不飽和地盤内の浸透問題を定性的、定量的に評価する方法として、地盤内の水と空気の挙動を同時に考慮できる気液二相流解析手法が開発されており、極めて有効な数値解析手法であると考えられている。この際、入力パラメータとして、地盤内の空気および水の挙動を支配する浸透特性(物理定数)が必要となり、その設定は解析精度を左右するものである。しかし、空気の流動特性を支配するパラメータについては、その定義さえ不十分であり、確たる測定法も確立されていないのが現状である。本研究では、不飽和地盤内の水と空気の流動のメカニズムおよびそれらを支配するパラメータの定義を明確にし、水と空気の流動を支配する浸透特性の計測方法の確立を行うことを目的とする。本研究により得られた成果を要約すれば、以下のようになる。
1.鉛直一次元二相流室内浸透実験モ-ルドを試作し、それを用いて不飽和砂質試料における空気および水の二相流浸透の室内非定常浸透実験を行った。
2.自動電気探査装置を用いて不飽和砂質試料の比抵抗値の非定常変化を計測し、試料内の空気および水の流動挙動の定性的な把握を試みた。その結果、比抵抗値による体積含水率の非定常測定の可能性について検討し、両者の相関関係データの蓄積と関数式の確立を目的として、電極の設置等、精度の良い校正曲線の作成法についての検討を行った。
3.中性子水分計を用いて不飽和砂質試料内の水分変化をリアルタイムに計測するシステムの試作を行った。また、実験結果より不飽和地盤内の空気と水の流動メカニズムに関する考察を行った。
4.高精度圧力変換器を用いて、試料内複数点での間隙水圧および間隙空気圧のを計測する高精度な間隙水圧および間隙空気圧計測システムを作成した。
5.不飽和地盤内の空気と水の流動を支配するパラメータの定義を明確にするとともに、実験データを数値解析により逆解析的に考察し、不飽和地盤内の空気および水の挙動に関する浸透特性を求める解析システムを開発した。