東北大学大学院工学研究科 土木工学専攻 *
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地盤工学研究室

教授 風間基樹 ・ 准教授 河井正 ・ 助教 金鍾官 ・ 技術職員 株木宏明 ・ 事務職員 小野田博子

研究室ページ


研究内容

地盤は, 1)一般に土粒子・間隙水・間隙空気から構成されていること, 2)自然材料である土粒子は様々な形態をしていること, 3)地盤ができる過程で様々な作用を受けて変化していること, から,その力学的挙動は複雑であり,現在においても地盤工学は発展途上の学問です. このため軟弱地盤の沈下・降雨時の斜面災害・地震時の液状化・地盤汚染など十分に解明されていない問題が多く残されています. 地盤工学研究室では,このような未解決の問題に対して以下のようなアプローチを駆使して研究しています.

土の力学的挙動を明らかにする基礎的な研究

室内試験機 自然に存在している土の力学的挙動を明らかにするには,その土を直接用いて調べる必要があります. 写真は地盤からサンプリングした土の試料に様々な力を作用させ,土の変形特性や強度特性を調べるための室内試験機です. パソコンの横にある円筒形の透明の圧力容器に土の試料が入っています.
この試験より,土の変形特性や強度特性に与える様々な影響(土の種類,応力状態,ひずみ履歴など)を明らかにすることができます. また,得られた土の変形特性や強度特性を数学的なモデルで表現したものは構成式とよばれ,地盤の解析に利用されます. 土の変形特性や強度特性をより正確に再現できる構成式を構築することができれば,地盤の変形や破壊をより精度良く予測することができるようになります.

地盤や構造物の力学的挙動を明らかにする基礎的な研究

液状化解析 土の力学的性質をもとに,より広い範囲の地盤やその上(あるいは地中)の構造物の力学的挙動を明らかにすることも必要です. この図は阪神・淡路大震災の際に液状化した地盤と建物の変形を土の構成式を組み込んだ数値解析で再現した事例です. 建物(上のフレーム)の赤い部分は応答の大きい部分を示しています. また,地盤(下の直方体)の赤い部分は液状化している部分を示しています. このような解析結果を観察することにより,地盤や構造物の力学的挙動に与える様々な要因を明らかにすることができ,実際の構造物の設計に生かすことができます.

遠心模型実験 解析できない問題については,地盤と構造物の挙動を模型実験で直接調べることもあります. この写真は遠心模型実験装置(模型に遠心力を加え実物に近い挙動を再現する装置)を用いて, 河岸斜面が河川の水位低下により崩壊することを再現した模型実験です. このような模型実験結果を観察することにより,地盤や構造物の力学的挙動に与える様々な要因を明らかにすることができます. また,模型実験結果は初期条件・境界条件がはっきりしているため,上記の数値解析の検証データとしても用いられます.

地盤や構造物の力学的挙動を明らかにする実践的な研究

現場計測 上記の室内試験・模型実験・解析では,自然地盤をある程度簡略化しています. このため本当の自然地盤の挙動を調べるためには,現場の自然地盤の挙動を調べることも必要となります. この場合,現場での自然地盤の力学的性質を調べるための原位置試験や地下水位観測・地震観測などの現場計測を行います. このような現場での地盤や構造物の挙動を観察することにより,実物の地盤や構造物で起きている力学的現象を明らかにすることができます. また,現場計測結果は上記の研究成果の検証データとしても用いられ,研究成果を実務へ展開する足がかりとなります.


主な研究領域

地盤防災に関する研究

斜面崩壊 地震時の土の力学的性質や地盤および構造物の挙動を明らかにし,地震災害を低減するための研究です. 主な研究対象は, 土の動的変形特性, 砂質土の液状化特性, 地盤の液状化対策, 地盤の液状化による沈下・側方流動現象, 液状化地盤における基礎構造物の挙動, 人工斜面や河川堤防などの土構造物の崩壊, 護岸構造物の変形, GISなどの地盤情報を用いた被害予測 などです.

河川堤防調査 降雨などの地震以外の要因による地盤災害のメカニズムを明らかにし,災害の対策・予防を行うための研究です. 主な研究対象は, 河川増水時の河川堤防の変形・破壊現象, 降雨時の斜面崩壊現象 などです.

地盤環境に関する研究

河岸侵食 地盤環境の悪化のメカニズムを明らかにし,地盤環境の保全・修復を行うための研究です. 主な研究対象は, 粘性土地盤の圧密沈下現象, 河岸侵食, 廃棄物処分場の雨水浸透対策 などです.


以上が研究の概要ですが,より専門的な詳しい研究内容を知りたい方は, 研究室の研究内容を参照してください. 以下の卒業論文・修士論文・博士論文の研究概要をご覧いただけます.


卒業論文タイトル (過去3年間)

2015
砂質土の一次的性質と密な状態の液状化強度の関係(安達夏紀)
飽和土と不飽和土の貫入抵抗の違いについて (久保田光太郎)
細粒分とせん断ひずみ振幅の大きさが液状化地盤の噴砂に与える影響 (吉井拓海)
2014
東日本大震災における仙台市の造成宅地被害要因の統計的分析 (川田美邦)
最小間隙比まで締固めた砂の液状化強度について(瀬尾玄輝)
2013
仙台市の被災造成宅地における被害メカニズムと対策工効果の数値解析的検討 (大井翔平)
破損管路部からの土粒子流出による地盤の陥没破壊に対する水理及び拘束圧境界条件の影響に関する実験的研究 (稲垣和哉)

修士論文タイトル (過去3年間)

2015
不飽和試験盛土を用いた横ボーリング工の排水性能評価(大井 翔平)
2014
谷埋め盛土地盤における被害発生位置予測のための模型地盤振動実験および釣合い計算(石井亘)
非常に大きな地震動に対してSCP改良地盤に期待できる耐震効果について(小宮龍)
土粒子の流出破壊機構と土のせん断強さについて(山崎智哉)
2013
 

博士論文タイトル (過去3年間)

2015
破壊進展を考慮した軟岩斜面の地震時すべり安定性評価(石丸)
2011年東北地方太平洋沖地震における仙台市の住宅造成地の被害分析と耐震性能評価に関する研究(佐藤慎吾)
2014
Deformation properties of liquefied soils with fines(Jongkwan KIM)
2013
 

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