風化基岩の凍結融解時における熱移動と水分移動の解析

Abstract

凍結融解作用による風化基岩の土砂化は我が国の山間部の裸地斜面で多くみられ, 発生した土砂は下流での土砂災害の原因となるために重要である。よって, 凍結融解による風化基岩の土砂化量を定量的に精度良く予測できるようにする必要がある。そのためには熱伝導解析と水分移動解析を同時に行い, 凍結融解回数や凍結深さ, 水分量を予測可能にする必要がある。本研究では熱伝導解析と水分移動解析の同時解析を試みた。水分移動解析では凍結による間隙構造の変化を厳密にモデル化している。凍結過程における計算の結果, 凍結速度が大きいほど地中から凍結層への浸透流が多く発生することが分かった。しかし, その量はわずかで, 霜柱の発生などの実現象を説明することはできなかった。凍結層への浸透流を増すためには, 凍結膨張などによる間隙の新たな形成が必要と推測された。

Rock breakdown by freeze and thaw action occurs at bare slopes in mountainous area in Japan. The quantitative estimation of the amount of sediment produced is indispensable because sediment closely relates to sediment disaster at a downstream area. In this study, Concurrent calculation of heat and water transfer in a ground is conducted. Its analysis is necessary for obtaining the repetition of freeze and thaw, freezing depth and water content which is able to freeze potentially. The precise model of the change of pore structure is considered in the analysis. As a result, water flow from the ground to the surface positively correlates with freezing speed. However, considerably small amount of water flux occurs and actual phenomenon like needle ice is not simulated. Result also predicts the creation of new pore or crack becomes one of the factors in much water flux to freezing layer.