第48回試錐研究会(北海道立地質研究所主催)2010/02/05 17:15


図は石狩低地帯の礫層上面

 北海道立地質研究所が毎年開いている試錐研究会が,2010年1月27日に札幌サンプラザで開かれた.今年は,北海道地下資源調査所として創立された地質研究所の60周年である.
 1964年に開かれた第1回試錐研究会では9つの発表があり,そのうちの7つがボーリングの掘削技術に関するものであった.2009年に開かれた第47回の研究会では9つの発表の内3つがボーリング技術に関するもので,その他はジオパーク,地盤資料の GIS 化,バイオレメディエーションといった内容となっている.時代の要請に応えて試錐研究会での発表内容も変わってきている.しかし,温泉に関わる技術や地下水資源についての発表は継続して行われているほか,火山噴火・地震・洪水による災害の実態などについては,その都度発表されている.

 今回は北海道地質研究所創立60周年記念と言うことで,産業技術総合研究所地質調査総合センター代表の加藤碵一(かとう ひろかず)氏が「社会に貢献する地質情報の整備と高度化を目指して」と題して特別講演を行い,5つの一般講演では地質情報の整備が具体的にどこまで進んでいるかの報告があった.
 つまり,今回は掘削技術ではなく掘削の成果をどのように整備し,誰もが利用できるシステムを構築しているのかと言うことが中心テーマであった.

 産総研で進めている東京低地周辺の浅層地盤の三次元地質モデルの構築や地質研究所が進めている石狩低地の浅層地下地質・構造の解明は非常の示唆的な内容である.つまり,質の高いデータで三次元の地質モデルを構築することによりこれまで見えていなかった地質現象が明らかにできる可能性がはっきりと示された.
 東京低地で言えば最終氷期が終わり海面上昇に伴ってどのように海が侵入してきたのかが時代を追って見えてきている.また,石狩低地については海水準変動とごく最近の構造運動の関係が明らかにされつつある.
 このようなデータが揃ってくると,日本各地での海水準変動の様子とそれぞれの平野での特殊性(構造運動)とが精度良く明らかになり,より質の高い地盤情報が得られてくる.

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ダーウィン一族はハプログループ R1b2010/02/15 22:12

 チャールス・ダーウィンはクロマニヨン人からずっと続く系統であることが判った.
 オーストラリアに住むダーウィンの玄孫(げんそん:やしゃご:チャールス・ダーウィンの孫の孫)であるクリス・ダーウィン氏(Mr.Chris Darwin,48才)の DNA(男性であるので Y 染色体)を調べたところハプログループ Rb1であることが判明した.どうやら,彼は南ロシアのごつごつしたコーカサス山脈を横断して,黒海のステップに達した女性達の子孫であるらしい.
 クリス氏は,曾祖父がダーウィンの息子で天文学者のジョージ・ダーウィン(George Darwin)である.クリス氏は1986年にオーストラリアに移住し,シドニー郊外に住んでいる.
 ダーウィンの遠い祖先は45,000年前頃にアフリカを去り,5,000年後にイランあるいは中央アジアで新しい系統に枝分かれした.そして,西方のヨーロッパに向かう前に,次の変異が35,000年前頃にある男性に現れた.
 南イングランドの男性のほぼ70%がハプログループ R1b に属していて,アイルランドとスペインの一部では90%以上に達している.
(以上は,ジャパンタイムスウィークリー,2010年2月13日号の科学欄の記事による)

 DNA の中には親の持つ DNA がそのまま子孫に伝わるものがある.母親から子供に伝わるのがミトコンドリアDNA で,男性で継承されるのが Y 染色体を構成するDNA である.これによって女性と男性の系統が,それぞれどのように分岐していったのかを知ることができる.特に研究が進んでいるのがミトコンドリアDNA でかなりデータが揃っている.一方,Y 染色体は世界各地での変異の全貌が明らかになりつつある段階である.

 「ミトコンドリア・イヴ」から「現生人類」が枝分かれしてきたことが,ミトコンドリアDNA を使って明らかにされたのは1987年である.そして,このミトコンドリア・イヴはアフリカ起源である.ただし,これは一人の女性を起源とすると言うことではなく,19万年前頃に生きていた2,000〜10,000人のアフリカ人を核とする集団に由来すると考えられている.

 ハプログループというのは,共通の祖先を持つ遺伝子の型からなるグループと言うことで,ハプロ(haplo-)とは「単一の」と言う意味である. Y 染色体については A から R のアルファベットによって主な遺伝子系統が表されている.

 現在明らかにされているヨーロッパへの遺伝子系統の拡がりは,ペルシャ湾のホルムズ海峡の北岸付近から5万〜4.5万年前に黒海の南を通って広がったものと3.3万年以降にコーカサス山脈を通って黒海東岸,ドニエプル河中流を横切って西ヨーロッパに広がったものとがあるとされている.ハプログループ R は後者の系統である.

参考文献

日本人になった祖先達,篠田謙一,NHKブックス

人類の足跡10万年全史,S.オッペンハイマー,草思社



札幌ドームと羊ヶ丘展望台2010/02/16 21:30

 2010年2月14日に第30回札幌国際スキーマラソン大会が開かれた.
 以前は羊ヶ丘展望台がスタート,ゴールで,展望台レストランは人がごった返していて,荷物を雪の中に於いてレースに参加したこともあった.今は札幌ドームがスタート,ゴールとなり余裕のある暖かい空間が確保されている.
 今年はかなり気温が低く,ワックスさえ合えばスキーはよく滑った.50km で優勝したのはアメリカの貨物航空会社フェデックスのパイロット,セス・ダウンズ氏でタイムは2時間32分だった.エストニアの首相のアンドルス・アンシプ氏は50km を3時間27分で走りきった.

 私は25km を3時間14秒でなんとか完走した.私のようなクラスになると,7km 過ぎの S 字カーブの急坂の手前で行列ができ長いこと待たされる.18km 過ぎからはほとんどが下りとなり,20km 付近からは気持ちの良い下りがずっと続く.しかし,寒さで涙が凍り前がよく見えなくなるし,足は踏ん張りがきかなくなるしで気分は爽快でも身体はメタメタの状態になる.それでも走り終わったあとの爽快感は何事にも代えられない.

 下に示す写真は前日の試走の時のものである.札幌郊外の雄大な景色を堪能あれ.


クロスカントリースキーのゴール地点と札幌ドーム


各距離のスタート地点.遠くの森が羊ヶ丘展望台のあるところ.


ゴールまであと3kmの地点.農業試験場の畑の中.

ゴールまで3kmのところから見る札幌ドーム


雪原の向こうの空沼岳(ほぼ正面)と札幌岳(右端).




モエレ沼公園のガラスのピラミッド2010/02/17 21:42


 モエレ沼公園のガラスのピラミッドは公園のシンボルの一つである.この公園には到る所に「てっぺん」がある.
 モエレ山の頂上は平になっていて全体は円錐台となっているが,プレイマウンテン(高さ30m)はてっぺんを持っている.テトラマウンドのステンレスの円柱を組み合わせた三角錐(高さ13m),プレイマウンテンの南西にある白いミュージックシェルにもさりげなくてっぺんがある.サクラの森の遊具,モエレビーチの白いパラソル,野外ステージと呼ばれる広場の壁面が造る北西側のてっぺん,そして極めつきが,このガラスのピラミッドである.

 ガラスのピラミッドはガラスの部分は鉄骨構造で付随する部分が鉄筋コンクリート構造となっている.ガラスのピラミッドの高さは32.3m ある.

 このガラスのピラミッドは自由に出入りできる.冬の寒い日でも,中はほんわかと暖かい.冬,公園で歩くスキーやソリで遊んだあと,このピラミッドの中でゆっくりとした時間を過ごすと幸せ一杯になる.

<画像にカーソルを乗せると説明文が出ます>


海の噴水側から見たガラスのピラミッド


南西側のガラスの面


1階から見上げたガラスのピラミッドのてっぺん


3階から見たてっぺん


松木武彦著,進化考古学の大冒険2010/02/18 18:28

 何か,久しぶりの頭が興奮を覚える本に出会った.

 ものごとの変化には化学的・物理的変化と遺伝的変化がある.生物の遺伝的変化では,親から子へと複製を繰り返す過程で環境に適応したものが生き残っていく.同じように,考古学で取り扱う人工物は何度も作り続けられる過程で,その時々の社会的な環境に適応したものへと変化していく.このような視点で組み立てられた考古学が,進化考古学である.
 人工物の変化が起こる仕組みは,それを作る人の心の中で起こっていることを知ることが欠かすことができない.人の心の動きから過去の人工物を解釈するのが認知考古学で,進化考古学の重要な方法論の一つである.

 例えば,約250万年前の人類最古の石器である礫石器は自然石を打ち欠いて刃のようなものを作り出したものである.これは,獣の骨を打ち割ったり砕いたりするのに使われたものだろうと考えられている.しかし,80万年前以降の石器では実用上要求される以上の形へのこだわりが表れ,左右対称の握斧が見られるようになる.さらに,20万年前くらいからは剥片石器が現れ,獣の解体のための石器となる.このような石器の変化はボーン・ハンティングからアニマル・ハンティングへの移行があったと推定される.
 80万年前の握斧は今みても美しい.ここには,「握斧とはこうあるべき」という概念が,作る人の頭の中にはっきりと存在していたことを示している.人の心の進化が道具に反映されているのである.

 と言うような話が時代を追って述べられている.縄文土器の模様が縄文晩期に大きく変化し弥生土器との連続性を見せること,前方後円墳が衰退していく理由など興味のある話が一杯詰まっている.
 フォーム・スタイル・モードの関係と土器などの変化のメカニズムについての話も説得力がある.

 人間とは何かを考える上でも参考になる本である.

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新潮選書.1,200円(税別)



地球温暖化と北海道の気候2010/02/25 21:12

 北海道開発局と寒地土木研究所主催の研究発表会が,2010年2月23日(火)から25日(木)まで開かれました.
 23日は札幌駅北口にある第一合同庁舎で開会式と基調講演が行われました.
 基調講演は札幌管区気象台の長井秀樹氏(地球温暖化情報予報官)の「地球温暖化と北海道の気候」でした.長井氏の講演の概要は次のようでした(見出しはブロク筆者が付けたものです).


質問に答える長井秀樹氏
講演終了後質問に答える長井秀樹氏


温室効果ガス

 地球は大気があるために温室効果が働き全球の平均気温が+14℃に保たれている.大気がない場合地球の平均気温は-19℃になると推定される.火星は大気がほとんど無く平均気温は-50℃である.一方,金星は大気中の96%が二酸化炭素であるため+420℃となっている.
 温室効果ガスとしては水蒸気のほかに二酸化炭素,メタン,一酸化二窒素,ハロカーボン類(フロンガスなど)でそれぞれ温室効果ガスとしての効果,大気中に含まれる量が異なっている.二酸化炭素,メタン,一酸化二窒素の大気中の濃度は1700年代半ばくらいまではほぼ一定であったが,それ以後急激に増大している.二酸化炭素は280ppm から380ppm へと増大している.過去の温暖期には二酸化炭素濃度が300ppm 程度までは上昇しているが,300ppm を越えたのは1900年頃からである.
 二酸化炭素濃度は北半球の中・高緯度帯で高く南半球では低いという特徴を持つ.その理由は北半球に二酸化炭素の放出源が多いためである.また,季節的には植物の活動が活発になる春から夏にかけて減少し,夏から翌春にかけて増加するという変動を示す.

100年間の気候変化

 この100年間ほどの世界の気温上昇は0.74℃であるのに対し,50年間で見ると1.28℃となっていて近年になるほど気温上昇が著しくなっている.
 降水量については,世界的には南北アメリカの東海岸,ヨーロッパ北部,アジア北部で増加しているが,サヘル地域,地中海地域,アフリカ南部,アジア南部では減少している.日本は特にはっきりとした降水量の変化傾向はないが年ごとの変動幅が拡大傾向にある.

 日本の年平均気温は100年当たり1.11℃,北海道は0.92℃である.また,北海道は12月から2月までの冬と3月から5月までの春の気温変化が100年間で1.2℃を越えているのに対し6月から8月の夏季は長期的な変化傾向が見られない.

 日本全国の気温の変動を見ると1980年頃から異常高温が増加しているのに対し異常低温は減少傾向にある.また,日降水量が100mm 以上の日数も増加傾向にある.
 洪水や土砂災害にとってやっかいな局地的大雨は過去30年を10年ずつに区切ってみると明らかに増加傾向にある.1時間降水量50mm 以上の回数は,1976-1986年の平均回数が160回,1987-1997年は177回,1998-2008年は239回となっている.

 年ごとの最深積雪は1990年代以降減少傾向にある.その原因は,気温上昇により雪でなく雨が降ることと降水量自体が減少していることである.
 オホーツク海の海氷面積の最大値はこの30年ほどで5.52万平方メートル減少していて,この面積はオホーツク海の3.6%に相当する.

今後の気候変動

 今後100年間の気温上昇予測では西日本や九州では2.5℃程度であるが,北海道は3℃ほどになり北の方ほど気温上昇率が高くなると予想される.特に1月の平均気温の上昇が著しくなる.
 降水量は九州北部や中国地方で増加し北海道はあまり増加しないと予想されるが降水量が減少する地域はないと予想されている.100mm以上の大雨の日数は九州南部を除き増加すると予想されている.

地球温暖化はなぜ問題なのか

 広い分野にわたり対応の難しい問題が顕在化し,原因と結果が世界的な拡がりを持つという特徴がある.個々には次の点が指摘できる.
1)生態系へのダメージ
 世界の平均気温が1.5〜2.5℃上昇すると植物,動物種の約20〜30%絶滅リスクが増大する.100年で2℃気温が上昇すると気候帯が約300km 移動する.一方,植物の移動速度は100年で100km 程度であるので気候の変化に追いつけない.
 サンゴは海面温度が1〜3℃上昇すると死滅する.
 海水温が上昇して二酸化炭素が海水に吸収されると海水は酸性化して,設計室の殻を持つプランクトンやサンゴに脅威を与える.
2)海面上昇による国土の喪失
 大陸に固定されている氷が融解して海水準が上昇するほかに,海水の温度が上がることによって膨張して水位が上昇する.
 気温の上昇によって洪水が多発してアジアやアフリカの巨大デルタで被害が増大する.
3)降水パターンの変化に伴う水資源,農業へのダメージ
 気温上昇により干ばつの影響を受ける面積が増加する一方で局地的大雨により洪水リスクが増大する.
 気温が1〜3℃を越えて上昇すると食料生産が打撃を受ける.特に,アジアでは飢餓リスクが増大する.
4)世界平均気温の上昇による地域的損得
 1990年に比べ1〜3℃気温が上昇すると地域によっては便益が上回ることがある.
 しかし,2〜3℃上昇すると便益は減少するかコストの増加となる.
 長期的には適応策だけでは対処できないので,緩和策と組み合わせて気候変動によるリスクを定点する必要がある.

参考資料(順不同)

文部科学省・気象庁・環境省(2009)温暖化の観測・予測及び影響評価統合レポート「日本の気候変動とその影響」.
(http://www.jma.go.jp/jma/kishou/books/index.html)

気象庁(2008)気候変動監視レポート2008 世界と日本の気候変動および温室効果ガスとオゾン層等の状況について.
(http://www.data.kishou.go.jp/climate/index.html#taikinodatabank)

The AR4 Synthesis Report(http://www.ipcc.ch/)

【END】



亀岡美友氏の講演「山岳トンネルの調査,設計,施工と施工結果」2010/02/27 21:35

 2010年2月26日(金)に北大学術交流会館で(社)日本器械化協会施工技術総合研究所技師長の亀岡美友氏の講演があった.北海道土木技術会トンネル研究委員会技術発表会の特別講演である.


質問に答える亀岡美友氏


 まず,トンネル構造物(私案)に必要な要件として「トンネルの支保構造は,各支保部材を地山の挙動に合わせて,最も効果的な安定効果が得られるように組み合わせ,施工順序や施工時期も含めて総合的に地山条件に適合したものとすることが必要である.」と言う.
 構造物としてのトンネルの主要な材料は地山であると言う点が他の構造物と異なるところで,荷重条件や支持能力に不確定な要素が多いのが特徴である.地山と支保構造の相互作用でトンネルは構造的に安定する.
 したがって,施工順序や施工時期,例えば,吹付けコンクリート硬化の時間依存性をどう設計に取り込むかといったことが重要となる.

 山岳トンネル工法(私案)というのは「地山を掘削した後に,吹き付けコンクリート・ロックボルト・鋼アーチ支保工・インバート・覆工等により,地山を早期に閉合することによってトンネルを建設する工法をいう.」
 つまり,地山の支保効果を発揮させるにはトンネル断面を閉合することが必須であるという考えである.

 このことから,施工方法(私案)として「トンネルは早期閉合を原則とする.掘削工法は,補助ベンチ付き全断面掘削工法を用い,支保工(吹き付けコンクリート,ロックボルト,鋼アーチ支保工)と鋼製ストラット(吹き付けインバートも含む)によるインバートを用いて掘削断面を早期に閉合するのが基本である.」と提案する.
 地山状態が良くて変位が大きくならず,後荷もかからない場合にはインバートを抜いても良いというのが基本原則となる.
 長尺鏡補強工を併用して切羽とインバートを4mにまで縮めた例がある.

 現在支保構造の決定は地山等級に対応した標準支保構造が決まっていてこれを適用する(経験知)標準支保構造方式,同じような地山条件の事例を参考にして決定する(経験知)類似事例参考方式,そして一般には二次元解析を行う数値解析方式がある.しかし,二次元解析では変位を合わせると応力が合わないということが生じる.これは,吹付けコンクリートの弱材齢時の強度や時間硬化が不明なためであろう.また,応力開放率を40%と見込むということを行っているが,これも実態は不明である.
 関越自動車道では山はねが発生したが,このような場合,切羽に予想以上の応力が集中していることが分かっている.
 早期閉合を考えると数値解析は切羽近傍の三次元応力状態を考慮する必要がある.この時問題となるのは,1)切羽の進行に伴う応力・変形状態の変化,2)吹付けコンクリートに代表される時間・硬化曲線の取り込み,3)長尺先受け工法や長尺鏡補強工法などの補助工法を含めた支保部材のモデル化である.
 さらに,地山の強度・変形特性を三軸圧縮試験で求めること,低強度地山の場合は最高耐圧点以降の強度・変形特性を求めること,地質踏査や近傍類似地山瀬の好結果を合わせて改暦領域周辺の地山状況をモデル化すること,などが必要となる.

 一般にトンネル工事費は当初見込みを上回ることが多い.工期・工費の算定精度を向上させる必要がある.そのためには施工結果をデータベース化し公表する必要がある.地質構造・地質層序,地山等級,補助工法などの施工実績があれば,それを参照して精度の良い工期・工費の算定が可能である.特に,工期・工費に大きく影響してくるのは補助工法の有無である.事前調査・設計で補助工法が必要な地山かどうかの判定を行っておくことが必要である.

 最近の施工法では超近接メガネトンネルがある.沖縄南部は住宅が密集していることや米軍基地があることから用地確保が難しくメガネトンネルの施工事例が多い.メガネトンネルの場合二つのトンネルの間に導坑を掘って支保の一部とするが,最近は無導坑で全断面掘削を行いインバートを設置するという方法で掘削した例がある.

 AGF 工法のような長尺先受け工は,挿入した鋼管自体で切羽前方を押さえているのか,注入により押さえているのかといった原理がはっきりしていない.打設角度が大きくなると挿入管の下側の岩盤が崩落する可能性が高くなり,フォアポーリングを併用したりしているが,天端の拡幅を最小にしてどれだけ低角で打設できるかで工費が違ってくる.
 また,鏡補強工で使用する部材は FRP(Fiber Reinforced Plastics)や GRP(Glass Reinforced Plastics)などであるが,掘削でズリに混ざるので産業廃棄物として処理しなければならない.これを生物分解性の材料で造れば処理費は不要となる.

 情報化施工とは「情報化技術(ICT)を建設生産システムに適用して施工に関する情報の効率的利用を図ることにより,施工の効率性・安全性・品質の向上・省力化・環境保全問うに関する施工の合理化を行う生産システムである」.
 *ICT は(Information and Communication Technology)のことで,一般的には情報通信技術と訳されている.この言葉には情報の共有化ということが含まれている.

 トンネルの品質とは何か.設計・施工は性能規定が主流となっているがトンネルでは性能規定は無理であろう.
 安全性はトンネル建設時の切羽作業の安全性が主要なものである.この点では,発破掘削の際の火薬の機械装填の進展が著しい.これにより切羽に接近した作業の時間が短縮される.また,経済性の点からは4m くらいの長孔発破を行うことが考えられる.

 現在採用されている支保工の軽減方法は,ロックボルトの長さや打設範囲,鋼製支保工の規格などであるが,支保工間隔を広げることが可能な地山では,これが工期・工費短縮に効果的である.

 質疑応答の中で亀岡氏は次のように述べた.
1)切羽近傍の三次元解析では,支保構造・支保部材のモデル化,地山のモデル化という二つの問題がある.室内試験で地山物性値を設定し順解析で変位・応力を予測するのが妥当である.この場合,残留強度を求めておく必要がある.
2)二次元解析では応力開放率を導入しているために解析精度が落ちている.室内試験で物性値を求め,いくつかのケースを想定し順解析を行う方が良い.また,鏡補強工などの補助工法の効果を解析に適切に取り込めているかという問題がある.

 以上が亀岡氏の講演のあらましである.

 亀岡氏は1978(昭和53)年に京都大学大学院工学研究科資源工学専攻の博士課程を修了し,日本建設器械化協会機械化研究所へ入所したと講演会の司会者から紹介された.
 講演の中で亀岡氏は岡 行俊氏(当時京都大学工学部資源工学科助教授)の「薄肉理論」に触れられた.岡氏は当時,“鉄腕ナトム”と言われていた人で, 新オーストリア工法(NATM工法)の紹介を精力的に行っていた.しかし,岡氏は1979年9月18日に脳卒中で53才の若さで亡くなられた.この時の研究室の教授は平松良雄氏で2009年1月16日に93才で亡くなられている.