2018 Fiscal Year Annual Research Report
豪雨／地震災害リスク予測・評価による農業水利施設（群）の動学的マネジメント
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18H03967
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
村上 章 京都大学, 農学研究科, 教授 (80157742)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西村 伸一 岡山大学, 環境生命科学研究科, 教授 (30198501)
藤澤 和謙 京都大学, 農学研究科, 准教授 (30510218)
渦岡 良介 京都大学, 防災研究所, 教授 (40333306)
鈴木 誠 千葉工業大学, 創造工学部, 教授 (90416818)
福元 豊 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (60757350)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 農業水利施設（群） / 豪雨災害リスク / 地震災害リスク / データ同化 / 動学的マネジメント |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度は初年度の研究遂行にあたり、研究備品3Dプリンタの購入・設置を行った。各研究項目につき、以下の内容を遂行した。
地盤表面及び内部での土の侵食／変形に関して、土の表面で生じる現象のモデリングに取り組んだ。土の表面に作用する流体力（浸透流が表面の土粒子群に与える力）を評価するため、3Dプリンタを用いて一様な粒径を有する疑似的な土試料を作成した。土試料は、一層毎のシートとなっており、これを積み重ねることで、模擬土質試料を完成させた。また、この試料を利用した浸透実験装置を作成し、表層の浸透力の測定に取り組んだ。研究計画のうち「土表面に作用する流体力のモデリング」について、上向き浸透流が土粒子群の表面に与える流体力を調べた。
兵庫県のため池においてUAVを用いて三次元計測を行い、三次元モデル化を実施した。さらに、地中部分も含め、有限要素モデル化を行った。これを用いて三次元有限要素法動的解析を実施し、ため池堤体の三次元安定性を検討した。
一方、ため池堤体を模擬した遠心模型実験とその数値解析を実施した。遠心模型実験ではため池堤体の締固め度、ため池水位の変動、ため池堤体の対策工がため池堤体の地震時変形量に与える影響を検討した。この結果、ため池堤体の締固め度が十分であれば、地震時変形量は抑えられること、ため池水位が急低下した状態では地震時変形量が大きくなること、ため池堤体法尻の排水工が有効な対策であることを明らかにした。
既設管水路を対象として近接する杭基礎構造物を構築するときのリスクを評価するため、アルミ棒を用いた模型実験とその数値解析を実施した。管水路までの水平距離と杭先端からの深さをパラメータにして、影響範囲と大きさを検討した。水平距離では管径の3倍離れると影響はなくなり、1.5倍の位置では杭基礎が傾く可能性が大きくなることを、模型実験と数値解析から明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究初年度として、研究は当初計画に沿っておおむね順調に進展した。その具体的な内容を研究項目ごとに示すと以下のようである。
研究計画において、当該年度に予定した設備備品として3Dプリンタ（Formlabs社製）を購入し、模擬土質料の作成及び浸透実験装置の作成を行った。現在、実験装置の調整を行いながら、土表層に加わる浸透力の測定を行っており、計画通りに進捗している。
適当な土粒子配置の土サンプルを数値解析において作成し、既往の実験を参考にしながら、上向き浸透流を受ける土粒子群の粒子-流体連成解析を実施した。また、個別要素法と格子ボルツマン法を連成した粒子-流体連成解析手法について、多孔質体流れの乱流域を計算するためのモデルを導入した。
UAVを用いてため池堤体を計測し、有限要素法モデル化できる技術を確立できた。また、従来から所有しているサウンディングと物理探査手法を用いて、地中を可視化し、有限要素モデルに適用することを検討している。
リスクのための定量的な評価指標の設定が少し遅れているが、ぼぼ順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度の研究推進方策を研究項目ごとに示すと、以下のようになる。
今後の検討事項は、地盤内部の計測方法を充実させることである。とくに、微動アレー計測を行い、簡便に地盤内部の剛性を同定する方法を検討する。また、直接基礎や地震時等の水平外力の影響を考えた状況を考慮し、既設管水路に与える影響を模型実験とその数値解析で実施する。
次に、地盤表層で生じる侵食／変形のモデリングについては、当該年度に準備した実験装置により、表層に作用する流体力の測定を継続する。この実験結果は、個別要素法（DEM）と格子ボルツマン法（LBM）による粒子―流体計算に直接的につなげることができる。実験と数値計算の両面から、土表層に作用する流体力を把握し、そのモデル化を行う。3Dプリンターにより作成した土サンプルと同じ土粒子配置を数値解析においても再現し、浸透流が土粒子群の表面に与える流体力についての検討を初年度と同様に進める。そして、模型実験で得られた結果と比較する。
さらに、動的解析については実験ケースを蓄積し、ため池堤体の地震時変形量に与える要因分析を行う。並行して、数値解析手法による再現解析も実施し、災害危険度評価に用いる不飽和土の動的解析モデルの妥当性を確認する。
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