研究内容

地盤工学研究室では、防災・減災ならびに環境の観点から都市基盤・都市環境を高度化するための地盤改良・補強工法ならびに地盤基礎構造物、廃棄物処分場における遮水構造物、地盤・地下水汚染の封じ込め構造物および循環型社会をキーワードとして、関連する上流側・下流側の諸々の課題を有機的に結び付け、且つ諸外国との連携を一層強化した地盤工学的研究活動を展開しています。

既存杭の引抜工法の開発と引抜孔が周辺地盤に及ぼす影響

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高度経済成長期に建設された大量の建築物の更新、同じく大量に建設された道路構造物の高齢化が今後集中的に進む中、建築構造物の解体需要は今後ますます高まっていくと予想される。その中、既存杭の引抜き工事では引抜き杭の残置、周辺地盤の沈下、跡地利用の際の地盤環境の悪化等、施工中・施工後ともにさまざまな問題が生じている。同時に、杭の引抜き跡には引抜孔が形成されるが、引抜孔に注入される充填材にも未だ明確な規定は存在しない。

そこで、引抜孔充填材が周辺地盤に与える効果を地盤の弾塑性FEM解析によって検討し、充填材に要求される特性を明らかにしている。

個別要素法による粒状体解析に基づく地盤改良技術の評価

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地盤の安定性を確保することを目的とした地盤改良技術(工法)は、軟弱地盤に人工的な改良を地盤に行うことで目的の地盤強度その他の地質条件を達成する。現状では地盤改良技術(工法)は多く提案されているものの、目標とした地盤改良が実際に行われているかを確認する方法は少なく、地盤改良技術(工法)を評価する方法が必要である。

そこで、様々な地盤改良技術(工法)に対して、個別要素法による粒状体解析を行うことでその結果から適切な地盤改良が行われたか、より効果的な地盤改良の方法を考察し、地盤改良技術(工法)の評価への適用性を検討している。

地盤改良のリアルタイム可視化技術の開発

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地盤改良と並行に、地盤をリアルタイムに動態計測する技術と計測した施工情報を可視化するシステムを開発している。これらの技術は国土交通省が推進する i-Construction で示している「ICT技術の全面的な活用」ならびにConstruction Information Modeling(CIM)の導入により、建設生産システムの向上、効率化に寄与するものと考えている。

地盤のリアルタイムな動態計測による信頼性や精度を確保し、生産性の向上を目的とするために、計測データのうちの電流値に着目し、地盤改良に重要なN値を推定する換算式を立案し、その指標結果をもとに施工性の効率化の向上を図っている。

地盤改良の改良範囲・効果のリアルタイム確認技術の開発

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地盤改良体の造成は不可視部であるため、改良体が端部まで造成されているかを確認する必要がある。特に高圧噴射撹拌工法による改良はジェット噴流による地盤切削のため、改良径が土質条件等で変わる可能性が大きい。そのため現在、改良径の確認を簡便に行う方法が切望されている。

そこで、改良体造成状況を「見える化」する技術の開発し、またその状況をリアルタイムで示す手法を提案することで、高圧噴射撹拌工法による地盤改良が計画通りに行われているのかを確認できるようにしている。

薬液注入工法における地盤の不確実性が薬液浸透挙動に及ぼす影響

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薬液注入工法とは軟弱な砂地盤の間隙に液状の固結材を注入する地盤改良工法の一つである。主に、砂地盤の液状化防止や強度増加等、安定した地盤への改良に使用される。薬液注入工法は膨大な施工実績を伴っているが、地盤内に薬液が浸透する挙動は不明確である。さらに地盤は不確実性を伴っているため、薬液の浸透範囲を決定するのは難しい。

そこで、不確実性を再現した地盤断面に対して薬液の浸透流解析を実施し、均質地盤と薬液の浸透挙動を比較・評価している。

新たな防災概念に伴う地盤改良・固体系廃棄物の再利用技術の提案

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開発している自己修復型の地盤改良技術である遮水性コーティングとは、吸水ポリマー系の止水材によって、地盤材料・固体系廃棄物を粒子単位で事前コーティングするものである。

一連の研究では、遮水性コーティング処理土が地盤改良や遮水処理等で有効に活用されることを目的として、室内試験を通じて固体系廃棄物を利用した遮水性コーティング処理土の重金属溶出特性、アルカリ溶出特性、透水特性および膨潤特性と隆起の関係を明らかにしている。

無機系廃棄物を原料とした固化材の開発と地盤改良材への適用性

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廃ガラスやフライアッシュ等のシリカ成分を多量に含む無機系廃棄物と、アルカリ助剤を熱処理した粉末状のシリカ系混和材を開発している。

一連の研究において、シリカ系混和材は高炉スラグ微粉末と混合して使用することが固化材として有効であると考えられ、シリカ系混和材と高炉スラグ微粉末との混合固化材はセメント系固化材と比較して高い強度発現ならびに優位な諸特性が期待できることを明らかにしている。

超高流動化処理土の開発と粒子法による流動設計の確立

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建設発生土および建設汚泥の利用促進ならびに長距離施工等への対応が近年必要とされている。

そこで、建設汚泥を母材として、より高い流動性を持つ流動化処理土の開発を実施している。

一連の研究では、要求品質に対する開発した超高流動化処理土の力学諸特性の実験的把握に努めている。また、流動化処理土の流動性評価において粒子法の適用を試みており、粒子法による流動化処理土の圧送設計も可能としている。

廃石膏ボードの再資源化と地盤改良への適用性

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廃石膏ボードを焼成して得られる再生半水石膏を地盤改良材、特に脱水固化処理材とし、建設汚泥に対する可能性について明らかにしている。

一連の研究では、廃石膏ボード由来再生二水石膏、半水石膏、無水石膏の添加・混合にともなう含水比の低減効果を定量的に評価するために、石灰安定処理に関する既存の知見を基にして石膏安定処理土の含水比推定式を提案している。

放射性物質による汚染土壌の処理・処分法の確立

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放射性物質による汚染土壌の新たな除染対策ならびに処分方法を立案するため、放射性物質の地盤内浸透挙動を評価している。

一連の研究では、移流分散方程式に土粒子による吸着および放射性物質の半減期を考慮した項を組み込むことで、放射性物質の地盤内浸透挙動を明らかにしており、当該解析結果は現地での地盤環境調査結果を高い精度で再現できることを示している。

重金属による汚染土壌に対する不溶化材の高度化

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土壌汚染は、土壌および土壌内に存在している地下水が重金属等の有害な化学的物質を含有することで、人々の健康や生活環境および生態系に対して悪影響を及ぼす恐れがある状態に陥ることである。

そこで、複数種の重金属による複合汚染土壌に対する一元的な不溶化の実現を目的とし、複合型不溶化材を提案し、その不溶化効果ならびに不溶化処理機構を試験的に検討している。

一連の研究では組成および配合比の異なる複合型不溶化材について、不溶化効果に関する各々の特徴を明らかにしている。

廃棄物処分場構造における防災・環境保全技術の高度化

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側面・底面遮水工が設けられた廃棄物処分場に対する地盤防災・環境保全技術の確立を目的とし、その基礎となり得る側面・底面遮水工が設けられた廃棄物処分場から廃棄物保有水漏出の平時・地震時リスクを評価している。

一連の研究では、側面遮水工における廃棄物保有水の局所的な漏水を表現し得る評価モデルを検討することで、側面遮水工の多次元的な配置ならびに透水係数分布を考慮した海面処分場の保有水漏出リスクおよび保有水漏出リスク低減効果の将来予測を実施している。

同時に、側面遮水工の維持・管理・補修技術の一つとして、側面遮水工内に形成される空間の有効活用技術も提案している。

地盤遮水構造の開発・性能評価・維持補修技術の提案

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廃棄物処分場、特に海面処分場における鋼管矢板を用いた廃棄物埋立護岸(鋼製遮水壁)に対する新技術・新工法として、2つのH鋼を用いた「H-H継手」による鋼管矢板端部(鋼製遮水壁の端部)の継手性能の向上技術を開発している。

一連の研究は、遮水工として鋼製遮水壁の性能や信頼性の向上を目指した環境技術課題を、独創的に解明している。

耐震性鋼管矢板式基礎構造の開発・性能評価

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2本の鋼管とH鋼をあらかじめ工場で連結し一体化させることを考案し、遠心場水平載荷試験、実大材料曲げ試験および現場施工試験等の実施を通じて、高耐力、高遮水ならびに高施工精度という特性をもつ全く新しい鋼管矢板部材である「連結鋼管矢板」を誕生させることに成功している。

地盤調査手法の開発および調査結果の合理的な評価

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改良型スウェーデン式サウンディング試験の開発に着手するとともに、地盤調査結果の断面補間に関して地球統計学的手法の一つであるクリギング法の適用性を検討している。

一連の研究では、クリギング法が地盤物性値を面的に高い精度で予測できることを明らかにし、一例として戸建住宅地盤の地盤内特性評価に適用できることを示している。

建設系廃棄物の地盤工学的処理・処分・再利用における環境経済性評価

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我が国では環境意識の高まりから廃棄物リサイクルが推進されているものの、リサイクルにはコストを要するため、その市場性が問われている。一方、廃棄物リサイクルを実施する本質は環境負荷の削減である。

そこで、直接コストに加え、環境負荷を環境コストとして内部化することで、廃棄物リサイクルを社会的に評価する社会環境効率性評価手法を開発・検討している。

災害廃棄物の地盤工学的処理・処分・再利用に伴う環境影響評価

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我が国では現在、2011年3月11日の東日本大震災によって発生した膨大量の災害廃棄物に対する適切な処理マネジメントが求められている。

そこで、東日本大震災で発生した津波堆積物の処理に関する環境影響を定量化し、さらに、時間スケールを組み込むことで、環境経済と時間軸から適切な処理フローを検討している。

廃棄物の広域的な処理・再利用の推進は、環境影響ならびに時間の総合的な観点から重要であることを示している。

開発途上国における廃棄物処理に対する環境マネジメント技術の確立

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東南アジアにおける都市廃棄物処理事業の一連(廃棄物の循環、処理、処分、ならびに最終処分場の計画、建設、維持管理および廃止)に対して、環境保全費用と環境負荷低減効果の費用対効果を現地調査・解析に基づき明確にする環境会計システム(ソフト面)の枠組みを提唱している。

さらには、都市環境問題を克服する技術の一つとして、最終処分場施設においてLandfill gasesを効率的に回収し、Landfill gasesを有効活用したエネルギー発電を行なう環境創造保全事業(ハード面)を提案し、その事業性を環境会計システム(ソフト面)の枠組みから評価している。