Home
地盘となる土の力学挙动、构造物と土の相互作用などの研究
土の内部を可视化する齿线颁罢解析
当研究室では建物やインフラを支える地盘となる土が、外から力を与えられるとどうなるのか、土と构造物がどう相互作用して安定しているのか、といったことを研究しています。土砂灾害、地割れ、地盘の液状化、道路の陥没など、近年は土に関する多くの灾害が起こっていますが、その际土粒子の一粒ずつがどのように动いているのか、ひいてはそのメカニズム全体について、一般にはほとんど知られていません。地盘内部で何が起こっているのかを知るためにはまず観察を行う必要があり、内部の状态を保存したまま可视化するために私は齿线颁罢という装置を使っています。
齿线颁罢で撮影された画像は健康诊断のレントゲン写真のようなイメージに近く、密度の高いところが白、低いところが黒で表されます。
実験では土を薄いゴム膜に詰め、周りから空気圧をかけて圧缩することで実际の地盘と同じような状态を作り出します。そこに外力を加え土が崩れると、まるで物体に亀裂が入るのと同じように、すべり面という集中的に変形する领域が発生します。それを齿线颁罢で撮影し、土粒子一粒ずつがどう挙动して土全体の强度や変形に寄与するのかを调べています。&苍产蝉辫;
一般的な土は土粒子?金属の破片?水?空気で构成されていますが、私の研究の特徴は水の量と分布に注目している点にあります。土粒子间には水がピタッとくっついていて、この水にサクションという引っ张る力が働くことで土の强度を高めていると言われており、私はこの水（液架桥）の分布量が土全体の强度に影响するのではないかと考えました。実际に、土に外力を加えて强度が落ちたところを齿线颁罢で撮影して画像解析してみると、サクションが小さくなり、水の分布量も减少しているということがわかりました。
建物を支える地盘の条件
建物は地中に打ち込まれた基础杭によって荷重を支えています。地表面から数十メートルほど下には非常に硬い层があり、そこに杭の先端を到达させれば建物が重くても支えられるという前提があるのです。しかし、数十メートルの杭をまっすぐ打ち込むのは难易度が高く、かつコストもかかるため、中间的なところにある硬い层でも安全を保ちながら建物の荷重を支えることができないかと考えました。それが可能になれば杭自体が短くて済み、コスト削减だけでなく施工期间の短缩にも繋がります。
ここで重要なのは硬い层の厚みです。もし硬い层が薄ければ、その下にある软らかい层にまで影响が及んで沉下してしまう可能性があります。そこで、どれほどの厚みがあれば良いのかを求める実験を行いました。従来は、杭径の3倍の厚みがあれば十分ではないかと言われていましたが、あくまでも数値解析による结果にとどまっていました。また、杭に荷重がかかると、杭先端部に触れている地盘は球根状に変形すると理论上は解明されていましたが、それも齿线颁罢を利用して确认しました。
试料として用意したのは、①杭径の3倍以上硬い层があ
る地盘、②杭径の3倍硬い层がある地盘、③硬い层が薄い地盘、④软らかい砂の地盘、の4つです。齿线颁罢の画像を确认すると、杭に荷重がかかった时点で杭直下の地盘が逆叁角形状に密度を高め、この倾向は硬い层が厚いほど顕着であるとわかりました。そこから杭を下へ下へと押し込んで地盘の変形を确认すると、①②は硬い层の范囲内で影响が収まっている反面、③④は软らかい层にも影响が及んでおり、反力が取れなくなることで支持力が下がるとわかりました。结果、従来言われてきた通り杭径の3倍硬い层があれば安全だと実証でき、薄层になると支持力が低下するメカニズムも解明することができました。
わからないことを突き詰める面白さ
研究で使う土は基本的には购入しているのですが、灾害现场に足を运んで现地のものを採取することもあり、现场から得られる情报に新たな疑问が涌き上がって土への理解がさらに深まります。反対に研究室で解析をしているときは、予测と合っているか、违ったらなぜそうなったのかを考えるのが楽しく现场とは违う魅力があります。
私が行っているのは非常に基础的な研究で、すぐに社会実装されるような内容ではありません。しかし、土の中で何が起きているのかを解明することで最初に述べたような灾害のメカニズムについて、より理解を深めることができるのではないかと考えています。研究のモチベーションになっているのは、よくわからないものを突き詰めて、わかるようになりたいという思いです。学部生のころから土质力学の授业は好きで、当时よくわからないながら先辈の卒业论文発表会の内容に「面白い」と兴奋したことを覚えています。现在も自分が面白そうだと感じるものを研究することは大切
にしており、新規性とオリジナリティを意識しながら難しそうなことに挑戦する姿勢を心がけています。 修士課程のころ、私は2ヶ月ほどフランスに滞在し、当時の指導教員の研究を手伝ったという経験があります。お世話になった研究機関はX線CTを利用して地盤材料を可視化する研究の先駆け的なところで、そこに所属する研究者と同じテーマで教員がディスカッションしているのを見て、非常に刺激を受けました。異なる言語や文化に触れると様々な感覚が洗練されますし、広い交友関係で世界と繋がることができ、こうした生き方を私は豊かだと感じます。広島大学への進学を考えている方は、入学後でも良いのでぜひ異文化に触れる機会を作ってみてください。また、試行錯誤を繰り返し、疑問を突き詰めていく姿勢を大切にしてください。時には遠回りに思えることが近道ということもあり、世の中の役に立つ知見や重要な何かはそうした姿勢から生まれてくるはずです。
RYUNOSUKE KIDO
2014年3月 京都大学工学部 地球工学科 卒業
2016年3月 京都大学 大学院工学研究科 社会基盤工学専攻 修了
2017年4月 日本学術振興会 特別研究員DC2（京都大学）
2019年3月 京都大学 大学院工学研究科 博士後期課程 社会基盤工学専攻 修了
2019年4月 京都大学 大学院工学研究科 助教
2024年4月 広島大学 大学院先進理工系科学研究科 准教授
