2023 Fiscal Year Research-status Report
Development of fluid analysis method considering connection to the elasto-plastic analysis of soil and its application to the soil-water coupling analysis
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22K14324
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
豊田 智大 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80899964)
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2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | Full formulation / u-w-p formulation / u-p formulation / Darcy-Brinkman方程式 / 流体粘性 / 海底液状化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，間隙水の動的浸透を考慮した，Full formulationに基づく地盤の水～土骨格連成解析手法を，洗堀や海底液状化といった流体と地盤の動的相互作用問題を扱えるツールへと拡張するための足掛かりとして，流体力学と無理なく接続可能な解析手法を開発することであった．具体的には，1) 土骨格の増分型変形解析とcompatibleな土中の浸透流解析手法の検討，2) 間隙流体のモデルの精緻化，3) 改良した解析手法・モデルを搭載した水～土連成解析の実践であった．
本年度は，項目1)および2)の一環として，間隙水の粘性を考慮したDarcy-Brinkman方程式に基づく流体解析手法の開発を行った．具体的には，陰的時間積分を搭載した直接型解法（w-p formulation）において，液相分応力項に液相速度勾配に比例する流体粘性を考慮した流体解析手法を開発した．また，典型的な流れの初期値・境界値問題（平面Poiseuille流，Couette流，Cavity流）に対して本手法を適用し，解のVerificationを行った．また，解の空間分布および時間発展の安定性について考察を行った．
また，項目3)に関する検討として，波浪継続作用下にある海底地盤の変位場および水圧場の理論解をu-p formulationの支配方程式より導出し，透水係数に応じた理論解の特徴について考察した．また，境界圧を陽に未知数にとる解析手法（u-p-pb formulation）を実装し，半無限水平堆積地盤のモデル化における水理周期境界条件の重要性を指摘した．
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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
前項のように，流体粘性を考慮した解析手法を実装し，典型的な流れ場が適切に解かれることが確認された．また，流体粘性に起因する非ダルシ―性のほか，領域境界に接線流速を与える状況の下でも安定して流速場が解かれることなど，流体粘性を考慮した本手法の特徴と有効性を把握することができた．以上より，研究は順調に進展しているといえる．ただし，流体圧縮性や間隙率勾配の影響，高レイノルズ数条件下での解の安定性などについては，既往研究も参照しつつ，引き続き検討したい．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，項目1)，2)の検討として，引き続き流体解析手法の高度化にあたるとともに，項目3)において，特に高透水性領域を含む多孔質流れ問題，水～土連成問題への適用性を中心に提案手法の検証を進める．
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