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

• 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

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。

地热热是可再生能源之一，可以全年稳定使用，因此，如果有效使用，它可以极大地促进节能。为了促进日本地热热的使用，重要的是要为城市柔软的土壤建立合适的用途，但是从岩土的角度来看，研究并未进行。在这项研究中，使用桩基础的数值分析和含水层热储存方法研究了流体 - 地形结构系统的热力学行为，这些方法有望在大规模的设施上引入，并提取和组织了岩土技术问题。今年，第一年，我们在使用地热热量时使用地热热进行了测量变形行为，使用三维渗透性渗透性偶联偶联分析，同时考虑了JR Osaka Station的大阪大阪的含水层供热方法的示例。所使用的分析方法是基于有限变形理论的水土耦合分析的有限元方法。地面的本构方程是一种弹性粘性构成方程，它考虑了内部结构的变化，并且可以表达自然沉积状态下正常和超固结的粘土的行为。在大阪车站Shinkita建筑物建设期间，将每一层的分析模型和材料参数用于大规模的挖掘分析。分析是在六个情况下进行的，改变了目标组和抽水条件。在这项研究中，通过在砾石层中减压并增加孔隙水压（垂直方向上的两个节点）来模拟抽水和返回水。在每种情况下，比较并考虑了每种情况下的孔隙水压，平均有效应力，体积应变分布，地面沉降量等。 。结果，当将第二个洪水碎石层（DG2）层用作热源时，冲积粘土土壤层（AC层）之间的孔隙水压变化很小，变形量约为0.5 cm。此外，即使用第一洪砂和砾石层抽水（DG1层），如果抽水压力为30 kPa（水位波动约为3m），AC层的有效应力变化低于10 kPa，导致地面上的少量沉降。

项目成果

三次元浸透-変形連成解析法による帯水層地中熱利用実証試験の再現解析

三维渗流-变形耦合分析法再现含水层地热能利用示范试验

• 发表时间: 2023
• 作者: Guodong CAI;Hailong WANG;Kunlin RUAN;Daichi ITO;Hideo KOMINE;木元小百合
• 通讯作者: 木元小百合