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軟弱地盤における地中熱利用時の地盤工学的課題に関する検討

软土地基地热利用岩土工程问题研究

基本信息

批准号：
22K04321
负责人：
木元小百合
金额：
$ 2.08万
依托单位：
Osaka Sangyo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04321/
关键词：
地中熱帯水層数値解析

项目摘要

再生可能エネルギーの一つである地中熱は年中安定的に利用できるため、有効に利用すれば省エネに大きく貢献できる可能性がある。我が国で地中熱利用を促進するためには、都市の軟弱地盤に適した利用法を確立することが重要であるが、地盤工学的な観点からの研究は十分になされていない。本研究では、大規模施設での導入が期待される杭基礎形式と帯水層蓄熱方式について、流体-地盤-構造物系の熱力学挙動を数値解析により検討し、地盤工学的課題を抽出し整理する。初年度である本年度は、JR大阪駅グランフロント大阪の帯水層蓄熱方式の実施事例を参考にし，三次元浸透-変形連成解析を用いて地中熱利用時の地盤変形挙動について考察した。用いた解析手法は有限変形理論に基づく水－土連成解析有限要素法である。地盤の構成式には内部構造変化を考慮した弾粘塑性構成式を用いており，正規圧密および過圧密粘土の自然堆積状態における挙動を表現することができる。解析モデルと各層の材料パラメータは、，大阪駅新北ビル施工時の大規模掘削解析に用いられたものを使用した。解析は揚水対象層と揚水条件を変えて6 ケース実施した。本検討では，揚水・還水は砂礫層内の間隙水圧（鉛直方向に２節点）を所定の量だけ減圧・増圧することで模擬した。各ケースの間隙水圧，平均有効応力，体積ひずみの分布、地表面沈下量などを比較し考察した。。その結果、第二洪積砂礫層（Dg2）層を熱源井とする場合は沖積粘性土層（Ac 層）の間隙水圧変化は小さく，変形量も最大で0.5cm 程度となった。また第一洪積砂礫層（Dg1 層）で揚水する場合でも揚水圧力30kPa（水位変動3m 程度）であればAc層の有効応力変化は10kPa 以下であり地表面沈下量は小さい結果となった。

The possibility of regeneration is very high. The heat in the earth is very stable. The utilization of heat in the earth is very high. The possibility of regeneration is very high. We promote the use of heat in our country, establish the appropriate use method for weak urban areas, and study the important points of site engineering. This study aims to explore the introduction of large-scale engineering, including basic forms, thermal storage modes, numerical analysis of thermodynamic interactions of fluid-site-structure systems, and the topic of geoengineering. In the beginning of this year, the JR Osaka station was set up to investigate the implementation of the thermal storage method of the three-dimensional permeation-transformation analysis. The finite element method of water-soil connection analysis is applied to the finite element theory. The constitutive formula of the site takes into account the internal structural transformation and the viscoplastic constitutive formula. The normal pressure and the natural accumulation state of the over-pressure clay are expressed in a dynamic manner. Analysis of the material of each layer in Osaka, Japan Analysis of the water layer and water conditions In this paper, the simulation results show that the water pressure in the gap between water and gravel layer (2 nodes in vertical direction) is determined by the pressure reduction and pressure increase. The water pressure of each gap, the average force, the distribution of volume, and the amount of ground subsidence are compared. As a result, the second alluvial gravel layer (Dg2) is a heat source layer, and the pore water pressure of the alluvial clay layer (Ac layer) is small, and the maximum amount of change is about 0.5 cm. When the first alluvial gravel layer (Dg1 layer) is flooded, the pumping pressure is 30kPa (the water level changes by 3m), and the pressure of the first alluvial gravel layer is 10kPa or less, and the subsidence of the ground surface is small.