粒子モデルを用いた不飽和浸透流の微視的解析

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1.土粒子接合部におけるリング水の保水効果について2個の異球径土粒子からなるモデルを考え、表面張力によるサクションと保水量の算定式の誘導を行った。その結果、以下に示す知見が得られた。(1)土粒子が完全に接触している場合、土粒子の粒径比(上部土粒子径と下部土粒子径の比)に係わらず、保水量の増大につれサクションは急激に減少する。土粒子が非接触の場合、保水量の変化にともないサクションは極大値を持つ。(2)完全接触、非接触に係わらず同一の保水量に対し、土粒子の粒径比が大となるとサクションも大となる。2.上記の理論と比較検討するため3種の硅砂を用いた鉛直浸透実験を行い、以下の結果を得た。(1)同一のサクションに対し、粒径範囲が大なほど、また締め固め程度がよいほど体積含水率は大となる。(2)本理論を等球径最密充填を仮定し、実験結果と比較するとサクションと保水量の関係がほぼ再現できた。3.低温室内において、粒径が0.5〜1mm程度の積雪試料を用いて上記2.の場合と同様な浸透実験を行い、本モデルを積雪浸透に適用する場合の問題点が明かとなった。(1)含水量が比較的大きな積雪下部の粒径は浸透水の影響により急激に焼結し、実験終了時に雪粒子の増大がみられ(最大で2.5mm)、また粒子の均一化傾向がみられた。また夜間の冷却を想定し、低温室の室温を0から-5℃に低下させると積雪表面でリング水の凍結が観測され、これに伴い粒子が粗大化する傾向がある。(2)上記1)より、融雪初期と融雪末期では積雪層内の保水量は大きく変化すると思われる。また、本モデルを積雪内浸透に適用する場合、粒子径の経時変化を考慮する必要がある。