モデルは,圧密硬化,せん断による応力ひずみ関係の非線形性,および異方性を評価できるものである.逆解析に対応した変形予測モデル開発に当たっての留意点としては,モデルを可能な限り単純化することである,得られた実権計測データに基づいて逆解析を実施し,適切な変位予測が行えるかどうかを確認し,解析手法の有効性を確認することができた.

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農業水利施設の性能設計・性能施工に関する研究

研究課題/領域番号：16380160 2004年 - 2006年

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(B) 基盤研究(B)

野中資博, 工藤庸介, 田中勉, 緒方英彦, 西村伸一, 石黒覚, 小林範之, 井上一哉, 浜口俊雄

配分額：15200000円（直接経費：15200000円）

各種水利構造物の正確な性能評価を実現するために、コンクリートや土,基礎岩盤などを対象として,性能評価手法についての検討と検証を実施した。コンクリートの中でもダムコンクリートは,粗骨材が一般のコンクリートよりも大きいため,その性質に不明な点が残されている。破壊解析で必須なパラメータとなる破壊エネルギーについて,試験方法を確立するとともに,ダムコンクリートへの適用性を確認した。またダムコンクリートの自己収縮特性に関して,実験的手法を用いて検討を行った。さらには,コンクリート構造物を対象とした超音波法によるひび割れ深さの測定について,実験や実測を踏まえた検証を実施するとともに,コンクリートの材料となる骨材の枯渇問題への対策として,リサイクル材を用いたコンクリートの特性に関する検討を行った。土質材料に対しては,非線形性と異方性の両方を考慮した逆解析手法の開発を行い,また信頼性設計法をため池の耐震設計に適用した。さらに,セルオートマトン法を用いてパイピングの解析を行い,ため池堤体の安定性に関する検証を実矩した。基礎岩盤に対しては,ロック材の風化による材料特性の変化について調べるために,人工的に劣化を生じさせる実験を行い,強度や変形特性の変化について明らかにした。近年重要性が高まっている構造物の景観に対しては,斜面が持つ景観の特徴について分析を行うとともに,水利施設が持つ景観を含めた多面的機に能について検討を加え,多面的機能の性能規定化に向けた研究を行った。

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粒状材料のせん断帯生成に関する非接触画像診断・メッシュレス分岐解析システム

研究課題/領域番号：14360144 2002年 - 2004年

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(B) 基盤研究(B)

村上章, 西村伸一, 西山竜朗, 阪口秀

配分額：11200000円（直接経費：11200000円）

本年度は、導入した「非接触型変位測定システム」と「平面歪試験装置」により、飽和砂供試体に関する平面ひずみ試験結果画像を解析した。解析のツールとして、PIV(Particle Image Velocimetry)を採用している。実施した室内試験は、平面ひずみ条件下でのせん断過程において砂供試体に発生する局所変形とその進展を追跡しながら、その変形メカニズムを把握することを目的とした。具体的には、PIV解析結果を変換し、供試体内のひずみ、渦度といった局所変形量を可視化し、その進展に着目することに重点を置く。局所変形を可視化することで、局所変形の発生領域を明確にし、各局所変形量の相互比較を容易なものとする。得られた結果から、載荷初期においてひずみの網目構造が形成され、ひずみの発達する方向は、最大主応力方向と最小主応力方向とに発達するものに分類できること、網目構造が座屈することにより主せん断帯が発生し、網目構造の座屈には渦運動が関与すること、供試体の側方への膨張に伴い、渦度が一箇所に集中し、主せん断帯の形成へとつながることを示した。以上の内容は、農業土木学会論文集にて報告した。
一方、このような飽和土の挙動を数値解析するために、水〜土連成問題を有限変形場でメッシュレス法により離散化して、プログラムの精度を検証したのち、土の要素試験や盛土基礎地盤の数値解析を実施した。解析結果は本年度において日本機械学会論文集で報告するとともに、来年度のSoils and Foundations(地盤工学会論文報告集)や国際地盤工学会議論文集に掲載を予定している。

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統計的軸対称圧密モデルの開発と軟弱地盤情報化施工への適用

研究課題/領域番号：13660242 2001年 - 2003年

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(C) 基盤研究(C)

西村伸一, 西山竜朗, 村上章, 藤井弘章

配分額：3600000円（直接経費：3600000円）

自然堆積地盤の透水性には,通常,異方性が存在すると考えられるが,バーチカルドレーンが施工された地盤では,圧密による主な排水は水平かつ放射状に生じると推測されるので,水平方向圧密係数を正確に評価する必要が生じる.本研究は,バーチカルドレーンを念頭に置き,粘性土地盤の透水性の異方性,もしくは,水平方向と鉛直方向の圧密係数の相違を考察することを第一の目的とした.多種類の材料を用いて実験を行った結果,どの材料でも排水方向による圧密係数の大きな相違は生じず,概ねc_h=1〜2c_vの結果となった.また,c_h/c_vあるいはk_h/k_vの圧密圧力に対する顕著な依存性は見られなかった.ただし,圧密圧力の変化に対して,比較的一定値を保つ傾向がある.また,t^n法と逆解析法によって決定された圧密定数を比較した結果,後者による方が,より明確に排水方向の相違による圧密係数あるいは透水係数の相違を得ることができた.
最終的に,現場の沈下実測値を逆解析することによって,実地盤の水平方向透水係数を同定し,実験結果と比較している.ここで,実験値は通常の標準圧密試験結果であるため,鉛直方向排水の試験結果である.実地盤は,空間的に大きな不均質性を有し,深度によって応力状態も異なるため,パラメータの非線形性を考慮する必要がある.筆者らは,これらのパラメータの空間的な変動性と圧密途中における非線形性を表現するために,統計的な非線形圧密モデル(SNCMと表記する.)を開発し,これに基づいた逆解析手法を提案している.この手法を,サンドドレーンが施工された実軟弱地盤における沈下実測値に適用している.さらに,情報化施工を念頭に置き,同定されたパラメータに基づき,将来圧密挙動予測を行っている.

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粒状材料におけるせん断帯生成機構解明のための実験と解析

研究課題/領域番号：12460105 2000年 - 2001年

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(B) 基盤研究(B)

村上章, 西山竜朗, 西村伸一, 藤井弘章

配分額：5700000円（直接経費：5700000円）

本年度は、アルミ棒積層体を用いた二軸試験を実施した。アルミ棒の径は3種類とり、均等径および混合径にて試料とした。粒子の中心軌跡を非接触装置により観察し、粒子群の挙動を把握した。それと並行して、こうした変位を連続体物質点のそれとみなすことで、粒子群のつり合い状態を逆解析することを試みた。解析には等価介在物法による逆解析法を用い、粒子集合体の非弾性応力分布を推定した。また、接触力分布を推定する新しい考え方を導入し、個別要素法による結果と比較し、その対比を検討した。一方、研究代表者と海外共同研究者とによる「連結格子セルオートマトン(Connected Lattice-Cellular Automata : CL-CA)」の適用・検討も進めた。粒状体に関するCAのローカルルールは、従来開発していた落し戸受働モードのそれに加え、より一般的なせん断条件を記述するローカルルールを新たに提案した。均等径粒子群について、このルールに基づいたダムブレイク問題の数値解析を行い、ルールの有効性と結果の妥当性を検討した。この問題の解析では、海外共同研究者が行った実験や個別要素法解析の結果と良く似た傾向が得られるだけでなく、流体解析に用いられるCIPによる解析結果とも良い対比を示した。

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土地改良施設における安全性評価手法の開発

研究課題/領域番号：11556042 1999年 - 2001年

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(B)

清水英良, 石黒覚, 田中勉, 西村眞一, 西村伸一

配分額：3700000円（直接経費：3700000円）

1.浸透破壊に対する安全性 Prismatic failureの概念を用いて基礎地盤の浸透破壊に対する安全率を定義し,複列矢板を設置した場合の限界水頭差(二次元集中流)を,掘削幅,矢板の根入れ深さをパラメータとして解析した。その結果,掘削幅が小さく,根入れ深さが大きいほど浸透破壊に対する安定性が低下し,単列矢板と仮定して解析すること(二次元流)が極めて危険であり不合理であることを明らかにした。さらに,土の異方透水性の値が大きくなると,二次元流二次元集中流のいずれの場合も地盤の力学的安定性が低下し,特に二次元集中流の場合に顕著であることを明らかにした。
2.水理破砕に対する安全性初期亀裂長を各種変化させた円柱供試体を用いてアースダム築堤材料の破壊靭性試験を実施した。その結果,破壊靭性値には寸法効果が存在し,実験・解析結果より供試体直径が初期亀裂長の約7倍以上なければ実際の値を過小評価することを明らかにした。さらに三軸圧縮試験の結果より,不撹乱土や含水比が低下した撹乱土の場合,側方への伸びによる初期亀裂が低応力レベルで発生した。従って,施工の状態・条件によっては築堤過程で縦亀裂が生じ,貯水時に水理破砕へと進展する危険性が十分に考えられることを明らかにした。
3.コンクリート構造物の安全性圧縮〜引張の二軸応力下におけるくさび挿入試験装置を作成し,川砂利,砕石コンクリートの破壊エネルギーを求めた。その結果,破壊エネルギーは一軸応力の場合に比べて減少し,また砕石コンクリートの破壊エネルギーの方が大となり,既往の研究結果を立証した。さらに,多直線近似解析法を適用して引張軟化曲線を推定する解析プログラムを作成しその適用性を検証した。その結果,二軸応力下における引張軟化曲線の形状は圧縮応力比によって異なること,弾性係数は圧縮応力比の増加に伴い低下することを明らかにした。
4.干拓堤防の地震時安全性地盤統計学の手法を多次元に拡張して土質パラメータの空間分布に関する統計モデルを構築し,干拓堤防の液状化確率分布を地震発生の統計モデルを考慮して求める手法を開発した。さらに,サンドコンパクション(SCP)工法による地盤改良効果に関する統計モデルを用いて,3つの改良パターンにおける最適砂置換率および最適総費用を期待総費用最小化規準によって決定した。その結果,全面改良のパターンが最適砂置換率が最も小さく,また最適総費用も,破壊損失・耐用年が大である重要構造物に対して最小となることを明らかにした。

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土の保水性・透水性のヒステリシスが降雨時の傾斜地安定性に与える影響について

研究課題/領域番号：10660227 1998年 - 1999年

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(C) 基盤研究(C)

島田清, 西山竜朗, 西村伸一, 藤井弘章

配分額：2800000円（直接経費：2800000円）

不飽和まさ土のpF試験,および不飽和透水試験を行うとともに,数値解析により,斜面土の不飽和特性,すなわちマトリックサクション(Su)-体積含水率(θ)-比透水係数(Kr)関係が降雨浸潤による斜面の不安定化に及ぼす影響について調べた.さらに,降雨中に地震が斜面を襲った場合の両者の効果を定量的に評価できるように解析プログラムを改良し,解析を試みた.
得られた結果をまとめると,次のとおりである.
(1)体積含水率(θ)と比透水係数(Kr)の関係におけるヒステリシスはごく小さく,無視できる.
(2)θの増加とともにマトリックサクション(Su)が急速にゼロに近づくタイプのθ-Su関係を示すで土は,降雨により斜面安全率の低下が急速に生じる可能性がある.
(3)降雨浸潤による斜面の不安定化を調べる場合,浸潤過程のpF試験で得られたθ-Su関係を解析に用いる必要がある.
(4)降雨浸潤により安全率が低下しているが崩壊を免れている斜面に地震が作用すると,安全率が1.0を切る可能性がある.

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Study on reuse of dredged sludge

1998年

資金種別：競争的資金

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地盤計測結果に基づく新しい軟弱地盤の変形予測法の開発

研究課題/領域番号：09760222 1997年 - 1998年

日本学術振興会科学研究費助成事業奨励研究(A) 奨励研究(A)

西村伸一

配分額：2200000円（直接経費：2200000円）

本研究は,軟弱地盤の変形および間隙水圧の消散に関する,新しい変形予測モデルを開発することを目的とする.ここでいう予測モデルは,従来の土質試験結果のみならず,原位置における地盤の変形計測結果,間隙水圧の測定結果から逐次更新され,将来の変形,間隙水圧の消散を予測できるものを意味する.平成10年度は,次の項目にしたがって検討した.
(1) 統計的非線形圧密モデル用いた新たな逆解析手法の開発を行った.今回は,土のせん断による非線形性を考慮するため,双曲線モデルを用いた非線形解析も実施した.また,間隙水圧計測結果を利用する方法について重点的に検討した.
(2) モデルの検証のため,室内圧密実験を実施した.室内実験により比較的計測誤差のない変位および間隙水圧の計測結果を得ることができる.特に,実験試料としては,カオリン粘土を用いた.試験は,標準圧密試験装置,ベロフラム型圧密試験装置,三軸圧密試験装置を用いて行った.ベロフラム試験装置に関して,10年度は,大型(試料寸法φ10cm x hl0cm)の圧密セルを用いた実験を実施した.大型セルを用いることにより,間隙水圧の計測が比較的容易になった.三軸試験に関しては,拘束圧と軸圧を独立に付加する異方圧密を実施し,試料にせん断変形を生じさせた.
(3) 室内実験結果を用いて,逆解析モデルの検証を行った.その結果,非線形モデルの同定には間隙水圧の計測結果が変位の計測結果とともに重要であることが明らかとなった.また,二次元問題の場合,短期間の計測結果を用いて変形予測を行う場合は,線形弾性モデルを用いてヤング率,ボアソン比,透水係数を同定するのが有効であるとの結論を得た.
(4) 現位置の計測結果を用いて,本逆解析手法の実問題への適用性の検討をした.この場合も,上記の室内試験結果を用いる場合と同様,変位のみならず間隙水圧の計測結果を用いると精度のよい予測結果を得ることが明らかとなった.

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兵庫県南部地震による堤体被害の要因分析およびデータベース化

研究課題/領域番号：09234230 1997年

日本学術振興会科学研究費助成事業重点領域研究重点領域研究

藤井弘章, 西村伸一, 島田清

配分額：1400000円（直接経費：1400000円）

【目的】兵庫県南部地震により、淡路島では944個ものため池が被害を受けた。本研究は、被害の多かった淡路島北部の5町、特に北淡町を中心に、被害・無被害ため池を調査・整理して要因を探り、統計的・地盤工学的分析しデータベース化しようとする。
【方法】被害・無被害に関わる要因として、各ため池の位置(断層・震源への距離、標高)、構造(堤軸の方向、形状、大きさ等)、築堤材料の特性、ダムサイトの地質、履歴(築堤年代・漏水・改修等)を選定した。これらに関わる淡路島北部5町の2071個(内被害ため池425個)のため池の資料、および地盤工学的なデータ(当方の行った上記の内約40箇所の現地調査・土質試験結果、10個の弾性波探索結果)を集めた。これらに、一般的な統計的分析および多変量解析を行った。
【結果】北淡町の場合、被害に関わる要因は、(1)最も近い断層が水越・野島・浅野断層、(2)その距離が250〜1000m、(3)震源からの距離が概ね12km以内、(4)標高100m以上、(5)堤体の大きい、(6)震源および断層に対し、堤軸が正対・直交・その対角線付近、(7)堤軸の形状が複雑、(8)ダムサイトの地質が粘土、砂礫の土質地盤、(9)100年以上経過、(10)堤体材料が粘性土系より砂質土系、強度(貫入抵抗)も小、(11)堤体に生じたクラックは、堤軸に対して45度、135度の方向が最も多い、(12)堤体長に対するクラックの比は、砂粒土方が大きく、(13)また被害ため池の基盤は無被害ため池より深く、(14)一般的な統計と多変量解析を併用することは有効等がいえる。

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浚渫ヘドロを盛土材料とした場合の圧密・圧縮特性に関する基礎研究

研究課題/領域番号：08456119 1996年 - 1998年

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(B) 基盤研究(B)

藤井弘章, 西山竜朗, 西村伸一, 島田清

配分額：8000000円（直接経費：8000000円）

湖底のヘドロを浚渫し強制脱水して脱水ケーキとし、さらにこれを盛土材料として使おうとしている。この脱水ケーキの地盤工学的な特性を知るために、種々の条件で、室内実験・遠心力載荷試験・模型土槽実験・数値解析を行った。
その結果、基本的な性質としては、脱水ケーキの性状は採取位置により、試料の自然含水比・粒度等も大きく異なった他沈下にかんして以下の知見を得た。(1)圧縮試料では、脱水ケーキのみかけの粒径が大きくなるほど沈下率は大きくなる。(2)含水比が低くなる程つまり乾燥する程、沈下率は小さくなる。(3)脱水ケーキの沈下率は20日前後で一定値に近づく。(4)水中で盛土したものが空中で盛土したものより沈下が大きい。(5)空中では含水比によって沈下率に大きな差があるが、水中では含水比による差が小さくなる。(6)遠心力載荷試験の沈下率の方が、模型土槽実験の沈下率よりはるかに大きい。(7)脱水ケーキは、試料作成圧力が小さいほど沈下率が大きくなる傾向がある。(8)粒径が大きくなるほど、体積圧縮係数は、大きくなる傾向がある。(9)粒径が大きくなるほど圧密速度が大きくなる。(10)順解析、逆解析結果は、実用にたる結果がえられるが、モデルを確立するためには、さらに種々の条件で実験を続ける必要がある。(11)脱水ケーキは比較的早く沈下するので、盛土材料としてその挙動の予測はやりやすいといえよう。

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農業土木構造物の耐震信頼性設計に関する研究

研究課題/領域番号：06556037 1994年 - 1996年

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(B) 基盤研究(B)

藤井弘章, 西村伸一, 島田清

配分額：3800000円（直接経費：3800000円）

本研究では農業土木構造物の耐震設計に関して、次の2項目の成果を得ることができた。
1.砂質材料で構築された盛土の液状化に対する信頼性設計
動的土質定数の変動性と地震動の確率特性を考慮した液状化確率の算定を行っている。液状化の簡易な判定法としては、N値の分布に基づく簡易法がよく用いられる。この方法によると動的せん断強度比RがN値、平均粒径D_<50>、細粒分含有率F_Cなどの簡易なパラメータによって決定される。ところが、これらの土質定数は、空間的に大きく変動しており、統計モデル化が必要とされる。本研究では、第一に、この適切な統計モデルの決定法に関する考察を行った。次に、地震時せん断応力比に関しては、地震時の最大加速度を決定する必要がある。そこで、主な歴史地震を調べることにより、地震の年最大加速度の統計モデルを決定した。最終的に、これらの統計量にモンテカルロシミュレーション法を適用することにより、液状化確率を求めた。それに加えて、地盤がサンドコンパクションパイルによって改良される場合の最適設計について考察を行った。期待総費用最小化の理論を用いることにより、最適な砂置換率とその場合の液状化確率を決定している。その結果、最大水平速度150gal、200galの地震を想定した場合と地震の確率特性を考慮した場合の最適地盤改良計画、すなわち最適な砂置換率を決定することができた。
2.淡路島におけるため池被害に関する因子分析
兵庫県南部地震により、淡路島では多くのため池が被害を被った。研究グループは、淡路島の被害ため池の調査を実施した。その結果に基づき、被害率とため池の震源からの距離および震源と堤軸の法線のなす角、堤体の築堤年代、堤体材料、地質特性等との相関分析を数量化II類を用いて行った。解析の結果、各要因が被害率に与える影響の度合いが明らかにされた。

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軟弱地盤上の構造物の情報化施工に関する研究

研究課題/領域番号：05760187 1993年

日本学術振興会科学研究費助成事業奨励研究(A) 奨励研究(A)

西村伸一

配分額：900000円（直接経費：900000円）

1.三笠の圧密理論,Barronの近似理論,有限要素法による圧密解析手法に最小自乗法を適用した圧密逆解析プログラムを開発した。最小自乗法では,非線型計画法の一手法であるGauss-Newton法,修正Marquardt法を用いた。ここで,圧密解析においては一次圧密のみならず,二次圧蜜を考慮できるようにした。また,圧蜜過程において生じる地盤に働く浮力の効果を考慮できるようにした。
2.原位置において得られている沈下板,層別沈下計による沈下計測値に関して検討を行った。各計測値は計測開始時期が異なるため,特に今回は計測の初期値の取り扱いに留意した。
3.開発した手法を原位置の計測データに関して適用した。解析対象地盤のとしては二次元的な沈下を生じている部分と一次元的な沈下を生じている部分を選んだ。今回特に主眼においた考慮点は次の3点である。
(1)どのくらいの観測期間を設けたら近い将来(圧蜜度90〜100%程度の時点)の沈下予測が行えるか。
(2)同定されたパラメータを近隣構造物の沈下予測に適用できるか。
(3)長期の残留沈下を支配する二次圧蜜に関するパラメータが決定できるか。
これに関して次の結論を得た。(1)に関して,一次元的な沈下に対しても,二次元的な沈下に対しても,本解析対象地盤に関しては盛土施工後100日程度(圧蜜度60〜70%程度)の観測期間で,同定されたパラメータの値は一定になる。(2)に関して,近隣構造物の荷重強度が同程度なら同定結果はその沈下予測に用いることができる。(3)に関して,二次圧蜜のパラメータは一次圧蜜度が80〜85%になった時点から同定が可能である。

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盛土による干拓地軟弱地盤の挙動予測

研究課題/領域番号：04660254 1992年 - 1994年

日本学術振興会科学研究費助成事業一般研究(C) 一般研究(C)

藤井弘章, 西村伸一, 島田清

配分額：2100000円（直接経費：2100000円）

児島湾と笠岡湾干拓地における5地区の盛土工事に対して有限要素圧密解析を行い,軟弱地盤の挙動予測方法を提案するとともに,盛土の形態や地盤改良工法の特質が軟弱地盤の挙動に与える影響について検討した。5地区は,サンドコンパクション工法,カードボードドレーン工法および袋詰めドレーン工法で地盤改良され,沈下,間隙水圧,側方変位などが観測された。本研究の解析には,平面ひずみおよび軸対称線形弾性圧密解析を適用した。ヤング率,ポアソン比,透水係数は,標準圧密試験および塑性指数から決定した。解析値と観測値の比較から,次のことが明らかになった。
1.地盤改良工法の違いにかかわらず,本解析法により沈下傾向をほぼ表現できたが,カードボードおよび袋詰めドレーン工法に対しては軸対称解析結果が,また,サンドコンパクション工法に対しては強制変位を与える方法が良い結果を与えた。
2.観測値を用いた逆解析法により,二次圧密を考慮したときの二次圧密開始時間・二次圧密係数を客観的に同定することができた。
3.盛土縁から観測地点までの距離(X)を盛土区間(L)で正規化し,異なった地点の比較を行った。この結果,間隙水圧の誤差指標はX/Lが大きい程大きくなるが,誤差指標変化率は変わらなかった。また,側方変位は,誤差指標も誤差指標変化率もX/Lが大きい程大きくなった。
4.盛土中央では,どの地区も誤差指標は0.5から24%の低い値を示した。
5.盛土面積の小さい地区の誤差指標は大きかったのに対して,誤差指標変化率はほぼ零であった。一方,盛土面積の大きい地区では誤差指標と誤差指標変化率はともに小さい値を示した。

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サクションが強度定数に及ぼす影響

研究課題/領域番号：03660245 1991年 - 1992年

日本学術振興会科学研究費助成事業一般研究(C) 一般研究(C)

島田清, 西村伸一, 藤井弘章

配分額：1900000円（直接経費：1900000円）

本研究は,不飽和土の強度特性に与えるサクションの影響を実験的に調べようとするものである。
試料には,岡山市に産するまさ土の2mmふるい通過分を用いた。0.074〜2mmの砂分の含有率は90.1%であった。実験には,三笠式改良型一面せん断試験機を用いた。下部加圧板にはポーラスストーンの替わりにセラミックスディスクを埋め込み,サクションを制御できるように改良した。供試体は試験機のせん断箱内で垂直応力を載荷することによる静的締固めにより準備し,pF試験における吸引法を適用してサクションを制御した排気・排水一面せん断試験を行った。せん断過程は応力制御方式で行い,せん断応力増分の載荷は10〜20段階に分けて行った。垂直応力は1.0,2.0,3.0kgf/cm^2の3段階とした。また,サクション(Su)はSu=0,0.1,0.2,0.4,0.6,0.8kgf/cm^2の6段階を設定した。
せん断試験結果によれば,サクションの増加により,Su=0kgf/cm^2の飽和供試体より強度が増加していることが分かった。しかし,垂直応力の大きさに関わらず,Su=0.4kgf/cm^2以上になるとせん断強度の増加がほとんど認められないことが明らかとなった。これらの傾向は,正規圧縮,過圧縮を問わずにほぼ同じ傾向であることが分かった。
また,同じ大きさの球がランダムに詰まっている集合体を想定して2球間に働く粒子間結合力を理論的に計算し,サクションと単位面積あたりの粒子間結合力の関係を求めて実験結果と比較し考察した。その結果,まさ土の実験から得られたサクションとせん断強度の関係の傾向は,粒径の粗い粒状体についての理論から得られた傾向と一致した。

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信頼性解析手法を用いた軟弱地盤の安定性および圧密沈下挙動予測に関する研究

研究課題/領域番号：03760158 1991年

日本学術振興会科学研究費助成事業奨励研究(A) 奨励研究(A)

西村伸一

配分額：700000円（直接経費：700000円）

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軟弱地盤における材料定数のばらつきを考慮に入れた信頼性解析に関する研究

研究課題/領域番号：63760187 1988年

日本学術振興会科学研究費助成事業奨励研究(A) 奨励研究(A)

西村伸一

配分額：900000円（直接経費：900000円）