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。

A regeneration may エ ネ ル ギ ー の つ で あ る hot は in years and established に using で き る た め, unseen に using す れ ば province エ ネ に big き く contribution で き る possibility が あ る. I で が countries in heat utilization を promote す る た め に は, urban の weak ground に optimum し を た using the method to establish す る こ と が important で あ る が, site engineering な 観 point か ら の は very に な さ れ て い な い. This study で は, large-scale facilities で の import が expect さ れ る based form hangzhou と 帯 aquifer regenerative way に つ い て, fluid - turf - thermodynamic 挙 dynamic structure is の を the numerical analytical に よ り beg し 検, ground engineering subject を find some し す る. Early annual で あ る は this year, JR Osaka edogawabashi グ ラ ン フ ロ ン ト Osaka の 帯 aquifer regenerative way の be applied examples を reference に し, three dimensional saturated - - form are joined in analytical を い て in heat utilization の turf - shaped 挙 stationary に つ い て investigation し た. By using the analytical approach of た, the finite deformation theory of に basis づく, and the analytical finite element method of water-earth connection である. Turf の constitute type に は internal structure - the を consider し た 弾 viscoplastic form type を with い て お り, normal consolidation お よ び consolidation of clay の natural accumulation state に お け る 挙 perform very す を る こ と が で き る. Parsing モ デ ル と の materials of every layer パ ラ メ ー タ は, Osaka edogawabashi new north ビ ル analytical に の during the construction of large-scale digging cutting with い ら れ た も の を use し た. Analysis of the <s:1> water-lifting object layer と water-lifting conditions を change えて6 ケ <s:1> ス actual application た. The beg で 検 は, pumping water は の interstitial water in the gravel layer 圧 に 2 nodes (vertical direction) を の prescribed quantity だ け 圧 reduction, raised 圧 す る こ と で simulation し た. The intergap water pressure, average effective 応 force, volume ひずみ <s:1> distribution, and surface subsidence of each ケ ス ス <e:1> <s:1> were compared and examined. Youdaoplaceholder0 そ results: In the second alluvial gravel layer (Dg2), を heat source well とする site, <s:1> alluvial cohesive soil layer (Ac layer), <s:1> interstitial water pressure change is そ small さく, and the maximum deformation amount is <s:1> で0.5cm, with a degree of となった. ま た first diluvial gravel layer (Dg1) で す station groundwork る occasions で も pumping 30 kpa pressure variations (water level dynamic degree of 3 m) で あ れ ば Ac layer の have sharper 応 force - the は under 10 kpa で あ り amount of ground surface under shen は small さ い results と な っ た.

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