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生態系発達の初期過程における土壌微生物群集の成立とその制限要因

本年度は、1.火山噴火後に成立する火山荒原において、一次遷移に伴って土壌微生物のバイオマスや群集構造の変化を明らかにすること、2.高緯度北極氷河後退域に見られる寒地荒原の一次遷移初期において、藻類やコケ、地衣などから成る土壌クラストの光合成特性および生産量と、温暖化がそれらに及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。1.富士山南東側斜面の一次遷移系列に沿って土壌を採取し、リン脂質脂肪酸を指標として土壌微生物のバイオマスおよび群集構造を解析した。その結果、微生物バイオマスの指標である全リン脂質脂肪酸量は土壌有機物量と非常に高い正の相関を示したことから、土壌微生物バイオマスの増加には基質である土壌有機物の蓄積が重要である可能性が示唆された。一方、土壌微生物の群集構造の指標であるリン脂質脂肪酸組成は、裸地への先駆植物の侵入する段階や草本から木本へと植生タイプが変化する段階で大きく変化していたことから、リターや土壌有機物の質的な変化が微生物群集構造に影響を及ぼしている可能性が示された。2.スピッツベルゲン島ニーオルスンの氷河後退域から採取した土壌クラストを用いて、様々研な水分・温度・光条件下での光合成・呼吸速度を測定したところ、土壌クラストの光合成速度は温度上昇に非常に敏感に反応して減少することが明らかとなった。次に上記で求めた関係性からモデルを構築し、実際の野外の気象データから純一次生産量を推定したところ、その値は非常に小さかった。モデルにおいて現在の温度+3°Cおよび+6°C条件での純一次生産量をシミュレーションしたところ、クラストの純一次生産量は温暖化によって激減する可能性が示された。本年度で得られた成果は、研究例の少ない荒原生態系において生産者(植生)・基質(土壌有機物)・分解者(土壌微生物群集)のそれぞれの変化を相互に関連付けて考える上で非常に重要であると考えられる。本年度は、生態系発達の初期過程における土壌微生物のバイオマスや呼吸活性に対する基質制限を明らかにすることを目的として、以下の点について実施した。1.昨年度に鳥取県・弓ケ浜の海浜荒原で得られていた、植生の帯状分布に沿った土壌微生物相の変化に関するデータをまとめ、論文を投稿した(Australian Journal of Soil Research誌、査読中)。2.海浜荒原から採取した土壌に対して基質添加実験を実施した。土壌呼吸測定とリン脂質脂肪酸分析を行い、土壌微生物の呼吸活性・バイオマス・群集構造の変化について調べた。その結果、海浜荒原では一次的には易分解性C源の不足によって呼吸活性が抑制されていることが明らかとなった。また、基質の質がバイオマスの増加や群集構造の変化パターンに大きく影響していることが示唆された。3.昨年度までに調査・研究を行った硫気荒原や寒地荒原で得られた結果と、本年度に海浜荒原で得られた結果を総合し、一般的な生態系発達の初期過程における土壌微生物群集の発達プロセスとそのメカニズムについて検討した。その結果、全く異なる要因によって成立している複数の荒原生態系においても、生態系発達に伴う土壌微生物のバイオマスの増加や、群集構造の変化にはある程度一貫性があることが明らかとなった。そしてそれらの変化に対してはいずれの荒原においても土壌有機物の蓄積が非常に重要であることが示された。これらの結果について博士学位論文にまとめた。本年度で得られた以上のような成果は、研究例の少ない荒原生態系における土壌微生物群集に関する基礎情報となるだけでなく、より一般的な生態系の発達初期における微生物群集の成立・発達の具体的なメカニズムや、その後の微生物群集の発達プロセスを考える上で非常に重要な知見であると考えられる。本年度で得られた成果は、研究例の少ない荒原生態系において生産者(植生)・基質(土壌有機物)
内在性小分子esiRNA機能にかかわる核内外輸送機構の役割

本研究では、内在性小分子RNAの一種であるendogenous siRNA(esiRNA)生合成機構の解明を目指した。esiRNAは主にトランスポゾンの発現抑制に機能し、ゲノム品質管理に必須な因子と考えられている。小分子RNA研究に優れたモデル生物であるショウジョウバエを用い、esiRNA生合成因子の細胞内局在性とその機能との関連を明らかにした。またesiRNA生合成関連因子の変異体を作成し、各因子の局在及び機能における重要領域を同定した。これまでにesiRNA生合成必須因子Dcr2含む複合体について、培養細胞から精製に成功した。本複合体には、核膜孔因子や核内外輸送因子が含まれていた。これらのDcr2相互作用因子が、esiRNA生合成に関与するかを、各因子ノックダウン細胞を用いて解析を行った。ノザン解析による成熟型esiRNA量やqRT-PCR法によるTEの発現量の変化について解析を行ったところ、若干の影響が観察された。現在、より詳細な解析を進めている。一方で、esiRNA生合成に新規蛋白質LoqsPDの関与が報告された。そこで、LoqsPDが我々の精製したDcr2免疫沈降物に含まれていることを調べたところ、相互作用していた。また、Dcr2はRNAi機構の必須因子R2D2と相互作用する。我々は、Dcr2-LoqsPD-R2D2複合体がesiRNA前駆体を特異的に認識し切断することを、本複合体の精製および試験管内再構築系により証明した(Miyoshi et al. RNA 2010)。さらに、Dcr2-LoqsPD-R2D2複合体が、細胞質で顆粒状構造体を形成することを明らかにした。解析の結果、これは新規細胞質顆粒体であり、その形成はR2D2依存的であった。r2d2欠失細胞では、esiRNAのAGO2への導入(esiRNA活性複合体の形成)に欠損が観察された。これらより、本顆粒体はesiRNAのAGO2への導入に必須な場であると仮説を立てた。これまでに、LoqsPDおよびR2D2に対する抗モノクローナル抗体を作製した。現在、これら抗体を用いた免疫沈降物の解析から、新規相互作用因子の同定による新規顆粒体構成因子の同定およびesiRNA前駆体/esiRNA中間体の同定を試みている。これらにより、esiRNA成熟過程を分子レベルで明らかにできると考えている。ショウジョウバエ内在性siRNA(esiRNA)は主にトランスポゾンを由来とする小分子RNAである。Argonaute蛋白質AGO2と活性複合体esiRISCを形成し、配列依存的に、おもにトランスポゾンの発現抑制を行う。esiRNA生合成には、二本鎖RNA切断酵素Dcr-2とその結合因子であるLoqs-PDおよびR2D2が必須である。しかし、esiRNA生合成に関して、esiRNA前駆体や細胞内挙動、esiRNAがAGO2へ受け渡されるまでの詳細な分子メカニズムは不明な点が多い。本研究では、Dcr-2に焦点を当て、細胞内局在やその局在の意味の解明を目的とした。Dcr-2-Loqs-PD複合体はesiRNA前駆体のプロセシングに必須である。抗Loqs-PD抗体を作成した。本抗体を用いたLoqs-PD免疫沈降物に含まれるRNAを解析したところ、成熟esiRNAを含む長鎖RNAが含まれていた。本解析は未知のesiRNA前駆体同定を可能にすると期待できる。これまでに、S2培養細胞内で、Dcr-2およびR2D2は新規細胞質穎粒体(D2-body)を形成することを明らかにした。今回、Dcr-2およびR2D2変異体を作成し、D2-body形成必須領域の同定とその機能との関連を解析した。その結果、D2-body形成はesiRNA依存的であると示唆された。R2D2欠失細胞(D2-body欠失)では、esiRNAは合成されるが、AGO2へ結合するだけでなく、誤ってAGO1(microRNA機構特異的に機能するArgonaute蛋白質)にも結合する。そこで、D2-bodyがesiRNAのAGO2への正確な受け渡しを保証する場であると言える。R2D2のD2-body局在必須領域のみで、正確なAGO2への受け渡しが可能か検証を試みている。
オゾン層破壊による有害太陽紫外線増加と皮膚障害

太陽光の物理計測で札幌:神戸:宮崎の地表年間紫外線B量比は1:1.9:3.4と、緯度に逆相関した。兵庫県加西市(人工約5万)の一般市民対象皮膚癌検診で、前癌症である日光角化症(SK)の有病率は人工10万当たりは265.9であった。この数値はIARCの長崎県の4.5より高いが、ハワイ在住の日本人皮膚癌発生率54.0に比べ低い。日焼けしやすいスキンタイプIは日焼けしにくいスキンタイプIIIに比べ有意に高いSK有病率を示し、スキンタイプIが日本人皮膚癌の危険因子である可能性が示唆された。SK患者24人のうち顔面と手背に生じた良性腫瘍(脂漏性角化症,Seb K)数を分析したところ、Seb K数が6個以上はSKの危険因子と考えられた。癌抑制遺伝子p53と皮膚癌との関連では、抗体を用いた免疫染色法で約50%の有棘細胞癌とSKに陽性所見を得た。DNA分析では基底細胞癌の約20%に突然変異を見い出している。SK組織の病理組織的検索で、79例中20例に空胞変性細胞を認めたことから、HPVが本症発症に一役担っている可能性が考えられた。日光曝露部の皮膚腫瘍は6個中5個でp53遺伝子のCC,CT,TT部位にトランス型突然変異を生じていたが、非曝露部位では8個中4個と50%であった。露光部の変異は明らかに紫外線誘発と考えられた。ヒト培養角化細胞は紫外線Bによりペプチドα-MSH、ACTHとを生成分泌し、酸化・還元に関与するチオレドキシン(ADF)を合成放出する。一方ヒト培養色素細胞はADFによりα-MSHリセプター発現が上昇する。紫外線Bはパラクライン的に色素細胞を活性化することが明らかとなった。今後Seb K発症に関与する分子を追求し、皮膚癌危険因子としての意義を明らかにする。皮膚癌防止には紫外線によらないメラニン生成誘導が有効と考えられる。
歴史的ヨーロッパにおける複合政体のダイナミズムに関する国際比較研究

本研究は、近世ヨーロッパの国家形態に特化した複合的国家編成をめぐる従来の議論を動態的な観点から刷新する目的から、全ヨーロッパを覆った政治・社会・文化的変動に応じた政体理念と統治実践との関係に着目して、「礫岩のような政体」の可変モメントと磁気的な編成を分析した。本研究は国内外の研究者と連携しながら国際比較研究として進められ、君主政や共和政などの政体概念をめぐる知見と中世から近代へと至る国家形成の知見を結びつける新たな分析枠について、総合的な議論を歴史学界に喚起した。平成25年度は、従来の近世ヨーロッパの国制史研究や政治社会史研究で広く確認されてきた複合政体について比較研究の視座を得るために、日本西洋史学会第63回大会(2013年5月12日於京都)、ヨーロッパ近世史研究会(2013年9月22日於東京)、本科研主催の公開研究会(2014年3月29日於大阪)などの場で、これを「一定の情況で生み出される磁場に応じて可変するポリテイア」(礫岩国家)と定義して紹介するとともに、国内の研究者との議論を通じて複合政体の変動に影響を与えた政体理念や統治実践のあり方に関して論点の把握を進めた。これらの機会を通じて、本研究が提示した「礫岩国家」論は、イベリア半島から環バルト海地域に至るヨーロッパにおいて広く確認できる近世に固有な政治秩序の普遍的性格を活写する視角として有効であるだけでなく、従来の複合政体論を動態的観点から刷新するものとして、西洋史学界に総合的な議論を喚起する可能性をもつものであることを確認した。本研究に参画する研究分担者・連携研究者は、本科研主催の研究会(2013年12月22日於大阪)でこれらの機会で得られた論点を整理し、各自の対象とする地域にこれらの議論をフィードバックさせながら個々の研究を開始した。また本研究が平成26年度以降に欧米の歴史学者たちと連携を進めていくために、本研究に参画する研究者は、従来イベロ・アメリカ(ジャン・フレデリック・ショーブ(フランス社会科学高等研究院))や中央ヨーロッパ(ペトル・マチャ(ウィーン大学歴史学部))、北ヨーロッパ(ハラルド・グスタフソン(ルンド大学歴史学部))を対象に複合国家研究を進めてきた国外の研究者と個別に研究交流をもった。これにより「礫岩国家」論が国際的な比較研究を実現するために有効な共通の視座となることを確認するとともに、平成26年度以降の海外を舞台としたワークショップ開催に道筋を得た。平成26年度は、歴史的ヨーロッパの複合政体に関する日本とヨーロッパの歴史学者の知見を結びつけようとする本研究の目的にたち、海外の歴史学者との研究交流に主軸を置いて研究活動を展開した。本研究が主催者となり、ジャン・フレデリック・ショーブ氏(フランス社会科学高等研究院教授)を招いた国際セミナー(2014年4月12日於早稲田大学)、ハラルド・グスタフソン(ルンド大学歴史学部教授)氏をはじめスウェーデン・デンマークの歴史学者たちとともに複合政体を論ずる国際ワークショップ(2014年9月11日於クルチューレン(南スウェーデン歴史民俗博物館)、ルンド(スウェーデン王国))を開催した。前者ではショーブ氏の基調報告に対して本研究に参画する研究者の知見からコメントが示され、後者ではグスタフソン氏の基調報告の後に本研究に参画する研究者から氏の複合国家論に触発された個別報告が示された。(その他、ルンド・ワークショップの準備を目的とした会合(2014年8月9日於大阪)、2014年度の研究活動の総括と個別研究の進捗確認を目的とした会合(2015年3月25日・26日於東京)も開催された。)これら議論を通じて、本研究は大西洋を挟む同時代的な理解として普遍政体への指向性から歴史的ヨーロッパ論を構築する可能性を得た。これは、国際比較研究と銘打った本科研の複合政体の比較論が共同研究のプラットフォームとして有効であることを確認した機会だった。しかし各地域における複合政体の検討は当該地域の政治事情をコンテクストとした議論であることから、複合政体をめぐる研究史や研究視座も地域ごとのヴァリアントが確認される機会でもあった。本研究の目的は最終的に日本の歴史学界が媒介者となって各地域の複合政体論を総合化して国際的な議論を前進させることに置かれていることから、多様な複合的政治編成を比較するためのマトリクスも求められている。平成27年度は、前年度の海外研究者との交流によって得られた知見を踏まえ、それぞれの研究者による個別研究の推進とそれに基づく本研究の総括に集中した。これは本科研の最終年度(平成28年度)に開催を予定している海外でのワークショップと国内でのシンポジウムに向けた準備作業である。個々の研究成果の検討を目的とした会合(2015年9月12日・13日於大阪大学中之島センター)が開催されるとともに、ヨーロッパ近世史研究会の主催する「近世史研究の現在(3)複合国家論再考」を主題とした報告会(2015年11月22日於東京外国語大学)も実施された。これらの活動を踏まえながら、研究代表者は本科研で得られた視座を「礫岩のような国家」論として複数の研究雑誌に紹介する一方、共同研究としては個々の研究成果が平成28年6月刊行予定の論集(『礫岩のようなヨーロッパ』)へ整理された。

平成26年度まではヨーロッパ各地の複合政体の実態が多岐に及ぶため、比較研究の視座が定まらぬ点も見られたが、平成27年度の研究活動を通じて、近世ヨーロッパの複合政体を中世と近代とを結ぶ「鎖の輪」として着目し、その変動を論ずることから中世から近世へと至るヨーロッパ史の動因となった秩序問題へ肉薄する論点が、個々の研究を共同研究として整理する過程で明白に打ち出され、比較研究のために共有される視座が確立された。また平成27年度には個々の研究活動と関連する範囲で海外研究者との個別の関係がもたれたが、最終年度における国際ワークショップの準備作業としてイギリスの研究者とのコンタクトも開始された。本研究の目的は、君主政・共和政・公共善などをめぐる概念史の知見と中世から近代へと至る国家形成史の知見を結びつける分析方法と日本と欧米の歴史学者の緊密な連携をもって、ヨーロッパ各地域を対象とした従来の国家形成論に総合的な議論を喚起することに置かれている。平成27年度は共同研究の成果が整理されたことで、近世ヨーロッパの複合政体を中世と近代とを結ぶ「鎖の輪」として着目し、これが君主政や共和政、公共善などの概念に下支えされながら変動する過程を共通に検討することで、中世から近世へと至るヨーロッパ史の動因となった秩序問題へ肉薄する論点が比較研究のための視座として確立された。その結果、最終年度にあたる平成28年度に歴史学界に総合的な議論を喚起する目的で行われる海外でのワークショップや国内でのシンポジウムで披瀝される内容が、平成27年度の活動によって出揃ったと言える。これをもって本研究は計画通りに順調に進展していると判断する。本研究の最終年度にあたる平成28年度は、(1)研究成果報告を前倒しして論集『礫岩のようなヨーロッパ』(山川出版社)を刊行した。また(2)その成果をもって国内外の歴史学界に複合政体をめぐる総合的な議論を喚起すべく、以下のワークショップ・シンポジウムを開催した。1これまでの本研究の活動のなかで交流をもった海外の研究者をイギリス・ケンブリッジ大学に招聘し、国際ワークショップ"A Conglomerate Europe: Rethinking the Early Modern European States"(2016年8月1718日)を開催した。2スペイン史学会とともに第38回スペイン史学会大会「スペイン近世国家像の再検討ーカルロス1世即位500周年によせてー」(2016年10月30日)を共催し、地理的にイベロアメリカとヨーロッパを包括する視点から「礫岩のような政体」を議論した。3関西中世史研究会とともに公開シンポジウム「失われた鎖の輪を求めて『礫岩のようなヨーロッパ』をめぐる対話」(2016年12月17日)を開催し、中世史と近代史とをつなぐ時間軸のなかに「礫岩のような政体」取り結ぶ秩序問題を議論した。4国内の日本史・東洋史研究者とともに、公開シンポジウム「今、歴史的ヨーロッパを問うこと:『礫岩のようなヨーロッパ』と世界史」(2017年3月29日)を開催し、日本史・東洋史・西洋史を架橋する歴史的問題として複合的な政治秩序を扱い、本研究が提示した「礫岩のような政体」論を各分野の視点から検証した。これらの作業を通じて本研究は、「王と政治共同体の統治」のような歴史的ヨーロッパに変動をもたらした政治社会の個性を見出すとともに、多元的な権力関係と権利意識を前提とした歴史的な主権概念の再考といった新たな問題を見いだすに至った。本研究は、近世ヨーロッパの国家形態に特化した複合的国家編成をめぐる従来の議論を動態的な観点から刷新する目的から、全ヨーロッパを覆った政治・社会・文化的変動に応じた政体理念と統治実践との関係に着目して、「礫岩のような政体」の可変モメントと磁気的な編成を分析した。
半導体ドライプロセスの非接触評価技術開発に関する研究

半導体デバイス工程中で最も重要な工程と見なされているイオン注入工程を、非接触・非破壊・非汚染な方法で評価する技術開発が必要である。イオン注入工程の評価として、出来ればas-implanted状態でそのドーズ量がモニター出来るか、又はアニール後にドーズ量がいずれも非接触法でどこまで可能なのかを測定した。GaAs系の高出力レーザ・ダイオードにファイバーを接続した50μmφのスポット光と光学系を組合せたHeーNeガスレーザビーム光をパルス状に照射することにより、減衰曲線を解析して表面再結合速度(S)のウェーハ内分布を測定した。HeーNeパルス光照射の場合は、光の侵入深さが表面より3μm程度と浅く、GaAs系の半導体レーザ光パルスの照射による50μm程度の侵入深さの場合よりも注入されたキャリアの変化は一層Si表面状態に依存する事が明らかになった。904nmの半導体レーザ光パルスで注入されたキャリアの減衰曲線からSiウェーハ内部のライフタイム(τb)と表面再結合速度(S)を求めると、Sの値はドーズ量が5×10^<11>個/cm^2程度までは急激に増加し、5×10^<11>個/cm^2以上で飽和する傾向にある。一方アニール後は、ドーズ量が10^<12>個/cm^2以上の領域でSの値は減少する。Sの値を算出するにはコンピュータで減衰曲線を解析する手数が必要である。HeーNeのレーザ光パルスをSiウェーハに照射し表面付近に注入されるキャリアによるμー波信号の変化量は、ウェーハ表面付近に残っているキャリアの量に相当する。この残っているキャリアの量は、ドーズ量に依存する表面再結合速度と関連した値になる。従って、HeーNeレーザ光を照射した時のウェーハからの反射μー波信号は"S-related μ-wave intensity"として有効なモニター量となることを見出した。先に述べた表面再結合速度(S)の値がアニール前に5×10^<11>個/cm^2程度まで増加するのとは逆に"S-related μ-wave intensity"は減少し、5×10^<11>個/cm^2以上で飽和する傾向にある。アニール後に於でもSの変化の様子とは逆の変化の様子を示す。半導体デバイス工程でのウェーハ表面状態の変化の状態の面内分布を出来るだけ高い分離能で測定する必要がある.従って, GaAs系の高出力レーザ・ダイオードにファイバーを接続して, 50μφのスポット光源を作った.このレーザ・ビーム光をパルス状に照射することにより,その減衰曲線を解析して表面再結合速度(S)のウェーハ内分布を測定した.フェーハ面の半分の面積を(SiO_2+Si_3N_4)の薄膜をつけた場合のSの値は,薄膜のない場合の約1/5程度にまで減少することを見出した.ファイバーのコアー径が50μmφであるが,被測定ウェーハ表面がファイバー端からの距離が増加すれば,光ビーム径は大きくなるので,ファイバー端からの距離に対するファフィールド・パターンを測定した.

一方,十分に洗浄されたクリーンなSiフェーバ表面に, 2本のスクライバーによる傷を対にして形成し,この2本の傷と傷の間隔を変化させて,数対のスクライバー傷を作り,これらの傷に対してレーザ・ビーム光が直交する様にウェーハを移動しながら表面再結合速度を測定した.その結果,傷の部分ではSは大きくなり,傷の間隔が小さくなると2本の傷の中心附近でSは最大となった. Sの値の大小で2本の傷の間隔を識別できる傷と傷の間隔は,レーザ・ビーム径と拡散距離の和になることも確認した. Siウェーハにファイバー端を近づけると,それだけレーザ光・ビーム径が小さな面積に照射されることになり,注入レベルは高くなることになる.少数キャリアのライフタイムの値には,注入レベルには依存しないが,表面再結合速度の算出が高い注入レベルでは不可能になる.即ち,一次モードライフタイムを用いれば,注入レベル依存性はなくなることを示した.半導体デバイス工程中で最も重要な工程と見なされているイオン注入工程を、非接触・非破壊・非汚染な方法で評価する技術開発が必要である。イオン注入工程の評価として、出来ればas-implanted状態でそのドーズ量がモニター出来るか、又はアニール後にドーズ量がいずれも非接触法でどこまで可能なのかを測定した。GaAs系の高出力レーザ・ダイオードにファイバーを接続した50μmφのスポット光と光学系を組み合わせたHeーNeガスレーザ光をパルス状に照射することにより、減衰曲線を解析して表面再結合速度(S)のウェーハ内分布を測定した。HeーNeパルス光照射の場合は、光の侵入深さが表面より3μm程度と浅く、GaAs系の半導体レーザ光パルスの照射による。50μm程度の侵入深さの場合よりも注入されたキャリアの変化は一層Si表面状態に依存する事が明らかになった。904nmの半導体レーザ光パルスで注入されたキャリアの減衰曲線からSiウェーハ内部のライフタイム(τ_b)と表面再結合速度(S)を求めると、Sの値はドーズ量が5×10^<11>個/cm^2程度までは急激に増加し、5×10^<11>個/cm^2以上で飽和する傾向にある。一方アニール後は、ドーズ量が10^<12>個/cm^2以上の領域でSの値は減少する。Sの値を算出するにはコンピュータで減衰曲線を解析する手数が必要である。HeーNeのレーザ光パルスをSiウェーハに照射し表面付近に注入されるキャリアによるμー波信号の変化量は、ウェーハ表面付近に残っているキャリアの量に相当する。この残っているキャリアの量は、ドーズ量に依存する表面再結合速度と関連した値になる。従って、HeーNeレーザ光を照射した時のウェーハからの反射μー波信号は"S-related μ-wave intersity"として有効なモニター量となることを見出した。先に述べた表面再結合速度(S)の値がアニール前に5×10^<11>個/cm^2程度まで増加するのとは逆に"S-related μ-wave intersity"は減少し、5×10^<11>個/cm^2以上で飽和する傾向にある。アニール後に於てもSの変化の様子とは逆の変化の様子を示す。
高層鋼構造建物の倒壊挙動における構造骨組と外装材の損傷過程解明と予測技術の構築

1)高層建物の平面骨組低層部3層を取り出した形の魚骨形骨組試験体による大変形載荷実験のために,魚骨梁端部をリンク材で結合することにより梁端の境界条件を実現し,上層の自重を模した鉛直力を柱頂部に載荷し,地震力を模した水平力を頂部の柱梁交点に加力することが可能な載荷装置を開発した。試験体は,柱梁耐力比、部材幅厚比、柱軸力比をパラメータとし,崩壊形が異なる3種類の魚骨形骨組を選定し,これを対象に大変形載荷実験を行い,梁端破断,柱・梁・柱脚の局部座屈,パネル降伏の損傷を経て倒壊に至る挙動を把握した。また,同一条件の数値解析を実施し,崩壊型を決定づける部材耐力劣化の怪異時期や劣化の進行を実験と比較・分析した。2)柱梁部材の大変形繰返し載荷実験。魚骨形骨組試験体の構造要素の履歴特性を把握するための繰返し載荷実験は,1)の魚骨形骨組実験において柱,梁,接合部パネル,柱脚の全ての構造要素の弾塑性履歴挙動を取得可能な計測機器を配備することにより,必要なデータを取得した。3)ロッキング方式PCa帳壁付架構の変位追従限界後の挙動を検討するために実施された、構面方向パネル,構面外方向パネル,2方向が直交するコーナー部の3種類の配置の異なる載荷実験結果を分析し,変位追従時とその限界を越えた後のパネルによる層せん断力ー層間変形角の関係式を導出した。その結果,パネル水平力が地震時に骨組耐力に及ぼす影響を検討するためのモデルを構築することに成功した。4)角形鋼管柱の載荷実験で観察された局部座屈と破断による劣化域を含む履歴挙動を再現できるようにMS要素を用いた解析モデルの構築を行い,部材端部にMS要素を配置した立体骨組解析プログラムを作成し,バイリニア型の履歴特性で地震応答解析を行った。その結果,柱の損傷を抑制して梁降伏先行型の安定した履歴挙動を確保するのに必要な柱梁耐力比を提示した。1)魚骨形平面骨組試験体による3層の大変形載荷実験を実施することが今年度の目標であり,初年度の2層実験結果をもとに,梁端のローラー支持,頂部から鉛直荷重を作用させることによる柱全体への長期軸力の導入,梁端の構面外変位および梁端のねじり変形を拘束する載荷装置を設計した。新規購入設備の長尺油圧ジャッキ(容量±1000kN,ストローク1200mm)は試験体頂部の大変形載荷用に導入したものである。3体の載荷実験に使用してその有効性を確認することにより目的を達成した。2)冷間ロール成形角形鋼管柱を対象として,溶接部の延性亀裂または局部座屈に起因する耐力劣化域の挙動を繰返し載荷実験によって確認した.既に実施した冷間プレス成形角形鋼管柱の実験結果と比較すると,ロール成形角形鋼管柱の方が早期に局部座屈が発生すること,平板部の亀裂発生時期が早まることなどを確認した.概ね順調に研究を進められている。3)当初はコーナー部を含むPCa帳壁の載荷実験を実施する予定であったが,これは初年度に順調に進んで前倒しで実施したため,今年度はその実験結果も含めて過去のロッキング形式PCa帳壁の全ての実験を用いた,水平抵抗力算定モデルの構築を実施することができた。これは当初の予定になかった成果であり,予定以上に発展的成果を得て研究の進展を早めることができている。4)倒壊解析のための角形鋼管柱の履歴挙動を扱う数値解析モデルを予定どおり構築することができた.また,MS要素を使った立体骨組解析プログラムを作成し,地震応答解析による必要柱梁耐力比の検討を行った.これについては当初予定どおりの成果を得ている.1)魚骨形骨組試験体の大変形載荷実験は,初年度の2層魚骨形骨組の鉛直,水平載荷実験の結果に基づいて載荷方法を検討し, 3層以上の実験を実施する目処を立てることが目標であり,これを達成したため,次年度は当初予定どおりに3層以上の魚骨形骨組試験体を対象とする実験を実施する予定である。また,次の新たな研究の展開としては2方向梁から曲げを受ける柱の挙動を考慮するために2方向魚骨梁が接合される立体魚骨骨組による実験を検討する必要がある。この両面から今後の研究方策を検討する必要があり,後半の年間でこれらの課題に取り組む予定である。また,3層魚骨形骨組の大変形載荷実験の結果と平面骨組解析の結果を照合することにより,数値解析による予測精度を検証することができた。この結果を踏まえて,今後の試験体設計に関する予備検討解析を実施する見通しを立てることができた。2)PCa帳壁の変位追従限界後の挙動については,ロッキング方式の変位追従機構を対象に,構面方向パネル,コーナーパネルの挙動を予測する方法を構築し,その精度を確認することができた。これまでの研究は主にパネルの変異追従限界と,限界を超えた後の破壊挙動に着目していたが,このような大変形領域においてパネルが負担する水平力に大きさにも関心がある。今年度はこの方面にも研究の範囲を広げることができ,当初計画以上に研究の成果は広く挙がっている。

3)鋼構造立体骨組の大変形解析による倒壊挙動の分析については,柱部材の大変形挙動を再現できる解析モデルと,立体骨組解析プログラムを完成させることができたため,次の段階では,柱解析モデルの立体骨組解析への組み込み,大変形に対応するための幾何非線形挙動への対応,柱梁接合部パネルの履歴モデルの構築,に取り組む予定である。1)魚骨形骨組試験体による大変形載荷実験のために,魚骨梁端部をリンク材で結合することにより梁端のローラー支持を再現し,上層の自重を模した鉛直力を柱頂部に載荷し,地震力を模した水平力を頂部の柱梁交点に加力することが可能な載荷装置を開発した。試験体は,柱梁耐力比、部材幅厚比、柱軸力比をパラメータとし,倒壊時の崩壊形が様々に異なる条件として6種類の魚骨形骨組を選定した。得られた6体の試験体を対象に層間変形角0.2rad程度の大変形載荷実験を行い,梁端破断,柱・梁・柱脚の局部座屈,パネル降伏の損傷を経て倒壊に至る挙動を把握した。2)柱梁部材の大変形繰返し載荷実験。魚骨形骨組試験体の構造要素の履歴特性を把握するための繰返し載荷実験は,1)の魚骨形骨組実験において柱,梁,接合部パネル,柱脚の全ての構造要素の弾塑性履歴挙動を取得可能な計測機器を配備することにより,必要なデータを取得した。3)ロッキング方式PCa帳壁付架構の変位追従限界後の挙動を検討するために、コーナー部と構面方向の平坦部で構成される2層4枚のパネルを用いた大変形載荷実験を実施した。コーナー部と構面部のパネルの衝突が主要な損傷であることを確認し,その発生時期の予測法を構築した。4)角形鋼管柱の載荷実験で観察された局部座屈と破断による劣化域を含む履歴挙動を再現できるようにMS要素を用いた解析モデルを構築し,数値解析により実験の履歴の特徴を捉えることができた.また,部材端部にMS要素を配置した立体骨組解析プログラムを作成し,バイリニア型の履歴特性で地震応答解析を行い,柱の損傷を抑制して梁降伏先行型の安定した履歴挙動を確保するのに必要な柱梁耐力比について検討した.1)高層建物の平面骨組低層部3層を取り出した形の魚骨形骨組試験体による大変形載荷実験のために,魚骨梁端部をリンク材で結合することにより梁端の境界条件を実現し,上層の自重を模した鉛直力を柱頂部に載荷し,地震力を模した水平力を頂部の柱梁交点に加力することが可能な載荷装置を開発した。試験体は,柱梁耐力比、部材幅厚比、柱軸力比をパラメータとし,崩壊形が異なる3種類の魚骨形骨組を選定し,これを対象に大変形載荷実験を行い,梁端破断,柱・梁・柱脚の局部座屈,パネル降伏の損傷を経て倒壊に至る挙動を把握した。また,同一条件の数値解析を実施し,崩壊型を決定づける部材耐力劣化の怪異時期や劣化の進行を実験と比較・分析した。3)ロッキング方式PCa帳壁付架構の変位追従限界後の挙動を検討するために実施された、構面方向パネル,構面外方向パネル,2方向が直交するコーナー部の3種類の配置の異なる載荷実験結果を分析し,変位追従時とその限界を越えた後のパネルによる層せん断力ー層間変形角の関係式を導出した。その結果,パネル水平力が地震時に骨組耐力に及ぼす影響を検討するためのモデルを構築することに成功した。4)角形鋼管柱の載荷実験で観察された局部座屈と破断による劣化域を含む履歴挙動を再現できるようにMS要素を用いた解析モデルの構築を行い,部材端部にMS要素を配置した立体骨組解析プログラムを作成し,バイリニア型の履歴特性で地震応答解析を行った。
日本人トップアスリートの瞬発系・パワー系運動能力を規定する遺伝子多型の探索

日本人トップアスリートの瞬発系パワー系運動能力を規定する遺伝子多型を明らかにするため、日本人瞬発系パワー系陸上競技選手211名(国際レベル62名、全国レベル72名、地域レベル77名)および一般の日本人649名を対象として、文献検索により選出した22種の核およびミトコンドリア遺伝子多型をTaqMan法にて解析した。その結果、6種の遺伝子(ACTN3,VDR,MT-ND1,AGT,CNTFR,TRHR)の多型が瞬発系パワー系アスリートステータスと関連しており、これら6種の多型から算出した合計遺伝子型スコアは、統計学的有意に国際レベルの瞬発系パワー系アスリートステータスを予測できることが明らかとなった。しかしながら、合計遺伝子型スコアのアスリートステータスに対する寄与率は10%程度であり、現場での応用を目指す場合にはより精度を高めていく必要がある。また、これら6種の多型の中で、最も貢献度が高かったCNTFR遺伝子多型は、CNTFR遺伝子の3側非翻訳領域(3'-UTR)に位置しており、Target Scan Humanを用いてシミュレーションしたところ、miRNA-675-5pのターゲット領域に存在することが推測された。このことから、CNTFR遺伝子多型はmiR-675-5pの結合に作用することでCNTFRタンパクの発現に影響を及ぼしていると仮説を立て、ルシフェラーゼ・レポーターアッセイを用いてこの仮説の検証を行った。その結果、miR-675-5pはCNTFR遺伝子の3'-UTRに結合することで、CNTFRタンパクの発現を制御している可能性が示されたが、解析したCNTFR遺伝子多型の有無によりmiR-675-5pの結合は影響を受けなかった。したがって、このCNTFR遺伝子多型は、miR-675-5p以外のメカニズムを介して瞬発系パワー系運動能力に影響を及ぼしていると考えられる。実験はおおむね順調に進展したが、本研究についてまとめた論文の受理がされていないため。実験は既に終了しているため、論文が受理されるよう最善を尽くす。本研究の目的は、日本人トップアスリートの瞬発系・パワー系運動能力を規定する遺伝子多型を明らかにすることであった。対象は、全国大会への出場経験を有する日本人エリート陸上競技選手298名、および競技スポーツ経験のない健康な日本人649名とした。競技者群のうち126名が、オリンピックや世界選手権などの国際大会出場経験者であった。平成23年度は、文献検索により瞬発系・パワー系運動能力と関連することが予想される候補遺伝子多型43多型(27遺伝子)を抽出し、その中で、日本人におけるマイナーアリル頻度が5%以上である19多型についてTaqMan Genotyping Assay法を用いて解析を行った。現在も解析を継続中である。これまでに得られた結果から、α-アクチニン3(ACTN3)遺伝子に存在するR577X多型が、日本人エリート陸上競技選手の瞬発系・パワー系競技特性と関連していることが明らかとなった。瞬発系・パワー系選手群(短距離走、跳躍、投てき)においてRアリルの頻度がコントロール群と比較し有意に高く、この傾向は、特に短距離走選手において強く認められた。さらに、短距離走選手の自己ベストタイムとACTN3 R577X遺伝子多型との関連性を検討すると、ACTN3 Rアリルを有する選手は100m走の自己ベストタイムが有意に速いことが明らかとなり、ロンドンオリンピックのB標準記録(10秒24)を上回る記録を有していた人は、全員がRRもしくはRX型であった。しかしながら、400m走の自己ベストタイムとACTN3 R577X多型には、このような関連性は認められなかった。これらの結果は、ACTN3 R577X多型が瞬発系・パワー系競技の中でも特に100m走のパフォーマンスに影響を及ぼしていることを示唆している。このように、各種目と遺伝子多型の関連性について詳細なデータを蓄積していくことで、将来的には、遺伝情報を元にした種目選択やタレント発掘などへ応用できる可能性がある。その結果、miR-675-5pはCNTFR

遺伝子の3'-UTRに結合することで、CNTFRタンパクの発現を制御している可能性が示されたが、解析したCNTFR遺伝子多型の有無によりmiR-675-5pの結合は影響を受けなかった。したがって、このCNTFR遺伝子多型は、miR-675-5p以外のメカニズムを介して瞬発系パワー系運動能力に影響を及ぼしていると考えられる。平成23年度は、目標としていたトップアスリート300名のリクルートを達成することができ、文献検索より抽出した瞬発系・パワー系運動能力と関連することが予想される候補遺伝子多型19種類の解析も終了した。したがって、おおむね当初の計画通りに進行している。実験はおおむね順調に進展したが、本研究についてまとめた論文の受理がされていないため。今後も計画通りに研究を進める。日本人の瞬発系・パワー系運動能力の発揮に最も適した遺伝子多型の組み合わせを明らかにし、それらの多型が世界のトップスプリンターにおいても影響を及ぼしているのか否かを明らかにする。その後、瞬発系・パワー系運動能力の発揮に重要な遺伝子多型の機能解析を行う。実験は既に終了しているため、論文が受理されるよう最善を尽くす。
精巣生殖細胞におけるアンドロゲンレセプター発現とその役割

本研究では,アンドロゲンが生殖細胞に対して直接的に作用するか否かを解明するため,今年度はその第一歩として,生殖細胞におけるアンドロゲンレセプター(AR)の局在を検討した。マウス成体精巣内AR発現について免疫組織化学的に検索を行い,セルトリ細胞,ライディッヒ細胞などと共に精祖細胞がAR陽性であるとの結果を得た。また,個体発生過程においては,精祖細胞のみならず,その前駆細胞である前精祖細胞も,セルトリ細胞,ライディッヒ細胞が未だAR陰性である胎齢14日以降から既にAR免疫陽性であった。電顕レベルでは,ARはエストロゲンやプロゲステロンレセプターと同様な核内局在を示すことを見い出した(Zhou,Kudo,Kawakami and Hirano,Anat.Rec.245,509)。さらに成体精細管上皮にみられる一連の精祖細胞群の免疫反応性を検討すると,A型精祖細胞,B型精祖細胞がAR陽性であったのに対し,その後のpreleptotene期精母細胞ではAR陰性になること,更に精細管上皮の精子発生周期に伴いセルトリ細胞と精祖細胞のAR陽性強度が並行的に変化することを見出した(Kudo,Zhou,Kawakami and Hirano,Acta Histochem Cytochem,29 Sppl.,483)。これらの結果から,アンドロゲンは,精子発生過程に対し,セルトリ細胞を介する調節とは別に,未分化(前)精祖細胞の増殖,あるいは精祖細胞の分化過程へ直接関与する可能性が示唆された。精祖細胞のARがどのような発現調節を受けているのかについて,動物モデルおよびin situ hybridization法を用いた実験を現在更に継続中である。
大規模・高次元デ-タの発見的情報表現と効率的情報縮約およびその計算環境の研究

個体数や項目数が膨大であるデータに対して,次元縮約などでの発見的な考察を可能とする可視化手法を提案し,効率的な計算アルゴリズムや計算環境の開発を行った。具体的には,タッチパネルでの直接操作や色を表現手段に追加したグラフアプリとアソシエーション分析の大量ルールから有用な情報を見つけるインタラクティブツールを開発した。また,非計量主成分分析の計算の加速化に関して,計算コストが高い変数選択問題への適用や複数の手法を組み合わせた新加速化手法を提案し,十分な成果が得られることを確認した。本研究は,観測個体数や項目数が膨大であるデータを念頭に,発見的な考察を可能とする可視化手法や次元縮約手法・変数選択手法を検討・提案し,データの様相をより正確にとらえられるようにすることで,そのための効率的な計算アルゴリズムの開発と計算環境の提供も行っていくことが目的である。本年度の研究実績は,次の通りである。先行研究等の情報収集と分析・整理については,連携研究者の協力を得て,情報の可視化(連携研究者・中野)や主成分分析やシンボリックデータ解析などのデータ縮約(連携研究者・足立)に関する研究会をもつとともに,ゲノムの研究者にヒアリングするなど,基礎的な情報収集と動向評価を行った。上記に基づき,効率的な可視化と次元縮約手法の検討に入った。ここでは,主として,タッチパネル式のディスプレイによるインタラクティブな指令方式に焦点をあて,開発の準備に入った。ただし,今年,Android OSやインタフェースが飛躍的に拡充されたため,開発手順についての再検討も行い,次年度に備えることとなった。次元縮約や変数選択の計算の効率化については,すでに,先行している研究を充実させる形で,開発中の計算加速化手法を,反復計算が必要となる質的変数の主成分分析や,組合せ計算が必要な変数選択へ適用する研究を行った。以上の成果,特に,計算の加速化については,学術雑誌に投稿するとともに,国際会議(COMPSTAT2010,パリ)で発表した。「(1)先行研究等の情報収集と分析・整理」については,1年目に引き続き,いくつかの学会に参加したり,連携研究者の協力を得たりして,シンボリックデータ解析を含む情報の縮約および可視化の情報収集を行った。また,大規模・高次元データの発見的情報表現と効率的情報縮約に関する研究会をもち,最新の研究について討議を行った。「(2)可視化手法と次元縮約手法および変数選択手法の検討」および「(3)インタラクティブ性の導入」については,JavaScriptとSVGを利用し,タッチパネル上での指ジェスチャーによるグラフ操作システムのプロトタイプが完成し,既存の次元縮約の可視化や変数を主観的・動的に選択するインタフェース開発の基礎研究ができた。「(4)計算効率の検討」については,特に,反復計算が繰り返し必要になる計算の加速化の検討が進み,非計量主成分分析を例に,3倍から4倍加速される加速化手法が数種提案できており,現在,その評価に入っている。「(5)計算環境の提供」については,(1)(4)の成果を順次公開する準備ができている。以上より,計算の加速化を主として,学術雑誌に投稿するとともに,国内研究会(北海道大学),国際会議(ISI2011:ダブリン・アイルランド,7thIASC-ARSConference:台北・台湾)で発表した。本研究は,観測個体数や項目数が膨大であるデータを念頭に,発見的な考察を可能とする可視化手法や次元縮約手法・変数選択手法を検討・提案し,データの様相をより正確にとらえられるようにするとともに,そのための効率的な計算アルゴリズムの開発や計算環境の提供を行っていくことが目的である。この目的に対して,(1)先行研究等の分析と整理,(2)可視化手法と次元縮約手法および変数選択手法の検討のまとめ,(3)インタラクティブシステムの構築,(4)計算効率の検討,(5)計算環境の提供,を具体的な計画として研究を実施した。(1)(2)については,1,2年目と同様,学会・研究会への参加や連携研究者の協力により,シンボリックデータ解析を含む情報の縮約および可視化の情報収集を行った。(3)では,大規模データの例として,アソシエーションルールの可視化についていくつかのシステムとインタラクティブな手順を開発した。また,多次元データのグラフ表現に「色」の要素を追加して,表現力を増す可視化手法の提案を行った。

(4)では,既存の加速化手法の組み合わせにより,より高速な加速化を提案し,非計量主成分分析の計算とともに,組み合わせにより計算回数が膨大となる変数選択などへの応用を行い,数値実験により,提案した各種加速化手法が十分な成果(35倍の加速)を上げることを確認した。(5)については,Rの関数を整備し,多くの人が利用できる準備を行った。以上の成果は,学術雑誌に投稿するとともに,国内学会(日本計算機統計学会第26回大会,日本行動計量学会第40回大会),国内研究会(北海道大学),国際会議(COMPSTAT2012:キプロス)で発表した。「9.研究実績の概要」に記した番号に従い,理由を述べる。(2)の可視化手法と次元縮約手法および変数選択手法については,検討すべき手順や規準のパターンが膨大であるため,まだ十分な成果は得られていないが,(3)のインタラクティブ・インタフェースについては,プロトタイプが完成し,(4)の加速化については,新しい加速化が複数提案でき,実用場面での検討の段階に入っており,予定以上の成果が得られている。(1)の先行研究の分析や(5)計算環境の提供については問題なく行えている。以上より,研究はおおむね順調に進展していると判断される。24年度が最終年度であるため、記入しない。基本的に計画通りの推進を予定している。研究最終年度となるが,「11.現在までの達成度」に示したとおり,(2)の検討に重点を置くことが必要になる。また,インタフェースに関しては,OSや機器の飛躍的な進歩があるが,(4)のプロトタイプで基礎ができており,Android OS(スマートフォン)用のシステム開発も視野に入れ,社会に役立つツールの提供をめざす。最終的には,現在,個別に検討している(2)と(4)の理論を(3)のシステムを媒介とした統合環境として提供していく研究を行う予定である。
子宮内膜の脱落膜化過程において特異的に発現する遺伝子のcDNAクローニング

子宮内膜は、視床下部-脳下垂体-卵巣系の支配下に、増殖期より分泌期内膜へと周期的変化を示すが、ことに妊娠初期には脱落膜化という機能的形態的に極めて特徴的な変化を遂げる。この脱落膜化過程において特異的に発現する遺伝子のcDNAクローニングを試み下記に示す一連の研究を行った。2右卵管結紮後交配し、左子宮角に着床を確認したマウスの非着床側すなわち右子宮角より調整したmRNAおよび脱落膜より調整したmRNAを鋳型にして逆転写酵素を用いてcDNAプロ-べを作成しdifferential hybridazation法にて1x10^5screeningしたところ明かにシグナルに差のある45クローンを得た。3各クローンよりcDNAプロ-べを調整し、胎盤、発情期マウス子宮、編側妊娠マウスの非妊娠側子宮、妊娠第5日脱落膜よりそれぞれRNAを調整しノーザーンブッロト法にて発現量を比較検討した。脱落膜にほぼ特異的な発現パターンを示す数種のクローンを得た。
慢性脊損ラットモデルにおける各種抗コリン剤の膀胱内注入療法に関する研究

神経因性膀胱における抗コリン剤の膀胱内注入療法の有用性を検討するため、ラット脊髄損傷モデルを作製し薬剤膀胱注後、尿流動態の変化を評価した。1.ラット脊損モデルの作製:第8-9胸椎間で脊髄を切断し、急性期から回復するまで8週間待ち実験に使用した。膀胱容量および膀胱重量はコントロール群に比べ有意に増加した。2.覚醒下ラット膀胱内圧測定の確立:膀胱瘻を作製後、正常膀胱容量に回復するまで1週間要した。生食水またはアトロピン添加生食水0.1ml/minの流速で膀胱を満たしていき、覚醒下で排尿反射を記録した。アトロピンは10^<-6>および10^<-5>M溶液を使用し、10分間膀胱内に貯留後測定した。3.尿流動態パラメーターの検討:(1)コントロール群では膀胱容量0.3ml、圧閾値8mmHg、最大排尿圧40mmHg、排尿回数21.7/hrとなった。10^<-6>Mアトロピンの胱注により膀胱容量の増加が認められたが、他のパラメーターの変化はなかった。(2)脊損群では、不規則な膀胱収縮が頻回(102/hr)出現し排尿筋過反射を示した。最大排尿圧31mmHg。10^<-6>Mアトロピンの胱注で膀胱収縮は、60/hrと減少し規則正しくなった。さらに、10^<-6>Mでは、排尿筋の異常反射は消失し膀胱容量は著明に増加した。4.本研究でラット脊損モデルで抗コリン剤の膀胱内注入が神経因性膀胱による排尿筋過反射を抑えるのに有効である事が実証された。今後、種々の選択性ムスカリン拮抗剤やカルシュウム拮抗剤の尿流動態に及ぼす影響を検討し、より有効な薬剤を検索する予定である。さらに、薬剤胱注後、血中濃度を測定する事により全身性の副作用も検討する必要があろう。
掃流力と浸透力に着目した流体-地盤境界域のダイナミクスと水際地盤災害の統一的解釈

自由表面流れに起因して発生する過剰間隙水圧の発生機構とその値を定量的に評価するため,移動床実験により地盤内の間隙水圧変動を詳細に観測した.さらに,自由表面流れにより誘発される移動床内の浸透流の速度分布を求め,その流速値を用いてBernoulliのエネルギー保存則から過剰間隙水圧を算出し,実験値と比較した.過剰間隙水圧の発生について理論値と実験値を比較したところ,自由表面流れに起因して地盤内に浸透流が発生し,流速差に伴って地盤表層では過剰間隙水圧が発生することを明らかとし,移動床極表層では,理論値と実験値は定量的に一致することを確認した.既往の研究に基づく掃流力の影響に加え、移動床の透水性を考慮した地盤応力変化に着目して洗掘現象を考察する。特に、マルチスケールで地盤洗掘を考察するため、移動床水路実験および個別要素法と数値流体解析手法を連成させた数値実験を行う。その結果を踏まえて数理モデルを構築する。1、流体ー土粒子の相互作用に着目した土粒子移動実験:開水路流れが作用する地盤表層の低拘束圧状態における土粒子の移動現象を考察するため、PIV画像解析により地表面に作用する流速を測定した。ピトー管による計測と合わせ、地盤表面の流速を精度よく計測することに成功した。この結果を用いて掃流力を算出し土粒子移動との関連を調べたところ、既往の研究が示すとおり移動判定に用いることの有用性を確認した。一方で、地盤表層にはデューン(丘)が発生し、地盤密度によってその形成・移動に差が見られた.そこで、現象を考察するため、土要素レベルに着目して過剰間隙水圧に起因する応力変化について調べた。その結果、緩く堆積した地盤では、過剰間隙水圧が上昇し、地盤表面では液状化に似た応力状態となることが明らかとなった.2、流体ー土粒子の相互作用に着目した数値解析手法の開発:個別要素法と数値流体解析手法を連成させた解析用コードの開発を行なった。地盤洗掘現象を再現するためには、固液相互間の力学的作用に関する解析方法について、今後検討する必要があることが明らかとなった。3、粒状体の変形・移動、破壊挙動を適切に表現するための数理的モデル化:実験結果をもとに、地盤の透水性を考慮した流速分布を求め、ベルヌーイの定理に基づく地盤内部の間隙水圧変動について検討した。数理モデルによる過剰間隙水圧値は実験で得られた値より小さくなる傾向が明らかとなった.その理由として、地盤の変形による過剰間隙水圧を考慮できていないことにあるため、今後更なる検討が必要となった。既往の研究に基づく掃流力の影響に加え,透水力の影響に伴う地盤応力の変化に着目した洗掘現象の考察を行う.1,流体ー土粒子の相互作用に着目した数値解析手法の開発流れ構造と地盤の変形メカニズムを考察するため、個別要素法(DEM)と数値流体解析手法(CFD)を用いて現象の考察を行った。粒子サイズに伴う間隙径の大小によって,地盤空間内の過剰間隙水圧の発生値・分布に差が生じることがわかった。実験で観察した地盤の洗掘現象を再現するためには、特に、浸透流の流れと土粒子への影響については重要であり、流れ構造と土のせん断変形を複合的に考察する必要性があることを明らかとした。2,粒状体の変形・移動、破壊挙動を適切に表現するための数理的モデル化前年度の検討結果を踏まえて、流れ構造と土粒子に作用する流体力を適切に評価するため、土粒子の移動・回転が生じないと仮定した上で、地盤の透水性を考慮した流速分布を求め、ベルヌーイの定理に基づく地盤内部の間隙水圧変動について理論的に考察した。浸透流の流速差に伴い、地盤表層では過剰間隙水圧が発生することを明らかとし、理論値は実験値を定量的に評価できることがわかった。特に、自由表面流れによって誘発される過剰間隙水圧は極表層のみの発生であることがわかった。実験値においては、幾何学上、地盤表層の変状が発生することで流れの乱流による圧力変動の影響,圧力伝播の影響の水理学的な要因が含まれていると考えられるため、その点についても今後は考慮する必要があると考える。また,上記1の検討結果を踏まえ,粒状体における低拘束圧下の変形モデルと組み合わせて検討を行うことで,粒状体の変形・移動、破壊挙動を適切に表現することが可能であると考える。自由表面流れに起因して発生する過剰間隙水圧の発生機構とその値を定量的に評価するため,移動床実験により地盤内の間隙水圧変動を詳細に観測した.さらに,自由表面流れにより誘発される移動床内の浸透流の速度分布を求め,その流速値を用いてBernoulliのエネルギー保存則から過剰間隙水圧を算出し,実験値と比較した.過剰間隙水圧の発生について理論値と実験値を比較したところ,自由表面流れに起因して地盤内に浸透流が発生し,流速差に伴って地盤表層では過剰間隙水圧が発生することを明らかとし,移動床極表層では,理論値と実験値は定量的に一致することを確認した.移動床実験により、地盤面に開水路流れが作用することで、地盤条件に応じて地盤内部に過剰間隙水圧が発生することを明らかとした。地盤の透水性を考慮した流速鉛直分布から地盤内部の間隙水圧変動を表現した数理モデルを用いて、地盤内部に過剰間隙水圧が発生することを明らかとしたが、定量的な評価を行うために地盤の変形特性を考慮する必要性が生じた。

また、現象を数値実験で再現するために固液相互作用に関する解析方法を検討する必要性が生じた。27年度が最終年度であるため、記入しない。地盤工学移動床実験において、地盤の変状を拘束した多孔質剛体地盤により、開水路流れ下における地盤内部の過剰間隙水圧変動について考察する。これにより、過剰間隙水圧が発生する要因である透水力とせん断変形を分けて、各々の要因による発生量を分析する。さらには、土粒子ー流体のミクロスケールに着目したDEMーCFD連成解析について,固液相互間の力学的作用を考察し解析方法の検討を行うことで高精度化に向けた改良を行い、移動床実験と合わせて地盤内部に発生する過剰間隙水圧の要因を具体的に分析する。