2019 Fiscal Year Annual Research Report
Numerical simulation of ground motion by synthesized representation of transition between solid and liquid
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19H01094
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
寺田 賢二郎 東北大学, 災害科学国際研究所, 教授 (40282678)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森口 周二 東北大学, 災害科学国際研究所, 准教授 (20447527)
山口 裕矢 東北大学, 災害科学国際研究所, 助手 (20823579)
高瀬 慎介 八戸工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (00748808)
金子 賢治 八戸工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (30333834)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 土砂流動 / 土質構成則 / 固液遷移挙動 / MPM / 数値シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「フェーズA：材料構成則と数値解析手法の開発とその検証計算」
研究項目(a) 固体の弾塑性挙動と粘性流動挙動の両方と、それらの遷移挙動を表現可能な材料構成則の開発期間では、2019 年度始めから文献調査や国際会議等での研究動向調査を行い、上半期を過ぎたあたりから、並行して構成則の開発に取りかかった。既存研究の有無の調査、存在する場合にはそれとの差別化などを検討した。また、研究項目(b) 動的陰解法に基づく有限要素法と同等の精度を有する物質粒子法（MPM）の開発期間において、2019 年度上半期に既往の研究のレビューを済ませ、アイソジオメトリック解析（IGA）でも用いられるNURBS 関数を空間メッシュの基底関数に導入することで補間と移流による不安定性の緩和を実現した。第4 四半期には項目(a) の成果として得られた材料構成則をMPMのプログラムコードに実装する作業に取りかかった。
「フェーズB：地盤の固体性能と流体性能の個別実験および固体-流体間の遷移挙動の模型実験」
研究項目(d) 室内試験による地盤の支える機能と流れる性能に関する物性取得試験において、土質の固体材料としての強度・剛性といった物性取得をおこなった。一方、後半の”流れる性能”については、十分な量の水を含むスラリー状の土質資料を標準的な流動試験方法に従って降伏強度や粘性、摩擦角などの基本物性の取得を試みたが、実験設備が期待通りに稼働せず、試し試験程度で終わった。また、研究項目(e) 大型水槽を用いた地盤の固体から流体への遷移挙動の模型実験に際しては、地山あるいは盛土を模擬した模型地盤を作成し、逐次的に強度を失うように背後や上面から水を供給する装置などを考案した。そして、固体状態から流動が発生して形態の変化が収束するまで計測を試みたが、水の浸透による模型盛土の崩壊までの現象を再現することはできなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初予定していた「地盤の流れる性能に関する物性取得試験」が実験設備の不具合で予定通りに実施することができなかった。また、「大型水槽を用いた地盤の固体から流体への遷移挙動の模型実験」についても、実験模型の仕様の設計まで行い、実際に水を流して模型盛土の崩壊挙動を追跡する予定であったが、模型全体の寸法が小さいこと、自重の硬化が反映されなない装置であったことから、浸透流だけで崩壊挙動を表現することができなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度末に取りかかったフェーズBにおける個別研究項目「(d) 地盤の固体から流体への遷移挙動の模型実験」の実験を継続して実施し、第2 四半期には個別研究項目「(e) 大型水槽を用いた地盤の固体から流体への遷移挙動の模型実験」の実験に取りかかることにする。(d)の実施に際しては、地山あるいは盛土を模擬した模型地盤を作成し、逐次的に強度を失うように背後や上面から水を供給する装置などを考案し、固体状態から流動が発生して形態の変化が収束するまでを計測する作業を継続する。なお、模型盛土には、遠心載荷装置等を利用して自重の影響を加味する。
2020 年の第2 四半期には(e) の実験に取りかかる。ただし、水槽が八戸工業大学に設置してあるため、実験装置の設計や地盤模型の作成・設置など、実験・計測に関する作業はすべて金子・高瀬と大学院生が担当する。これまでの共同研究を通して購入した計測機器は利用可能ではあるが、古くなった加速度計の買い換えやレンタルを考えている。そして、強固な固体としての地盤から徐々に軟弱化して流動が始まり、流れ始めて落ち着くまでの一部始終を高解像度カメラで映像に収めて地盤プロファイルの時間変化を捉え、次の研究フェーズC における妥当性検証に耐えうる十分良質なデータを取得するよう配慮する。
上記と並行して、フェーズCとして、フェーズB(d) で取得したデータに照らしてフェーズA で開発した計算ツールのパラメータ同定とキャリブレーションを行うとともに、これらを用いてフェーズBの「(f) 支える機能と流れる性能を表現するためのパラメータ同定およびキャリブレーション」および「(g) 固体から流体への遷移挙動の再現解析による開発したシミュレーション手法の妥当性確認」のための模型実験の再現シミュレーションを実施して、計測されたデータとの比較により数値計算の検証を行う。
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