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表面土質力学による侵食モデリングと内部空洞の形状同定

Research Project

Project/Area Number 23K21246
Project/Area Number (Other) 21H02304 (2021-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 41030:Rural environmental engineering and planning-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

藤澤 和謙  京都大学, 農学研究科, 教授 (30510218)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Keywords農業水利施設 / 侵食 / 防災減災 / 逆解析 / 土質力学 / 表面 / 形状同定
Outline of Research at the Start

激甚化する豪雨の発生により,土で構成されるため池等の農業水利施設は,豪雨が原因となって決壊に至ることがある。その主な原因は越流(表面流による侵食)とパイピング(浸透流による侵食)であり,これらを予測し,防ぐことが施設の防災・減災に重要となる。その際,発生し得る侵食の「予測」と構造物内部に存在する侵食箇所(パイピングなどの空洞箇所)の「同定」が重要な課題であり,本研究課題は上記の「予測」と「同定」の両者に取り組み,生産基盤施設の強靭化に貢献することを目的としている。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は,ため池などの機能損失につながる水の作用による土の侵食について,高精度な現象予測を実現するとともに,水みち(パイピングと呼ばれる)などの構造物内部の空洞領域を同定する逆解析手法を開発することで,農業水利施設防災・減災並びにストックマネジメントに貢献することを目的としている。現在,土の侵食に関する大きな課題は,現象予測の精度不足,水みちなどの施設内部に存在する侵食箇所の同定が非常に困難であることの2点にあり,現象予測(順解析に対応)と侵食箇所の同定(逆解析に対応)に関する研究を進めてきた。現象予測については,土の表面で生じる現象を正確にとらえ,その挙動のモデリングを行うため,浸透流と表面流が同時に作用する地盤表面の挙動を高精度PIV(Particle Image Velocimetry,粒子画像流速測定)装置 によって計測し,変分マルチスケールSpace-Time有限要素法を応用することで侵食現象を安定的シミュレートできる数値解析法を開発できたことで高度な現象予測を可能にする大きな成果を得た。一方,空洞形状の逆解析については水みちや空洞等の境界を直接的に推定することで,それらの形状を同定する基礎手法をこれまで開発してきており,当該年度は逆解析手法の検証のための実験(室内実験を予定していたが現地実験に変更)を進めた。また,計算負荷の少ないアルゴリズムを導入することで,空洞等の形状を同定に必要であった時間を大幅に短縮することに成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究は,土構造物に発生する侵食について高度な「予測」及び「同定」を目的とするものである。実験については,計測の難しさはあるものの,改善を繰り返しながら進めることができた。また数値解析(=「予測」)や逆解析(=「同定」)のための計算については問題なく進展している。

Strategy for Future Research Activity

土を取り巻く水の流れの計測精度においては,細かい実験装置の調整を行うことで更なる改善を行う。現象予測のための計算コードはさらに安定性を高める方策として,変分マルチスケール有限要素法の枠組みの中で、安定化項をより正確に評価する方法を模索する。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (53 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (17 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 15 results,  Open Access: 6 results) Presentation (34 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Velocity-based apace-time FEMs for solid dynamics problem: Generalized framework for linear in time basis2024

    • Author(s)
      V. Sharma, K. Fujisawa and Y. Kuroda
    • Journal Title

      Computational Mechanics

      Volume: - Issue: 4 Pages: 913-936

    • DOI

      10.1007/s00466-024-02461-9

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      Volume: -

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      清水 紫媛、藤澤 和謙、Sharma Vikas
    • Journal Title

      Transactions of the Japan Society for Computational Engineering and Science

      Volume: 2023 Issue: 0 Pages: 20230004-20230004

    • DOI

      10.11421/jsces.2023.20230004

    • ISSN
      1344-9443, 1347-8826
    • Year and Date
      2023-04-28
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      Volume: 124 Issue: 24 Pages: 5504-5532

    • DOI

      10.1002/nme.7352

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      Volume: - Pages: 51-68

    • DOI

      10.5772/intechopen.108363

    • ISBN
      9781803552224, 9781803552231
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    • DOI

      10.1016/j.sandf.2021.03.005

    • NAID

      120007124427

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      小西亜実,福元 豊,藤澤和謙,村上 章
    • Organizer
      第78回農業農村工学会京都支部研究発表会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Book] 水理模型実験の理論と応用 ―波動と地盤の相互作用―2021

    • Author(s)
      土木学会海岸工学委員会(分担執筆:藤澤和謙)
    • Total Pages
      177
    • Publisher
      土木学会
    • ISBN
      9784810610376
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] 京都大学 農学部 施設機能工学分野

    • URL

      https://www.agrifacility.kais.kyoto-u.ac.jp/index.html

    • Related Report
      2023 Annual Research Report 2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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