静岡理工科大学のゼミ・研究室

新聞やテレビニュースで「液状化現象」という言葉を目にしたことはありませんか？
都市部の地面は、ほとんどがアスファルトやコンクリートなどで覆われているので、普段、その下に広がっている地盤を意識することはないかもしれません。

「液状化」とは、普段は土の塊である地盤が、地震によって突然、液体状に変化する現象を表します。
東日本大震災では、震源から遠く離れた東京湾周辺の地域にまで、地盤の液状化現象が確認されました。
液状化が発生すると、地盤がぬかるんだ泥のような状態になり、道路や様々な建築物、地中に埋設されているガス管や水道管など中空のもの（パイプなど中身が空洞のもの）は、浮力によって地表に浮き上がりインフラに甚大な被害が生じます。
地震が多発する日本では、液状化発生リスクを早めに知り、防止策を講じることが非常に重要なのです。

そもそも、地盤の液状化はなぜ起こるのでしょうか？
私たちの足元にある地盤は、石や土砂などが堆積してできたものですが、中でも砂粒子同士の結びつきが弱く、その隙間に地下水が浸透している地盤は液状化が発生しやすい場所となります。
そのような場所で地震が発生すると、揺れによって地下水の圧力が上昇し、粒子同士の結びつきがさらに弱まり、やがて粒子が地下水に浮いたような状態になるのです。

このような地盤は「軟弱地盤」といい、昔は川が流れていた土地や河口周辺や海沿いの埋立て地に多くあり、液状化が発生する確率が高い場所といえます。
安心・安全で豊かな暮らしを守ると共に今後30年以内に70～80％の確率で起こるといわれる南海トラフ大地震やそのほかに危惧される大地震に対応するためには、早急かつ効果的な液状化対策が必須なのです。

加えて、液状化対策を効率的に行うためには、地盤の“可視化”が重要です。地中は直接見えないことから、地盤調査などのデータを集積し、地層として表示するなど、地中の状態を可視化することで液状化などによる災害被害を未然に防ぐことが可能になるかもしれません。これまでに集積した地盤のデータや知識と合わせ、ICTを活用した技術を用いることで防災力の向上に繋がる可能性が秘められています。

「大地震が発生した際、液状化被害を完全にゼロにすることは難しいため、最小限に抑える施策を取って、 災害後いかに素早く人々の生活やインフラを復旧させるかが大切。私たちの役割は”日常の当たり前を維持する”ことです」。
中澤教授は、人々の生活や都市機能に影響を与える液状化を未然に防ぐべく、地盤の液状化対策とその評価方法や対策のための地盤改良に関する技術開発などについて研究しています。

液状化対策には様々な方法がありますが、一般的には液状化への抵抗力を高めるために液状化する地層を締め固め”密”にしたり、薬液を地盤に浸透させ、砂粒子同士を接着・固化して対処しています。
加えて、中澤教授が研究してきた対策の一つに、地盤に空気を注入することで”水圧を上げさせない”方法研究があります。
この方法は素材が空気のため、コスト面にも環境面にも優れた液状化対策として注目を集めています。

耐震構造研究室では、耐震性を確保しつつ、省力化に対応できるハイスペックな建築構造の研究をおこなっています。
特に静岡県は甚大な地震被害が想定される地域。県内唯一の建築学科として、静岡の企業が活用できるような構造部材の開発を目指します。

「学生には、いろいろな構造物に対して、なぜ曲がっているのか、見えない部分はどうなっているのかという興味をもってほしい。そして研究を通して、実社会での自分の力の活かし方を見つけていってほしい」。
そう語る丸田教授は、日本コンクリート工学協会から何度も表彰された実績を誇る耐震構造研究のエキスパートです。
企業との共同開発による実践的な研究は学生からも多くの支持を集めており、この研究室で学んだ学生の中に、大学院へと進み、将来は研究者となって特許取得を目標に掲げている者もいます。

鉄筋やコンクリートも最新の研究や開発で新しい材料に変化してきていますし、一見同じように見える建造物も、その構造は目的に応じて異なります。
例えば近年増えているのが、梁が鉄骨で、柱が鉄筋コンクリートという異種構造*です。

この異種構造を接合しようとすると応力伝達や強度が複雑化し、耐震性を確保するためには、より繊細な設計と建築技術が必要になります。
しかし、肝心の建設現場は担い手不足が進み、異種構造に上手く対応できない状況。そこで本研究室で取り組むのが「プレキャスト部材」の開発と普及です。工場で製造した部材を現場で組み立てる工法を活用することにより、品質の安定化と人材の省力化が可能になり、耐震性の向上にも期待できます。

＊建築物の主要な構造部（柱・梁・壁・床）各部の構造種別が、異種材料の組合せによる構造のこと。

また、同時に進めているのが「プレストレストコンクリート（以下PC）」の研究です。PCとは、あらかじめ圧縮力を与えたコンクリートであり、コンクリートの弱点であるひび割れを制御できるため、橋やロングスパンの梁などに利用されています。

このPCでプレキャスト部材をつくるとどうなるか。例えば、5階建ビルの躯体を数週間でつくる。そんなことが可能になります。また、製造設備の充実により、プラモデルの部品にいろいろな形があるように構造部材の形状も多様化されるでしょう。そして、生産を管理することでAIとの接点も生まれます。過去の地震データを取り込んで学習させれば、より高い地震技術の実現が可能になるからです。このように、構造はまだまだ進化しうる分野なのです。