• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Innovations in Progressive Failure Prediction Using Peridynamics from a Fracture Mechanics Perspective

Research Project

Project/Area Number 19K04957
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 25030:Disaster prevention engineering-related
Research InstitutionIshikawa National College of Technology

Principal Investigator

Shimbo Taiki  石川工業高等専門学校, 環境都市工学科, 准教授 (20572697)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Keywords亀裂進展解析 / 地震動 / 進行性破壊 / 数値解析 / Peridynamics / 破壊力学 / 地盤工学 / 盛土 / 災害
Outline of Research at the Start

近年,台風や地震による土砂災害が頻発・激甚化しており,大きな社会問題となっている.このような現状の中で土砂災害の予測対策は日本の土地利用に関する喫緊の課題である.しかし,進行性破壊である地滑り等の地盤破壊現象の科学的解明は未だ不十分である.そこで,本研究では滑り面が亀裂であると捉え亀裂進展解析手法Peridynamcisを用いて破壊力学の観点から進行性破壊の研究を行う.解析手法の改良と試験再現解析などを通して地滑り等の科学的解明を進め,進行性破壊予測のイノベーションを図る.

Outline of Final Research Achievements

Understanding progressive failure phenomena is necessary for predicting landslide disasters. In this study, progressive failure is investigated from the viewpoint of fracture mechanics by using peridynamics (PD), which assumes that the slip surface is a crack. In detail, PD has been applied to geotechnical engineering, and the development of codes for elasto-plastic analysis and seismic response analysis, soil tests, and reproduction analyses have been conducted. Failure modes and fracture toughness values of clayey soils were clarified, and parameter studies of simulated earthquake external forces showed changes in crack propagation shapes with maximum acceleration and frequency. The results contribute to improving the accuracy of landslide prediction and are useful for understanding the fracture behavior of soils.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

地すべりなどの地盤破壊現象を解明するためには,物体が逐次分離していく進行的な破壊現象を扱う解析手法が必要である.しかし,亀裂の発生進展とその地盤の崩壊現象を同時に扱うことのできる手法は数多くない.本研究では亀裂進展解析手法Peridynamicsの地震応答解析や弾塑性解析への応用を行った.また,地盤の耐亀裂性能や地盤材料の破壊形態についても実験を通して明らかにしている.これらの実験結果の再現や再現された物理量を用いて地盤の亀裂発生から進展までを解析可能な手法の基礎が確立した.本手法を更に発展させることで地すべりの発生から崩壊までを扱える破壊力学的予測解析手法が確立し,土砂災害の軽減に繋がる.

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results)

  • [Journal Article] Effect of water contents and initial crack lengths on mechanical properties and failure modes of pre-cracked compacted clay under uniaxial compression2022

    • Author(s)
      Shimbo Taiki、Shinzo Chisato、Uchii Ukyo、Itto Ryota、Fukumoto Yutaka
    • Journal Title

      Engineering Geology

      Volume: 301 Pages: 106593-106593

    • DOI

      10.1016/j.enggeo.2022.106593

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Seismic Response Analysis for Ordinary State-Based Peridynamics in a Linear Isotropic Elastic Material2020

    • Author(s)
      Shimbo Taiki、Itto Ryota、Inaba Koutaro、Araki Kouichi、Watanabe Naoto
    • Journal Title

      Journal of Peridynamics and Nonlocal Modeling

      Volume: - Issue: 2 Pages: 185-204

    • DOI

      10.1007/s42102-020-00029-8

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 3D プリンタ製円柱/角柱供試体を用いた初期亀裂を有する供試体の破壊形態に関する研究2023

    • Author(s)
      新保 泰輝, 岡 凌也, 福元 豊
    • Organizer
      令和4年度土木学会中部支部研究発表会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Peridynamicsによる3Dプリント砂型供試体の圧縮試験の再現解析2023

    • Author(s)
      岡 凌也, 新保泰輝, 河村知記, 福元豊
    • Organizer
      第58回地盤工学研究発表会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Peridynamicsによる3次元地震応答亀裂進展解析手法の開発2023

    • Author(s)
      叶田 知愛, 新保 泰輝, 河村 知記, 福元 豊
    • Organizer
      第58回地盤工学研究発表会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 微分演算子形式のペリダイナミックスを用いたE積分の評価2023

    • Author(s)
      藤田 達大, 新保 泰輝
    • Organizer
      令和5年度土木学会全国大会 第78回年次学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Crack propagation analysis of compacted clays with various water contents using Peridynamics2022

    • Author(s)
      Chisato Shinzo, Taiki Shimbo, Yutaka Fukumoto
    • Organizer
      The 7th International Conference on "Science of Technology Innovation"
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 弾塑性Peridynamicsを用いた亀裂を有する締固め粘土の再現解析2022

    • Author(s)
      新保 泰輝, 新蔵 千沙都, 河村 知記, 福元 豊
    • Organizer
      第57回地盤工学研究発表会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Peridynamicsによる入力地震波特性に着目した盛土の亀裂進展解析2022

    • Author(s)
      新保 泰輝, Muhammad Khairullah Bin Adlan, 河村 知記, 福元 豊
    • Organizer
      第25回応用力学シンポジウム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Crack Propagation Analysis in Embankments during Earthquakes using Ordinary State-based Peridynamics2022

    • Author(s)
      Taiki Shimbo, Tomoki Kawamura, Ukyo Uchii, Yutaka Fukumoto
    • Organizer
      15th World Congress on Computational Mechanics (WCCM-XV) 8th Asian Pacific Congress on Computational Mechanics (APCOM-VIII)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 初期亀裂を有する青粘土の破壊形態に関する含水比の影響2021

    • Author(s)
      新蔵千沙都, 内井右京, 一藤亮太, 新保泰輝, 福元豊
    • Organizer
      令和3年度第76回土木学会全国大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] E積分を用いた折れ曲がり瞬間後の仕事変化率のX-FEM解析2021

    • Author(s)
      浜本真汐, 福森雄基, 新保泰輝, 福元豊
    • Organizer
      令和3年度第76回土木学会全国大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Peridynamicsによる引張破壊を考慮した盛土の亀裂進展解析2021

    • Author(s)
      内井右京, 河村知記, 新保泰輝, 福元豊
    • Organizer
      令和3年度第76回土木学会全国大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 地盤/梁連成地震応答XFEMの開発2021

    • Author(s)
      内井右京, 新保泰輝
    • Organizer
      第3ブロック専攻科研究フォーラム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 切り欠きを有する3Dプリンタ製砂供試体の破壊形態について2021

    • Author(s)
      新蔵 千沙都, 新保 泰輝, 福元 豊
    • Organizer
      第3ブロック専攻科研究フォーラム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Peridynamicsを用いた地震時の盛土の亀裂進展解析2021

    • Author(s)
      内井右京, 河村知記, 新保泰輝, 福元豊
    • Organizer
      第1回JGS北陸支部ユースネットワーク研究発表会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 仕事変化率を用いた亀裂進展方向に関する基礎的検討2021

    • Author(s)
      浜本真汐, 福森雄基, 新保泰輝, 福元豊
    • Organizer
      第1回JGS北陸支部ユースネットワーク研究発表会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 初期亀裂を有する粘性土の一軸圧縮試験結果に及ぼす含水比の影響2021

    • Author(s)
      新蔵千沙都, 内井右京, 一藤亮太, 新保泰輝, 福元豊
    • Organizer
      第1回JGS北陸支部ユースネットワーク研究発表会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Implementation of the Drucker-Prager model for Ordinary State-Based Peridynamics using a Local plastic multiplier2021

    • Author(s)
      Taiki Shimbo, Tomoki Kawamura, Yutaka Fukumoto
    • Organizer
      16th U.S. National Congress on Computational Mechanics
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 青粘土の亀裂を挿入した供試体の作製方法とその一軸圧縮試験2021

    • Author(s)
      新蔵 千沙都, 内井 右京, 一藤 亮太, 新保 泰輝, 福元 豊
    • Organizer
      令和2年度土木学会中部支部研究発表会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Peridynamics を用いた自重解析への質量比例減衰の影響2021

    • Author(s)
      内井 右京, 一藤 亮太, 新保 泰輝, 福元 豊, 荒木 光一
    • Organizer
      令和2年度土木学会中部支部研究発表会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Peridynamics を用いた亀裂を有する粘性土の一軸圧縮シミュレーション2021

    • Author(s)
      一藤 亮太, 澤 知行, 花沢 大輔, 新保 泰輝, 福元 豊
    • Organizer
      令和2年度土木学会中部支部研究発表会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Peridynamicsへのローカルな塑性乗数を用いたDrucker-Prager弾塑性モデルの実装2021

    • Author(s)
      新保泰輝, 河村知記, 福元 豊
    • Organizer
      第26回計算工学講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Semi-verification of seismic-response analysis for an embankment using peridynamics2020

    • Author(s)
      Ryota Itto, Hiroki Kubo, Taiki Shimbo
    • Organizer
      3rd International Conference on Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems (COMPSAFE 2020)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Work difference rate of soils in the Drucker-Prager model using X-FEM2020

    • Author(s)
      Yuki fukumori, Taiki Shimbo, Yutaka Fukumoto
    • Organizer
      The 5th STI-Gigaku 2020 International Conference on "Science of Technology Innovation"
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Inverse analysis of uniaxial compression tests on clays with a crack2020

    • Author(s)
      Ryota Itto, Tomoyuki Sawa, Daisuke Hanazawa, Taiki Shimbo, Yutaka Fukumoto
    • Organizer
      The 5th STI-Gigaku 2020 International Conference on "Science of Technology Innovation"
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ordinary State-Based Peridynamicsを用いた地震応答解析手法の開発2019

    • Author(s)
      一藤亮太, 新保泰輝, 荒木光一, 渡邊直人
    • Organizer
      第74回土木学会年次学術講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi