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

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？

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

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

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

降雨条件

【CASE-A,B,C】 【CASE-D】

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

-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)

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

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

)

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

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

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

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

再現する実験（降雨条件）

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】

？

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

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】

-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】

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

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)

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

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

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

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

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

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】

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

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

)

【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

-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】

？

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

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】