資源戦略学講座

Resources Strategies

地球開発環境学分野

Earth Exploitation Environmental Studies

Studies on environment-friendly development systems

教授 高橋 弘助教 里見 知昭

Professor

Assistant Professor

Hiroshi Takahashi

取得技術の開発などを行っている。本年は、繊維質固化処理土工法の高度展開に関して、（1）パーライト副産物を用いた繊維質固化処理土の強度特性、（2）繊維質固化処理土の強度定数、（3）AI を用いた繊維質固化処理土の最適配合条件の推定などについて検討を行った。建設機械の高度化・知能化に関する研究に関しては、（1）バケットに作用する掘削抵抗力を用いた破砕堆積物の粒度推定、（2）軟弱地盤のバケット掘削と地盤強度推定、（3）礫混じり地盤の掘削抵抗力などについて検討を行った。さらに UAV を用いた地盤情報取得および土砂サンプリングに関しては、落下コーンの貫入距離と衝撃加速度を用いた地盤強度推定およびオーガー式土砂サンプリング装置開発のための要素研究を行った。
The research activities of this laboratory are as follows. For the advanced study of the fiber-cement-stabilized soil method, (1) an evaluation of theunconfined compressive strength of fiber-cement-stabilized soil with perlite by-products, (2) an evaluation of shear strength parameters of modified soil,and (3) an estimation of optimum mixing conditions of fiber-cement-stabilized soil using artificial intelligence (AI)—specifically, a multilayer neuralnetwork—were conducted. For the study on advancement and intelligence of construction machinery, (1) an estimation of grain size of crushed rocks using
excavating resistive force by excavator bucket, (2) an estimation of soft ground strength by excavator bucket, and (3) an evaluation of excavating resistive
force on soil mixed with gravel by excavator bucket were conducted. Furthermore, for the acquisition of ground information and soil sampling using anunmanned aerial vehicle (UAV), an estimation of ground strength using fall cone penetration depth and impact acceleration and fundamental studies fordeveloping an auger-type soil-sampling device were conducted.

Group Photo（3）AI を用いた繊維質固化処理土の最適配合条件の推定：繊維質固化処理土の配合条件は、これまで試行錯誤で決定することが多く、非効率であった。そこで昨年はニューラルネットワークを用いて繊維質固化処理土の最適配合条件を推定するための基礎研究を実施した。本年は、教師データを増やすためのデータ収集を行った。2021 年は精度の高い推定手法について検討する予定である。

建設機械の高度化・知能化に関する研究
土木建設現場や資源開発現場などでは、重機による地盤掘削が不可欠である。特に災害現場での復旧作業や海底資源開発、宇宙などの極限環境下では、重機の遠隔操作あるいは自律作業など掘削作業の知能化が必要不可欠となっている。本年は、バケット掘削作業の知能化を目指し、以下の検討を行った。
（1）バケットに作用する掘削抵抗力を用いた破砕堆積物の粒度推定：
発破成績は一般に破砕堆積物の粒度分布で評価される。発破成績を

繊維質固化処理土工法の高度展開に関する研究
本研究室では、未利用高含水比泥土の再資源化率向上を目指して、泥土に古紙破砕物とセメント系固化材を混合することにより良質な地盤材料に改良する繊維質固化処理土工法を開発した。本年は本工法の高度展開を目指し、以下の検討を行った。
（1）パーライト副産物を用いた繊維質固化処理土の強度特性：パーラ
イト副産物（Fig.1）は粒径が小さく多孔質であるため、高含水比泥土に混合することにより見掛けの含水比を低減できる可能性がある。本年は、パーライト副産物を混合した繊維質固化処理土の強度特性を計測することにより、パーライト副産物混合の有効性を確認した。本研
究成果は「地球科学技術に関する国際シンポジウム 2020」にて発表し、優秀論文賞を受賞した。
（2）繊維質固化処理土の強度定数： 昨年に引き続き、繊維質固化処理土を用いて一面せん断試験を行い、強度定数（粘着力および内部摩擦角）を測定した。さらに一軸圧縮試験も行い、繊維質固化処理土の一軸圧縮強度から強度定数を推定する方法について検討した。

Fig.1 Perlite by-products

14 Coexistence Activity Report 2020

Advanced study of the fiber-cement-stabilized
soil method
The following studies were conducted to achieve advanced development of
the fiber-cement-stabilized soil method.
(1) Evaluation of unconfined compressive strength of fiber-cementstabilized soil with perlite by-products: As perlite by-products (Fig.1) havesmall particle sizes and porous structures, it is possible to reduce theapparent water content by mixing them with high water content mud. In
2020, the effectiveness of mixing perlite by-products was confirmed
through measurement of the unconfined compressive strength of modifiedsoil with perlite by-products. The results were presented at the International
Symposium on Earth Science and Technology 2020 held at Kyushu
University, and the best paper award was received.
(2) Evaluation of the shear strength parameters of fiber-cement-stabilized
soil: Continuing from 2019, the shear strength parameters (i.e., cohesion
and internal friction angle of fiber-cement-stabilized soil) were obtained
from box shear test. In addition, unconfined compression tests wereconducted, and the estimation of shear strength parameters from theunconfined compressive strength of modified soil was investigated.

Fig.2 Unconfined compression test of modified soil

Fig.3 Bucket excavation experiment of crushed rocks

自動的に評価できるシステムの確立を目指し、本年は破砕堆積物のバケット掘削における抵抗力を測定した（Fig.3）。
（2）軟弱地盤のバケット掘削と地盤強度推定：豪雨による災害現場での復旧作業の効率化を目指し、軟弱地盤のバケット掘削時の抵抗力計測実験を行うとともに、地盤強度を推定する手法について検討した。
（3）礫混じり地盤の掘削抵抗力：通常の地盤は礫を含んでいるため、本年は礫混じり地盤を作製し、バケット掘削時の抵抗力を計測するとともに、地盤定数の推定を行った（Fig.4）。

UAV を用いた地盤情報取得および土砂サンプリング
本年は衝撃加速度を設置したコーンを空中から地面に落下させ、コーンの貫入距離と衝撃加速度から地盤のコーン指数を推定する方法について検討した（Fig.5）。さらにスクリュー式土砂サンプリング装置の開発を目指し、2019 年に作製した装置を改良した（Fig.6）。その結果、30cm の深さまでスクリューを貫入させ、土砂をサンプリングできることを確認した。さらに反力を取る方法について検討した。

Fig.4 Box shear test of soil mixed with gravel(3) Estimation of optimum mixing conditions of fiber-cement-stabilized
soil using artificial intelligence (AI): As the mixing conditions of fibercement-stabilized soil were determined by trial and error, the work
efficiency was low. In 2019, the fundamental study on estimation of
optimum mixing conditions of modified soil using a multilayer neuralnetwork was conducted. In 2020, additional datasets were collected
through unconfined compressive tests to increase the amount of teachingdata (Fig.2).

Study on advancement and intelligenceof construction machinery
The following studies were conducted to achieve intelligence of the bucket
excavation work.
(1) Estimation of grain size of crushed rocks using excavating resistive
force by excavator bucket: Blasting performance was evaluated by thegrain size distribution of the crushed rocks. The resistance force of crushedrocks during bucket excavation was measured to develop an automatic
evaluation system for blasting performance (Fig.3).
(2) Estimation of soft ground strength by excavator bucket: The excavating
resistive force on soft ground was measured through bucket excavation
experiments, and the estimation method of ground strength wasinvestigated.
(3) Evaluation of excavating resistive force on soil mixed with gravel by
excavator bucket: The excavating resistive force on soil mixed with gravel
was measured through bucket excavation experiments, and the shear
strength parameters were evaluated (Fig.4).

Department of Environmental Studies for Advanced Society

本研究室では、環境調和型開発機械システムの構築を目指し、建設副産物の再資源化、開発機械の知能化、土砂災害現場における地盤情報

Tomoaki Satomi先進社会環境学専攻

環境調和型開発システムに関する研究

Study on acquisition of ground informationand soil sampling using unmanned aerialvehicle (UAV)
A cone with an impact accelerometer was dropped from the air to theground, and the estimation method for the cone index of soil from the cone
penetration depth and the impact acceleration were investigated (Fig.5).
Furthermore, to develop an auger screw-type soil-sampling device, thedevice developed in 2019 was modified (Fig.6). The results confirmed thatthe screw could penetrate to a 30-cm depth and sample the soil. In addition,a method to obtain the reaction force was investigated.

Fig.5 Cone with impact accelerometerFig.6 Auger screw-type soil sampling device
Coexistence Activity Report 202015