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

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

Group Photo

Tomoaki Satomi

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) 造粒物を用いた繊維質固化処理土の強度特性、(2)築堤材としての再資源化、(3) 廃石膏ボード紙の活用、(4) ペーパースラッジ焼却灰を用いた土質改良について検討を行った。バケット・ブレード
掘削作業の知能化に関する研究に関しては、(1) ブレードによる水中地盤掘削、(2) バケット掘削時の抵抗力を用いた破砕堆積物の粒度推定、(3)水中における重機のトラフィカビリティーについて検討を行った。さらに UAV を用いた地盤情報取得に関して無線計測システムの構築を行った。
The research activities of this laboratory are as follows: For the advanced study of Fiber-cement-stabilized soil method, several investigations were carriedout to examine its strength characteristics using granular materials, development of banking materials, application of waste gypsum board paper for Fibercement-stabilized soil method, and soil improvement using paper sludge ash. As for the study on intelligent excavation by bucket and blade, severalinvestigations were carried out for soil excavation in water by the flat blade, estimation of crushed rock size by using the resistive force acting on the bucketand trafficability of the vehicle in water. Furthermore, wireless measurement system for acquisition of ground information by UAV was conducted.

いることにより、フッ素の溶出を抑制できることを確認した。

バケット・ブレード掘削作業の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・ブレード掘削作業の知能化を目指し、以下の検討を行った。
(1) ブレードによる水中地盤掘削：ブレードにより地盤を掘削する作業を地盤が気中にある場合と水中にある場合の両方で行い、掘削の挙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) 造粒物を用いた繊維質固化処理土の強度特性：廃材から生成される造粒物を高含水比泥土に添加すると、造粒物が水分を吸収し、見かけの含水比が減少することから、その後に添加する古紙破砕物の量を削減することが可能であることが分かった (Fig.1)。
(2) 築堤材としての再資源化：市販のシルト・粘土・珪砂を混合することにより、様々な粒度分布の供試土を作成し、繊維質固化処理土工法で改良を試みた。
(3) 廃石膏ボード紙の活用：古紙の価格が高騰していることから、廃石膏ボード紙 ( 以下、ボード紙 ) の使用の可能性について検討した。
その結果、ボード紙単体では古紙破砕物の代替品にはなり得ないが、ボード紙と古紙破砕物を混合することにより、従来の古紙添加量を半分まで削減できることを確認した (Fig.2)。
(4) ペーパースラッジ焼却灰を用いた土質改良：ペーパースラッジを土質改良に用いる場合、フッ素の溶出が問題となっていたが、骨炭を用

Fig.1 Modified soil with granular materials

14 Coexistence Activity Report 2017

Advanced studies of Fiber-cement-stabilizedsoil method
In 2017, the following studies were carried out to advance Fiber- cementstabilized soil method.
(1) Strength characteristics of Fiber-cement-stabilized soil by using
granular materials: The apparent water content of mud decreases with theaddition of granular materials made from disaster debris to high-watercontent mud because the granular materials absorb water. It was found thatthe additive amount of paper debris decreases due to the water absorption
characteristics (Fig.1).
(2) Development of banking materials: To utilize mud produced in
dredging work of ponds and rivers as a banking material, various soil
samples with different mixture ratios of sand, silt, and clay were modified
using the fiber-cement-stabilized soil method.
(3) Application of waste gypsum board paper to the fiber-cement-stabilized
soil method: Since the purchase price of waste paper has been increasing
in recent years, this study focused on waste gypsum board paper. It was
found that waste gypsum board paper alone cannot be substituted for paper
debris because waste gypsum board paper has low water absorption
compared to paper debris. However, the additive amount of paper debris
was decreased by half when waste gypsum board paper was mixed withpaper debris (Fig.2).
(4) Soil improvement using paper sludge ash: To utilize paper sludge ash

Fig.2 Board paper (left) and failure plane of modified
soil by board paper (right)

Fig.3 Excavation experiment of the soil in water動を観察するとともに、掘削抵抗力の比較を行った。その結果、掘削抵抗力は気中に比べてかなり小さくなることが確認された (Fig.3)。
(2) バケット掘削時の抵抗力を用いた破砕堆積物の粒度推定：近年、岩盤の発破・積み込み作業の効率化を目指し、破砕堆積物の粒度を計測して発破成績を評価し、次の発破に活用する試みが行われている。
本年は、バケット掘削時の抵抗力から破砕堆積物の粒度を推定するアルゴリズムを提案し、その有効性を確認した (Fig.4)。
(3) 水中地盤のトラフィカビリティー：海底資源開発では、海底面における地盤のトラフィカビリティーを評価する必要がある。本年は重機の沈下特性を計測できる装置を作製し、沈下実験を行うとともに、牽引力の計測を行った (Fig.5)。

UAV を用いた地盤情報取得技術
土砂災害現場での地盤形状計測に UAV が有効であることは既に確かめられている。本研究室では、UAV の更なる高度活用を目指し、UAV から錘および棒状のコーンを落下させて地盤強度を推定する基礎研究を行っている。本年は、無線計測システムの構築を行うとともに地面に突き刺さったコーンの深さから地盤強度を推定するための基for soil improvement, a method that can decrease the elution of fluorine
from the paper sludge ash is required. This study confirmed that usingbone char, the elution of fluorine from paper sludge ash can decrease to 0.8
mg/L or lower, which is a soil environmental standard.

Studies on intelligent excavation by bucketand blade
The following studies were carried out to establish an intelligent system ofexcavation by bucket and blade.
(1) Soil excavation in water by flat blade: Testing of soil excavation by
blade was carried out on land and in water. This study confirmed that theresistive force in water was lower than that on land because soil shear force
decreased as the degree of soil saturation increased (Fig.3).
(2) Estimation of crushed rock size by using the resistive force acting on
the bucket: In 2017, a method was developed for estimating crushed rocksize through excavation work. It was found that the developed method wasvalid (Fig.4).
(3) Trafficability of the vehicle in water: In seabed resources development,evaluation of the trafficability of a vehicle in water is required. In 2017, an
experimental apparatus for measuring soil shrinkage characteristics
caused by the crawler vehicle was developed, and soil shrinkage test wascarried out. Moreover, the traction force of a small crawler vehicle in water
was measured (Fig.5).

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

Study on the acquisition of ground informationby UAVThis laboratory is studying the development of a system for measuring
ground strength using an unmanned aerial vehicle (UAV). Two systems
are now under investigation. One estimates the ground strength from theimpact acceleration of a weight when it impacts on the ground surface. The
other one estimates the ground strength from the penetration depth of arectangular column. In 2017, a wireless measuring system was investigated.
Furthermore, the accuracy of measuring the penetration depth ofrectangular column was examined (Fig.6).

礎実験を行った ( Fig.6)。

Fig.4 Estimation of crushed rock size by using resistive
force acting on the bucketFig.5 Tractive force measurement experimentFig.6 Measurement result of rectangular column depth
penetrated in the ground

Coexistence Activity Report 201715