2022 Fiscal Year Research-status Report
地盤材料の複合的な劣化機構に迫る「亀裂／細粒化／浸透」をつなぐ粒子型モデリング
| Project/Area Number |
22K04307
|
|---|
| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
|---|
Principal Investigator |
福元 豊 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (60757350)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
新保 泰輝 石川工業高等専門学校, 環境都市工学科, 准教授 (20572697)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| Keywords | 浸透 / 亀裂 / 粒状体 / マルチフィジックス / 格子ボルツマン法 / Peridynamics法 / 個別要素法 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，地盤材料が劣化する過程をマルチフィジックスな視点で捉えることで，その発生・進行要因の定量的な分類と整理を可能とすることである．とくに，亀裂，細粒化，浸透の3つの現象に着目し，土質試験と模型実験で得られた結果を踏まえて，亀裂－流体－粒状体を同時に考慮できる数値計算モデルを構築する．その過程で，課題A)「亀裂／細粒化」の粒子型モデリング，課題B)「細粒化／浸透」の粒子型モデリング，課題C)「亀裂／細粒化／浸透」の粒子型モデリングに取り組む．その結果，今年度は以下のような成果がそれぞれ得られた．
課題Aについて，透明砂による模型実験では，異なる粒径を持つ土粒子の層境界部における浸透流の直接的な観察方法を新たに構築した．多孔質体の輸送特性を表す指標の１つである水理的屈曲度と幾何的屈曲度に着目した分析の結果，層境界部とその他の領域では両指標の関係に違いが見られることがわかった．
課題Bについて，締固め粘土を用いた模型実験では，初期亀裂を持つ円柱形状の供試体に対して間接引張試験を実施した．初期亀裂角度と引張強度，亀裂形状の関係を主に調べた．また，次年度以降に実施するための三点曲げ試験機を新たに作成した．一方，数値計算モデルの開発では，Peridynamics法と個別要素法を連成した，破壊後の挙動まで取り扱うことができる数値計算モデルの検討を進めた．さらに，点載荷を受ける円柱供試体内の応力分布が理論解と一致することを確認したほか，上述した模型実験の再現計算を実施した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1年目である今年度は，当初の工程表の通り，課題Aと課題Bを並行して実施している．課題Aでは間隙中の浸透流の観察方法を改良することができ，また，課題BではPeridynamics法と個別要素法を組み合わせた数値計算モデルについての研究内容が論文として出版されるなど，両方の課題で一定の成果が得られた．よって，おおむね順調に進展している．
|
| Strategy for Future Research Activity |
2年目は今年度と同様に，課題Aの「亀裂／細粒化」の粒子型モデリングと課題Bの「細粒化／浸透」の粒子型モデリングを同時に進捗させる．とくに，課題Aについては，透明砂による模型実験に対応させた3次元条件下での格子ボルツマン法と個別要素法の連成モデルによる数値計算を実施する．また，課題Aと課題Bの融合課題である課題Cについて，Peridynamics法と格子ボルツマン法と個別要素法を連成したモデルの開発に着手する．
|
| Causes of Carryover |
今年度は独立基盤形成支援（試行）による追加の配分をいただいた．また，成果発表を行った国際会議は2件ともオンラインでの参加であったため，航費を含む外国出張旅費が必要なくなった．次年度使用額は計算機の購入費または実験装置の作成費に充てる予定である．実験消耗品や国内出張旅費については，当初の計画通りに使用する．
|
