JP6244280B2 - Unsaturated seepage characteristics analysis method by VG model - Google Patents

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  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Description

本発明は、VGモデルによる不飽和浸透特性解析方法に関し、特に、有限要素解析プログラムを用いて不飽和領域の地盤の浸透特性を解析する、VanGenuchten (以下VGモデルとする。)による不飽和浸透特性解析方法に関する。   The present invention relates to an unsaturated infiltration characteristic analysis method using a VG model, and in particular, an unsaturated infiltration characteristic by VanGenuchten (hereinafter referred to as a VG model) that analyzes the infiltration characteristics of the ground in an unsaturated region using a finite element analysis program. It relates to the analysis method.

東日本大震災では、自然由来の重金属類を含んだ津波堆積物による土壌汚染が報告されている。今後は、降雨などにより津波堆積物から流出する重金属物質が、地下水汚染を引き起こすことが予想される。また、震災地で発生したガレキの集積場から、人工物の重金属が拡散することも考えられる。このような地下水汚染への対策を考える場合には、地下水の流れの他に、地表面から地中の地下水位に至るまでの、間隙水によって土粒子間の空隙が満たされていない状態の、不飽和領域の地盤における浸透水の流れを把握する必要がある。   In the Great East Japan Earthquake, soil contamination by tsunami deposits containing natural heavy metals has been reported. In the future, heavy metal materials that flow out of tsunami deposits due to rainfall, etc. are expected to cause groundwater contamination. It is also possible that man-made heavy metals will diffuse from the debris collection site that occurred in the earthquake disaster area. When considering countermeasures against such groundwater contamination, in addition to the flow of groundwater, the gap between soil particles is not filled with pore water from the ground surface to the groundwater level in the ground. It is necessary to grasp the flow of seepage water in the ground of the unsaturated region.

また、不飽和領域の地盤における浸透水の流れを把握するための装置や方法として、種々の原位置透水試験装置や、原位置透水試験方法が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。また、不飽和領域の地盤の浸透特性を把握するための試験として、地盤内に鉛直一次元の非定常浸透流を発生させ、浸透領域内の圧力水頭分布と水分量分布(含水率分布)の経時変化をそれぞれ測定した結果から、対象領域の不飽和透水係数と水分特性曲線とを計測するインスタンティニアスプロファイリング法(以下、IP法とする)や、さらに、好ましくは地盤の深さ方向に体積含水率プロファイリングを多点でリアルタイムに計測することが可能な、市販の挿入型の土壌水分計を使用して計測された、地中の水分含水率の経時変化の計測データから、例えば VGモデルのモデル式に基づいて算定された不飽和透水係数によって、不飽和領域の地盤の浸透特性を解析する方法も提案されている(例えば、非特許文献1参照))。   In addition, various in-situ permeability test devices and in-situ permeability test methods have been proposed as devices and methods for grasping the flow of osmotic water in the ground of an unsaturated region (for example, Patent Document 1 and Patent Document 1). 2). In addition, as a test for grasping the seepage characteristics of the ground in the unsaturated region, a vertical one-dimensional unsteady seepage flow is generated in the ground, and the pressure head distribution and moisture content distribution (water content distribution) in the seepage region are Instantaneous profiling method (hereinafter referred to as IP method) that measures the unsaturated hydraulic conductivity and moisture characteristic curve of the target area from the results of measuring each time-dependent change, and preferably the volume in the depth direction of the ground From the measurement data of time-dependent changes in moisture content in the ground, measured using a commercially available insertion-type soil moisture meter capable of measuring moisture content profiling in multiple points in real time, There has also been proposed a method for analyzing the infiltration characteristics of the ground in the unsaturated region based on the unsaturated hydraulic conductivity calculated based on the model formula (for example, see Non-Patent Document 1)).

特開2000−352042号公報JP 2000-352042 A 特開2007−198027号公報JP 2007-198027 A

土と基礎、54−5(580)、「不飽和地盤における原位置透水試験、水分分布計による不飽和透水係数の測定法」、2006年5月、地盤工学会発行Soil and foundation, 54-5 (580), "In-situ permeability test in unsaturated ground, measurement method of unsaturated permeability using moisture distribution meter", May 2006, Geotechnical Society

VGモデルによって不飽和領域の地盤の浸透特性を解析する方法では、下記の〔数1〕のモデル式に基づいて、不飽和透水係数kが算定されて、例えば図3示すように要素分割された有限要素モデルの各要素に、不飽和透水係数kや飽和度Seの値が付与されるようになっている。また、不飽和透水係数kや飽和度Seを得るための飽和透水係数k0と不飽和パラメータα、m、nは、仮設定された後に、原位置透水試験方法において得られた、例えば図6に示すような、所定の圧力(例えばh=0.01MPa)で浸透水を地中に浸透させた際の所定の深さ(例えばGL−0.2m)における水分含水率の経時変化に、フィットするよう逆解析されることで、再設定されるようになっている。   In the method of analyzing the infiltration characteristics of the ground in the unsaturated region using the VG model, the unsaturated hydraulic conductivity k is calculated based on the following equation of [Equation 1] and divided into elements as shown in FIG. The values of the unsaturated hydraulic conductivity k and the saturation degree Se are assigned to each element of the finite element model. Further, the saturated hydraulic conductivity k0 and the unsaturated parameters α, m, and n for obtaining the unsaturated hydraulic conductivity k and the saturation degree Se are temporarily set and then obtained in the in-situ hydraulic test method, for example, as shown in FIG. As shown, it fits over time changes in moisture content at a predetermined depth (for example, GL-0.2 m) when penetrating water is infiltrated into the ground at a predetermined pressure (for example, h = 0.01 MPa). In such a reverse analysis, it is reset.

Figure 0006244280
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一方、VGモデルによる不飽和領域の地盤の浸透特性を解析する方法では、設定される飽和透水係数k0と不飽和パラメータα、m、nの値に誤差があったり、設定値が適切でないと、VGモデルによる数値シミュレーションの精度が劣ることになって、不飽和領域の地盤の浸透特性を正確に把握することが困難になる。このため、不飽和パラメータα、m、nをより適切に精度良く設定できるようにする方法の開発が望まれている。   On the other hand, in the method of analyzing the infiltration characteristics of the ground in the unsaturated region using the VG model, there is an error in the values of the saturated hydraulic conductivity k0 and the unsaturated parameters α, m, n that are set or the set values are not appropriate. The accuracy of the numerical simulation by the VG model is inferior, and it becomes difficult to accurately grasp the infiltration characteristics of the ground in the unsaturated region. For this reason, it is desired to develop a method that allows the unsaturated parameters α, m, and n to be set more appropriately and accurately.

本発明は、有限要素解析プログラムを用いて、VGモデルによって不飽和領域の地盤の浸透特性を解析する際に、不飽和透水係数や飽和度を算定するための飽和透水係数k0と不飽和パラメータα、m、nを、より適切に精度良く設定することのできるVGモデルによる不飽和浸透特性解析方法を提供することを目的とする。   The present invention uses a finite element analysis program to analyze the saturation permeation coefficient and saturation degree α when calculating the infiltration characteristics of the ground in the unsaturated region by the VG model. An object of the present invention is to provide an unsaturated permeation characteristic analysis method using a VG model that can set m, n more appropriately and accurately.

本発明は、有限要素解析プログラムを用いて不飽和領域の地盤の浸透特性を解析する不飽和浸透特性解析方法であって、不飽和透水係数を算定する式として、VGモデルによるモデル式が用いられ、飽和透水係数と該VGモデルによるモデル式の不飽和パラメータが、原位置不飽和透水試験によって得られる、所定の圧力で浸透水を地中に浸透させた際の所定の深さにおける水分含水率の経時変化から、逆解析することによって設定されるようになっており、設定された飽和透水係数と不飽和パラメータを用いて不飽和透水係数を算定することで、不飽和領域の地盤の浸透特性を解析するようになっており、且つ前記原位置不飽和透水試験において得られる飽和透水係数と不飽和パラメータを設定するための水分含水率の経時変化を、段階的に増加させた異なる複数の圧力で、浸透水を地中に浸透させて得られた水分含水率の経時変化とし、前記原位置不飽和透水試験において所定の圧力で浸透水を地中に浸透させる前に測定又は推定された、初期含水率及び初期サクションから、前記不飽和パラメータの暫定値を設定すると共に、前記飽和透水係数を推定して、事前解析を行うことにより測定条件を仮設定し、仮設定された測定条件に基づいて、前記段階的に増加させた異なる複数の圧力で、前記原位置不飽和透水試験において浸透水を地中に浸透させて、前記水分含水率の経時変化を得るようにしたVGモデルによる不飽和浸透特性解析方法を提供することにより、上記目的を達成したものである。 The present invention is an unsaturated infiltration characteristic analysis method for analyzing the infiltration characteristics of the ground in an unsaturated region using a finite element analysis program, and a model expression based on a VG model is used as an expression for calculating the unsaturated hydraulic conductivity. The saturated moisture permeability and the unsaturated parameter of the model formula based on the VG model are obtained by the in-situ unsaturated permeability test, and the moisture content at a given depth when penetrating water is infiltrated into the ground at a given pressure. It is set by inverse analysis from the change over time of the soil, and by calculating the unsaturated hydraulic conductivity using the set saturated hydraulic conductivity and unsaturated parameters, the infiltration characteristics of the ground in the unsaturated region The change in moisture content over time for setting the saturated hydraulic conductivity and the unsaturated parameter obtained in the in-situ unsaturated hydraulic permeability test is stepwise A plurality of different pressures with increased, the osmosis water to penetrate into the ground and aging of the resulting water water content, to penetrate the penetration water into the ground with a predetermined pressure in situ unsaturated permeability test From the initial moisture content and initial suction measured or estimated before, setting the provisional value of the unsaturated parameter, estimating the saturated hydraulic conductivity, temporarily setting the measurement conditions by performing a preliminary analysis, Based on the temporarily set measurement conditions, permeated water is infiltrated into the ground in the in-situ unsaturated water permeation test at a plurality of different pressures increased stepwise to obtain the change in moisture content with time. The above-described object is achieved by providing a method for analyzing unsaturated permeation characteristics using the VG model.

本発明のVGモデルによる不飽和浸透特性解析方法によれば、有限要素解析プログラムを用いて、VGモデルによって不飽和領域の地盤の浸透特性を解析する際に、不飽和透水係数や飽和度を算定するための飽和透水係数k0と不飽和パラメータα、m、nを、より適切に精度良く設定することができる。   According to the unsaturated osmotic property analysis method using the VG model of the present invention, the unsaturated permeability coefficient and the saturation degree are calculated when analyzing the osmotic property of the ground in the unsaturated region by the VG model using a finite element analysis program. Therefore, the saturated hydraulic conductivity k0 and the unsaturated parameters α, m, and n can be set appropriately and accurately.

本発明の好ましい一実施形態に係るVGモデルによる不飽和浸透特性解析方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the unsaturated osmosis | permeation characteristic analysis method by VG model which concerns on preferable one Embodiment of this invention. 原位置不飽和透水試験に用いる試験装置の構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of the test apparatus used for an in-situ unsaturated water permeability test. 要素分割された不飽和領域の地盤の有限要素モデルの説明図である。It is explanatory drawing of the finite element model of the ground of the unsaturated area | region divided into elements. 圧力を段階的に増加させて浸透水を浸透させた際に得られる水分含水率の経時変化を例示するチャートである。It is a chart which illustrates the time-dependent change of the moisture content obtained when penetrating water is infiltrated by increasing the pressure stepwise. 圧力を変化させることなく所定の圧力で浸透水を浸透させた際に得られた水分含水率の経時変化を例示するチャートである。It is a chart which illustrates the time-dependent change of the moisture content obtained when the permeated water was permeated at a predetermined pressure without changing the pressure. VGモデルの不飽和特性曲線を例示するチャートである。It is a chart which illustrates the unsaturated characteristic curve of a VG model.

本発明の好ましい一実施形態に係るVGモデルによる不飽和浸透特性解析方法は、コンピュータに組み込まれた、VGモデルによるモデル式を有限要素モデル(図3参照)の各節点と各要素において解くことが可能な、公知の有限要素解析プログラムを用いて、不飽和領域の地盤における浸透水による水分含水率(体積含水率)の経時変化を、コンピュータにより精度良くシミュレートできるようにするための解析方法として採用されたものである。また、本実施形態の不飽和浸透特性解析方法は、不飽和透水係数や飽和度を算定するために仮設定された、飽和透水係数k0とVGモデルの不飽和パラメータα、m、nを、原位置不飽和透水試験において実際に得られた水分含水率の経時変化にフィットするよう逆解析することで再設定する際に、飽和透水係数k0と不飽和パラメータα、m、nがより適切に精度良く再設定されるようにする機能を備えている。   In the unsaturated osmotic property analysis method using a VG model according to a preferred embodiment of the present invention, a model formula based on a VG model incorporated in a computer is solved at each node and each element of a finite element model (see FIG. 3). Using a known finite element analysis program that is possible, as an analysis method to enable the computer to accurately simulate the time-dependent change in moisture content (volumetric moisture content) due to seepage water in the ground of unsaturated regions It has been adopted. Further, the unsaturated infiltration characteristic analysis method of the present embodiment uses the saturated hydraulic conductivity k0 and the unsaturated parameters α, m, and n of the VG model, which are temporarily set to calculate the unsaturated hydraulic conductivity and the saturation, Saturation permeability coefficient k0 and unsaturation parameters α, m, and n are more accurately accurate when resetting by reverse analysis to fit the time-dependent change of moisture content actually obtained in the position unsaturated permeability test It has a function to make it reset well.

ここで、VGモデルによる不飽和浸透特性解析方法は、上述のように、〔数1〕に示すモデル式に基づいて、不飽和透水係数kが算定されて、図3示すような要素分割された有限要素モデルの各要素に、不飽和透水係数kや飽和度Seの値が付与されるようになっている。また、〔数1〕の式(1)から、〔数2〕の式(4)のように、αを逆算できるようになっていると共に、〔数1〕の式(1)のカッコ内のm、nの関係から、m、nのうちの一方を設定すれば、自動的に他方を設定できるようになっている。したがって、飽和透水係数k0と、不飽和パラメータのαと、不飽和パラメータのm又はnの何れか一方を適切に設定することで、コンピュータによって、不飽和領域の地盤における、浸透水による水分含水率の経時変化を精度良くシミュレートすることが可能になる。
Here, in the unsaturated osmosis characteristic analysis method using the VG model, as described above, the unsaturated hydraulic conductivity k is calculated based on the model formula shown in [Equation 1], and the elements are divided as shown in FIG. The values of the unsaturated hydraulic conductivity k and the saturation degree Se are assigned to each element of the finite element model. In addition, from equation (1) in [ Equation 1], α can be back-calculated as in Equation (4) in [ Equation 2] , and in parentheses in Equation (1) in [Equation 1] From the relationship between m and n, if one of m and n is set, the other can be automatically set. Therefore, by appropriately setting either the saturated hydraulic conductivity k0, the unsaturated parameter α, or the unsaturated parameter m or n, the water content of the permeated water in the ground of the unsaturated region can be calculated by the computer. It is possible to accurately simulate the change with time.

Figure 0006244280
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そして、本実施形態では、原位置不飽和透水試験を行うための装置として、図2に示すような、原位置不飽和透水装置10を用いることができる。すなわち、図2に示す原位置不飽和透水装置10は、測定対象となる不飽和領域の地盤30の浸透特性を把握するための土壌の水分含水率(体積含水率)に関するデータを取得する試験装置である。原位置不飽和透水装置10は、敷設密着材17を介在させて地表面30aに外周部分を水密に密着させた状態で設置される、下面が開口面となった凸形状の密閉注水蓋11と、この密閉注水蓋11の中央部分から下方に延設して地中に挿入配置される、複数の水分センサー12aを備える土壌水分計12と、密閉注水蓋11の内部と送り管13及び戻り管14を介して連通して、密閉注水蓋11の内部に圧力水を満たした状態で、給水タンク16との間で圧力水を循環させながら圧力水を密閉注水蓋11の内部に供給する、給水ポンプ15とを含んで構成される。   And in this embodiment, an in-situ unsaturated water-permeable device 10 as shown in FIG. 2 can be used as a device for performing an in-situ unsaturated water-permeable test. That is, the in-situ unsaturated water-permeable device 10 shown in FIG. 2 acquires data relating to the moisture content (volume moisture content) of the soil for grasping the seepage characteristics of the ground 30 in the unsaturated region to be measured. It is. The in-situ unsaturated water-permeable device 10 is installed in a state where the outer peripheral portion is in close water-tight contact with the ground surface 30a with the laying adhesive material 17 interposed therebetween, The soil moisture meter 12 having a plurality of moisture sensors 12a, extending downward from the central portion of the sealed water-filling lid 11 and arranged in the ground, the inside of the sealed water-filling lid 11, the feed pipe 13, and the return pipe 14, the water supply is connected to the inside of the sealed water injection lid 11, and the pressure water is supplied to the inside of the closed water injection lid 11 while circulating the pressure water to and from the water supply tank 16 in a state where the inside of the closed water injection lid 11 is filled with the pressure water. And a pump 15.

また、原位置不飽和透水試験装置10は、密閉注水蓋11が、下面の開口面の開口縁部から外側に張り出して設けられた、複数のアンカー孔11bが形成されたフランジプレート11aを一体として備えており、敷設された敷設密着材17の上面にフランジプレート11aを載置して、敷設密着材17及び地盤30に向けてアンカー部材19を打ち込むことにより、密閉注水蓋11が、外周部分のフランジプレート11aを地表面30aに水密に密着させた状態で設置されている。   Further, the in-situ unsaturated water permeability test apparatus 10 has a sealed water pouring cover 11 integrally provided with a flange plate 11a provided with a plurality of anchor holes 11b provided to project outward from the opening edge of the opening surface of the lower surface. The sealing water pouring lid 11 is placed on the outer peripheral portion by placing the flange plate 11a on the upper surface of the laying adhesion material 17 and driving the anchor member 19 toward the laying adhesion material 17 and the ground 30. It is installed in a state where the flange plate 11a is in close contact with the ground surface 30a in a watertight manner.

原位置不飽和透水試験装置10を構成する密閉注水蓋11は、例えば5mm程度の厚さの金属プレートに、折曲げ加工や溶接加工等を施すことによって容易に形成することができる。密閉注水蓋11は、例えば縦横300mm程度の大きさの略正方形の上面プレート11cの周縁に沿って、例えば30mm程度の高さの帯板形状の周壁プレート11dを接合することによりで形成された、下面が開口面となった扁平な凸形状の蓋本体11eと、蓋本体11eの周壁プレート11dの下端縁部から全周に亘って外側に張り出して一体として接合された、例えば100mm程度の幅のフランジプレート11aとからなる。これらによって、密閉注水蓋11は、全体として、例えば縦横500mm程度の大きさの略正方形の平面形状を備えると共に、例えば30mm程度の高さを有するように形成される。   The sealed water pouring lid 11 constituting the in-situ unsaturated water permeability test apparatus 10 can be easily formed by subjecting a metal plate having a thickness of, for example, about 5 mm to bending or welding. The sealed water filling lid 11 is formed, for example, by joining a strip-shaped peripheral wall plate 11d having a height of about 30 mm along the periphery of a substantially square upper surface plate 11c having a size of about 300 mm in length and width. A flat convex lid body 11e whose bottom surface is an open surface, and an outer surface projecting outward from the lower end edge of the peripheral wall plate 11d of the lid body 11e and joined together, for example, with a width of about 100 mm It consists of a flange plate 11a. As a result, the sealed water-injecting lid 11 as a whole is formed to have a substantially square planar shape having a size of about 500 mm in length and width, for example, and has a height of about 30 mm, for example.

また、密閉注水蓋11のフランジプレート11aに、例えばφ7mm程度の大きさの複数のアンカー孔11bが貫通形成されている。アンカー孔11bは、好ましくはフランジプレート11aの全面に、略均等に分散配置された状態で、多数形成されている。これらのアンカー孔11bの数や配置位置等は、密閉注水蓋11に充填される圧力水の圧力や、アンカー部材19の長さや、地盤30の土質等を鑑みて、適宜設計することができる。   In addition, a plurality of anchor holes 11b having a size of about φ7 mm, for example, are formed through the flange plate 11a of the sealed water pouring lid 11. A large number of anchor holes 11b are preferably formed on the entire surface of the flange plate 11a in a substantially uniformly distributed state. The number and arrangement positions of the anchor holes 11b can be appropriately designed in consideration of the pressure of the pressure water filled in the sealed water-injecting lid 11, the length of the anchor member 19, the soil quality of the ground 30, and the like.

さらに、密閉注水蓋11の上面プレート11cに、土中水分計12を水密な状態で貫通させるためのシール機能を有する、公知の貫通金具21が取り付けられている。また、送り管13及び戻り管14や、後述する水抜き管24を密閉注水蓋11の内部と接続させるための、公知のジョイント金具22a,22b,22cが、公知の方法によって取り付けられている。例えば送り管13を密閉注水蓋11の内部と接続させるジョイント金具22aに、公知の小型圧力計23が取り付けられている。小型圧力計23によって、密閉注水蓋11の内部に満たされた圧力水の圧力を計測して、圧力水の圧力を容易に管理できるようになっている。   Further, a known penetrating metal fitting 21 having a sealing function for penetrating the soil moisture meter 12 in a watertight state is attached to the upper surface plate 11c of the sealed water pouring lid 11. Moreover, well-known joint metal fittings 22a, 22b, and 22c for connecting the feed pipe 13 and the return pipe 14 and a drain pipe 24, which will be described later, to the inside of the sealed water-filling lid 11 are attached by a known method. For example, a known small pressure gauge 23 is attached to a joint fitting 22 a that connects the feed pipe 13 to the inside of the sealed water-filling lid 11. The pressure of the pressure water filled in the sealed water injection lid 11 is measured by the small pressure gauge 23 so that the pressure of the pressure water can be easily managed.

貫通金具21は、例えば土中水分計12のガイドチューブ12cの外径と同様の内径を有し、内部にシール機構を備える円筒スリーブ部21aと、円筒スリーブ部21aの下端部から円環状に外側に張り出して設けられた、接合フランジ部21bとからなる。貫通金具21は、接合フランジ部21bを、上面プレート11cの中央部分に貫通形成された、内径が例えば27mm程度の円形のロッド挿通孔11fの開口周縁部に一体として接合して、円筒スリーブ部21aを上面プレート11bから立設させた状態で、密閉注水蓋11に取り付けられている。測定対象となる地盤30の地表面30aに密閉注水蓋11を設置する際に、これに先立って地中に土壌水分計12のガイドチューブ12cを埋設することで、地表面30aから立設するガイドチューブ12cの上端部分が、円筒スリーブ部21aに下方から挿通される。土壌水分計12は、ガイドチューブ12cに挿入されることで、密閉注水蓋11の中央部分を水密な状態で貫通して地中に挿入されると共に、その上端部分を、上面プレート11cから上方に突出させて設置されることになる。   The through metal fitting 21 has, for example, an inner diameter similar to the outer diameter of the guide tube 12c of the moisture meter 12 in the soil, and an annular outer side from the lower end portion of the cylindrical sleeve portion 21a. It is composed of a joint flange portion 21b provided so as to overhang. The through metal fitting 21 integrally joins the joining flange portion 21b to the opening peripheral edge portion of the circular rod insertion hole 11f having an inner diameter of about 27 mm, which is formed through the central portion of the upper surface plate 11c. Is attached to the sealed water-injecting lid 11 in a state in which it is erected from the upper surface plate 11b. When installing the sealed water-filling lid 11 on the ground surface 30a of the ground 30 to be measured, the guide tube 12c of the soil moisture meter 12 is buried in the ground prior to this, so that the guide is erected from the ground surface 30a. The upper end portion of the tube 12c is inserted into the cylindrical sleeve portion 21a from below. By inserting the soil moisture meter 12 into the guide tube 12c, the soil moisture meter 12 penetrates the central portion of the sealed water-filling lid 11 in a water-tight state and is inserted into the ground, and the upper end portion of the soil moisture meter 12 extends upward from the upper surface plate 11c. It will be installed protruding.

また、本実施形態では、好ましくは戻り管14を密閉注水蓋11の内部と接続させるジョイント金具22bに、流量調整バルブ20が取り付けられている。流量調整バルブ20は、圧力水の流路の断面積を調整して、当該流量調整バルブ20を通過する圧力水の流量を制御することが可能な、公知の機構を備えるバルブ部材を用いることができる。流量調整バルブ20によって、密閉注水蓋11の内部から戻り管14を介して給水タンク16に戻される圧力水の流量を制御することで、給水ポンプ15から送り管13を介して圧送されて、密閉注水蓋11の内部に満たされる圧力水の圧力を、例えば0.001MPa〜0.1MPa程度の範囲で容易に調整できるようになっている。   In the present embodiment, the flow rate adjusting valve 20 is preferably attached to the joint fitting 22b that connects the return pipe 14 to the inside of the sealed water-injection lid 11. The flow rate adjustment valve 20 uses a valve member having a known mechanism capable of adjusting the cross-sectional area of the flow path of the pressure water and controlling the flow rate of the pressure water passing through the flow rate adjustment valve 20. it can. By controlling the flow rate of the pressure water returned from the inside of the sealed water filling lid 11 to the water supply tank 16 via the return pipe 14 by the flow rate adjusting valve 20, it is pumped from the water supply pump 15 via the feed pipe 13 and sealed. The pressure of the pressure water filled in the water injection lid 11 can be easily adjusted within a range of, for example, about 0.001 MPa to 0.1 MPa.

さらに、本実施形態では、密閉注水蓋11の上面プレート11cに取り付けられたジョイント金具22cを介して、密閉注水蓋11の内部と接続させて、水抜き管24が設けられている。水抜き管24は、補助スタンド25に支持させて、その先端を、地表面30aよりも相当程度高い位置に配置して設けられている。水抜き管24は、バルブ22cを開放することによって、密閉注水蓋11の内部の圧力水を大気に開放することで、安全弁として機能して、想定外に圧力水の圧力が高くなった場合に、密閉注水蓋11の内部を緊急的に減圧することができる。   Furthermore, in the present embodiment, a drain pipe 24 is provided so as to be connected to the inside of the sealed water pouring lid 11 via a joint fitting 22 c attached to the upper surface plate 11 c of the sealed water pouring lid 11. The drain pipe 24 is supported by the auxiliary stand 25, and its tip is disposed at a position considerably higher than the ground surface 30a. The drain pipe 24 functions as a safety valve by opening the valve 22c to open the pressure water inside the sealed water-filling lid 11 to the atmosphere, and when the pressure water pressure is unexpectedly increased. The inside of the sealed water injection lid 11 can be urgently depressurized.

密閉注水蓋11の内部を給水タンク16や給水ポンプ15と連通させて、これらの間で圧力水を循環させる送り管13及び戻り管14や、水抜き管24は、例えばφ10mm程度の太さの、可撓性を有する公知の各種の耐圧ホースを用いることができる。給水ポンプ15は、例えば最大0.2MPa程度の圧力の圧力水を供給することが可能な、公知の各種の給水ポンプを用いることができる。給水タンク16は、例えばポリエチレン製のタンク等の、例えば20L程度の容量を備える、公知の簡易な給水タンクを用いることができる。給水タンク16には、水を適宜補給することができるので、水分センサー12aの深さまで水を浸透させるのに必要な水量を、容易に給水することができる。戻り管14の給水タンク16との接続部分には、密閉注水蓋11から戻される圧力水に含まれる土粒子等を除去するための、フィルター26が設けられている。   A feed pipe 13 and a return pipe 14 that allow the inside of the sealed water injection lid 11 to communicate with a water supply tank 16 and a water supply pump 15 and circulate pressure water between them, and a drain pipe 24 have a thickness of about φ10 mm, for example. Various known pressure-resistant hoses having flexibility can be used. As the feed water pump 15, for example, various known feed water pumps that can supply pressure water having a maximum pressure of about 0.2 MPa can be used. As the water supply tank 16, a known simple water supply tank having a capacity of about 20 L, such as a polyethylene tank, can be used. Since the water supply tank 16 can be appropriately replenished with water, the amount of water required to permeate the water to the depth of the moisture sensor 12a can be easily supplied. A filter 26 for removing soil particles and the like contained in the pressure water returned from the sealed water-filling lid 11 is provided at a portion where the return pipe 14 is connected to the water supply tank 16.

原位置不飽和透水試験装置10を構成する土壌水分計12は、地盤の深さ方向に体積含水率プロファイリングを多点でリアルタイムに計測することが可能な、市販されている公知の各種の挿入型の土壌水分計を使用することができる。より具体的には、例えば Delta-T社製の、「プロファイルプロープPR2/6」を好ましく用いることができる。「プロファイルプロープPR2/6」を用いることで、地表面から10cm、20cm、30cm、40cm、60cm、100cmの深度の体積含水率を測定することが可能になる。   The soil moisture meter 12 that constitutes the in-situ unsaturated permeability test apparatus 10 is a variety of commercially available various insertion types capable of measuring volume moisture content profiling at multiple points in real time in the depth direction of the ground. A soil moisture meter can be used. More specifically, for example, “profile probe PR2 / 6” manufactured by Delta-T can be preferably used. By using the “profile probe PR2 / 6”, it becomes possible to measure the volumetric water content at a depth of 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 60 cm, and 100 cm from the ground surface.

土壌水分計12は、例えば1350mm程度の長さを有する、φ25mm程度の太さのポリカーボネート製のロッド部12bの下部に、複数の水分センサー12aを、所定の間隔をおいて取り付けることによって形成されている。土壌水分計12は、測定対象となる地盤30の地表面30aに、密閉注水蓋11を設置するのに先立って、専用のオーガーを用いて、例えばφ25mm程度の内径の測定孔を地盤30の所定の深さまで鉛直方向に形成した後に、複数の水分センサー12aが取り付けられたロッド部12bの下部を、ガイドチューブ12cによって保護した状態で、形成した測定孔に挿入することで、ロッド部12bの上端部分を地表面30aから立設させた状態で、地盤30に設置することができる。しかる後に、密閉注水蓋11の設置作業が行われる。   The soil moisture meter 12 is formed, for example, by attaching a plurality of moisture sensors 12a at predetermined intervals to a lower part of a polycarbonate rod portion 12b having a length of about 1350 mm and a thickness of about φ25 mm. Yes. The soil moisture meter 12 uses a dedicated auger to provide a measurement hole having an inner diameter of, for example, about 25 mm in the ground 30 prior to the installation of the sealed water-filling lid 11 on the ground surface 30a of the ground 30 to be measured. After forming in the vertical direction up to the depth, the lower end of the rod portion 12b to which a plurality of moisture sensors 12a are attached is inserted into the formed measurement hole in a state protected by the guide tube 12c, thereby the upper end of the rod portion 12b. The portion can be installed on the ground 30 with the portion standing from the ground surface 30a. After that, installation work of the sealed water pouring lid 11 is performed.

測定対象となる地盤30の地表面30aに、密閉注水蓋11を設置するには、まず、設置された土壌水分計12の、地表面30aから立設するロッド部12bやガイドチューブ12cの上端部分を中心として、これの周囲の地表面30aを整地すると共に、ロッド部12bやガイドチューブ12cと離間した、これの周囲の密閉注水蓋11のフランジプレート11aが配設される位置に、フランジプレート11aと同様の幅で、敷設密着材17を、略正方形の環状に連続させて敷設する。ここで、敷設密着材17としては、ベントナイト、水膨張性材等の、軟らかい状態から固化することで、地表面30aの凹凸やフランジプレート11aの下面の凹凸を吸収して、当該敷設密着材17を介してこれらを互いに密着させることが可能な、公知の種々の敷設密着材17を用いることができる。また、敷設密着材17は、地表面30aやフランジプレート11aの下面との間に遮水シートを介在させた状態で敷設されることにより、設置された密閉注水蓋11の周囲の水密性を、強固に保持することが可能になる。さらに、敷設密着材17の直下の地表部分の地盤30に、好ましくは公知の地表面固化剤を浸透させることで固化層30bを形成することにより、密閉注水蓋11の内部の圧力水の圧力を上げた際に、地表面30bに水みちが形成されるのを、より効果的防止することが可能になる。地表面固化剤として、例えば不二サッシ社製の、「フライネットR」を好ましく用いることができる。   In order to install the sealed water filling lid 11 on the ground surface 30a of the ground 30 to be measured, first, the upper end portion of the rod portion 12b and the guide tube 12c of the installed soil moisture meter 12 standing from the ground surface 30a. As a center, the ground surface 30a around the ground is leveled, and the flange plate 11a is disposed at a position away from the rod portion 12b and the guide tube 12c and at which the flange plate 11a of the sealed water-filling lid 11 is disposed. The laying adhesion material 17 is laid in a substantially square annular shape with the same width as. Here, as the laying adhesion material 17, the laying adhesion material 17 absorbs the unevenness of the ground surface 30 a and the lower surface of the flange plate 11 a by solidifying from a soft state such as bentonite and water-expandable material. Various well-known laying adhesive materials 17 capable of bringing them into close contact with each other can be used. In addition, the laying adhesion material 17 is laid with a water shielding sheet interposed between the ground surface 30a and the lower surface of the flange plate 11a, thereby improving the water tightness around the installed water-sealing lid 11. It becomes possible to hold firmly. Furthermore, the pressure of the pressure water inside the sealed water-filling lid 11 is preferably increased by forming a solidified layer 30b by infiltrating a known ground surface solidifying agent into the ground 30 of the surface portion immediately below the laying adhesive material 17. When raised, it is possible to more effectively prevent the formation of a water channel on the ground surface 30b. As the ground surface solidifying agent, for example, “Flynet R” manufactured by Fuji Sash Corporation can be preferably used.

ロッド部12bの周囲の密閉注水蓋11のフランジプレート11aが配設される位置に、敷設密着材17を敷設したら、敷設密着材17がまだ固まらないうちに、上述のように、密閉注水蓋11のロッド挿通孔11fや、貫通金具21の円筒スリーブ部21aに、地表面30aから立設するロッド部12bの上端部分を挿通しながら、フランジプレート11aを敷設された敷設密着材17の上面に載置して、密閉注水蓋11を、測定対象となる地盤30の地表面30aに設置する。しかる後に、フランジプレート11aに形成された複数のアンカー孔11bを介して、敷設密着材17及び地盤30に向けて複数のアンカー部材19を打ち込む。そして、密閉注水蓋11の内部に水を満たした段階で、水が敷設された敷設密着材17に滲み出るので、敷設密着材17が固化することで、密閉注水蓋11を、外周部分を地表面30aに水密に密着させた状態で設置することが可能になる。   If the laying adhesive material 17 is laid at the position where the flange plate 11a of the sealed water pouring lid 11 around the rod portion 12b is disposed, the sealing water pouring lid 11 as described above before the laying adhesive material 17 is not yet solidified. The rod insertion hole 11f and the cylindrical sleeve portion 21a of the through metal fitting 21 are inserted on the upper surface of the laying adhesive material 17 on which the flange plate 11a is laid while inserting the upper end portion of the rod portion 12b standing from the ground surface 30a. Then, the sealed water pouring lid 11 is installed on the ground surface 30a of the ground 30 to be measured. After that, a plurality of anchor members 19 are driven toward the laying contact material 17 and the ground 30 through the plurality of anchor holes 11b formed in the flange plate 11a. Then, when the inside of the hermetically sealed water filling lid 11 is filled with water, the water oozes out into the laying adhesive material 17 where the laying adhesive material 17 is solidified. It can be installed in a state of being in close contact with the surface 30a in a watertight manner.

測定対象となる地盤30の地表面30aに密閉注水蓋11を設置したら、設置された密閉注水蓋11に、送り管13及び戻り管14や水抜き管24を接続する共に、密閉注水蓋11の内部と、給水ポンプ15や給水タンク16との間で圧力水を循環させて、密閉注水蓋11の内部に圧力水を満たすことで、満たされた圧力水を、測定対象となる地盤30の地中に、浸透水として浸透させることが可能な状態となる。また、土壌水分計12、小型圧力計23、給水ポンプ15等を、配線類を介して、データロガーやパーソナルコンピュータを備えるデータ処理部(図示せず)に接続することで、計測された各種の測定データを処理することが可能な状態となる。さらに、パーソナルコンピュータには、VGモデルによって不飽和領域の地盤の浸透特性を解析することが可能な、公知の有限要素解析プログラムが組み込まれており、この有限要素解析プログラムによって、土壌水分計12、小型圧力計23、給水ポンプ15等から送られる計測データに基づいて、飽和透水係数k0とVGモデルの不飽和パラメータα、m、nをより適切に精度良く設定して、不飽和領域の地盤の浸透特性を解析できるようになっている。   When the sealed water pouring lid 11 is installed on the ground surface 30 a of the ground 30 to be measured, the feed pipe 13, the return pipe 14 and the drain pipe 24 are connected to the installed air pouring lid 11, and By circulating the pressure water between the inside and the water supply pump 15 or the water supply tank 16 and filling the inside of the sealed water filling lid 11 with the pressure water, the filled pressure water is grounded on the ground 30 to be measured. It will be in the state which can be permeated as osmotic water inside. In addition, the soil moisture meter 12, the small pressure gauge 23, the water supply pump 15 and the like are connected to a data processing unit (not shown) including a data logger and a personal computer via wirings, thereby measuring various kinds of measured values. The measurement data can be processed. Furthermore, the personal computer incorporates a known finite element analysis program capable of analyzing the infiltration characteristics of the ground in the unsaturated region using the VG model. By this finite element analysis program, the soil moisture meter 12, Based on the measurement data sent from the small pressure gauge 23, the feed pump 15, etc., the saturated hydraulic conductivity k0 and the unsaturated parameters α, m, n of the VG model are set more appropriately and accurately, It is possible to analyze the penetration characteristics.

そして、本実施形態のVGモデルによる不飽和浸透特性解析方法は、有限要素解析プログラムを用いて不飽和領域の地盤の浸透特性を解析する解析方法であって、不飽和透水係数を算定する式として、〔数1〕に示すVGモデルによるモデル式が用いられ、飽和透水係数k0とVGモデルによるモデル式の不飽和パラメータα、m、nが、原位置不飽和透水試験によって得られる、所定の圧力で浸透水を地中に浸透させた際の所定の深さにおける水分含水率の経時変化から、逆解析することによって設定されるようになっており、設定された飽和透水係数k0と不飽和パラメータα、m、nを用いて不飽和透水係数を算定することで、不飽和領域の地盤の浸透特性を解析するようになっており、且つ原位置不飽和透水試験において得られる飽和透水係数k0と不飽和パラメータα、m、nを設定するための水分含水率の経時変化を、図4に示すように、段階的に増加させた異なる複数の圧力で、浸透水を地中に浸透させて得られた水分含水率の経時変化としている。   And the unsaturated infiltration characteristic analysis method by the VG model of this embodiment is an analysis method for analyzing the infiltration characteristic of the ground in the unsaturated region using a finite element analysis program, and is an expression for calculating the unsaturated hydraulic conductivity. , [Equation 1] is used, and a model equation based on the VG model is used, and the saturated hydraulic conductivity k0 and the unsaturated parameters α, m, n of the model equation based on the VG model are obtained by the in-situ unsaturated hydraulic permeability test. From the time-dependent change of moisture content at a given depth when penetrating water penetrates into the ground, it is set by inverse analysis, and the set saturated permeability coefficient k0 and unsaturated parameter By calculating the unsaturated hydraulic conductivity using α, m, and n, the infiltration characteristics of the ground in the unsaturated region are analyzed, and the saturated permeability obtained in the in-situ unsaturated hydraulic test is obtained. As shown in FIG. 4, the time-dependent change in the moisture content for setting the coefficient k0 and the unsaturated parameters α, m, n is infiltrated into the ground with a plurality of different pressures increased stepwise. It is assumed that the moisture content of the water obtained by the change over time.

また、本実施形態のVGモデルによる不飽和浸透特性解析方法は、原位置不飽和透水試験において所定の圧力で浸透水を地中に浸透させる前に測定又は推定された、初期含水率及び初期サクションから、不飽和パラメータα、m、nの暫定値を設定すると共に、前記飽和透水係数を推定して、事前解析を行うことにより測定条件を仮設定し、仮設定された測定条件に基づいて、段階的に増加させた異なる複数の圧力で、原位置不飽和透水試験において浸透水を地中に浸透させて、水分含水率の経時変化を得るようにしている。   Moreover, the unsaturated osmotic property analysis method by the VG model of this embodiment is the initial moisture content and the initial suction measured or estimated before infiltrating the osmotic water into the ground at a predetermined pressure in the in-situ unsaturated permeability test. From the above, the provisional values of the unsaturated parameters α, m, n are set, the saturated hydraulic conductivity is estimated, the measurement conditions are provisionally set by performing a preliminary analysis, and based on the provisionally set measurement conditions, In the in-situ unsaturated water permeability test, the permeated water is infiltrated into the ground at a plurality of different pressures increased in stages to obtain a change in moisture content with time.

本実施形態のVGモデルによる不飽和浸透特性解析方法は、公知の有限要素解析プログラムが組み込まれたコンピュータ(パーソナルコンピュータ)を用いて、好ましくは図1に示すフローチャートに従って実施することができる。すなわち、本実施形態では、まず、原位置不飽和透水試験において、土中水分計12を設置するための測定孔を専用のオーガーを用いて削孔して、測定装置である土壌水分計12を設置したら、浸透水を地中に浸透させるのに先立って、設置した土壌水分計12によって、測定対象となる地盤30の初期体積含水率を測定する。   The unsaturated infiltration characteristic analysis method based on the VG model of the present embodiment can be preferably performed according to the flowchart shown in FIG. 1 using a computer (personal computer) incorporating a known finite element analysis program. That is, in this embodiment, first, in the in situ unsaturated permeability test, a measurement hole for installing the moisture meter 12 in the soil is drilled using a dedicated auger, and the soil moisture meter 12 as a measurement device is formed. If it installs, it will measure the initial volume moisture content of the ground 30 used as a measuring object with the soil moisture meter 12 installed before penetrating osmotic water in the ground.

次に、測定対象となる地盤30の地下水の有無を判定して、地盤30の初期サクション(初期の負の圧力水頭)を推定するか、或いは測定する。すなわち、例えば付近のボーリングデータや、原位置不飽和透水試験の際に得られたボーリングデータから、地盤30の地下水の有無を判定して、地下水位が明らかで浅い場合には、静水圧を仮定して、公知の推定式によって初期サクションを推定する。また地下水位が不明の場合や、深い場合には、初期サクションを推定できないので、例えば公知のテンシオメータを用いて初期サクションを測定する。初期サクションを推定するか、或いは測定したら、初期サクションと、土壌水分計12によって計測された初期体積含水率に基づく初期飽和度から、例えば不飽和パラメータnの暫定値を設定し、さらに式(4)から、不飽和パラメータαの暫定値を設定する。   Next, the presence or absence of groundwater in the ground 30 to be measured is determined, and the initial suction (initial negative pressure head) of the ground 30 is estimated or measured. That is, for example, the presence or absence of groundwater in the ground 30 is determined from the nearby borehole data or the borehole data obtained during the in-situ unsaturated permeability test. If the groundwater level is clear and shallow, the hydrostatic pressure is assumed. Then, the initial suction is estimated by a known estimation formula. When the groundwater level is unknown or deep, the initial suction cannot be estimated. For example, the initial suction is measured using a known tensiometer. When the initial suction is estimated or measured, for example, a provisional value of the unsaturation parameter n is set from the initial suction and the initial saturation based on the initial volume moisture content measured by the soil moisture meter 12. ) To set a provisional value for the unsaturated parameter α.

不飽和パラメータαの暫定値を設定したら、土中水分計12が設置される測定孔を削孔する際に得られた削孔ずりの土質や粒度分布等から、例えば公知のCreager(クレーガー)の式を用いて、測定対象となる地盤30の飽和透水係数k0を推定すると共に、有限要素解析プログラムによる事前解析を行って、浸透水を地中に浸透させる際の水圧等の測定条件を仮設定する。   When the provisional value of the unsaturated parameter α is set, for example, a well-known Creager is obtained from the soil quality and particle size distribution of the drilling shear obtained when drilling the measurement hole in which the soil moisture meter 12 is installed. Estimate the saturated hydraulic conductivity k0 of the ground 30 to be measured using the equation, and perform preliminary analysis using a finite element analysis program to temporarily set the measurement conditions such as water pressure when penetrating water into the ground To do.

有限要素解析プログラムによる事前解析を行って測定条件を仮設定したら、原位置不飽和透水試験において、仮設定された測定条件に基づいて、段階的に増加させた異なる複数の圧力で、浸透水を地中に浸透させて、水分含水率の経時変化が得られるようにする。すなわち、上述の原位置不飽和透水試験装置10を使用して、小型圧力計23により圧力を管理しつつ、戻り管14に設けられた流量調整バルブ20や給水ポンプ15によって密閉注水蓋11の内部に満たされた圧力水の圧力を調整すると共に、所定の水圧Pを試験装置10の密閉注水蓋11の内部に負荷させる。また、密閉注水蓋11の内部と、給水ポンプ15や給水タンク16との間で圧力水を循環させながら、浸透水として地中に浸透させる圧力水の水圧Pを、所定の時間が経過する毎に、段階的に増加させて、土壌水分計12により地中の各計測点における含水率の変化を計測する。   After preliminary analysis by the finite element analysis program and temporarily setting the measurement conditions, in the in-situ unsaturated permeation test, the permeated water was discharged at different pressures increased in stages based on the temporarily set measurement conditions. Infiltrate into the ground so that the moisture content over time can be obtained. That is, while the pressure is controlled by the small pressure gauge 23 using the above-mentioned in-situ unsaturated water permeability test apparatus 10, the inside of the sealed water filling lid 11 is controlled by the flow rate adjusting valve 20 or the water supply pump 15 provided in the return pipe 14. The pressure of the pressure water filled in is adjusted, and a predetermined water pressure P is loaded inside the sealed water injection lid 11 of the test apparatus 10. Further, every time a predetermined time elapses, the pressure P of the pressure water that permeates into the ground as permeated water while circulating the pressure water between the inside of the sealed water filling lid 11 and the water supply pump 15 or the water supply tank 16. Then, it is increased stepwise and the moisture content at each measurement point in the ground is measured by the soil moisture meter 12.

ここで、密閉注水蓋11の内部に満たされた圧力水の圧力(水圧P)を、所定の時間が経過する毎に、段階的に増加させて、土壌水分計12により地中の各計測点における含水率の変化を計測する際に、含水率の上昇速度が適正か否かを判定する。計測中の含水率の上昇速度が過度に速かったり、遅かったりする場合には、水圧Pを修正して、適度な測定時間を確保する。含水率の上昇速度が適正である場合には、地中の各計測点における含水率の変化を計測した後に、水圧Pをステップアップして、ステップアップした所定の水圧Pを試験装置10の密閉注水蓋11の内部に負荷させる。そして、同じようにして水圧Pをステップアップしながら、土壌水分計12により地中の各計測点における含水率の変化を計測する工程を、地中の各計測点の土壌が飽和するまで、所定の段階数繰り返した後に、測定を終了する。これによって、浸透水として地中に浸透させる圧力水の水圧Pを、段階的に増加させて、土壌水分計12により地中の各計測点における含水率の変化を計測する際の測定時間の短縮と、測定精度の向上を、効果的に図ることが可能になる。   Here, the pressure of the pressurized water (water pressure P) filled in the sealed water-filling lid 11 is increased step by step every time a predetermined time elapses, and each measurement point in the ground is measured by the soil moisture meter 12. When measuring the change in the moisture content at, it is determined whether or not the rate of increase in the moisture content is appropriate. When the rate of increase in moisture content during measurement is excessively high or low, the water pressure P is corrected to ensure an appropriate measurement time. When the rate of increase in the moisture content is appropriate, after measuring the change in moisture content at each measurement point in the ground, the water pressure P is stepped up, and the predetermined water pressure P that has been stepped up is sealed in the test apparatus 10. The inside of the water injection lid 11 is loaded. And the process of measuring the change of the moisture content at each measurement point in the ground with the soil moisture meter 12 while stepping up the water pressure P in the same manner is performed until the soil at each measurement point in the ground is saturated. After repeating the number of steps, the measurement is finished. As a result, the pressure P of the pressure water to be infiltrated into the ground as osmotic water is increased stepwise, and the measurement time when measuring the moisture content change at each measurement point in the ground with the soil moisture meter 12 is shortened. Thus, it is possible to effectively improve the measurement accuracy.

また、本実施形態では、原位置不飽和透水試験において得られる、水圧Pをステップアップしながら段階的に増加させた際の不飽和パラメータを設定するための水分含水率の経時変化を、例えば図4に示すような経時変化として得ることができる。図4に示す水分含水率の経時変化は、例えばGL−0.2mの深さにおいて、試験の開始から85分後に浸透水の圧力を0.01MPa〜0.02MPaに増加させ、さらに90分後に浸透水の圧力を0.02MPa〜0.03MPaに増加させ、さらに60分後に浸透水の圧力を0.03MPa〜0.04MPaに増加させた際の、水分含水率(体積含水率)の経時変化を示している。   Moreover, in this embodiment, the time-dependent change of the moisture content for setting the unsaturated parameter when the water pressure P is increased stepwise while being stepped up, obtained in the in-situ unsaturated water permeability test, for example, is shown in FIG. 4 can be obtained as a change with time. For example, at a depth of GL-0.2 m, the time-dependent change in moisture content shown in FIG. 4 is as follows: 85 minutes after the start of the test, the pressure of the osmotic water is increased from 0.01 MPa to 0.02 MPa, and after 90 minutes. Temporal change in moisture content (volume moisture content) when the pressure of the permeated water was increased from 0.02 MPa to 0.03 MPa and the pressure of the permeated water was further increased from 0.03 MPa to 0.04 MPa after 60 minutes. Is shown.

本実施形態では、例えば図4に示すような、段階的に増加させた異なる複数の圧力で、浸透水を地中に浸透させて得られた水分含水率の経時変化から、飽和透水係数k0とVGモデルによるモデル式の不飽和パラメータを、逆解析することによって設定することができるようになっており、設定された飽和透水係数k0と不飽和パラメータを用いて不飽和透水係数を算定して、不飽和領域の地盤の浸透特性を解析するようになっている。   In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 4, the saturated water permeability k0 is obtained from the change over time in the moisture content obtained by infiltrating the permeated water into the ground at a plurality of different pressures increased stepwise. The unsaturated parameter of the model formula based on the VG model can be set by inverse analysis, and the unsaturated hydraulic conductivity is calculated using the set saturated hydraulic coefficient k0 and the unsaturated parameter. It is designed to analyze the infiltration characteristics of ground in unsaturated regions.

そして、上述の構成を備える本実施形態のVGモデルによる不飽和浸透特性解析方法によれば、有限要素解析プログラムを用いて、VGモデルによって不飽和領域の地盤の浸透特性を解析する際に、不飽和透水係数や飽和度を算定するための飽和透水係数k0と不飽和パラメータα、m、nを、より適切に精度良く設定することが可能になる。   Then, according to the unsaturated infiltration characteristic analysis method by the VG model of the present embodiment having the above-described configuration, when analyzing the infiltration characteristic of the ground in the unsaturated region by the VG model using the finite element analysis program, The saturated hydraulic conductivity k0 and the unsaturated parameters α, m, and n for calculating the saturated hydraulic conductivity and the degree of saturation can be set more appropriately and accurately.

すなわち、本実施形態のVGモデルによる不飽和浸透特性解析方法によれば、原位置不飽和透水試験において得られる飽和透水係数k0と不飽和パラメータα、m、nを設定するための水分含水率の経時変化は、図4に示すように、段階的に増加させた異なる複数の圧力で、浸透水を地中に浸透させて得られた水分含水率の経時変化となっていて、体積含水率の変化を描く曲線もまた、段階的に増加する浸透水の水圧Pに応じて、段階的に変化することで、S字曲線の形状が変化する部分を含む複数のS字曲線が組み合わさった曲線となっている。   That is, according to the unsaturated osmotic property analysis method based on the VG model of the present embodiment, the water content of moisture for setting the saturated hydraulic conductivity k0 and the unsaturated parameters α, m, and n obtained in the in-situ unsaturated hydraulic permeability test. As shown in FIG. 4, the time-dependent change is a time-dependent change of the moisture content obtained by infiltrating the permeated water into the ground with a plurality of different pressures increased stepwise. The curve that describes the change is also a curve that is a combination of a plurality of S-shaped curves including a portion where the shape of the S-shaped curve changes by changing in stages according to the hydraulic pressure P of the osmotic water that increases in stages. It has become.

したがって、本実施形態によれば、VGモデルによるモデル式において、不飽和透水係数kや飽和度Seを得るための飽和透水係数k0と不飽和パラメータα、m、nを、仮設定した後に、原位置透水試験方法において得られた、所定の圧力で浸透水を地中に浸透させた際の所定の深さにおける水分含水率の経時変化に、フィットするよう逆解析することで、再設定する際に、図4に示すような複数のS字曲線とフィットするよう逆解析することにより、図5に示すような1つのS字曲線にフィットするよう逆解析する場合と比較して、より緻密で精度の良い逆解析が行われることになるので、誤差があったり不適切な値の飽和透水係数k0や不飽和パラメータα、m、nが再設定され難くなって、飽和透水係数k0と不飽和パラメータα、m、nを、より適切に精度良く設定することが可能になる。またこれによって、VGモデルによるモデル式が組み込まれた有限要素解析プログラムを用いて、不飽和領域の地盤における浸透水による水分含水率(体積含水率)の経時変化を、コンピュータによって精度良くシミュレートすることが可能になる。   Therefore, according to the present embodiment, in the model formula based on the VG model, the saturated hydraulic conductivity k0 and the unsaturated parameters α, m, and n for obtaining the unsaturated hydraulic conductivity k and the saturation degree Se are temporarily set, When re-setting by reverse analysis to fit the time-dependent change of moisture content at a given depth when penetrating water is infiltrated into the ground at a given pressure obtained in the method of position permeability test In addition, by performing a reverse analysis so as to fit a plurality of S-shaped curves as shown in FIG. 4, it is more precise than in the case of performing a reverse analysis so as to fit a single S-shaped curve as shown in FIG. Since accurate back analysis will be performed, it becomes difficult to reset the saturated permeability coefficient k0 and the unsaturated parameters α, m, and n that have errors or inappropriate values, and the saturated permeability coefficient k0 and unsaturated Parameter α, m, n It becomes possible to set more appropriately and accurately. In addition, by using a finite element analysis program incorporating a model formula based on the VG model, the time-dependent change in moisture content (volume moisture content) due to seepage water in the ground of the unsaturated region is accurately simulated by a computer. It becomes possible.

また、本実施形態では、IP法において実施される、含水率分布の測定に伴って行うサクションの測定を省略しているが、複数の水圧Pを測定条件とすることで、結果としてサクションの急激な変動に基づく含水率分布を測定することが可能になって、サクションの測定を行わないことによる測定条件を補うことで、より簡易に不飽和透水係数を設定することが可能になる。   In the present embodiment, the suction measurement performed in accordance with the measurement of the moisture content distribution performed in the IP method is omitted. However, by using a plurality of water pressures P as the measurement conditions, as a result It becomes possible to measure the moisture content distribution based on various fluctuations, and it becomes possible to set the unsaturated hydraulic conductivity more easily by supplementing the measurement conditions by not performing the suction measurement.

また、本実施形態では、初期含水率及び初期サクションから、不飽和パラメータα、m、nの暫定値を設定して、事前解析を行うことにより測定条件を仮設定し、仮設定された測定条件に基づいて、段階的に増加させた異なる複数の圧力で、原位置不飽和透水試験において浸透水を地中に浸透させて、水分含水率の経時変化を得るようにしているので、IP法のように含水率分布の測定中はサクションの変化を測定する必要がなくなると共に、初期サクションを計測して不飽和パラメータα、m、nの暫定値を設定していることから、図6に示す体積含水率θ―サクションφの曲線に対して、初期値と最終値(飽和時のサクションは0)の両端を確定することが可能になる。これによって、サクションを測定条件として考慮した不飽和浸透特性を解析することが可能になる。またこれによって、非特許文献1のような、サクションを全く考慮することなく、水分含水率の経時変化の計測データのみから、VGモデルに基づく不飽和浸透特性を解析する方法と比較して、より精度よく不飽和浸透特性を解析することが可能になる。   In the present embodiment, provisional values of the unsaturated parameters α, m, and n are set from the initial moisture content and the initial suction, and the measurement conditions are provisionally set by performing a preliminary analysis. Based on the above, in the in situ unsaturated permeability test, the permeated water is infiltrated into the ground at different pressures increased in stages, so that the moisture content over time is obtained. Thus, it is not necessary to measure the change in the suction during the measurement of the moisture content distribution, and the initial suction is measured to set the provisional values of the unsaturated parameters α, m, n. It is possible to determine both ends of the initial value and the final value (suction at saturation is 0) for the curve of moisture content θ-suction φ. As a result, it is possible to analyze the unsaturated permeation characteristic considering suction as a measurement condition. In addition, as compared with the method of analyzing the unsaturated permeation characteristics based on the VG model from only the measurement data of the change in moisture content with time, as in Non-Patent Document 1, the suction is not considered at all. It becomes possible to analyze unsaturated permeation characteristics with high accuracy.

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、段階的に増加させた異なる複数の圧力で、浸透水を地中に浸透させて得られた水分含水率の経時変化は、上記の原位置不飽和透水試験装置を用いた原位置不飽和透水試験に限定されることなく、その他の試験装置を用いた原位置不飽和透水試験によって得ることもできる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, the time-dependent change in the moisture content obtained by infiltrating the permeated water into the ground at a plurality of different pressures increased in stages is the in-situ unsaturated using the in-situ unsaturated water permeability test device. Without being limited to the permeability test, it can also be obtained by an in-situ unsaturated permeability test using other test equipment.

10 原位置不飽和透水試験装置
11 密閉注水蓋
11a フランジプレート
11b アンカー孔
11c 上面プレート
11d 周壁プレート
11e 蓋本体
11f ロッド挿通孔
12 土中水分計
12a 水分センサー
12b ロッド部
12c ガイドチューブ
13 送り管
14 戻り管
15 給水ポンプ
16 給水タンク
17 敷設密着材
19 アンカー部材
20 流量調整バルブ
21 貫通金具
21a 円筒スリーブ部
21b 接合フランジ部
22a,22b,22c ジョイント金具
23 小型圧力計
24 水抜き管
25 補助スタンド
26 フィルター
30 測定対象となる不飽和領域の地盤
30a 地表面
30b 固化層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 In-situ unsaturated water permeability test apparatus 11 Sealed water-filling lid 11a Flange plate 11b Anchor hole 11c Upper surface plate 11d Perimeter wall plate 11e Cover body 11f Rod insertion hole 12 Moisture meter 12a Moisture sensor 12b Rod part 12c Guide tube 13 Feeding tube 14 Return Pipe 15 Water supply pump 16 Water supply tank 17 Laying adhesion material 19 Anchor member 20 Flow rate adjusting valve 21 Through metal fitting 21a Cylindrical sleeve portion 21b Joint flange portions 22a, 22b, 22c Joint metal fitting 23 Small pressure gauge 24 Drain pipe 25 Auxiliary stand 26 Filter 30 Ground 30a in the unsaturated region to be measured Ground surface 30b Solidified layer

Claims (1)

有限要素解析プログラムを用いて不飽和領域の地盤の浸透特性を解析する不飽和浸透特性解析方法であって、
不飽和透水係数を算定する式として、 VanGenuchten モデルによるモデル式が用いられ、
飽和透水係数と該VanGenuchtenによるモデル式の不飽和パラメータが、原位置不飽和透水試験によって得られる、所定の圧力で浸透水を地中に浸透させた際の所定の深さにおける水分含水率の経時変化から、逆解析することによって設定されるようになっており、設定された飽和透水係数と不飽和パラメータを用いて不飽和透水係数を算定することで、不飽和領域の地盤の浸透特性を解析するようになっており、
且つ前記原位置不飽和透水試験において得られる飽和透水係数と不飽和パラメータを設定するための水分含水率の経時変化を、段階的に増加させた異なる複数の圧力で、浸透水を地中に浸透させて得られた水分含水率の経時変化とし、
前記原位置不飽和透水試験において所定の圧力で浸透水を地中に浸透させる前に測定又は推定された、初期含水率及び初期サクションから、前記不飽和パラメータの暫定値を設定すると共に、前記飽和透水係数を推定して、事前解析を行うことにより測定条件を仮設定し、仮設定された測定条件に基づいて、前記段階的に増加させた異なる複数の圧力で、前記原位置不飽和透水試験において浸透水を地中に浸透させて、前記水分含水率の経時変化を得るようにしたVGモデルによる不飽和浸透特性解析方法。
An unsaturated infiltration characteristic analysis method for analyzing infiltration characteristics of ground in an unsaturated region using a finite element analysis program,
As a formula for calculating unsaturated hydraulic conductivity, a model formula based on VanGenuchten model is used.
The saturation permeability coefficient and the unsaturated parameter of the VanGenuchten model equation show that the moisture content over time at a given depth when infiltrated water is infiltrated into the ground at a given pressure obtained by an in situ unsaturated permeability test. From the change, it is set by inverse analysis. Analyzing the infiltration characteristics of the ground in the unsaturated region by calculating the unsaturated permeability coefficient using the set saturated permeability coefficient and unsaturated parameter. Is supposed to
In addition, the permeated water penetrated into the ground at a plurality of different pressures, which were obtained by gradually increasing the moisture content over time to set the saturated permeability coefficient and the unsaturated parameter obtained in the in situ unsaturated permeability test. It is not the time course of the resulting water water content,
From the initial moisture content and initial suction measured or estimated before infiltrating the seepage water into the ground at a predetermined pressure in the in-situ unsaturated permeability test, a provisional value of the unsaturation parameter is set and the saturation Estimating the permeability coefficient and performing preliminary analysis to temporarily set the measurement conditions, and based on the temporarily set measurement conditions, the in situ unsaturated permeability test at a plurality of different pressures increased in stages. Unsaturated osmotic property analysis method using a VG model in which permeated water is permeated into the ground to obtain a change with time in the moisture content .
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