2006 Fiscal Year Annual Research Report
粒状体の準静的流れから高速流れへの移行に関する基礎的研究
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16360233
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
小田 匡寛 埼玉大学, 大学院理工学研究科, 教授 (90008855)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩下 和義 埼玉大学, 大学院理工学研究科, 助教授 (40203377)
岸野 佑次 東北大学, 大学院工学研究科, 教授 (00005448)
鈴木 輝一 埼玉大学, 大学院理工学研究科, 助教授 (70282423)
風間 秀彦 埼玉大学, 地圏科学研究センター, 助教授 (40008868)
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| Keywords | 粒状体 / 流れのメカニズム / せん断帯 / 画像解析 / 数値シミュレーション |
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| Research Abstract |
土構造物は、壊れてはならないとの前提で設計される。しかし現実には、土構造物の基礎地盤の破壊は毎年繰り返され、流れる土砂は土木構造物に大きな被害を及ぼし続けている。この事実は、破壊後の土の挙動がいかに重要であるかを示している。土の破壊は、せん断帯に沿う準静的な滑りから始まり、条件によっては高速な流れへと移行する。この移行現象は、土石流の制御や被害の軽減を考えなければならない技術者にとって、きわめて緊急かつ重要な課題であると言わざるを得ない。本年度は、二次元せん断装置を使った室内実験と数値シミュレーションを行い、準静的から高速までの流動特性について検討し、次の結果を得た。
1)2次元のせん断流れ実験装置により、高速流れの粒状を高速ビデオの画像を処理することによって追跡し、粒子移動・回転を高精度に捉え、粒状温度分布、粒子密度分布、速度分布、速度勾配を量的に把握した。この実験成果を、数値シミュレーション結果、理論的な予測と照合することによって、粒子レベルでの静的流れから高速流れへの移行機構について明らかにした。
2)マイクロフォカスX-線CTにより3次元で静的せん断帯の構造変化を観察することにより、その粒子レベルでの流動メカニズムを解明した。また、準静的流れにある粒状体の微視的構造を数量化する一般的な手法を提案した。
3)個別要素法(DEM)により、準静的から高速流れへの移行を数値解析的にシミュレーションし、物理実験との定性的な一致を確認した。また、水との練成を考慮した数値解析的にシミュレーションの有効性が確認できたので、今後、液相の効果を考慮した高速流れへの移行問題を数値的に解明する予定である。
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