足利大学 創生工学科
建築・土木分野
西村研究室

1

目次
西村研究室を訪問された機関
委託研究・寄付金
博士論文審査科学研究費・研究テーマ

2

西村研究室を訪問された大学
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西村研究室を訪問された研究機関
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鉄道総合技術研究所 防災
鉄道総合技術研究所 基礎・土構造
日本原子力発電株式会社（独）日本原子力研究開発機構
株式会社 高速道路総合技術研究所（NEXCO ）原子力発電環境整備機構（NUMO）
電力中央研究所
利根川上流河川事務所
株式会社大林組
鹿島建設技術研究所
清水建設技術研究所
大成建設株式会社
飛島建設技術研究所
複合技術研究所
竹中土木
西武建設株式会社
中央開発 株式会社

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竹中工務店
総合地盤研究所
東亜建設工業株式会社
ハザマ
不動建設
応用地質株式会社
川崎地質中央開発 株式会社
ダイヤコンサルタント
オリエンタル白石
東洋タイヤ
火山灰考古学研究所
東電設計株式会社
JR西日本関係
基礎地盤コンサルタンツ株式会社
不動テトラ
群馬県埋蔵文化財調査事業団
株式会社ホージュン
4講演等を行った大学・公的機関・企業
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委託研究契約・寄付金を提携研究機関（含む予定）• 鉄道総合技術研究所• （独）日本原子力研究開発機構• 株式会社 高速道路総合技術研究所（ NEXCO ）• 電力中央研究所• 利根川上流河川事務所• 株式会社大林組• 大成建設株式会社• 飛島建設技術研究所• 複合技術研究所• 西武建設株式会社

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総合地盤研究所
東亜建設工業株式会社
応用地質株式会社
ダイヤコンサルタント
オリエンタル白石
火山灰考古学研究所
JR西日本関係
基礎地盤コンサルタンツ株式会社
不動テトラ
群馬県埋蔵文化財調査事業団
株式会社ホージュン

6博士論文副査••

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Journal paper Reviewer
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科学研究費• 研究代表者として採択• 基盤研究C ：懸念される人工バリアシステムの不確実性の検証• 基盤研究C ：降雨と地震の複合作用に対する盛土安定性能評価のための基礎的研究• 科学研究費助成事業データベースで“教員名”を入力くだされば分担者などの詳細な情報が得られます。
• 科学研究費は文部科学省および日本学術振興会が交付する科学研究費助成事業です。税金で運営されている事業です。大学教員であればだれでも申請可能です。最近では全国大学ランキングの重要な項目として位置づけられています。一部費用が間接費として、大学環境整備に配分され学生の教育・研究環境整備に貢献します。

9researchmap• 国立研究開発法人科学技術振興機構が運営する日本の研究者総覧です。

• 研究者双方のコミュニケーション充実を目的としています。
• 大学教員のこれまでの研究論文成果・実績（英文・和文問わず）を即座にすることができます。

• http://researchmap.jp/• 西村の研究実績アップデート中です。

10

研究テーマ
不飽和土の工学的性質解明
放射性廃棄物処分施設の膨張性材料の工学的性質の解明

11

Air

不飽和土とはContractile
skinSoil particles

Water

12

不飽和地盤13

不飽和地盤14

吸着水

土壌内の水分量の変化

バルク水
毛管水
メニスカス水

土粒子

不飽和土

毛管現象
飽和土

15

飽和土と不飽和土の境界
UNSATURATED SOIL MECHANICS
Negative pore-water pressure
Net normal stress (s - ua)( ua - uw) Matric suction
Water table

Effective stress (s - uw)
Positive pore-water pressure
SATURATED SOIL MECHANICS
16一般的な不飽和土のせん断強度式
拡張モール・クーロン破壊規準  c  (s n  ua ) tan   (ua  uw ) tan ''b

吸着水
バルク水
毛管水
メニスカス水土粒子

17

保水性（水分特性曲線）

18

飽和状態

Gravimetric water content, w (%)

35

不飽和化の始まり

サクションにたいす
る排水量の減少

サクションにたいする気体としての蒸発

Transition
zone

30

Air entryvalue

25

Inflection
point

20

Boundaryeffect
zone

15
10

Residualzone

Residualcondition

50
0.1

1.0

10.

100.

1000.

10,000100,000

1,000,000

Soil suction (kPa)19キャピラリーバリアの例

金井東裏（かないひがしうら）遺跡

22

水分特性曲線測定装置

差圧計
23

A dry density of 1.45 g/cm3 with a water content of 22.8 %.

Change of pore-water pressure with time for watercontent of 22.8 %Pore-water pressure kPa

10
Water content is 22.8%
Dry density is 1.444 g/cm351020-5

Pore-water pressure

5-10Correspond to photo-15364-2001020Time min

304050相対湿度とサクションの関係
高サクション領域100  135022 ln RH 湿度 （％）

80

 ：サクション（kPa）

60

40

RH：湿度（％）

30129kPa

200110100

1000
10000
サクション （kPa）

1000001000000

10000000

参考文献 1) Fredlund, D. G. and Rahardjo, H.: Soil Mechanics for Unsaturated
Soils,A Wile-Interscience Publication, JOHN WILEY & SONS, INC, 1993.
26過飽和塩・湿度・サクション→湿度定点
Salt Solutions

Chemicalsymbol

RH%

Soil suctionkPaPotassium Sulfate

K2SO4982,830

Potassium Nitrate

KNO3956,940

Ammonium Dihydrogenphosphate

NH4H2PO4939,800

Sodium Chloride

NaCl

7539,000

Magnesium Nitrate

Mg(NO3)26H2O5483,400

Magnesium Chloride

MgCl26H2O

33

148,000

Lithium Chloride Anhydrous

LiCl11296,00027水分特性曲線の関数モデル28

Equations to Best-Fit SWCC Data
van Genuchten (1980)

Normalized water content

n 

1[1  (avnv) ]mvSoil parameter is a functionof residual water content

Soil parameter is a functionof rate of water extraction
Air entry value

29

Equations to Best-Fit SWCC Data
Fredlund and Xing (1994)

w( )  C ( ) {ln[e  (wsaf) n f ]}m f

Asymmetry Variable

Rate of desaturation
Correction Factor

Air entry value

C ( )  1 ln(1  r)

 = Soil suctionln[1  (1000000r)
30

体積変化

31

Modified U. of S. Pressure Plate Cell(Fredlund 1998)

UST
Unsaturated SoilTechnology

32サクション制御対応不飽和土の圧縮試験装置

蒸気圧法
サクション＞2.8MPa

加圧膜法＆加圧板法
サクション1.5MPa
33

Popular elastoplastic constitutive model
suggested by Alonso et al ., (1990)s v  ua

サクション増加による圧縮指数の低下

 ( 0 )  
*  ( s )   s v0   s v0 c  c s   s  v   v  S i Curvature associating with S i  S i  0   S i  0   

Determination of stiffness
parameter λ versus suction

Suction ( s)   (0)(1  r )  exp(  s )r34せん断強度（三軸圧縮試験）

35




c

Net normal stress, (s - ua)(a) Linear strength envelope

S h e a r S tre n gth ,S hear Strength, 

Shear Strength Parameters for a
Saturated/Unsaturated Soilサクションに対するせん断強さの非線形性

c

Net normal stress, (s a- ua)(b) Non-linear strength envelope36不飽和三軸圧縮試験機(単調載荷試験)
非排気状態は三軸室の外側の弁を閉じているので、そこまでの配管内に残された空気の体積変化に起因する排気は生じている。

低容量調圧弁微細多孔質膜の拡散スペクトルの検討（西村・古関, 2008）37循環型湿度制御三軸圧縮試験機
湿度定点

湿度制御槽

湿度計測槽

定量ポンプ室

定量ポンプは約25kPa程度の圧力

電子式湿度計Tomoyoshi Nishimura, Sai K. Vanapalli, 16th International
Conference on Soil Mechanics and GeotechnicalEngineering, 2005, Osaka Japan.
38

せん断強度（一面せん断試験）39

サクション制御可能一面せん断試験機
定圧型

定体積型

せん断箱

40

Flow of this test program

Mould water content 20%

Degree of saturation 59.6%

Shear speed 0.25 mm per min
Vertical stress 3.5 kPa

submergence

Void ratio 0.89

41

改良した不飽和土用一面せん断箱
（底盤）
セラミック
フィルター

ビューレットへ

微細多孔質膜

ビューレットへ

微細多孔質膜図－１一面せん断試験用底盤

セラミックフィルター

ビューレットへ

ビューレットへ42

せん断強度（高サクション制御の例）

43

Background
Vitrified highlevel radioactive
waste

Metal pack

Metal packsurrounded using
compacted
bentonite andInfluence of44

45

高レベル放射性廃棄物地層処分
膨潤

力学

バリア構造体熱化学（独）日本原子力研究開発機構
深地層センター幌延Modified direct shear apparatus for unsaturated soil

47

48

49

50

350kg51

せん断強度（動的特性）52

• 不飽和地盤にはサクションが存在• 降雨浸透による飽和度増加• 地震荷重に対する安定性を評価

不飽和状態

飽和状態

不飽和繰返し三軸試験機
電磁弁と間隙空気圧計（容量200kPa）
Loading rod

Gap sensor for
displacementvalve

Air pressure supply
Outer cellsensor

Inner cellCap
Gap sensor forvolume change-

Soil specimen

Micro porous
membraneDevelopedpedestal

加圧膜法用
ペデスタル

軸ひずみの変化
15
繰返し載荷前間隙比 0.743

10軸ひずみ ％軸ひずみ ％

1550-5載荷周波数0.1Hz-10

圧縮側

10圧縮側

50

載荷周波数0.1Hz-5

繰返し載荷前間隙比0.830-10-15-1502040

載荷回数

6080

02040
載荷回数

6080

過剰間隙水圧比1繰返し載荷前間隙比 0.7430.75

過剰間隙水圧比

過剰間隙水圧比

1

載荷周波数
0.1Hz

0.50.25
00.75
0.5

載荷周波数
0.1Hz

0.25

繰返し載荷前間隙比 0.830

002040
載荷回数

6080

02040
載荷回数

6080

繰返し応力振幅比0.6
過剰間隙水圧比1.00.40.2

繰返し応力振幅比

繰返し応力振幅比

0.6

0-0.2

過剰間隙水圧比1.0

0.4
0.2
0-0.2

-0.4

-0.4

繰返し載荷前間隙比 0.743-0.6繰返し載荷前間隙比 0.830-0.6-10010軸ひずみ ％

20-10010軸ひずみ ％20

不飽和土土質力学における最近の研究動向

Hydration

MechanicalUnsaturatedsoils

ChemicalThermal学位 工学博士(国立長岡技術科学大学大学院工学研究科博士後期課程エネルギー環境工学専攻)

国際地盤工学会 Technical Committee 6 (不飽和土に関する委員会)委員
社会基盤（土木・建築・防災） / 地盤工学 /60