2021 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of deposition dynamics focusing on stress wave propagation of collapsed soil mass and sophistication of its evaluation methodology
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21K14239
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
内藤 直人 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10816200)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 急傾斜地 / 斜面崩壊 / 崩壊土砂 / 到達距離 / 衝撃力 / 応力波 / 粒状体 / 個別要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，実験的検討と数値解析的検討により斜面崩壊土砂の堆積ダイナミクスを明らかとし，崩壊土砂の到達範囲・衝撃力の新しい評価手法を検討，提案することである。
2021年度の研究実施計画は，実験的検討として，実規模スケールの土砂流下実験を実施し，崩壊土砂の堆積ダイナミクスを定量的に計測すること，数値解析的検討として，個別要素法（DEM）に地盤の粘着力を簡易的に導入した不飽和DEMモデルを開発し，実規模土砂流下実験の再現解析により解析モデルの妥当性を確認することである。数値解析にDEMを用いることで，低拘束圧下で大変形・破壊・衝撃等を伴う離散的な土砂流下現象を粒子レベル，粒子骨格レベル，崩壊土砂全体レベルまでマルチなスケールで現象を観察できるため，斜面崩壊土砂の堆積ダイナミクスの理解を促進することが期待できる。
実験では，実規模スケールの土砂流下実験として，高さ約30m，勾配50度の斜面において，50立米の湿潤土砂を流下させる実験を計画どおり実施できた。斜面から平坦部にかけて障害物がない流下土砂の到達距離を調べるケースと，斜面法尻に待受け対策工を設置して壁面衝撃力を計測するケースを実施した。実験では，高速度カメラ撮影とPIV画像解析により，斜面上および平坦部の土砂表面流速を計測し，SfM画像処理技術により流下土砂の最終堆積形状の三次元モデルを生成した。また，感圧シートにより待受け構造物に作用する衝撃圧分布を計測した。
数値解析では，効率的に検討を進めるために計算コストと不飽和土の再現性を両立するモデルとして，地盤の粘着力を簡易的に導入した不飽和DEMモデルを開発することができた。また，解析モデルの妥当性を確認するために，実規模土砂流下実験で得られた土砂表面流速，最終堆積形状，壁面衝撃圧力分布と比較し，開発した数値解析モデルが実験の各種計測項目を概ね再現できることを示した。
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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
今年度は，計画どおり実規模土砂流下実験を実施・計測することができ，また，地盤の粘着力を簡易的に導入したDEMモデルの開発も順調に進んだうえに，実規模実験の再現解析により解析モデルの妥当性を確認することができた。これらは次年度に実施予定の斜面崩壊土砂の堆積ダイナミクス解明に必要不可欠なデータおよび検討ツールであり，今年度はその前段階としての研究を計画的に遂行できたと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，斜面勾配，流下長さ，崩落量，土砂粒径，斜面粗度，先着堆積土量等をパラメータとした系統的な土砂流下模型実験により各種パラメータが崩壊土砂の堆積ダイナミクスに及ぼす影響を網羅的に調べ，今年度得られた実規模実験結果も踏まえて，斜面崩壊土砂の流下現象に対するＤＥＭモデリング手法を構築する。また，開発したDEMモデルによる数値解析的検討として，実験では検討できない多様な斜面・崩壊条件や複雑な現象を思考実験的に理想・単純化した条件で数値実験を実施し，土砂のエネルギー減衰と密接に関係する土中の衝撃力伝達挙動という新しい着眼点からアプローチすることで斜面崩壊土砂の堆積ダイナミクスを明らかにする。これにより崩壊土砂の到達範囲・衝撃力の新しい評価手法を検討，提案を目指す。
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