2007 Fiscal Year Annual Research Report
気泡の発生・発達を考慮した地盤の浸透破壊のメカニズム解明と対策方法の検討
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18560485
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
前田 健一 Nagoya Institute of Technology, 工学研究科, 准教授 (50271648)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中井 照夫 名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (00110263)
張 鋒 名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (70303691)
桧尾 正也 名古屋工業大学, 工学研究科, 助教 (00335093)
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| Keywords | 浸透破壊 / 気泡 / 過飽和水 / 進行性破壊 / PIV / SPH / 連成解析 / 不飽和 |
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| Research Abstract |
浸透破壊時に地盤内に存在する気泡がどのような影響をもたらすかを模型実験で調べた。気泡の発生要因として、あらかじめ地盤内に封入された気体のほかに、理論的に水に溶解できる気体量よりも多くの気体が溶けた状態(過飽和状態)の水から不安定な空気が気泡となって発生するものが挙げられる。気泡の発生ポテンシャルとしてDO(溶存酸素量)と温度から理論的な飽和曲線からの相対的距離を用いた指標を提案し、その有効性を示した。模型実験と画像解析であるPIV(Particle Image Velocimetry)を用いて気泡が発生した地盤の挙動を視覚・定量的に捉えた。その結果、地盤内に浸透する水が過飽和状態である場合、水中に溶け込んだ不安定な空気が水温変化や流れによる粒子との接触によって微細な気泡となって発生する。これらの気泡は浸透流によって徐々に集まり、大きな気泡に発達する。発達した気泡はやがて地盤外へ抜け出すが、下流側から気泡が抜ける際に土粒子が押し流され上流側が徐々に陥没する。このように,気泡の増加による限界動水勾配の低下(地盤の強度低下)と浸透距離の減少によるミクロレベルでの動水勾配の上昇(浸透力の増加)によって突然破壊が生じることを定量的に明らかにした。
本研究ではメッシュフリー法であるSmoothed Particle Hydrodynamics(SPH)法を用いて、distinctな手法と連続体的な手法の長所を生かした浸透破壊解析手法の開発を行った。解析では気泡のダイナミクスを取り入れ固・液・気体の三相の連成解析を可能にした。
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