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Elucidation of deposition dynamics focusing on stress wave propagation of collapsed soil mass and sophistication of its evaluation methodology

Research Project

Project/Area Number 21K14239
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 22030:Geotechnical engineering-related
Research InstitutionToyohashi University of Technology

Principal Investigator

Naito Naoto  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10816200)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Keywords急傾斜地 / 斜面崩壊 / 崩壊土砂 / 到達距離 / 衝撃力 / 応力伝播 / 粒状体 / 個別要素法 / 応力波 / エネルギー減衰
Outline of Research at the Start

本研究の目的は,斜面崩壊土砂の斜面流下~衝撃~停止という一連の堆積ダイナミクスをエネルギー減衰と密接に関係する衝撃力伝達の視点から解明し,斜面防災工の新技術開発や既存ストックの戦略的維持管理に貢献することである.まず,斜面・土砂条件を網羅的に変化させた土砂流下模型実験と実規模土砂流下実験により堆積ダイナミクスの基本的な傾向を明らかにする.続いて,それら流動現象を表現する効率的なDEMモデリング手法を構築し,複雑な流動現象を単純化した思考実験的検討や実験では観測が困難な土砂内部の挙動分析により堆積ダイナミクスを解明する.上記知見を基に,崩壊土砂の到達範囲・衝撃力の新しい評価手法を検討・提案する.

Outline of Final Research Achievements

We developed a simplified unsaturated DEM model incorporating ground adhesion and validated it by comparing with results from large-scale debris flow experiments, including deposition shape, sediment flow velocity, and wall impact pressure distribution. Using systematic and numerical experiments, we investigated the effects of parameters such as slope gradient, flow length, collapse volume, sediment size, and initial deposition volume on debris runout distance. Our analysis of sediment behavior and flow stability revealed the deposition dynamics of slope collapse, encompassing flow, impact, and cessation, with a focus on impact force transmission and its relationship to energy dissipation. We also proposed a novel evaluation method for runout distance and impact force based on energy dissipation.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本成果は,斜面防災工の新技術開発や既存ストックの戦略的維持管理に貢献するだけでなく,連続体解析に用いられる土の挙動を記述する構成則の低拘束圧環境下の衝撃挙動への拡張,地盤工学分野における様々な衝撃現象の理解に貢献する.今後は,土-構造物の衝撃相互作用を考慮した地盤・構造・衝撃分野を横断する学際的研究課題への発展が期待されることなどから学術的創造性も高い.地盤工学と構造工学が分野超えて連携することで種々の衝撃制御への土や地盤力学の利用を拡大し,新たな地盤工学のパラダイムに繋がることが期待される.さらに,地盤工学の知見を発展させることで,他の工学への貢献も十分期待できる.

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (33 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 5 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Loading rate dependence of granular cushion under rockfall impact and proposal of an analytical model for impact force estimation2023

    • Author(s)
      Naito, N., Maeda, K., Konno, Yuji Ushiwatari, Kentaro Suzuki & Ryoji Kawase
    • Journal Title

      Acta Geotechnica

      Volume: 18 Issue: 3 Pages: 2023-2023

    • DOI

      10.1007/s11440-022-01641-2

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  • [Journal Article] EFFECT OF ROCK MASS DIAMETER ON RUNOUT DISTANCE AND VELOCITY ATTENUATION OF DRY GRANULAR AVALANCHE2023

    • Author(s)
      Naoto Naito, Tatsuya Matsuda, Kinya Miura, Takumu Omura, Arif Daniel Bin Azmi
    • Journal Title

      International Journal of GEOMATE

      Volume: 25 Issue: 107 Pages: 1-8

    • DOI

      10.21660/2023.107.g12220

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] THREE-DIMENSIONAL DISCRETE ELEMENT MODELLING OF GRANULAR AVALANCHE UNDER MULTIPLE FLOW CONDITIONS2023

    • Author(s)
      Naoto Naito, Tatsuya Matsuda, Kinya Miura, Takumu Omura
    • Journal Title

      International Journal of GEOMATE

      Volume: 24 Issue: 106 Pages: 77-84

    • DOI

      10.21660/2023.106.g12219

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Full-scale weight-impact test for evaluating the rockfall energy absorption effect of the sand cushion and 2D-DEM analysis2022

    • Author(s)
      磯合凌弥 , 前田健一 , 杉山直優 , 菅原正則 , 今野久志 , 内藤直人
    • Journal Title

      Journal of Structural Engineering, A

      Volume: 68A Issue: 0 Pages: 999-1012

    • DOI

      10.11532/structcivil.68A.999

    • ISSN
      1881-820X
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  • [Journal Article] Weight-impact test of small-scale rockfall protective soil embankment with different materials and weight masses2022

    • Author(s)
      杉山直優 , 前田健一 , 牛渡裕二 , 鈴木健太郎 , 今野久志 , 内藤直人
    • Journal Title

      Journal of Structural Engineering, A

      Volume: 68A Issue: 0 Pages: 985-998

    • DOI

      10.11532/structcivil.68A.985

    • ISSN
      1881-820X
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  • [Journal Article] 落石挙動予測の高度化に向けた堆積層のエネルギー減衰性能評価2021

    • Author(s)
      内藤直人 , 前田健一
    • Journal Title

      地盤工学会誌

      Volume: 69(6) Pages: 16-19

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  • [Presentation] 三次元個別要素法による球状粒状体流れの数値実験モデルの構築2023

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      奥河優斗, 内藤直人, 三浦均也, 松田達也
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      Naoto Naito, Tatsuya Matsuda, Kinya Miura, Takumu Omura, Arif Daniel Bin Azmi
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      Naoto Naito, Tatsuya Matsuda, Kinya Miura, Yasuhiro Yamada, Takumu Omura
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      Proc. of 12th Int. Conf. on Geotechnique, Construction Materials & Environment
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  • [Presentation] STRESS WAVE PROPAGATION BEHAVIOR OF SAND CUSHION WITH DIFFERENT LOADING DURATION USING TWO-DIMENSIONAL DISCRETE ELEMENT METHOD2022

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      Naoto Naito, Kenichi Maeda, Kentaro Suzuki, Hisashi Konno
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      7th Interdisciplinary Workshop on Rockfall Protection (RocExs2020)
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  • [Presentation] ROCKFALL KINETIC ENERGY DAMPING PERFORMANCE OF GRANULAR LAYER AND ITS DEM SIMULATION2022

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      Kenichi Maeda, Naoto Naito, Kentaro Suzuki, Ryoji Kawase
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      7th Interdisciplinary Workshop on Rockfall Protection (RocExs2020)
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  • [Presentation] 斜面崩壊土砂の壁面衝撃圧力に関する実規模土砂流下実験とDEM解析2022

    • Author(s)
      高坂晏志, 内藤直人, 松田達也, 前田健一, 木村絢, 難波正和
    • Organizer
      令和4年度土木学会全国大会第77回年次学術講演会
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  • [Presentation] 実規模土砂流下実験におけるワイヤロープ支持式防護柵による崩壊土砂の速度減衰効果2022

    • Author(s)
      木村絢, 前田健一, 杉山直優, 磯合凌弥, 内藤直人, 難波正和
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      令和4年度土木学会全国大会第77回年次学術講演会
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  • [Presentation] 粒子形状と安息角の関係に関する基礎的検討2022

    • Author(s)
      内藤直人, 大村拓夢, 宮脇惇 Arif Daniel Azmi, 中瀬仁, 梶山慎太郎, 中田幸男
    • Organizer
      第57回地盤工学研究発表会
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  • [Presentation] 実規土砂流下実験における土砂流の先端及び後続の流動挙動2022

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      木村絢, 前田健一, 磯合凌弥, 杉山直優, 内藤直人, 難波正和
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      第57回地盤工学研究発表会
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  • [Presentation] 不飽和状態の斜面崩壊土砂の流下・堆積挙動に関する個別要素解析2022

    • Author(s)
      高坂晏志, 内藤直人, 松田達也, 木村絢, 前田健一, 難波正和
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      第66回理論応用力学講演会
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      Naoto Naito , Kenichi Maeda , Kentaro Suzuki , Hisashi Konno
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      Kenichi Maeda , Naoto Naito , Kentaro Suzuki , Ryoji Kawase
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      高坂晏志 , 内藤直人 , 松田達也 , 前田健一 , 木村絢 , 難波正和
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      木村絢 , 前田健一 , 杉山直優 , 磯合凌弥 , 内藤直人 , 難波正和
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      ARIF DANIEL BIN AZMI , 内藤直人 , 松田達也 , 石原寛也 , 前田健一 , 牛渡裕二
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      内藤直人 , 大村拓夢 , 宮脇惇 , Arif Daniel Azmi , 中瀬仁 , 梶山慎太郎 , 中田幸男
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      木村絢 , 前田健一 , 杉山直優 , 磯合凌弥 , 内藤直人 , 難波正和
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      高坂晏志 , 内藤直人 , 松田達也 , 三浦均也 , 木村絢 , 磯合凌弥 , 難波正和
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      宮脇惇 , 内藤直人 , 三浦均也 , 松田達也 , 大村拓夢
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  • [Remarks] 豊橋技術科学大学 地盤力学研究室Webページ

    • URL

      https://www.geomech-lab-tut.org/

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  • [Remarks] 豊橋技術科学大学 地盤力学研究室

    • URL

      http://www.geomech-lab-tut.org

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-01-30  

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