仕事納め

今日は仕事納めでした。

現場にボーリングマシンを設置したまま年を越す場合には年末パトロールをするのですが、今日はもう一人の担当者と一緒でした。
普段は入らない他の担当者の山に入ってみると新鮮ですね。谷底に見える岩盤は同じような破砕を受けているなーとか、硬そうな転石が多いなーとか、いろいろ地質のことが気になります。

また、パトロール時に安全項目や資材整理の仕方をチェックし、必要であれば機長にそれをこうして、ああしてとお願いする。現場全体として一体感を出していくのは好きですね。みんなでひとつの目標に向かって力をあわせ、仕事をしていく、自分のやりたいことを伝え、同意してもらい、みんなで目標を達成するということが何より好きです。なかなかうまくいかないですが。

最後に退場確認、閉門。今年も無事おわったーと思います。
いろんなことをした一年でしたが、つくづく現場向きだと思います。

トンネルと地下水調査

浸透流解析のことを知らない地質屋さんから御相談。

トンネルを掘るんだけど、周辺に影響が出るか解析でわかるか？と。
どんな調査をしているんだい？と聞いたら、トンネルを掘るための地質調査と水文調査しかしていない。広域の地質分布は？3次元構造は？各地質がどれくらいの透水係数なのか？亀裂発達方向や断層などの水理地質構造は？各箇所の表流水の流量は？河川水位は？など、まったく不明。
調査提案、地質モデルの作成からでした。

浸透流にせよ移流分散にせよ、理論を理解していれば、ある程度必要な調査が適切に計画できるようになります。いえ、理解していないと、調査不足になる可能性が高く、実際そのような例が多く見受けられます。ハードの発達により誰でも手軽に解析ができるようになった反面、地質屋さんの姿勢が追いついていないといったところでしょうか？精神論ですが、反省しないといけません。

インターネットと洋書

インターネットを始めて18年になりますが、当時はこの情報化社会を想像すらしませんでした（想像できるくらいの興味と能力があれば、いまごろ左団扇でしょうが）。FAXは2、3年くらいでなくなるだろうとか思っていましたが、それもハズレました。Ｇoogleのストリートビューのように、画像が大量にネットでやり取りできることすら想像できませんでした。当時の汎用機ではEXCELとPhotoshopが同時に立ち上がらない程度でしたからね。ちなみに、先日、講習会の講師が海外の汚染サイトをストリートビューの写真で紹介されていましたが、これはなかなか理解しやすく、面白い発想だと思いました。

さて、時々書いていますように、水質分析、化学反応を考慮したシミュレーションに関するテキストは、日本に満足できるものがないので、ネットで洋書を検索・注文しています。本文、索引などを立ち読み感覚で閲覧できるサービスは良いですね。ハズレを選ぶ確立が小さくなりました。また、洋書の古書を検索できるサービスも良いですね。クレーガーのD20と透水係数の関係が書かれた原著を購入できたのはこのサービスのおかげでしょう。また、複数の古書店を同時に比較できますし、その書店の評価も購入時の目安になります。しかも、このようなサービスの利用がiphoneでどこにいてもできるようになりました。こういった情報サービス・ハードが利益を生み出す構造をも想像しませんでしたが、そちらもまた面白くかつ厳しい分野なのでしょう。

最近買ったのは、以下の2冊。クリスマスプレゼントのように、24日に届きました。反応壁に関しては日本では見たことがありませんね。ゼネコンさんが提案されているのを見たことがありますが、非常に高い印象があります。また、その効果・設計手法にも興味があります。
THMC連成の話もまだ半分ほどしか眺めていませんが、現段階では使えるコードは限られているようです。来年こそ、TOUGHREACT購入してもらいたいですね。http://esd.lbl.gov/TOUGHREACT/
インターネットと洋書、年末年始の休み中に楽しもうと思います。

• Handbook of Groundwater Remediation using Permeable Reactive Barriers: Applications to Radionuclides, Trace Metals, and Nutrients　 (2002/9/23)　David Naftz、Stan J. Morrison、Christopher C. Fuller、 James A. Davis
• Coupled Thermo-Hydro-Mechanical-Chemical Processes in Geo-systems, Volume 2 (Geo-Engineering Book Series) Ove Stephansson、John Hudson、 Lanru Jing (2004/12/14)

トンネル15 : B計測

多段式の岩盤変位計やロックボルト軸力計を入れておくと、地質の劣化箇所で大きな変位や応力を計測します。地質屋サンはそれが次の断面でどうなるか予想するわけですが、あたらない場合も多々あります。自然は単純ではありません。しかし、そこが面白いところでもあります。以下、単純な絵があったので忘れないように記載しておきます。


地中変位パターンと対策
多段式地中変位計による測定結果の解釈と対策
地盤工学会「NATMにおける予測と実際 (地盤工学・実務シリーズ (9)」p138

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2014.4.20追記

計測対象別の計測項目、計測方法、事例（基準値含む）
土木学会「実務者のための山岳トンネルにおける地表面沈下の予測評価と合理的対策工の選定（トンネル・ライブラリー24号）」p195、205～207、210～218

計測項目
土木学会「トンネル標準示方書[山岳工法編]・同解説」2006

トンネル14 : ゆるみ領域

地下空洞のゆるみ領域は、過去の空洞の岩盤変位計と局所安全率の比較から設定する例を見ます。設計時にはそれを使用してロックボルトのパターンを決めるようです。普通のトンネルでは以下のような程度でしょうか？


ゆるみ領域として局所安全率1.2～1.4以下の領域を緩み領域とする事例が多い。
大成建設土木本部土木設計部「トンネルの設計 (考え方と設計がよくわかる実務シリーズ) 」山海堂 p90

既存の考え方、45+φ/2、0.5～1D
財団法人高速道路技術センター「トンネル掘削を誘因とする地すべり対策に関する基本検討報告書（日本道路公団委託）」1996、p25、42

トンネル13 : 解析物性・モデル

地質と内空変位のデータを見た瞬間に、適切な解析手法を判断できる経験・技術力を早く身につけたいものです。以下の内容は、多くの資料に載っていますね。


解析モデルの応力-ひずみ関係
鹿島建設土木設計本部「トンネル (新・土木設計の要点)」鹿島出版会、2003.7 p26、27、35

解析に必要な物性と試験
鹿島建設土木設計本部「トンネル (新・土木設計の要点)」鹿島出版会、2003.7 p34

掘削開放率：30～50%が多い
土木学会「山岳トンネルにおける模型実験と数値解析の実務 (トンネル・ライブラリー) 」p162

開放率と解析順の例
大成建設土木本部土木設計部「トンネルの設計 (考え方と設計がよくわかる実務シリーズ) 」山海堂 p93,94

トンネル12 : 解析領域

盛土の沈下解析などで解析の下方領域を意識した調査をしていないため、上層の変形係数を下方全体に当てはめ、変形が出すぎてしまうといった例をよく耳にします。地質屋サンも解析についてよく勉強し、「掘り足らず」といった状況は避けたいものです。



下方領域3～4D、側方領域4～5D
日本道路公団試験研究「トンネルの標準設計に関する研究報告書－数値解析と施工実績の分析－」1986
日本道路公団試験研究「技術資料　都市部NATMトンネル解析的設計の手引き」2002
紹介：土木学会「山岳トンネルにおける模型実験と数値解析の実務 (トンネル・ライブラリー16号) 」p160

下方領域2～3D
鉄道建設・運輸省整備機構「NATM設計施工指針」1996
紹介：土木学会「山岳トンネルにおける模型実験と数値解析の実務 (トンネル・ライブラリー16号) 」p160

下方領域最低1D
土木学会「山岳トンネルにおける模型実験と数値解析の実務 (トンネル・ライブラリー16号) 」p160

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2014.4.20追記

下方領域1D程度：リバウンド対策（地表面沈下の評価、トンネル・ライブラリー16号の補足）
土木学会「実務者のための山岳トンネルにおける地表面沈下の予想評価と合理的対策の選定（トンネル・ライブラリー24号）」p132～133、146～147、180～181
下方の境界条件→水平ローラー

トンネル11 : 側圧係数・初期地圧

変形解析で一般的な側圧係数を使っても、内空変位データと合わないのではないでしょうか？変形解析を実施する特殊時山などでは、初期地圧測定を実施すべきですね。
地下空洞では数多くの初期地圧を測定しますが、その結果の解釈、それに対するレイアウトが重要になってきます。個人的には、初期地圧のゾーニングと、サイトの亀裂構造図が一致するのではないかと考えています。


側圧係数
日本道路公団試験研究「トンネルの標準設計に関する研究報告書－数値解析と施工実績の分析－」1986
紹介：土木学会「山岳トンネルにおける模型実験と数値解析の実務 (トンネル・ライブラリー16号) 」p151、152
日本鉄道建設公団「NATM設計施工指針」1996.2,p323
紹介：大成建設土木本部土木設計部「トンネルの設計 (考え方と設計がよくわかる実務シリーズ) 」山海堂 p86、87


初期地圧
土木学会「トンネルの地質調査と岩盤計測」1997 p108-112


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2014/4./20追記

側圧係数
土木学会「実務者のための山岳トンネルにおける地表面沈下の予測評価と合理的対策工の選定（トンネル・ライブラリー24号）」p148


2014/11./27追記

初期地山応力を算出する場合の地山要素のポアソン比は、以降の掘削解析に用いる地山材料のポアソン比とは切り離して考えなければならない。
鹿島建設「新・土木設計の要点5　トンネル」p38

トンネル10 : 地質と切羽

一般的な話です。地質屋さんは理解している内容ですが、設計屋さんに説明するときには絵を使ったほうが通じやすいですね。


地質境界の切羽での現れ方
土木学会「より良い山岳トンネルの事前調査・事前設計に向けて(トンネル・ライブラリー (第18号)」p63

地質と切羽安定
NEXCO「設計要領第三集トンネル偏」2009.7,p165

トンネル9 : 地山等級毎の定数代表値

岩盤分類と地盤定数の設定表はよく見ますが、下記は地山等級と定数の設定例です。


地山等級毎の定数代表値
ベース　：日本道路公団「トンネル数値解析マニュアル」p3-26,1998.10
加筆修正：大成建設土木本部土木設計部「トンネルの設計 (考え方と設計がよくわかる実務シリーズ) 」山海堂 p91
加筆修正：土木学会「山岳トンネルにおける模型実験と数値解析の実務 (トンネル・ライブラリー16号) 」p152、153


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2014.4.20追記

地山等級毎の定数代表値（N値、土軟硬と関連付け）
鉄道建設・運輸施設整備支援機構「山岳トンネル設計・施工標準・同解説」p310, 2008
(鉄道総合技術研究所「NATM設計施工指針」1996と同じ表)
紹介：土木学会「実務者のための山岳トンネルにおける地表面沈下の予測評価と合理的対策工の選定（トンネル・ライブラリー24号）」p113

トンネル8 : 変形係数

動弾性係数の補正値αがある基準は珍しいですね。
静弾性係数（変形係数）の目安がつきます。


変形係数E0の補正係数α
平板載荷試験：1
孔内水平載荷試験：4
三軸圧縮試験：4
一軸圧縮試験：4
標準貫入試験：1
弾性波速度検層：0.125
日本鉄道建設公団「NATM設計施工指針」1996.2,p340、341
紹介：大成建設土木本部土木設計部「トンネルの設計 (考え方と設計がよくわかる実務シリーズ) 」山海堂 p124

トンネル7 : トンネルと地すべり

最近、トンネル坑口の地すべり対策についてよく耳にします。調査・設計の分業制が理由なのか、地質屋の腕が落ちたのか、そのような不安定な箇所しか残っていないのか・・・。以前書きましたが、土研から数値解析による地すべりとトンネル影響評価手法が出ています。http://phreeqc.blogspot.com/2010/08/blog-post.html
地すべりブロックの規模とトンネルの位置・大きさ関係が多様なため、3次元で計算しないと緩み領域の影響はつかめません。しかし、出てきた緩み領域を活用し地すべりに対し3次元でLEMをかけても、現段階では目標安全率の設定が困難といった矛盾があり、マニュアル化はできないでしょう。今までの2次元計算を3次元でやり直して、対策工がもった、もたなかったという整理をすれば、3次元の目標安全率も目安が出ると思いますが、膨大な作業ですね。以前にも書きましたが、現段階では技術者の腕次第ではないでしょうか。http://phreeqc.blogspot.com/2010/08/blog-post_14.html


地すべり地内にトンネルが計画された場合にはトンネル外に押さえ盛土や抑止工等を先行施工した上での設計とする必要がある。緩みを生じさせない施工、観測、応急的な対策工も考慮しておく。
NEXCO「設計要領第三集トンネル偏」2009.7,p141

トンネル構造物を抵抗力として見込まないのが一般的。
日本道路協会「道路トンネル技術基準(構造編)・同解説」2004,p141

すべり面から天端まで20m以内接近した場合が検討の目安。
横断する場合は排土量と切除長を差し引いて通常の2次元安定計算
地盤工学会「NATMにおける予測と実際 (地盤工学・実務シリーズ (9)」p258-263

緩み領域内でc'=0.3c0、φ'=3φ0/4に低減し2次元安定計算。
横断する場合、縦断する場合、下位を通過する場合の計算方法。
財団法人高速道路技術センター「トンネル掘削を誘因とする地すべり対策に関する基本検討報告書（日本道路公団委託）」1996、p42、48、100、109

地下水の低下を見込む。（見込まない基準もあったはず。思い出せない。）
財団法人高速道路技術センター「トンネル掘削を誘因とする地すべり対策に関する基本検討報告書（日本道路公団委託）」1996、p114、145

地すべり地での施工事例、補助工法
土木学会「山岳トンネルの補助工法〈2009年版〉 (トンネル・ライブラリー) 」p294、295

施工中の計測と配置
地盤工学会「NATMにおける予測と実際 (地盤工学・実務シリーズ (9)」p131、294
土木学会「トンネル標準示方書「山岳工法」・同解説」2006.8 p183

数値解析による地すべりとトンネル影響評価手法
土研地すべりチームhttp://www.db.pwri.go.jp/pdf/D6425.pdf

トンネル6 : 坑口部

坑口部の範囲は通常1～2Dで、特別な支保構造・施工法となる。NEXCOではDIII。
個々のトンネルの地山条件や一般部の施工法などを考慮した合理的な施工法を選定する必要がある。
NEXCO「設計要領第三集トンネル偏」2009.7,p140、144
日本道路協会「道路トンネル技術基準(構造編)・同解説」2004,p140、143、145
土木学会「トンネル標準示方書「山岳工法」・同解説」2006.8 p110-112


岩盤地山では、土被りが1D 程度まではDIII、それより大きな土被りでは地山条件に応じてCII～DIII、土砂地山では、土被りが2D 程度まではDIII、3D までは地山条件に応じてDI～DII が主体でありDIII の割合は少ない。それ以降は主にDI の支保パターンを採用すれば支保に大きな変状を発生させることなく施工が可能と考えられる。
岩盤地山とは地山分類（日本道路協会「道路トンネル技術基準（構造編）・同解説、2003 年」）において、岩石グループが「硬質岩」「中硬質岩」「軟質岩」に属すものとし、土砂地山とは上記に属さない地山、および破砕帯も含むものとした。
平成21年度　土木研究所成果報告書「土砂地山トンネルの支保構造に関する研究」


坑口部の範囲設定例
例1)軟岩以上の地山にパターンボルト（4～6m）が打設できるようになる位置まで。
例2)硬岩1D、軟岩1.5D、土砂2D
例3)1D（ゆるみ領域が1D）
山岳トンネル工法Q&A検討グループ「山岳トンネル工法Q&A」p176

トンネル5 : ひずみ

掘削時に発生する壁面での接線方向ひずみはλ=1、支保内圧=0、σ=2Pv=quと仮定すると以下の通りとなる。
u/r=(1+ν)qu/E
（孔内水平載荷試験と同じですね）
一軸圧縮試験でのピーク強度時のひずみは0.2～0.3%以上であり、これ以下であれば弾性変形領域内である。これを内空変位量に換算すると、10m×（0.2～0.3%）=10000mm×0.002～0.003=20～30mmとなる。亀裂などの影響を除くと、素掘りでも掘削面の自立が可能。
NEXCO「設計要領第三集トンネル偏」2009.7,p60

トンネル4 : 地山強度比

地山強度比の考え方
等方地圧における素掘り円形トンネル周辺では、地山が弾性体の場合、壁面で半径方向応力σr=0、円周方向応力σθ=2Pとなる（Pは初期応力）。つまり、トンネル壁面では圧縮応力2Pの一軸圧縮応力状態となっている。そのため地山の一軸圧縮強度quが作用荷重2Pよりも大きい場合（qu>2P）、安定となる。これが地山強度比qu/Pv>2の考え方（Pv=γH：土被り圧）。
大成建設土木本部土木設計部「トンネルの設計 (考え方と設計がよくわかる実務シリーズ) 」山海堂 p48,49
鹿島建設土木設計本部「トンネル (新・土木設計の要点)」鹿島出版会、2003.7 p10,28

これに側圧係数λを導入すると、λ=1～0のとき、側壁部の応力は2～3Pvとなる。
（λ=0の場合とはどんな状態なんでしょうか？）
NEXCO「設計要領第三集トンネル偏」2009.7,p59

地山の一軸圧縮強度quは、亀裂が無視できる地山では試料の一軸圧縮強度を適用できるが、亀裂などの影響が大きい地山においては準岩盤強度qu'を用いる。
qu'=qu(Vp/Up)^2
Vp：地山の弾性波速度、Up：試料の超音波伝播速度、qu：試料の一軸圧縮強度
日本道路協会「道路トンネル技術基準(構造編)・同解説」2004 p83、84
土木学会「トンネル標準示方書「山岳工法」・同解説」2006.8 p42

地山強度比による地圧の大小
紹介：土木学会「トンネルにおける調査・計測の評価と利用」1987 p75
紹介：土木学会「トンネルの地質調査と岩盤計測」1997 p117

トンネル3 : 岩盤分類

岩盤分類にも多くの指標があります。以下はそれらを比較したものです。


各機関の岩盤分類の比較
道路公団、電中研（菊地）、鉄建公団、RSR、RMR、Qなど
日本トンネル技術協会「TBMハンドブック」2000.2 p65
紹介：大成建設土木本部土木設計部「トンネルの設計 (考え方と設計がよくわかる実務シリーズ) 」山海堂 p73

国内外の基準の比較
紹介：土木学会「トンネルの地質調査と岩盤計測」1997 p136

トンネル2 : 水文調査

最近では地表流の検討が多くなっていますが、これについてはあまり資料がありませんね。登坂先生のGETFLOWSもソースは非公開ですし。http://www.getc.co.jp/software/aboutgetf/
以下は一般的な資料です。


調査法
地盤工学会「NATMにおける予測と実際 (地盤工学・実務シリーズ (9)」p57

湧水量と集水範囲、大島の水収支、イオン分析、年代測定などの概要
土木学会「より良い山岳トンネルの事前調査・事前設計に向けて(トンネル・ライブラリー (第18号)」p70～87

水質
土木学会「トンネルの地質調査と岩盤計測」1997 p38-40

トンネル1 : 限界ひずみ・限界せん断ひずみ・管理基準値

以前より、限界ひずみ・限界せん断ひずみのどちらを用いて評価するのが良いのか疑問に思っていました。http://phreeqc.blogspot.com/2010/09/blog-post_07.html

文献を読み返していたところ、理想的には限界せん断ひずみ直接的に評価するほうが良いようですね。http://library.jsce.or.jp/jsce/open/00037/493/493-122072.pdf
しかし、管理基準値を決める場合には限界ひずみを使っている例が多いようです。

トンネル関連の資料・基準で、気になっていた箇所を整理しています。

備忘録もかねて整理しましょう。

限界ひずみ・限界せん断ひずみ・管理基準値
鹿島建設土木設計本部「トンネル (新・土木設計の要点)」鹿島出版会、2003.7 p45、46

限界ひずみから管理基準値を設定した例
土木学会「トンネルにおける調査・計測の評価と利用」1987 p237、238
大成建設土木本部土木設計部「トンネルの設計 (考え方と設計がよくわかる実務シリーズ) 」山海堂 p100-103

限界せん断ひずみ=限界ひずみ×（1+ν）
櫻井ほかhttp://library.jsce.or.jp/jsce/open/00037/493/493-122072.pdf

限界せん断ひずみと解析ケースの比較（鏡ボルトの必要性）
大成建設土木本部土木設計部「トンネルの設計 (考え方と設計がよくわかる実務シリーズ) 」山海堂 p100-103、137ー140

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2014.4.27追記

管理レベルI  ：管理レベルIIIの30～50%程度
管理レベルII ：管理レベルIIIの60～80%程度
管理レベルIII：近接構造物の許容値に安全率を見込んだ値

鉄道建設・運輸施設整備支援機構「山岳トンネル設計・施工標準・同解説」p257-297, 2008
紹介：土木学会「実務者のための山岳トンネルにおける地表面沈下の予測評価と合理的対策工の選定（トンネル・ライブラリー24号）」p201

ソリッドの分割

今日はSoilPlusにはまってしまいました。悪い方にです。

以前記載した①の方法（http://phreeqc.blogspot.com/2010/12/blog-post_16.html）で地盤を取り込んだ後、3DのDXFを読み込んで構造物のモデル化を進めていたのですが、そこでハマりました。もともと、そんなに細かいものを表現でるソフトではないのですが、お客様のご要望もあり、チャレンジしたわけです。

ソリッドの分割・オートメッシュは、なかなかうまくいかないときがあります。
そんなときは分割面を少し動かしたり、スケールを変えたり、正規化したりいろいろな方法で試行してみます。はまると何をやっても駄目というときもあり、時間がかかります。そして結果が出ません。特に、薄層・小領域の分割が弱いですね。隣接フェイスの分割も、同様です。

そういう場合はGEORAMAからメッシュを書き出すしかないんですね。地層面はボクセルになりますが、しかたありません。http://phreeqc.blogspot.com/2010/12/georama.html

明日も継続作業です。


ちなみに、SoilPlusのモデルをFEMAPに取り込んでみると、ソリッドはきれいに読めました。しかも、一発でメッシングできました。驚きです。私はまだFEMAPを使いこなせないため、思ったような粗密を表現できませんが、そのポテンシャルの高さを見せ付けられた気がします。

解析屋さんの腕

FEM解析を専門とする方の技術力は尊敬に値します。

たとえば、「この地質モデルと変位であれば、ジョイント要素よりも異方性を持たせた弾塑性でモデル化したほうが再現しやすいと思う。」というように、地質とデータを見た瞬間に解析手法を判断する経験・技術力は私にはまだありません。恥ずかしながら、有しているのは複数の手法でやってみて、一番合うのを選ぶといった力技ぐらいです。
また、土木の知識はもちろんのこと、数学の知識、メッシングの技術、プログラミングの技術、PCに関する知識など、幅広く、深い知識が必要となります。特にメッシュは、見た瞬間に「うまく切っているなー」と感心することがあります。2～3週間かけて解析モデルを作られているようですが、やはりそこが解析屋サンの腕なんでしょうね。

私も解析を実施しますが、やはり専門にされている方と比べると、詰めが甘いといいますか・・・到底太刀打ちできません。2次元解析や浸透流くらいならまだ良いんですけどね。
まだまだ努力が必要です、

GEORAMA 初期メッシュの取り込み

昨日の投稿の中でGEORAMAからSoilPlusへのデータ受け渡しについて、3つの方法を記載しました。

GEORAMA3.2でメッシュを書き出す際、先に2次元平面メッシュ（初期メッシュ）を読み込んで各境界面に反映することができます。私は①SoilPlusで先に2次元メッシュを作成し、②節点と要素をテーブルからEXCELに書き出します。③それをEXCELのVBAでNASTRAN形式に変換して④GEORAMA3.2に取り込んでいます。

この方法で先に構造物の配置を反映しておけば、後で節点の移動により構造物深度を調整すれば良いので比較的お手軽です。

変換VBAをUPしておきます。
https://sites.google.com/site/geochemist001/resources/soilplus-to-nastran

地質モデルから解析モデルへ

地下水解析モデルを作るのにVisual MODFLOW、SoilPlus、G-TRANを使っています。化学反応を連成する場合はWphastも使うことがあります。

モデル作成に関しては、2次元では圧倒的にSoilPlusが簡単です。ダントツでしょう。
3次元ではどのソフトも一長一短ありますが、FDMのVisual-MODFLOWでしょうか。FEMではSoilPlusでしょう。G-TRANは個々の作業のレスポンスが非常に遅く、undoもできないため、モデル化にかなり時間がかかります。Dtransuをサポートしていなければ使っていません。代わりにFEMAPを使えるようにならないといけないのですが、今年はできませんでした。

SoilPlusでは、地質モデルをGEORAMA＋Civil3Dで作成しておけば比較的容易に取り込めます。取り込み方は大きく分けて3種類あります。
①GEORAMA3.2からSoilPlus形式で書き出し、SoilPlusにて境界面（gdo）読み込み
②GEORAMA3.2からNASTRAN形式で境界面書き出し、SoilPlusにてメッシュ（nas）読み込み
③GEORAMA3.2からNASTRAN形式で地形面書き出し、SoilPlusにてメッシュ(nas)読み込み
問題点は以下の通りです。
①SoilPlus に読み込んだ時点で境界面は近似面となり、GEORAMAの境界面形状をそのまま読み込むことができない。近似面のため、境界面が逆転したり、ボーリング位置での境界深度が少しズレる。
②成層構造では問題ないが、地層の消滅がある場合、その境界の再現性が非常に悪い。
③境界面がボクセルとなり階段状の表現になる。

①の近似面となる問題点はMVS＋G-TRANでも同様です。③のボクセル化はG-TRANやV-MODのモデルでもどこかに出てきます。このあたりが地質モデルから解析モデルへの妥協点といったところでしょう。そのうち、推定境界面を完全互換で取り込み、消滅やレンズも忠実に再現できる、あるいは3次元地質モデルと解析モデルがひとつのソフトで作成可能となる日が来ると思います。それまで忠実なモデルを作るには手間隙かけるしかないですね。

トンネル排水のｐＨ

今日届いた応用地質の12月号に、アルカリ性トンネル排水のpH低減を目的とした論文が載っていました。

トンネル施工中は、吹付コンクリートが路盤に混ざったり、湧水がコンクリートに接触したりするため、濁水処理プラントではpHも調整します。施工後は通常の排水となりますが、それでも高アルカリのためpHを調整する必要がある場合には、この論文のようなメンテナンスフリーの設備ができれば便利だと思います。
ただし、クリアーすべき問題も多くあるでしょう。たとえば、①湧水処理量、②スケールの発生と改良効率③本体・下流側流路の材料（コンクリート不可）などです。

この論文に連名となっている先生は、北海道をベースに自然由来の汚染分野で御活躍されているようです。しかし、昨年度の応用地質学会発表会で「私はPHREEQのことは良く知らないが、計算で平衡を考えなくても、自然に二酸化炭素が溶ければpHは8強になる。」と言われていました。自然に解けるということが計算上の平衡を意味することを当時は御理解されていなかったようです。
今回の論文でも、酸素分圧を考慮していない、飽和度（過飽和speciesの沈殿）を考慮していないなど稚拙な感が否めません。しかし、こういった有名な先生方が地球化学ベースの対策工を発表され続ければ、「お墨付き」の対策工として認められる可能性もあります。今後の動向には気を止めておきましょう。

Calciteが解けた場合のｐH

昨日の続きです。

Ｃａｌｃｉｔｅが完全に大気を遮断した状態で地下水や雨水と平衡になった場合、MaxでpH=9.9まで上昇します。これは計算すれば容易に求められます。しかし、このような状況は自然界にないでしょう。

大気と平衡になった場合、そちらの影響のほうが大きく、pHは7弱となり上昇しません。

昨日書きましたが、自然界の場合はその間に落ち着くわけです。

石灰岩地帯の井戸水の水質を測定したことがありますが、

ボーリング井戸でpH=8.1、掘りぬき井戸でpH=6.8に大体落ち着きました。

水道水の基準pH=8.6を超過していませんが、快適水質項目目標値や農業用水の基準pH=7.5は超過しています。地元の方はそれを飲まれているので、健康に問題はないのでしょう。

http://www.mhlw.go.jp/topics/bukyoku/kenkou/suido/kijun/dl/k50.pdf

ちょうど今日届いた、地盤工学会誌にこういった溶出の話が載っていました。

シミュを用いた詳細な予測の話ではなく、現状の整理といった内容でしたが、なかなか良く整理されていたと思います。実務的にはこの辺が落としどころでしょう。どなたが書かれたのか？と思って著者を見てみると、研究者でした。複雑ですね。

盛土材からの浸出水

「石灰岩を盛土に使用したいが、アルカリ性の浸出水が農作物に影響があるかどうか？」
「黄鉄鉱を含む盛土材で酸性水が発生し、環境に負荷がかかるか？」

こういったpHの問題、最近多いですね。
前にも触れましたが、不飽和浸透流＋化学反応の連成問題です。
http://phreeqc.blogspot.com/search/label/%E7%86%B1%EF%BC%8D%E6%B0%B4%EF%BC%8D%E5%BF%9C%E5%8A%9B%EF%BC%8D%E5%8C%96%E5%AD%A6%E9%80%A3%E6%88%90

通過する雨の量と流速、比表面積次第なので、どんな答えでもありえます。ただ、鉱物の溶解によるpHのMax、Minは決まりますので、その間と言ってしまえば乱暴ですが、まあ、その間で変動するわけです。当然、カラム試験とシミュで計算すれば、より良い答えが出ます。

あちこちで施工されてきたコンクリート構造物、場所打ち杭、薬液注入の方がよほど影響があると思うのですが、あまり気にされていませんよね。今、「自然地盤由来」といったキーワードに踊らされている感があります。地に足を付けた検討が必要です。

地すべり 水抜きボーリングの目詰まり（その2）

もともとは、通水井戸の目詰まりの可能性を考えるため関連資料を探していましたが、出てきたのは地すべり施設関連ばかりでした。
その中でも、農林さんの「北陸地方の地すべりにおける水抜きボーリング工の目詰まりの実態と要因、地すべり学会誌43巻4号」では非常に詳細な水質データが掲載されています。
http://www.jstage.jst.go.jp/browse/jls/43/4/_contents/-char/ja/
これだけ調べるのは、大変だったことでしょう。

このデータを使ってPHREEQCでFerrihydriteの沈殿量を求めると、下図のようになります。

拡大すると・・・↓

農林さんの場合、沈殿量が2E-6mol/kgで、「閉塞なし」と判定できるようです。

土研さんも「地下水排除施設集水管の目詰まりに関する検討、地すべり学会誌39巻4号」で水質データを公表しています。

http://www.journalarchive.jst.go.jp/japanese/jnltoc_ja.php?cdjournal=jls1964&cdvol=39&noissue=4

こちらは、以下のようになります。

拡大すると・・・↓

コチラはやや不明瞭ですが、農林さんと同じように沈殿量が2E-6mol/kgで、「閉塞なし」と判定できるようです。

流動阻害対策の通水井戸、地下空洞の水封ボーリングなどでも、地すべりの水抜きボーリング同様に目詰まりの影響を検討しないといけない訳ですが、基本、「目詰まりする」と事前に判明しても、その位置に設けないといけない施設なんですよね。計算で結果がわかっても、心積もりができるといった程度でしょうか？

地すべり 水抜きボーリングの目詰まり(その1)

 地すべり対策工で実施する水抜きボーリングの長期的目詰まりについては、
その防止や施設点検の優先順位付け等の観点から、
土木研究所や農林水産省で研究されています。
http://www.db.pwri.go.jp/kenkyu/datail.asp?NO=1082
http://www.maff.go.jp/j/nousin/noukan/tyotei/t_zisuberi/pdf/mezumari.pdf

面白いことに、坑口にエルボーを付けて空気が入らないようにした対策を
農林さんは効果アリ、土研さんは効果なしと正反対の判定をされています。

共通しているのが、2価の鉄イオンの量がキーだということ。
酸化してFerrihydrite↓になるわけですが、
餌が多いとバクテリアも住み着いて、より沈殿しやすくなるんですね。
日本は遅れていて、こういった現象を国の研究機関がWで調べています。
その研究成果？は学会誌にも載ってしまいます。
海外では本屋のテキストに載っているんですけど・・・

それはさておき、水質調べて地球化学コードでFerrihydriteの沈殿量調べると、
定量的な判定が可能となります。

続きは、また後日。

Dtransuの高速化

Dtransuの並列化は置いておき、とりあえずソース内の連立方程式の収束許容値を甘く設定し、コンパイルしてみました。
PCGエラーが1.5×10^-4程度だったので、その3倍を設定し、定常チェック。その後、非定常を計算してみたところ、10^-9の場合の結果とほとんど差が出ませんでした。最小メッシュ1mで、最大2cmの差です。しかも、局所的。

驚いたのは、22万節点で17年×6ケースの計算時間が28時間強。以前は4日かかっていましたので、恐るべき高速化です。今まで、モデルに対し厳しすぎる精度を求めていたんですね。なお。CPUはCore i7-980Xを4GHzまでO.C.して計算しました。

その後、並行計算を9ケース＋他の負荷作業1種に増やしてみたところ、残念なことに計算が2日以上かかってしまいました。12スレッドあるとはいえ、コア数以上の働きをさせると、遅くなるようです。

地質モデルの妥当性

2次元でも、3次元でもボーリングから断面、あるいは3次元構造を推定するわけですが、その推定手法は地質学・堆積学・層序学など地質屋サンの腕の見せ所になります。また、地下深部で等価とみなせる場合には地球統計学も使えます。

しかし、ボーリングが多過ぎて、実務上、全てを3次元モデルに反映できない場合、どのような基準で取捨選択するか？という問題は難しいですね。柱状図やXMLがあれば比較的容易ですが、簡易柱状図しかないと、土層区分深度をCADで拾って行く必要があり、大きな手間です。

何か、説明しやすい取捨選択の方法を探さないといけません。

Civil3D2010 + Georama2010 （ソリッドモデルの作成）

ソリッドモデルの作成です。

①Georamaツリーの図面名右クリック→モデリング→推定

• ここで境界を推定したグリッドがそのままソリッドモデルで使われる（ソリッドモデルでグリッドを変更できない）
• ソリッドモデル作成時にエラーが出て作成できない場合、ここでグリッドを大きくして再推定する
• FEMメッシュよりも大きくする場合は、プロジェクトフォルダ設定でワークフォルダを変更し、図面を別名で保存しておくとよい

②3Dダイアグラム右クリック→ソリッドモデル

• 　計算・・・地形で切断したソリッド1個ができる

③プライオリティの高い（数字の小さい）地層をプルダウンメニューから選択→分割実行→分割するソリッドの選択。の繰り返し

• 事前にソリッドを選択しやすい視点切り換えて表示（例えば、表示・正面図など）→ビュー-コンセプトにしてソリッドを表示させる→視点を切り換え
• sliceコマンドで、ソリッドを切断することも可能。ワークスペースを切り替えることで、結合や切断が容易

④ソリッドのみ選択→コピー→新規図面に貼り付け

• ブロックで貼り付けた場合、Z方向の倍率を変えて地層を拡大表示可能
• 地層を分離後、ブロック化、Ｚ方向を拡大表示してもわかりやすい。

DNDC

硝酸性窒素負荷量計算のソフトでDNDCといったものがあります。

今週火曜日の祝日1日で読み解く必要があったので、早速DLしました。

http://www.dndc.sr.unh.edu/

マニュアルが親切で比較的簡単に使用できましたが、パラメーターが多すぎです。といっても、試験が多く必要という訳ではなく、聞き取り調査で確認する項目が多いのです。例えば、何日から麦を作って、いつ収穫して、耕すのは何cmで、施肥は何をどれくらい何回で、次の年は何を作って・・・など。

これは、広域解析には（実務的に）適用しづらいソフトです。ローカルエリアであれば、良いかもしれません。

計算式はマニュアルに書かれていないため、Black BOXです。論文を収集する必要がありそうです。

Civil3D + Google Earth

Civil3DでGoogle Earthのイメージ・標高の取り込み

　①　（DEMの②にて図面に座標系指定）

　②　Google Earth　起動→取り込みたい範囲拡大

　③　Civilで挿入→読み込み→Google EarthでOK！！

（①で指定した座標系に変換されて取り込まれる）

簡単です！！

2007、2008くらいからできるようになってますね。

Civil3D2010＋GEORAMA2010

GEORAMAでの大まかなモデリング過程です。

①    地形指定→サーフェスを1つ指定（基盤地図情報DEMなど）

②    処理範囲の設定→解析範囲をポリライン四角で作っておき、それを指定すればOK!

　※断面図の下限（標高）、縦方向倍率はこの時に設定しておくこと。あとで変更できる　が断面は作り直しになる

③    地質テーブル入力

④    ボーリング読み込み（XML読み込み可、2010はH16基準のみ、2011よりH20基準に対応）→境界深度をリストから入力すること

⑤    鉛直断面図→右クリック→ポリラインで断面線を入れておけば指定するだけでOK!

　　　　　　　　　（起点が左になる）後で方向を変えられないので注意

　1　作成

　2　修正

　　上限（標高）を変更するには縦断ビューを選択→縦断ビュー→プロパティー→標高タブ
→ユーザー指定の高さ

　※折れ点などは直らないので自分で直す

⑥　地層線の入力

　　　Georamaパネルで作業したい断面をWクリック→右クリック→境界線入力

⑦　モデリング→推定　サーフェスが作成される

⑧     断面Noを右クリックし推定形状→断面にサーフェスのラインが入る

⑨     境界ポイントを空中に追加したり、境界線修正したりする

※  ⑥～⑨までは、自分の思いえがいたラインになるまで繰り返し作業

⑩     地下水位面の表示

1.　境界テーブルでWater Tableなど適当な名前を作成

2.   他の境界をOFF（面、有効のチェックをはずす）

3.  Water tableのみ、面を有効のチェックを入れる。地質は何でも良いので指定する

4.    モデリングでWater Tableのみ指定

5.    Water tableの有効チェックを外し、他の境界をON（面、有効のチェックをON）

6.    他の境界を指定
7.   指定ボタンでWaterサーフェスを指定

Tips
・ ビューポートは2010から回転できるようになりました。縦長の解析領域もレイアウトで横表示に回転できます。
・ 文字→プロパティーの文字の箇所で、異尺度対応としておけばレイアウトで断面番号などが読み易くなります。

Civil3D2010 ＋ 基盤地図情報(地図2500, 25000)

①（DEMと同じ）

②同サイトより「基盤地図情報ビューアーコンバーター」にてESRIシェープファイルへコンバート（コンバーターのマニュアルに記載）

③（DEMの②と同様に座標設定）

④Civil3Dで交換データをとりこむ

・コマンド“mapwspace”でタスクペイン表示

・データ→データ接続→SHP接続を追加

Civil3D2010＋基盤地図情報（DEM）

ここんとこ、Civil3D＋GEORAMA+SoilPlusでいろいろやってました。

Civil3Dだと、非常に簡単に国土地理院の基図が取り込めます。

備忘録です。

①    基盤地図情報DEMのダウンロード〔JPGIS（GML）形式〕

・  Civil3D(数値地図Readerインストール済)の数値地図Reader→基盤地図情報DEMでDLしたZipデータを選択

・  平面直角座標系にチェック

・  出力フォルダーを設定　＞　変換!!

②    Civil3D 新規図面に変換データを取り込む

・ツールスペース→設定タブ→図面名を右クリックして図面設定を編集で座標系を設定する

　　　・Japan→GSI

　　　・Japan→Geodetic Datam2000(7puroguramu)No.4（4系の場合）

・ツールスペース→プロスペクタータブ→サーフェスを作成

　　　・サーフェス→サーフェス１→定義→ポイントファイルを右クリックして追加

　　　・ENZ(カンマ区切り)を選択し、変換データを選択

　　　　少し待つとコンター図ができあがる。

座標管理されるので測量平面図がそのままペーストできます！（ｍ単位に直すこと）

CGソフトの物理シミュレーション

今日、Blenderの物理シミュレーションといった内容の本を見つけました。CGの場合は工学におけるシミュのように、時間をかけても正確な値を出すような物理モデルを採用しておらず、最低限の現実味を持った、見た目・速度重視の物理モデルを採用しているとのことでした。動きを自然にするために物体が延びたり回転したりすることもある程度許容し、自然な動きとなるように組み立てられているそうです。
残念ながら工学への流用は駄目な結果となりましたが、ま、良しとしましょう。

GEORAMA

今週はGEORAMAを用いて3次元の地質モデリングに取り組んでいました。
MVSを用いなかった理由として、レンズ層や地層の消滅を多く扱いたかったことです。

基盤情報地図データhttp://fgd.gsi.go.jp/download/やGoogle Earthの標高・イメージデータを座標変換して完璧に取り込んでくれますので、広域の場合でもベースマップを用意する必要がありません。また、ボーリングデータxmlは電子納品データやジオステーション（http://www.geo-stn.bosai.go.jp/jps/）のデータを取り込むことが可能です。今回は四国地盤情報CD-ROMを使用したためボーリングデータを取り込むのではなく、概略の断面図をDXFで吐き出し、それをCivil3Dに背景として取り込んで、利用することとしました。

作成の大きな流れは、以下の通りです。

①ベースマップと解析範囲の作成。

②断面位置の設定。
③ボーリング取り込み、境界深度入力

③境界面の推定・地質平面・断面作成。

⑤SoilPlusへのデータ書き出し。

やはり、③の過程に時間がかかります。（2次元で書くよりも、3次元で書いていくという意味です。）ただし、平面図と断面図や断面図同士の交わる位置・境界線の交点を自動で表示してくれるので、CADのみで標高を確認しながら書いていくよりも非常に簡単にモデルを作っていくことができますし、誤りもなくなります。推定面形状を断面に投影してくれますし、これを境界として変換することも可能です。この辺が売りではないでしょうか？

欠点としては、エラーで落ちやすいこと。

これはAutoCADの欠点でもあるんですが、ハッチングの領域認識機能が弱いので、そこでGEORAMAとのやり取りに不具合が出ているようです。一度落ち出すと、断面作成＞エラー＞強制終了＞断面図作り直し＞エラー・・・といった悪循環が発生し、前に進まなくなります。作成している図面のバックアップを常に作っておき、いつでも前のファイルに戻ることが可能な備えをしておくことがコツです。

11/25追記
このエラー、2011で改善されているそうです。
2011は違う型が使われているので、来年2012が出たらすぐインストールしましょう。

Smoothed Particle Hydrodynamics Method

今日、DEMやSPHを使用した粒子流出や矢板周りの陥没解析の話を聞きました。

やはり、シミュレーションを見たらわかりやすい！こんなことができるのか！と驚きました。

で、家に帰って早速調べてみました。

SPHのことをよく知らなかったのですが、粒子法といえば聞いたことがあります。もちろん、数学モデルは知りませんし、まったくの素人です。

検索していくうちに、Blenderというソフトにたどり着きました。ん？Blenderって、あのCG用のBlender?とか思っていると、やはり、そうでした。昔、MAXを使ってパネルダイアグラムをVRMLにしてた頃に、耳にしていたんだと思います。

目が覚めました。CGやゲームの世界では、今や3次元での衝突や流体の作画なんて当たり前のようにできています。それこそ、計算ですよね。粒子法で個々の動きを計算し、拡張してレンダリングすれば液体に見えますもの。そりゃ、そちらのほうが進んでいますよ。

CGソフトでシミュレーションていうのも、面白そうですね。明日、CG担当の方にその辺のところを詳しく聞いてみましょう。

3次元地質モデル

3次元の解析を行いたい場合、最も手間がかかるのが地質のモデリングです。

解析のことを理解していない地質屋さんが調査をしていると、ほとんど1からモデルを作るようになり、手間がかかります。たとえば、数オーダー異なる透水係数を有する土質を同一層にしていたり、地下水コンターの傾斜が変化しているにもかかわらず、1箇所でしか調査していない云々・・・。水理地質が理解できていない地質屋さんは、調査業務も満足にできません。
変形も同じです。変形モードがわかっているのに、その原因が見てわからないような地質断面図では、使い物になりません。いくら解析しても、答えは合わないのです。
水にしても変形にしても問題を解くには地質屋さんの力が非常に重要であり、出来上がった3次元地質分布が解析結果を決めるといっても過言ではないでしょう。

今回、5箇所程度の揚水量と水位を3次元解析上で再現しないといけないのですが、頂いた地質断面図では、解析領域全域をカバーしていない、3次元ではなく2次元の縦断図のみ、土質区分と帯水層区分が合致していない、帯水層は1枚のみ・・・など、ほとんど解析できないような調査結果で、最初から作り直しです。さらに、広域のボーリングデータも取り込む必要があります。

数値計算への連携を考えると、地質モデリングツールとしてはMVS（http://www.ctech.com/）、GEORAMA（http://www.engineering-eye.com/GEORAMA_CIVIL3D/）などがあります。
MVSは非常に簡単に多数のボーリング結果を、3次元で可視化できます。また、推定した地層境界などをXYZといったTXTデータにも書き出せるため、後のG-TRANやVisual MODFLOWにも取り込むのも容易です。欠点はレンズ状の土層や切った切られたの様な表現が苦手なことでしょうか。
GEORAMAは電子納品のXMLが読み込めるため、電子データさえあれば入力は非常に容易です。コチラはMVSの欠点であるレンズや切った切られたの表現もできますが、古いボーリングを取り込むとなると、MVSのほうが楽になります。

解析ソフトはSoilPlusかVisual MODFLOWですね。
SoilPlusでは土層のTXTデータを取り込む際に、そのデータに基づいた近似面を作成するため、ボーリングで確認した土層深度とずれてしまう欠点があります。薄層では、近似の誤差により土層面がクロスし、逆転する箇所も出て来る場合があります。TXTデータのメッシュを細かくしようとしても、32bitのため取り込めるデータ数に制限が出てきてしまいます。GEORAMAを使用していれば、そのデータを取り込むことが可能なため、この欠点はある程度解消されます。
Visual MODFLOWは、同一層の中で調査結果の透水係数をクリギングにより補完し不均質性を反映する機能があります。また、PESTパッケージにより逆解析による透水係数の同定が可能となります。地質モデルはTXTファイルを反映できますので、問題ありません。

現在、3次元解析は非常に多くなってきています。しかし、3次元でモデルを作ることができる地質屋サンはほとんどいません。断面図も2次元CADを使用している方が非常に多い状況です。反省・努力が必要です。

地すべり粘土？熱水粘土？

この前、踏査へ行ってきた時にサンプルを4つ取って来ました。

①崖錐、②茶灰色粘土、③灰色粘土、④熱水性粘土（灰色）

このうち、踏査結果では、②と③が地すべり粘土である可能性が高く、④とは違うことを確認するためにXRD分析を行いました。（といっても、当社の研究職の方にお任せです。）結果をRockJock（http://pubs.usgs.gov/of/2006/1036/of2006-1036.pdf）で整理してもらいました。RockJockは計算に時間はかかりますが、EXCELベースで結構使いやすいんですよ。しかもXRDで鉱物の定量（元素ではないところがミソ！）ができます。ただ、XRDの測定に半日かかるところが難かな？

実はXRDで定量分析をするために、1年がかりで整備してきました。まずはXRDデータのデジタル化。島津XD-D1といった古い機械なんで、PC-98とデータ通信基盤を入手するところからはじめました。次に、今のPCにデータを渡すためにMOを認識させたり、config整備したり、基盤の調整したり、で、最後にデータを加工するEXCELマクロを作ったり、RockJockを使えるようになるまで整備したり・・・といった感じです。

データの加工に関しては、コチラのページがあったため、非常に助かりました。
http://tsuyu.cocolog-nifty.com/blog/2007/06/excel_vba_d265.html
また、こちらにXD-D1用の整理EXCELデータ（マクロ含む）をおいておきます。
https://sites.google.com/site/geochemist001/resources/xrd-xd-d1

で、結果なんですが、びっくりしたことに、①～③まで、Qz、Ab2種の主要鉱物がほぼ同じ値。粘土鉱物も①②は風化が進んでbiotiteがilliteに幾分変化していましたが、それらを合計するとほぼ同じ値になりました。④は主要鉱物が少なく、Calciteが多く含有されていました。

ここまでうまく分かれるとは思っていませんでした。これで、②、③はほぼ源岩が破砕された粘土=地すべり粘土であるということがわかります。XRDは基本定性分析ですが、定量まで整理することで新たな事実が浮かび上がるといった、手本のような解析でした。

最適揚水量

井戸の揚水量には最大揚水量、限界揚水量、最適揚水量などがあります。

このうち、井戸の揚水量決定には被圧帯水層で最適揚水量=限界揚水量×0.7、不圧では最大揚水量の1/2が目安となります。

新規構造物による流動阻害が既設井戸に影響あるかどうかは、非常に困難な問題だと思います。水位や揚水量の変化は3次元浸透流解析で答えが出ますが、それによって補償の必要があるかどうかは井戸の限界揚水量などのパラメーターが判明していないと判断できません。

こういった問題、うちの部長が得意なんですよ。昔の人はPCが発達していなかった分、いろんな簡易計算手法を駆使して判断されてきています。まだまだ学ぶべきことが多いですね。

遅延係数と分配係数

カラム試験から遅延係数を求め、そこから分配係数を推定する手法では、いろいろな推定式があります。
一番良く用いられるのは、ヘンリー型（線形）でしょうか。それでも、複数の式があります。たとえば、R=1+ρd・Kd/θのように体積含水率を用いたり、/neのように有効間隙率を用いたりする式があります。これは、土に含まれる間隙の溶存分をどのパラメーターで表しているかによります。飽和ならneでも良いでしょうが、不飽和ならθとneの小さいほうを選べばよいと思います。

基本的に、移流分散方程式における遅延係数なり分配係数は、一種のフィッティングパラメーターであり、これが自然地盤に適用できる保障はありません。化学反応を連成させて分配させるほうが、実現証を説明しやすいのは間違いありません。汚染物質の知識と、土を見て適切な試験法を判断する力が技術者に求められています。

モデル入力ミス

今日、10日間計算していた浸透流の結果をチェックして愕然。
揚水ポイントの近くに、浸出面境界を誤って張っており、とんでもない結果となっていた。
やっぱり、可視化してチェックしないといけないですね。

ところで、この10日間、Core i7-980XをO.C.し、4GHzで動かしていました。温度は50度台前半で安定。常用できます。

現地踏査

今日は、泊りで現地踏査中です。

山の踏査は久しぶりだってんで、腕が落ちたかもしれません。
小断層をいくつが見つけていたのですが、宿で整理すると、現場で書いていたイメージと違う亀裂構造ができつつあります。明日、再度確認です。

現地踏査で作り上げたモデル精度以上に、解析や設計結果の精度を上げることはできません。また、現地踏査は一番精度を上げやすいところでもあると思います。妥協せずに明日も頑張りましょう。

Borehole TV

今日はBorehole TVについて2つの話題。

「旧型BTVはパーツ生産中止のため、今後は在庫がなければ修理できない」と、レアックスさんから通達が来ました。今後はレンタルするか、会員になって使用するかの選択ですが、どちらも100万単位のお金が必要なため、なかなか厳しくなりました。社内では「独禁法違反だよね」なんて冗談で言っていましたが、今後使いづらくなったのは間違いないです。

先週末開かれていた応用地質学会全国大会では、以下のようなボアホールの紹介がありました。
http://www.fgc.jp/solution/technical/index.html
簡易ですね。本物のBTVに比べるとコストパフォーマンスは高いと思いますよ。あとは、どの程度の精度かですね。

また、コアパックをロッドなどにかぶせて突っ込み、その中に清水を入れて沈殿剤を使用しないBTV観察方法も紹介されていました。これには感心しました。こういったノウハウは全地連向きの発表かもしれませんが、伝えていってほしいですね。

そういえば、11月に広島である地質技術伝承の講演会ですが、当社からは3人出席します。しかし、50代が2人。何を伝承してもらうのやら・・・

Asの吸着

最近、私の周りで汚染物質の吸脱着が話題になっています。

有機物の吸脱着なんで、新たな勉強が必要です。

私は地質が専門なので、鉱物の溶解や沈殿といった無機物を扱うことがメインになります。

3次元飽和輸送＋地球化学反応（熱力学ベース）連成計算ではPHASTが使いやすく、

当時いろいろ勉強したなーと思い、過去の資料をあさっていたら、面白いものが出てきました。

ヒ素の吸着の有無を表示した一例です。

参考書に載っていたウラン吸着例をヒ素に変えて表示したテストケースです。

pH6.6の地下水に、As 0.265ppm, pH3.5のヒ素含有酸性抗廃水が流入する単純なモデルです。

領域は500m*800m*100mで、上流側125m、下流側100mの水頭を設定しています。

表面錯体とヒ素の吸着はDzombak & Morel のDDLモデルで、諸元は下記の通りです。

Hfo_sOH 5e-6 mol strong sites, 100m2/g specif. surf., 0.09g

Hfo_wOH  2e-4 mol weak sites

吸着を考慮しない場合

地盤中のFerrihydriteによる吸着を考慮した場合

ヒ素に限らず、地盤の吸着特性を「安全側」として無視できるかどうか、

地質屋として判断できる力が必要です。

PHREEQCの備忘録

何回やっても忘れてしまうんで、メモっときましょう。

O2、CO2分圧

EQUILIBRIUM_PHASES 1
    O2(g)     -0.7 10
    CO2(g)    -1.5 10

有機物

REACTION 1
    CH2O       1
    3.75 millimoles　＜＜適当！

虚像井を使った計算

EXCELって便利ですよね。

古典的な虚像井を使った水位低下計算ですが、簡単に水頭の3次元分布がグラフ表示できます。
不透水層や河川が直線とみなせる場合に限りますが、かなり問題解決には役立つと思います。昔の人は一箇所毎に手計算されていたのでしょうが、今は数式を縦横にドラッグするだけです。
EXCELによる計算例はコチラ↓
https://sites.google.com/site/geochemist001/resources/groundwater

でも、あまり使われていないのは、浸透流が使いやすくなったからでしょうか？問題を解くツールを増やしておくことは、実務で有利になります。温故知新が大事です。

EmEditor

計算がどこまで進んでいるのか確認しようとしましたが、結果を書き出したTXTファイルが1.7GBに膨れ上がっていました。

当然、ファイルが大きすぎてメモ帳やWordでは開けないので、実用的なEditorを探しました。

結果、EmEditorが比較的高速に開くことができたので、購入しようと思います。

http://jp.emeditor.com/

1500万行もの巨大TXTファイルでしたが、最初の方は一瞬で表示され、XP32bitでも数十秒で最後まで開きました。OS7 64bit Core i7-980Xでも20秒くらいで表示されました。驚いたことに、どちらも編集はストレスなく出来ました。抜群です。

GSLIB

今日、ある現場の汚染の総量の話をしていました。

よくある話なのですが、汚染が発覚してから調べ始めると、汚染物質の総量がわからないといった問題が生じます。その場合、土に吸着している汚染量と地下水中の濃度分布から総量を想定するわけですが、実測値の空間的な補間の仕方によって大きな差が出てしまいます。結局、モニタリングなどの実測値にあう分布を採用するわけですが、恣意的といえばそうなんですよね。そこで話が出たのが、地球統計学によるシミュレーション。工学系の先生から出たのでびっくりでした。

SISimを使った例としては、透水係数の分布を確率論的にシミュレートし、浸透流解析結果が最も合うモデルを採用したのを見たことがあります。そのときは地質屋として絶対論的手法で亀裂構造図などから水理地質モデルを作成する立場だったので、確率論的モデルは補助的手段としてみていました（発注者も同様の考えでした）。しかし、結局、亀裂構造モデルが完成せず、確率論的手法によるモデルのみが公表されました。その後、両方出来る地質屋のほうがいろんな問題に対応しやすいと考え、GSLIBなどを勉強したのを思い出しました。
http://www.statios.com/GSLIB/index.html

今から考えると、透水係数の空間分布を数十～百数ケースもシミュレーションで発生させ、それを浸透流で検証し最良モデルを選択するといったようなことを、よく時間的に許せたと思います。

話はそれましたが、汚染分布にSISimを適用するといったことは忘却の彼方でした。（過去に他の掲示板で自分で書いていました）。恣意的な部分はなくなるわけで、対外的には説明しやすいと思います。今後使えるかもしれません。

G-TRANのエラー頻発

相変わらずのG-TRANと地層研。

今日も、パートさんがG-TRANで入力していると、メモリーエラー頻発。原因は地層研もわかっており、鋭意修正中だそう。しかし、再度ファイルを開きなおすと、境界条件に設定していた色が変わるから困ったもの。設定していた数値が変わっていないか確認し、再入力へ。
サポートに電話しましたが、「そのモデルでしか再現できないと思います」と言い切られ、取り合ってくれませんでした。一瞬、サポートなら、「どういった作業をされていましたか？」と、確認してくれてもよさそうなものと思いましたが、そこに時間を使うのももったいなかったので、早々に切り上げました。今年度、次々にソフトの不具合を問い合わせてしまったので、嫌がられているのでしょうね。

目指せノーベル賞？

今日、応用地質の第4号が届きました。

AsやCdの溶出について論文が載っていましたが、なぜ、このような低レベルの報告が掲載されるのでしょうか？少なくとも、海外では参考書に載っている基礎的な内容です。いかに日本の応用地質分野が停滞しているかがわかります。
この間、応用地質学会の記念論文集の執筆を手伝いました。環境地質に関する現状と課題を依頼され、この分野における移流分散と化学反応の連成の重要性について記載しました。ところが、査読できる先生が学会にいらっしゃらず、ノーチェックのまま出版となってしまいました。
ノーベル化学賞に輝いた鈴木章・北海道大名誉教授は「２位じゃだめか、は愚問」と言い切られたそうですが、さて、応用地質分野にそこまで言い切れる先生方はいらっしゃるのでしょうか？

PEST

Visual MODFLOW Pro に付属のPEST、とても良いですね。
http://www.swstechnology.com/groundwater-software/groundwater-modeling/visual-modflow-pro

観測された水位や濃度に合致するように、自動で透水係数、比貯留などを同定することができます。いわゆる逆解析です。モデルも逆解析用に新たに作る必要がありません。順解析でのパラスタはとても時間がかかるので、利用価値大ですね。

遅延係数と汚染濃度2

以前、遅延係数R=2のとき汚染物質の流速V’が地下水流速Vの半分になるので、濃度αが半分・・・といったようなことを記載しました。コチラ＞遅延係数と汚染濃度

これ、正しくないですね。正確には、汚染物質の流速を半分にするので、濃度は変化なし。つまり、回収量=α*V'*A=α×V/R*A=α×流量Q/Rとなります。
すっきりしました。

Visual MODFLOW

Visual MODFLOWは8年くらい前に購入していましたが、日の目を見ず現在に至っています。
http://www.swstechnology.com/groundwater-software/groundwater-modeling/visual-modflow-premium

現行Ver.ではMODFLOW-SURFACTというアドオンで不飽和も扱えるようになっているんですね。Streamで小川などをモデル化すると、トンネル掘削による流量低下などが計算できます。完全な地表流ではないですが。
PRO以上だとPHT3Dも含まれているので、不飽和浸透流+輸送+化学反応の連成ができるのかと思いましたが、エンジンは別々なので駄目なようです。SURFACT＋MT3D（不飽和浸透流+輸送）もだめでした。やっぱりDtransuの勝ちです。しかし、計算は速いんですよね。差分法だからでしょうか？

ちなみに、MODFLOWはセルの中心で計算するため、断層破砕帯などの薄い低透水箇所は2列以上でモデル化するのが無難な類のアプリです。

今後、GSFLOWなどの地表流の扱えるパッケージが加えられたり、SURFACT＋PHT3Dの連成ができるようになれば、かなり使えますよね。期待大です。

差分法

差分法はなんて簡単なんでしょう。

今日、EXCELで2次元の地下水流動阻害、揚水による地下水低下を試算してみました。等方均質、1層と簡単なモデルでしたが、びっくりするほど簡単ですね。専用ソフトを使うのが馬鹿らしくなってきました。次回から、なんとかEXCELで解ける簡単なモデルにできないかと考えてしまいました。

計算例はコチラ↓

https://sites.google.com/site/geochemist001/resources/groundwater

前にも紹介しましたが、地下水流動阻害による地下水低下問題には理論解があります。その時、透水係数は関係なく、幾何学形状のみで低下量が決定しますが、差分法でも同じです。透水係数は必要ありません。（揚水する場合は必要です。）

いや～びっくりですよ。

地下水流動阻害による地下水位変同量

以前、事業部長が2次元断面で真ん中に不透水の構造物を入れたモデルを持ってきて、「透水係数とか入れて概算してみると、下流側で水位が結構下がるんだよ。明日報告しないといけないんだけど、解析できる？」と問い合わせ。独自の計算式を考え苦心されたようでした。

ぱっと見て、構造物の下に透水層が大きく残ってたので、「水位は変わらないのでは？」と思いながら2次元FEM浸透流で試算してみました。結果、ほとんど変わらずでした。他支店に問い合わせても、透水層が薄くならないと水位は変化しないということを確認したので、事業部長に報告。
結局、発注者には「大きく下がる可能性がある」と報告していたようです。

地盤工学会「地下水流動保全のための環境影響評価と対策」では、このような問題について理論式が掲載されています。
https://jgs.jiban.or.jp/book-cart/php/detail.php?iid=51019
やはり、構造物の下の透水層がある程度薄くならないと、水位に変化が出ないようですね。

次回からはこちらで試算してみましょう。

材質を節点に指定するタイプのFEMアプリ

数年前、FEMを使った変形解析の実務に触れた頃の、現場代理人の解析者への指摘を思い出しました。「弱面を1列でモデル化すると、材質が平均化されて変形が出なくなる。最低でも2列以上でモデル化しろ！」
その解析者は何も言っていませんでしたが、対発注者の資料では修正されていました。

その当時は「私の理解が浅いのかな？もっと勉強しないといけないな。」程度でした。
地下水解析の場合でも似たような話があり、節点に材料を与えるか、要素に与えるかによってモデルの作り方が変わります。地盤工学会の「地下水流動保全のための環境影響評価と対策」p348に良い説明があります。
https://jgs.jiban.or.jp/book-cart/php/detail.php?iid=51019

他社の解析結果を見るときも気をつけないといけないですね。

熱－水－応力－化学連成

旧核燃料サイクル開発機構による「熱－水－応力－化学連成挙動に関する研究」という報告書があります。
http://jolissrch-inter.tokai-sc.jaea.go.jp/pdfdata/JNC-TJ8400-2004-015.pdf

いいですよ、これ。Dtransu＋PHREEQCなんて理想じゃないですか。
見つけてすぐにメールで問い合わせました。が、まだお返事を頂いていません。なかなか個人の問い合わせには御回答いただけないですよね。電話してみようかな？

 このコードが公開されれば、不飽和部の化学反応-移流分散の連成解析が可能となります。具体的には、掘削で発生したズリを盛土に用いた場合、降雨と共に発生する酸性水、重金属の溶出量が計算できるようになります。今、この連成ソフトが無いことが自然由来汚染の問題で一番ネックになっているところですので、公開されれば一気に前進すると考えます。

公開して欲しいですね。

とりあえず、浸透流・非定常まで

G-tranでは山ほど問題を抱えながら、何とかモデルを組み終わりました。といっても、浸透流・非定常までです。

なんとなく、Dtransu用に節点を書き出し、inputファイルを直接書き換え、Gを介さずDで複数ケースまわした方が効率の良いことが分かりました。


とりあず、高速化は後回し。来週からいよいよ移流分散に突入です。

PHREEQCのINVERSE MODELING

INVERSE MODELINGをやってもらっていた方から結果報告がありました。

既知の3つの水質試験結果と浸透流解析結果から、Solution1＋Solution2=Solution3というモデルを仮定し、1と2の混合割合を求めるものでした。私も実務でやったのは初めてだったのですが、まあまあ納得いく答えが得られました。

今回の反省点は、①水質試験結果の妥当性をE.B.で確認しておくこと、②地質（平衡固層）の確認を怠らないことの2点です。

Solution1では、E.B.が5%を超えており、本来なら再度採水して再試験すべきものでした。これが故、計算時にもSolution1のuncertainty を10%と大きく設定しないと回りませんでした。後者では、地質がまったく調べられていないため固層は想定の範囲の域を出ず、モデル上はAlbite（Naを含む鉱物）が沈殿するという結果になってしまいました。

まだまだ学ぶべきことはたくさんあるようです。

学会発表

当社の事業部長、学会発表が大好きなのですが、困ったことに自分の都合の良いデータを優先したり、基礎の勉強を飛ばして難しそうなことにチャレンジしたがる癖があります。

先ほど、7月に発表されたポスターを見てたのですが、なんとFEMで3軸試験の変形モデルを計算されていました。FEMなんて、されたことがないはずと思ってよく見ると、これまたやったことのない部下にやらせていたようです。等方均質であるにもかかわらず袈裟懸け状にひずみが出るようなメッシュのきり方であったり、境界条件を変えたりしているようでした。
他にも、破壊箇所を局所安全率ではなく最大せん断ひずみで表していたり、2次元平面ひずみでモデル化していたり、それに3軸試験結果のφを設定していたり、こまごまとした矛盾がたくさんありました。ソフトがあれば中身を理解していなくても結果は出ます。それが明らかにおかしいかということに気づかずに学会発表してしまう。典型的な悪い例ですね。

このような内容を専門家の前で発表する、それが会社のブランドに対してどういう影響を及ぼすか早く気づき、基礎を学ぶ姿勢を身につけてほしいものです。

Dtransuの高速化

いろいろビルドの設定を変えて計算してみましたが、結局は標準設定（/O2のみ）が一番早いようです。直接、OpenMPを噛ましていくしかないようですね。これは手間がかかりそうなので、ひとまず置いときましょう。

ただ、ハードを変えた影響は劇的に現れました。WSまで用意しなくても、早い単コア、メモリで複数ケース計算させるといった発想が良いのかもしれません。Core i7-980Xで5万2千点の移流分散計算が38分で終わってしまいました。今まではXeon5000番台で1時間かかっていたのです。これは期待以上でした。しかも、6コア12スレッドありますので、平衡して複数のケースの計算も可能です。今日は5ケース平衡して計算させて見ましたが、まだまだ余裕がありそうです。すばらしい、Core i7-980X。

明日からはメモリとCPUのオーバークロックでどの程度詰められるかを見て行きたいと思います。

iPhoneでVPN

前にも書いていたiPhoneでVPN接続できない点について。

会社のシステムの方に使用しているサーバーの型番を聞いてみると、古くてiPhoneに対応していないことが判明！

あきらめるしかないようです。

Dtransuの並列化！

コンパイラーの最新版がきたので、とりあえず、ビルド！
今組んでいる23万点モデルの初期定常で計算時間をチェックしてみました。

まず、/O2を/O3で試しましたが、速度が上がらず。次にSSE4.2を入れると微妙に早くなりますが、殆ど変化しない状況でした。これには期待していたので残念です。自動並列化に関しては逆に速度が落ちてしまいました。結局、これらの設定を変えただけでは速度の上昇が認められませんでした。

繰り返し計算では、収束したら次のステップへという設計のため、loopの回数が決まっていないことも並列化しづらい点であるように思われます。最終はOpenMPですが、ここまでくると時間が掛かるため、ソフト屋さんにお金を払ってでもやってもらいたいですね。明日以降も、色々触ってみようと思います。

限界せん断ひずみ

トンネルの管理基準値には、限界せん断ひずみを用いるのが良いのか、限界ひずみを用いるのが良いのかどちらでしょう？このような疑問を解決してくれる論文を探しています。硬岩系は前者、軟岩系は後者といったところでしょうか？いえ、まったく根拠はないんですけど。

硬岩系の変位観測では、亀裂や弱面でガツンと動いてしまうので、軽く限界ひずみを超えてしまう場合があります。あわてて空洞背後の地質モデルを組み立ててFEMで計算してやれば、その変位さえも再現できるのですが、多くの場合はこのような後付の解析となります。そこで再度管理基準値を設定しなおす事もあるのですが解析や限界ひずみで設定する管理基準値にどのような意味があるのか？ということも考えなければならないでしょう。

ところで、限界せん断ひずみを求める式は、最初に発表された文献では1+νを限界ひずみに掛けることになっていますが、時々、1-νを掛けている資料を見ます。E、G、νの相互関係の導出を考慮すれば、もとの文献が正しいと思いますが、今日、下記サイトでも、後者を採用した資料を見つけました。
http://www.jaea.go.jp/04/be/docu/tru/konkyo/3-05.pdf


早速質問です。早く返事が帰ってこないかな。

iPhoneが好き

もともとは Mac Userでした。

最初にMacを見たときは衝撃でした。PC-98のDOS画面とは異なる世界観に一目ぼれ。無理言って、親にねだって購入してもらい、それからはMacでの作業はもちろん、世界観そのものに陶酔していました。今は仕事の関係上Win専門ですが、基本Macが好きです。

当然、携帯もiPhoneに落ち着いています。今日は朝から井戸調査に行ってたのですが、案外早く片付き午前中で終わったため、午後の空いた時間は家でiPhoneをいじっていました。

カレンダーは「さいすけ無料版」を使っていたのですが、LockInfoで行動予定を表示できません。仕方がないので、カレンダーは標準に戻しました。しかし、同期しているはずのgoogleカレンダーが表示されない。いろいろ調べて、gmailアカウントのon・offスイッチを設定画面から探し出し、onにすると表示されました。Lock画面に予定表が表示されるようになっただけですが、非常に便利になったと思います。あとは会社のスケジューラーがgoogleカレンダーと同期を取ってくれれば、いうことありません。

もう一つ。以前より懸案事項であったVPN接続でのリモートデスクトップは、いじったもののやはり駄目。IPを取得しVPNは張れるものの、社内のPCにまったく接続できません。pingすら通らない。どうも、会社のFireWallがMac系OSを弾いているようです。以前、個人のiPhoneで接続したいので時間があればlogを見てほしいとお願いしましたが、まったく相手にされませんでした。ま、当然ですね。こちらはあきらめるしかないようです。

コンパイラー注文

インテル Visual Fortran コンパイラーが会社にあったので、早速ビルド。

とおもいきや、QxHostが効かない。あれ？と思って調べてみると、インストールしたVer.9.1では、そのオプションに対応していないようです。まあ、SSE4.2までは期待していませんでしたが、そこそこのレベルまでは対応してると勝手に思ってたんですよ。

せっかく良いハードを購入したのに、その性能を十分発揮できないのはもったいない。10万円で2～3割のスピードアップが期待できるなら、最新版Ver.11.1を購入すべきと思い、早速、注文しました。

もともと、地層研さんのビルドでは32bitアプリでした。これだと、メモリの制約上計算が回らないことがあるんですね。お願いしてようやく64bitにしてもらいましたが、最適化オプションは標準+/O2のみのため（汎用性重視？）、まだまだ改善の余地があります。/O3＋SSE4.2+並列化入れて3割程度スピードを稼げると、2日かかる計算が1日半で終わります。期待（祈願？）してます。

コンパイラー、早く来ないかな。

Core i7-980X

計算用にPCを新しく購入しました。

WSは予算の都合で買えなかったので、市販のパーツを組み立てで注文。

こだわりは下記の通り、計算スピードです。

CPU 　：Core i7-980X

メモリ　：4G×6枚=24G（オーバークロック1600）

グラボ ：GeForce GTX 480

ドライブ：SSD ８０G×2（RAID0）=160G +  HDD500GSATA

基本スコアは7.8、起動も非常に軽快です。電源、マザー、ケースも上記にあわせて選びました。モニタは27インチを購入！大きいモニタは想像以上に効率的です。とにかく、細部の作業がとてもやりやすい。2時間ほど作業すると、もう前の23インチには戻れなくなりました。

効果はというと・・・実はプレのG-TRANが32bitのままなので、そこの作業は期待したほどのスピードは出ませんでした。しかし、表示が抜群に早くなりました。拡大、縮小、移動、回転はもちろん、サーフェース表示、ボディー材料表示の切替など、ほとんどストレスなくこなしてくれます。GeForceの効果大ですね。

肝心の計算はというと、3年位前に買ったWS＋64bitソルバー（シングルコア）で、22万点モデルの初期定常に20分くらいかかっていましたが、新規PCでは13分に短縮！クロックはほとんど変わらないんですが、ハードを変えただけで期待以上に効果が出ました。

Core i7-980Xは12スレッドまで対応しています。今後はDtransuの並列化コンパイルで、どれほど速度が上がるかを検証したいと思います。

現場主義

今日は往復12時間の現場から帰って来ました。

数kmのモデルを作成しているときは数m～数百mオーダーのメッシュになりがちですが、コアを見たり、汚染の位置を見るときはcmオーダーを気にしている時があります。後者を気にしている人にモデルの話をしても、雑なモデルと受け止められてしまいます。

自分でコアを見て、断面を書いていても、モデルを作ることに集中してしまうとついつい、「ま、こんなもんでしょう」なんて雑なモデルになってしまいます。やはりモデル化するときも、現場で考えるべきですね。

G-TRANのエラー

地層研からG-TRANのメモリーエラーなどに対する返事がきました。

20万節点程度のモデルでセグメント表示を行うと、メモリーエラーが出ます。また、大きく拡大表示すると、必ずフリーズします。このような問題に対する回答ですが、要約すると、①エラーが出た場合には作業継続できないので、エラーが出るか出ないか、大凡のみきわめを付けてこまめに保存しながら使ってください。②エラーが出て使えなくなった場合には、他のPCを使ってください。

うーん。
早くFEMAPを使えるようになって、G-TRAN卒業したいですね。

FEMAP

FEMAP触りましたけど、なんだか難しいね。

いえ、機能はそろってるんですけど、SoilPlusのほうが簡単なんだよね。
移流分散にSoilPlusが対応していないので、Dtransuへの変換ソフトのあるFEMAPで最後はモデルを組むしかない。がんばるのみ・・・かな？

3次元になると、人間の頭って一気についていかなくなる。モデル作成の流れとしてはMVS＞Civil3D+GEORAMA＞SoilPlus＞FEMAPかな？

まだまだ先は長い。

変形係数の設定

たいていの場合、設計法が進んで、それを求めるための調査法が開発される。こういった解析がしたいんだけど、定数が求められないから、どうしようか・・・といったことが多いんです。

変形係数の場合は逆ですね。レアなケースです。
調査段階で、たとえば孔内水平載荷試験を実施すると、ひずみレベルに応じたせん断剛性のトレンドが得られます。これを複数の深度で実施しておくと、ひずみレベル-拘束圧-せん断剛性の3軸上に曲面を描くことができます。これを調査段階で設定しておけば、解析時には繰り返し計算によって妥当なせん断剛性、あるいはポアソン比と変形係数のセットが求められます。しかし、このような解析ができるソフトはありません。調査段階で、想定されるひずみレベルと拘束圧を考慮し、適切な変形係数とポアソン比を設定しておくのが主流となっています。解析ができないので、曲面から１点を選んでいるという言い方が良いかもしれません。

昔、地盤工学会基準の孔内水平載荷試験（土砂）における変形係数の算出式の導出が理解できず、いろいろな文献を孫引きしたことがあります。上司やネットの掲示板で聞いても、その式は理解したことがあるとか、孫引きをしなさいとか、具体的な回答は得られませんでした。結局、基準式は間違いであり、海外の基準の理論式とは異なることがわかりました。導出できないわけです。現在でも土砂ではその式が使われていますが、岩盤基準では2004年に理論式が採用されました。

岩盤基準では上記のひずみレベルに応じたせん断剛性の設定が可能になるよう、調査法が工夫されています。すばらしい基準だと思います。いずれは土砂も変更されることでしょう。

地球化学計算の将来

今日、応用地質の51巻3号が届いた。

論文として、ボーリングコアを水と反応させ、pHを測定しているものがあった。粉末状にした岩石をclosed な環境で反応させ、その緩衝能力を評価していた。学生実験であろうか、内容的には一昔前の基礎実験レベルであり、海外の参考書にもよく掲載されているような内容だった。このような内容が論文として雑誌に掲載されてしまうところに、日本の「応用地質」の現状が見えてしまう。

海外では、このような実験を通し、PHREEQ や Geochemist's Workbench などのすばらしい地球化学コードが発表され、計算による検証と予測が行われている。もちろん、日本でも大手ゼネコンさんはそれらのコードを改良し、地層処分や地下貯留分野で利用されている。数百年、数千年といった安定性を検証するには、計算するしか手がないのだ。

しかし、国内の研究者やコンサルで、このようなコードが利用されたり、作成されたりしたのはほとんど見られない。実務で使うにはいろいろと問題点もあるが、使わないより良い結果が得られるなら、どんどん利用していくべきであろう。

今後取り組むべきは粒径の影響補正と不飽和の移流分散＋化学反応であろう。前者は粒径別実験結果と地球化学コードを用いた計算により、予測できる可能性がある。後者については各々のコードは出揃っている。あとは連成させるだけなのだ。

なんとか1年くらい時間を頂いて、プログラミングと実験に没頭できないものだろうか？

地すべり安定計算の必要抑止力

3次元の地すべり安定計算で悩むのは、必要抑止力の設定、言い換えれば目標安全率の設定ではないでしょうか？2次元であれば色々な基準で設定されていますので、言い方は悪いのですが、ルーチンワークのように設計まで流れてしまいます。しかし、3次元では基準が無いため、古典的てすがホフランドか？やはりヤンブーか？それともLEMではなくFEMか？その時の必要抑止力はどの程度を設定するのが妥当なのか？全て技術力に委ねられます。

どのような手法でも、対象とする地すべりブロックは変らない訳ですから、必要抑止力は変わらないはずです(目標安全率は変ります)。そうすると、フォーラムエイトや群馬大の鵜飼先生の提案も、実務的かつ現状では、もっとも受け入れやすいと思います。

いずれは、模型実験でも事例収集でも良いので、3次元形状に応じた必要抑止力の設定方法が整理され、さらには、2次元解析結果を3次元形状によって補正できるまでになれば、イイなあと思います。

32bitの限界

会社のPCはまだ32bitOS。それにG-TRAN（32bitアプリ）で20万節点程度のモデルを組んでいるんですが、ノード表示にするとメモリ使用量が限界の2Gまでいってしまい、すぐメモリ不足で制御不能になります。もう32bitの限界。

来週、64bitOSを搭載した自作機が来ます。WS買おうかと思いましたが値段が高く、市販品のTOPクラスで妥協しました。これでなんとかしのげます。
ソルバーの64bit化対応は終わってますが、今後、マルチコア対応でコンパイルして計算速度を検証してみたいと考えています。

FEMに関しては、いかに早く回すか、メモリ消費量を押さえるか、マルチコアに対応させるには・・・など、本来の地下水流動や変形量といった答えを求めるための直接的な技術以外に、アルゴリズムの改良やPCに関する知識など、間接的な技術に詳しくなることが必然的に求められるようです。両者をあわせてFEMに関する広義の技術なんでしょうが、やはり後者は頼れるソフトメーカーに任せ、前者に没頭したいものです。

遅延係数と汚染濃度

移流分散でDtransuを使って計算していた方から相談。

汚染の回収量を流量×汚染濃度で計算されていたそうですが、
「遅延係数をいれると、回収量が多くなるんです！」
ソフト会社に確認しても、R=2で2倍、R=5で5倍になったそうです。

遅延係数を2とすると、汚染の流れが1/2の速さになるため、濃いものが計算ノード付近に長時間とどまることになり、上記の計算では回収量が増えているように見えるんです。でも、汚染の流れは地下水の流速の半分なので、揚水して回収する場合は濃度も1/2しないとあわないんですね。通過量です。

じゃ、採水器で1回くみ上げて計ると1/2しなくて良いのか？ポンプで揚水すると、本当に地下水中の濃度の1/2になるのか？初期濃度として与える濃度分布はポンプでくみ上げて計ったので、2倍して与えないといけないのか？遅延係数を変えるとKd分配による吸着量が変わる=総量が変わる？汚染がないところは吸着もない？などなど疑問点がいっぱい出てくる。遅延係数の解釈の限界かな。

こういった問題は PHAST のような Reaction Transport Model が良いですね。遅延や減衰などのようにフィッティングパラメーターを使うんじゃなくて、化学反応を連成させ素直に解いていく。・・・といっても調べることが多くなり、実務では難しいんですけれど。

G-TRAN

昨日のつづきです。

結局、G-TRANでの押し出しはあきらめ、地層研さんに相談。Geographiaで押し出してもらうことにしました。このソフト、押し出しは早いんですが販売していただけません。また、アルゴリズムの移植もしないとのこと。でも、平面メッシュを送付すれば、押し出しはしていただけます。これは対応が良いと判断してよいのでしょうか？

ともあれ、あれだけ時間のかかっていた押し出しですが、1時間ほどで23面押し出したモデルが帰ってきました。あの苦労は何だったんだと思いつつ、mapファイルの当て込みです。

明日からFEMAPでチャレンジです。

G-TRAN for Dtransu

地層研の Gtran に心が折れた。

9500点の平面メッシュを押し上げるのに、1回1時間くらいかかる。最初は1分くらいで押上げが終わるんだけど（それも長いけど）、6回目で20分くらい。回を重ねるたびに遅くなっていく。CTC の SoilPlus だと一瞬なんだけどね。優秀だよ。Dtransu サポートしてくれたらすぐ乗り換えるんですけど。押し上げた後に縦方向に分割！も考えましたが、それをやると物性が変えられないとか、異なる初期濃度を与えられないとかで見切りをつけ、また押し上げに専念。

今日は6回押し上げたとこでフリーズ。進捗はほとんどなし。はぁ～
全部で23回押し上げル予定なんですが、最後は何時間かかるんだろう。

平面メッシュ切るときもSoilPlusでCADデータ読み込み＞オートメッシュ＞ダミー解析＞DXF出力した。Gtran では Undo 機能もないんで、かなり手間と時間をかけないと SoilPlus のような理想的なメッシュは切れない。
さらに、それを地層研でGtran用に変換してもらい、取り込んでいる。購入している浸透流・移流分散ともに3次元ソフトにはDXFなどのジオメトリ読み込み機能がないんです。2次元ソフトにはついているそうですが．．．
また、32bitアプリなんで、大量の解析結果を読み込むと落ちてしまうし、並列化、64bit化は依頼しましたが対応していただけない模様。
プレ・ポストとしてははちょっと・・・といったソフトですが、今、これしかないんですよね。

明日はFemap、無理言ってあけてもらおうかな？

数値解析による地すべりとトンネル影響評価手法

標記の資料が土研から（案）として出ています。
http://www.pwri.go.jp/team/landslide/outcome.htm

今日はこの資料を読んでいました。

実はこれに似た内容をH18の技術士の体験論文で書いています。（見事不合格）
ずいぶん前からある考え方ですがオーソライズされたものは見ませんね。

内容は、地すべりブロックとトンネルの安全な離隔距離を、2次元弾塑性解析の変位量で判断したというようなもの。パラメーターの設定法といった趣旨ではなかったですね。弾塑性は市販ソフトで良いのがありますし、2次元ならモデル化・解析ともに簡単なのでマニュアル化するほどのことではないとも思いますが、確かに各機関にオーソライズされたマニュアル類はあまり見ませんね。

こういった地すべりとトンネルといった問題は、弾完全塑性ではなくひずみ軟化、あるいは弾塑性＋塑性領域のみ残留強度としたLEMなどが良い手法だと思います。土研さんが弾塑性をオーソライズした形になりましたので、今後どうなっていくか楽しみです。

PHREEQCでisotopeをMIX?

PHREEQCで水質の検討をやってた方から質問がありました。
「MIXって、同位体の結果は出ないの？」

確かに、Solutionに水質・同位体試験結果を入力し、mixingしても、isotoopeに関する結果は何も出てきません。マニュアルや参考書を見ても書いてませんし．．．できないんですね。

mixingの結果、どの鉱物にも飽和しておらず、また溶解するphaseは無視したモデルだったんで、同位体のmixingは手計算で可能だったんですが。

探し方が悪いのかな？


2011.6.9　あっさりできました。
http://phreeqc.blogspot.com/2011/06/dating-of-groundwater.html

GSFLOW

Coupled Ground water and Surface-water FLOW model based on the USGS Precipitation-Runoff Modeling System (PRMS) and Modular Ground Water Flow Model (MODFLOW-2005)

http://water.usgs.gov/nrp/gwsoftware/gsflow/gsflow.html

今日は時間があったので、USGSのGSFLOWのマニュアルをざっと読んでみました。

うーん。現段階では無理。


すくなくとも、モデリングで時間がかかるので、そこを何とかできるソフトでないと

仕事には使えない。地表流と地下水流動を同時に解けるソフト、欲しいんだけどね。

MODFLOWもいつの間にか2005になってたんですね。