地盤工学研究室

Research

研究内容

地盤工学研究室(稲積研)では、地盤環境の持続可能なマネジメント、防災、および環境に優しい維持管理を目指しています。地盤改良技術と先進的な地盤材料の研究により、自然災害に対する強靭な地盤を構築し、社会環境との調和を図ることで、未来の都市基盤を支えます。シミュレーション、データサイエンス、AIを活用し、気候変動への適応性を持つ地盤の開発を進めており、これらの研究を通じて、持続可能な社会の継承と発展に貢献する知見を提供しています。

【自然ハザード;液状化;AI;リスクマップ;防災・減災】
AI と GID を活用した液状化リスク評価と精密な液状化ハザードマッピング

 本研究は、人工知能(AI)技術と地盤情報データベース(GID)を導入した液状化リスクの評価とハザードマップの作成に取り組んでいます。これまでは横浜市と浦安市での液状化リスクの評価に焦点を当て、既存の地盤情報データベースから AI を使って未知の地盤情報を予測しています。予測された地盤情報に基づき、PL 法を用いて液状化危険度を算出し、詳細なハザードマップを作成することで、既存のハザードマップよりも精密なリスク評価が可能となりました。これにより、地震発生時の液状化による潜在的な被害をより正確に予測し、適切な対策を講じるための基盤情報が提供されます。地盤災害リスク管理における AI の活用の可能性を示す一例として、貴重な洞察を提供しています。

【自然ハザード;土砂崩壊;AI;リスクマップ;防災・減災】
AI – GID – GIS の統合による地盤・土砂災害リスク評価と包括的地盤ハザードマッピング

 本研究は、人工知能(AI)、地盤情報データベース(GID)、そして地理情報システム(GIS)を駆使して斜面災害の予測精度を革命的に向上させる手法を開発しています。令和 6 年能登半島地震を悲劇的教訓に、この技術が災害時のリスク管理と対策計画策定にどのように貢献できるかを示します。また、気候変動に伴う異常気象の増加が予想される現代において、斜面災害を事前に予測し、その影響を最小限に抑えるための対策を講じることは極めて重要です。本研究は、未来の自然災害対策における新たなマイルストーンを築きます。

【自然ハザード;地盤沈下・陥没;AI;支持層深度;防災・減災】
アンサンブル法による高精度地盤データ空間分布予測モデルの開発とその地盤工学への応用

 本研究は、地盤沈下や地盤陥没問題への新たな対策として、アンサンブル学習法を活用した機械学習モデルを開発し、地盤調査のデータベースから地盤データの空間分布を高精度で予測する手法を提案しています。従来、限られた調査データに基づく経験的な予測に依存していた地盤の性質予測を、科学的かつ定量的に行うことで、地盤調査の精度と効率を大幅に向上させます。これまで、関東圏の 3360 個の地盤調査データを使用し、支持層深度の精度の高い予測を実現しています。本研究は、土木・地盤工学分野におけるリスク管理と予防策の策定に貢献することが期待されます。

【自然ハザード;土砂崩壊;数値シミュレーション;対策技術;防災・減災】
地すべり・斜面安定性向上のための最適水平・垂直ドレーン配置による革新的戦略

 本研究は、斜面崩壊を誘発する要因から私たちの生活環境を守るため、最も効果的な水平ドレーンの設置位置を特定することを目的としています。道路崩壊のリスクを減らし、斜面の安定性を高めることで、地すべりによる被害を予防・軽減するための新たな戦略を提案します。水平ドレーンだけでなく、垂直ドレーンの効果も検証し、斜面保全のための最適な解決策を探究します。この先進的なアプローチは、安全な生活空間の確保と自然災害リスクの低減に貢献することでしょう。

【自然ハザード;地盤災害;数値シミュレーション;対策技術;防災・減災】
MPS – DEM – CAE 連成解析よる地震液状化現象の内部挙動の再現と対策技術へフィードバック

 本研究は、地震時に発生する液状化現象の内部挙動を明らかにするため、MPS-DEM連成解析とCAE技術を用いた先進的なアプローチを提示します。特に、地震載荷による砂粒子の沈下と間隙水圧の変化を定量的かつ視覚的に確認することで、液状化対策工法の効果と改良範囲の把握に貢献します。これまで、2011年東北地方太平洋沖地震のデータを基にした地震波形を用い、砂質地盤の液状化発生時の挙動を詳細に再現し、可視化しています。その結果、地震動の載荷後に砂粒子が噴出する挙動を含む、地盤内の過剰間隙水圧の累積と砂粒子間の有効応力の低下を明らかにしました。本研究は、液状化現象の理解を深め、より効果的な対策を導くための重要な一歩となります。

【建設リサイクル;発生土;中性化;CO2固定化;SDGs】
循環型社会を目指した流動化処理土のアルカリ低減と二酸化炭素固定化の同時最適化

 建設現場から発生する廃棄物の有効活用と CO2 排出削減は、SDGs の達成に不可欠です。本研究は、 CO2 を模擬した炭酸水を添加した流動化処理土を使用することで、建設発生土中の CO2 を効率的に炭酸塩として固定化し、その量を評価することを試みています。一方、流動化処理土のアルカリ性を石膏系固化材を用いて中和し、アルカリ性の低減に最適な配合を追究する研究も進行中です。これらの研究は、建設業界の持続可能な発展に貢献し、CO2 排出削減および地盤環境の改善に向けた新たなアプローチを提供しています。

【建設リサイクル;地中既存杭;数値解析;補強・再利用;SDGs】
地中既存杭の補強・再利用技術の開発による持続可能な都市再生(SDGs 目標 11 への貢献)

 本研究は、老朽化した社会基盤の課題に対処し、地中既存杭の補強と再利用を通じて、持続可能な都市開発への新たな道を切り拓きます。先進的な 3 次元弾塑性 FEM 解析により、健全な杭、損傷した杭、そして損傷した杭の補強後の支持力を精密に評価しています。これまでの結果、損傷杭の補強により支持力を大幅に回復させることが可能であることを実証しました。この革新的なアプローチは、廃棄物を減らし、CO2 排出を削減することで、SDGs の目標11「住み続けられる都市とコミュニティの実現」へ貢献します。

【掘削孔;材料・工法;数値シミュレーション;環境保全;SDGs】
地盤掘削孔に対する転圧式埋戻し法の開発による資源再利用と環境負荷低減

 日本の建設業界が直面する環境負荷の低減と資源再利用の課題に対応するため、本研究は、土砂を活用した革新的な転圧式埋戻し技術を提案します。この手法は、老朽化したインフラ建造物の建て替え時に発生する地盤掘削孔の充填性を向上させることを目的としています。従来のセメントスラリーや流動化処理土に代わり、環境に優しい天然土砂の使用により、地盤変位を最小限に抑えつつ、資源の再利用が可能となります。MPS-CAE 解析と 3 次元弾塑性FEM解析を用いた定量的な評価により、この技術の効果が実証されています。持続可能な社会構築への貢献と建設発生土の削減が期待されます。

【基礎工;施工性能;数値シミュレーション;合理化;技術革新】
軟弱地盤上の社会基盤の強靱化に向けた基礎工法の効率性と安全性の向上

 社会基盤を支える技術の進化に焦点を当てる本研究は、代表的な基礎工法の一つである場所打ちコンクリート杭工法の効率性を高める方法に注目しています。軟弱地盤に立つ都市での建設に不可欠なこの基礎工法では、掘削安定液が重要な役割を果たします。本研究は、実験と最先端の MPS-CAE シミュレーションを駆使して、安定液中でのコンクリートの置換効率を深く探究しています。特に、劣化した安定液中でのコンクリートの挙動と、施工不良の原因となるスライムの堆積や安定液粒子の残存に着目しています。この先進的な研究により、建設技術の改善に向けた新たな道が開かれます。

【トンネル;施工性能;数値シミュレーション;合理化;技術革新】
都市地下構造物建設における泥土圧シールド工法の土砂流動管理の改善

 本研究は、都市部の地下構造物建設に欠かせない泥土圧シールド工法に焦点を当て、土砂流動管理の改善を目指しています。従来の手法では、土砂の流動性をスランプ試験や技術者の経験に依存して評価していましたが、この研究では、泥土の塑性流動性と土圧の関係を明らかにするための模型実験と、その再現解析を通じて可視化を試みています。特に、MPS-CAE 技術を用いることで、泥土試料の塑性流動性を効率的かつ正確に可視化し、土砂流動管理の客観的かつリアルタイムな改善への道を開きました。このアプローチにより、掘削現場での土砂流動管理が精密になり、地下構造物の建設における安全性と効率性が大幅に向上することが期待されます。

【地中熱;エネルギーパイル;圧密沈下;数値解析;自然エネルギー】
エネルギーパイルを活用した地中熱利用システムの開発と軟弱粘性土地盤への影響評価

 本研究は、地中熱という貴重な自然エネルギー源を効果的に活用するための実用的な道筋を示しています。特に、エネルギーパイルを使用した環境に優しい空調システムの普及に焦点を当て、軟弱な粘性土地盤における長期的な熱サイクリングの影響を検討しています。エネルギーパイルは構造物の基礎に組み込まれ、空調システムからの余剰熱を地盤に放散することで、地中熱を有効に利用します。本研究では、27°C から 40°C の範囲で 648 時間に及ぶ熱サイクリングを行い、その結果、軟弱粘土地盤の二次圧密沈下が平均 611 時間(64.19%)短縮されること、そして熱サイクリング停止後の不可逆的な圧密沈下の蓄積が確認されました。これらの発見は、地中熱利用技術の発展において、地盤の挙動を理解し、環境への影響を最小限に抑えるための重要なステップを示しています。

【送電網;土壌比抵抗;実験;分析;技術革新】
送電網建設における土壌比抵抗予測モデルの開発

 タイの送電網建設プロジェクトに革新をもたらすであろう本研究は、埋立土の選定における土壌比抵抗の課題を克服するための画期的なアプローチを提示します。土壌の電気的特性を深く理解することは、安全かつ効率的な送電網システムの設計に不可欠です。本研究では、地盤の含水率、密度、土粒子の性質など、多様な地盤工学的特性とその電気抵抗率との関係を明らかにします。実験室と現場試験から得られたデータを基に、重回帰分析、数値解析、ニューラルネットワーク、非線形回帰モデルなどを駆使して、土壌比抵抗の予測モデルを開発しています。本研究は、送電網ステーションの設計と建設におけるリスクを最小限に抑え、タイにおいて地域社会の安全と送電網の信頼性を高めるための道を開きます。

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

 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

 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

 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

 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

 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

 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

 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

 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

 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

 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

 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

 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

 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

 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

 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

 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

 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

 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。

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