菊本先生の研究内容を教えてください。

菊本　学生時代はトンネルを掘った際に起こる地盤の陥没や周辺の建物への影響の研究をしました。博士課程を修了してからは、土が力を受けて形を変えたり、壊れたりする様子を実験で調べて、それを再現するモデルを開発し、そのモデルで様々な土構造物の応答を予測する研究を始めました（図1）。そうした理論をつくる研究を進める中で、油や重金属による土壌汚染に関わる現象を再現する取り組みもしています。最近は土や岩石の新しい試験方法の開発にも取り組んでいます。
　高速道路の一部は盛土という土を盛って造る構造物です。地震や豪雨が発生した時に盛土が壊れてはいけないので、地盤の変形や破壊の解析でどのように変形・破壊するか明らかにすることで適切に対策をたてることができます。現状、このような解析は盛土の強さを人為的に設定して行っていますが、盛土がどう変形し、破壊するかは、「締固め」という盛土を造る工程の品質によります。ただ、この「締固め」はまだほとんど理論的に説明されていないのです。そこで土の湿り具合を調整して締固めることで盛土を造る過程から、地震や雨で盛土が壊れていく過程まで、つまり盛土のゆりかごから墓場まで、解析で再現する方法の開発に取り組んでいます。学生たちと実験や解析をしながら、いろんな品質の盛土が地震の時にどういう応答を示すのか、水と空気を含んでる土がどう変形していくのかというようなことを調べています。これが私にとっての大きなテーマです。

土と地盤の解析というのは、土の成分など、土そのものを研究するということになるのでしょうか。

菊本　土の風化を研究する時は成分も調べますが、主体となるのは土が力を受けてどう形を変えたり壊れたりするかという研究です。土の強さや硬さといった力学的な特徴の研究です。例えば、土は湿り具合によって強さとか硬さがどんどん変わっていきます。土の粒の詰まり具合も関係していて、うまく締固めると凄く硬い土ができます。そういう締固め具合によって硬さや強さが違うということを、追従していけるモデルをつくっています。

土の変形というのは岩盤や岩、石などと連続的に考えられるものなんでしょうか。

菊本　地盤を構成するのは粘土や砂といった土と、岩石がありますが、粒子の大きさによって区分されています。土や岩石の素材は似たりよったりですが、変形や破壊を再現する理論はいくらか異なってきます。土の場合は小さな粒子同士の摩擦で変形・破壊が決まりますが、岩石の場合は固体の結合力や亀裂の割れかた、滑りかたで決まります。ですので、実験したりモデル化したりする方法も少し違います。でも土も岩も固結しているとくっつきの強さ、砕けたり粒子になった時の摩擦が大事になります。土や岩の性質の変化も私のひとつのテーマです。先ほどお話しした盛土は、造ってから長い年月が経つと風化してくるんです。全国津々浦々、高速道路の盛土で変状が起きて困っている状況があります。主に乾燥と湿潤の繰り返しで、土の粒子がだんだんとぼろぼろになっていく。日本は雨がすごく降るので、水が入るとやはり岩石や礫はだんだんと崩れていきます。それがどう劣化していくのか、どう変形・破壊に繫がっていくのかを実験で調べて、モデル化するというようなことをやっています（図2）。

先ほど様々な研究テーマに取り組まれていると話されていましたが、そうした研究のほかにはどういったものがありますか。

菊本　土の粒子が砕けると、地盤が変形しやすくなったり、壊れやすくなるという現象を再現する試みもしています。ドバイのパーム・ジュメイラという人工島は、基本的に貝殻やサンゴといったものが堆積してできたような堆積地盤の上にあるので、土がもろくて粒が砕けやすいです（図3）。そういった場所に高層建物を建てると、建物の基礎を支える支持力が十分ではないので、どう影響するのか予測するための理屈をつくったりしています。

　この研究では、力を受けた土粒子が砕けていく様子を再現しましたが、逆にいまある土がどのくらい砕けているかを調べれば、過去にどれくらい力を受けたかも逆算できるんじゃないかと考えました。例えば、縄文や弥生の建物跡が発見された時に、もちろん建物自体は残っていないのですが、建物の復元画像が出てくるんです（図4）。

この画像はどうやって復元をつくってるのかなと疑問に思ったんです。いろいろ調べると、土器に彫ってある家の絵とか、家の形をした埴輪とか、そのあたりから類推しているようなんですけれど、この建物の大きさがそもそも正しいのか、私の理論で逆算できないかなと思いました。柱穴の底の土の粒が潰れたりしていれば、そこにどのくらいの重さがどれだけ掛かっていたのかを逆算できないかというような研究です。
　他には、岩石に力をかけると形が変わりますが、形の変わり方から岩石がどの方向に硬いか逆算する方法をつくりました。この方法を使えば、ある岩石はこの方向には硬いけれど、別の方向は柔らかいといった特徴がわかるんです。四国の南に南海トラフという、大陸プレートに海洋プレートが沈み込んでいくところがあります。ここに「ちきゅう」という海洋研究開発機構の探査船がいって、海底まで5キロ近くパイプを入れて、さらに海底から1キロくらいの地盤をずっとドリルして、大陸プレートと海洋プレートの沈み込み帯の境界から岩石を採っています。そうして採った岩石を分けてもらって、それがどの方向にどのくらい硬いかを調べています。土や岩石はいったん力を受けた方向に硬くなる性質を持っているので、硬さの違いは、それまでに受けた力の履歴を大体反映しているんです。その硬さの違いを見ることで、沈み込み帯がどの方向に沈み込んでいるか、どれだけの力を受けているのか逆算することを試みています。
　少し異なる方向性の研究ですが、最近住宅情報誌の「SUUMO」で「首都圏184市区 防災力」という特集が組まれて、自然災害に対するリスク指標GNS（Gross National Safety for natural disasters）が取り上げられました。この指標は地盤工学会の委員会と協力しながら、私と卒論生で研究開発しているもので、全国の自治体の自然災害リスクを数値化するものです。自然事象が発生する頻度を表すハザードと、自然事象の影響を受ける場所にどのくらい人が住んでるかを表す暴露、災害に対する社会や経済の備えがどのくらいできていないかを表す脆弱性を掛け合わせることでリスクを数値化する方法を提案して、全国の都道府県のリスクを計算しました。2013年から数年かけて卒論生と研究したもので、開発したリスク指標はその後、地盤工学会から公表され、いまでも更新が続けられています。最近は市町村単位まで細分化されているんですけど、いろいろな場面で紹介していただくようになりました（図5）。

菊本先生の研究分野では、地質学のような領域との近接性もかなりあるんでしょうか。

菊本　あります。理学系の地質学と地球科学といった分野や工学系の石油や鉱石といった天然資源を扱う分野、土壌や地下水の環境を扱う分野に関わっています。だから僕の分野でも、地球科学の分野に論文を書きますし、土壌汚染を取り扱っている分野に論文を書くこともあります。そういう境界領域の研究は多くあります。

菊本先生の研究方針などあれば教えてください。

菊本　僕は文化人類学者であった梅棹忠夫さんが好きです。梅棹さんは、研究はインセンティブでやるものでなく、自分が何か解明したいという情熱を持ってやるものだと言われていますし、同時にきちんと批判も受けなければならないという話をされています。研究成果を公表し、同じ分野のプロフェッショナルからきちんと批判や評価を受けながら研究を改善していく姿勢は重要で、僕の基本的な研究姿勢になっています。
　また、私の故郷の偉人である吉田松陰の言葉に飛耳長目というものがあります。広く情報を集めることの大切さを言っていますが、しっかり情報を集めて、いろんな人と一緒に研究することはとても大事なことだと考えています。いまはコロナ禍で行き来することは難しいですが、海外の研究者と一緒に研究をやって、いろんな情報を得るように心掛けています。
　ポスドク時代に僕を受け入れてくれたミュアー・ウッド先生（Prof. David Muir Wood）の言葉も自分の研究の指針のひとつになっています（図6）。土のモデルをつくることはともすれば重箱の隅をつつくみたいに複雑になることもありますが、同時に数式の美しさやモデルの簡潔さ、実問題への実装のバランスをしっかり取らなければならないということをおっしゃっているんです。一般には複雑な数式を使うこともありますが、同じ分野の研究者が納得してくれるようなシンプルな仮定に基づいたモデルをつくることに注意しながら研究しています。

ミュアー・ウッド先生が言っているリアリティと実装にはどういう意味合いがあるんでしょうか。

菊本　土はいろいろな種類がありますし、固体である土粒子と液体の水、気体の空気が混ざりあった複雑な材料です。同じ土であっても湿り具合や空気の含み方、粒子の詰まり具合で性質が異なり、しかも性質はどんどん変わっていきます。風化や土粒子が砕ける現象も結構、複雑ですけど、リアリティというのはどこまで再現できるかということです。また、実装に関してですが、数式がうまく作れて、モデルの精度が良かったとしても、それをコンピュータのシミュレーションプログラムに組み込んで使ってみると計算が不安定だったり、すごく難しい場合があるんです。そういった、最終的に使うところ、実装されるシーンを意識しなさいという意味です。

そうした実際の土の計測をしてそれをモデル化していくことが菊本先生の研究にとって一番クリエイティブで重要な領域となるということですね。

菊本　土は自然の材料です。建物を建てる時に建設材料は選べますが、建物を支える土は選べないですよね。盛土を造る時はある程度、土を選べますけど、建物の下の地盤は選択できないので、凄く厄介な土でも対処しなくてはいけません。そういう多様で複雑な天然材料、どうなるかわからないものを実験で調べるのは面白いですし、頭の中で考えたことで土の振る舞いを再現するというのはチャレンジングで、うまくいった時は達成感や爽快感があります。地盤の力学は、都合の悪い材料、自分が意図していない材料を相手にするための学問で、取り扱わなければならない現象も広いので、研究テーマも沢山残されています。

これから取り組んでみたい研究テーマがあれば教えていただけますか。

菊本　ライフワークの一つになると思っているのが風化のテーマです。いまは乾燥と湿潤を繰返して土がどう風化するかを観察し、その結果をもとにモデルをつくり、いろいろな検討を進めていますが、実際に土がどう風化していくかはまだ完全にはわかっていないんです。時間もかなりかかる実験ですから、ライフワークの一つとしてじっくり風化の研究をやりたいと思っています。既に風化した岩石も使って実験を行い、数十年に渡る土の風化を観察できればと考えています。他にも土が侵食される現象とか長期的な現象を調べたいと思っています。こうした風化や侵食は地質学で習いますが、あまり力学的には説明されてない現象で、それをどうにか再現したいと思っています。

現象としては理解できているけど数式になっていないということですね。

菊本　何が起こるかはわかってきているんですが、力学的なモデルに置き換えられていないということはまだ完全に解明されてないことを意味していると思います。以前は土の研究というと、実験室で観察しやすい土の研究が多かったんです。砂浜にあるようなサラサラの砂を使った実験とか、カオリンという白いパウダー状の粘土を使った実験です。しかし現地で採取する実際の土は、固まっていたり、いろんな種類の粒子を含んでいたり、堆積や風化、侵食を受けているので一筋縄ではいきません。そうした本当の土の研究をもっと進めたいと考えています。
　力学の実験は、力をかけて物体がどう壊れるかという研究が多いです。しかし力をかけなくても壊れる現象があります。風化や侵食のように、力を加えないけれど材料自体の性質が変わり、いままで受けていた力が支えられなくなるといった、そういう性質の変化によって壊れる現象もあります。そうした現象は確認しにくいですが、材料の特性そのものの変化で壊れるというのは面白いと思っています。ですので、そうした現象をいろんな方法で再現したいと思っています。

最後に、学生に対してメッセージをいただけますか。

菊本　研究を楽しんでほしいです。面白いと思うことが凄く良い研究成果に繫がると思っています。骨の折れる作業でも楽しいと思えることは大切で、自分の思い通りの結果が得られない時でも、何でだろうと考えるのが楽しいと思うんです。複雑な現象だけどいくつかの過程を設けて、自分の頭の中で考えたことによってそれが再現できるかどうか確認してみようとか。人によって面白いと思えるポイントは違うと思いますが、楽しんでやっている時は良い成果を出せることが多いです。面白いと思えるのも才能だと思いますし、一緒に研究をしている学生には楽しんでほしいなと思います