2021 Fiscal Year Annual Research Report
偶発的マルチハザードに対する河川堤防のロバスト性評価の実現
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20H00264
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
肥後 陽介 京都大学, 経営管理研究部, 教授 (10444449)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
音田 慎一郎 京都大学, 工学研究科, 准教授 (50402970)
高野 大樹 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 港湾空港技術研究所, グループ長 (80626218)
大竹 雄 東北大学, 工学研究科, 准教授 (90598822)
糸井 達哉 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (60393625)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ロバスト性 / 河川堤防 / マルチハザード / 侵食 / 地震 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
トランスパレントソイル（TS）を用いた侵食実験：単純斜面での侵食実験を実施した．シリカとヨウ化ナトリウム溶液の屈折率を同期させるTS実験技術により浸透による飽和領域を可視化した．侵食過程はレーザーの反射光で可視化し，高速度カメラで取得した画像を用いた画像相関法(DIC)によりせん断ひずみ場を解析した．これらにより，表面侵食メカニズムを明らかにした．また，堤防模型の越流侵食実験をTSを用いて実施し，越流侵食による破堤の過程における，堤防の形状変化，浸透挙動，間隙水圧を経時的に記録した．実験条件は，流速，裏法面傾斜，天端幅，材料を変化させて実施した．
越流時における堤防破壊過程の数値解析技術：昨年度開発した手法を用いて，実験のシミュレーションを実施し，実験結果との比較から解析手法の妥当性を検証した．
地震時の詳細解析法の代替モデル構築：入力地震動の不確実性を考慮し，地盤物性と外力の双方の不確実性を考慮したUQ解析法に拡張した．多数の数値解析を実施し，線形代替モデルによる破壊形態の確率評価の有効性を検証した．
地震時／越流時の堤防のロバスト性評価手法：偶発荷重（L2地震／越流）時における設計外力（外力規模，継続時間等）の不確実性を確率変数として取り扱い，多数の組み合わせシナリオについて代替モデルで解析によって，堤防が致命的な破壊シナリオに至る確率変数の組み合わせを抽出した．次に，それらの致命的シナリオを回避し粘り強い破壊形態へと誘導するための対策工あるいは堤防構造について，詳細解析に立ち返って探索することによって，堤防のロバスト性を評価した．
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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
パンデミックの影響で，トランスパレントソイル（TS）を用いた侵食実験に遅れが生じたため，令和4年度に補助金を繰越して実施することとした．その他の研究は順調に進展した．
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| Strategy for Future Research Activity |
■土の構成式を用いた表面侵食のモデル化：浸透による有効応力の減少を多相連成法，せん断破壊をサクションの影響を考慮した弾塑性構成式で表現し，表面侵食をモデル化する．これらをMPMに適用し，掃流力を外力としたの実験の再現解析により，提案モデルの有効性を検証する．FVM解析で得られる堤体表面に作用する掃流力および堤体内の間隙水圧の解析結果を，MPM解析の外力として用い，堤体の侵食および形状を解析する手法（逐次連成解析）を開発する．別途実施する実験のシミュレーションを実施し，実験結果との比較から解析手法の妥当性を検証する．
■地震時の詳細解析法の代替モデル構築：上記モデルに，入力地震動の不確実性を考慮し，地盤物性と外力の双方の不確実性を考慮したUQ解析法に拡張する．多数の数値解析を実施し，線形代替モデルによる破壊形態の確率評価の有効性を検証する．
■越流時の詳細解析法の代替モデル構築：越流時の詳細解析法に対する代替モデルを構築する．越流時の侵食過程はより強い非線形挙動であるため，空間モードの学習(K-SVD)の適用等の非線形性への対応を検討し，適切なモード分解の手法を比較検討する．
■地震時／越流時の堤防のロバスト性評価手法：偶発荷重（L2地震／越流）時における設計外力（外力規模，継続時間等）および入力条件（堤防形状，材料パラメータ等）の不確実性を確率変数として取り扱い，多数の組み合わせシナリオについて代替モデルで解析によって，堤防が致命的な破壊シナリオに至る確率変数の組み合わせを抽出する．次に，それらの致命的シナリオを回避し粘り強い破壊形態へと誘導するための対策工あるいは堤防構造について，詳細解析に立ち返って探索することによって，堤防のロバスト性を評価する．
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