2013 Fiscal Year Annual Research Report
慣性力を考慮した弾塑性有限変形解析による断層生成・地震動発生シミュレーション
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25289143
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
山田 正太郎 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70346815)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野田 利弘 名古屋大学, 学内共同利用施設等, 教授 (80262872)
浅岡 顕 公益財団法人地震予知総合研究振興会, その他部局等, その他 (50093175)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 断層 / 地震 / 弾塑性 / 破壊 / 慣性力 |
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| Research Abstract |
慣性力を考慮した水～土骨格連成有限変形解析コードGEOASIAを用いて，荷重制御による支持力計算を対象に，破壊に伴う地盤振動の発生シミュレーションを行った。慣性力を考慮することによって，加速度運動を伴う進行性破壊が再現できることや，周辺地盤へ破壊に伴い発生する振動が伝播する様子を示した。また，解析領域を拡大し，発生する地盤振動の特性に与える破壊領域の大きさの影響について数値解析によって調べた。その結果，破壊領域の拡大に伴って，発生する地盤振動の卓越周期が長周期化することを示した。破壊領域で発生する応力降下量が，既往の研究で報告されているオーダーと一致することも示した。
また，横ずれ断層に伴って発生する上部地盤のフラワー構造や地表面に現れるリーデルせん断帯をひずみの局所化現象として数値計算によって再現することに成功した。特に，リーデルせん断帯の発生については，初期不整に起因して発生する一つの分岐モードとして捉えることができることが分かった。また，リーデルせん断帯が生成されやすい地盤の材料特性としては，せん断時に顕著に正のダイレイタンシーを示すことが挙げられることを示した。
さらに，より定量的な地盤挙動の再現を視野に土骨格の構成式の高度化を図った。具体的には二重硬化型の新しい弾塑性構成式の枠組みを提示した。二重硬化型弾塑性構成式はこれまでにも幾つか提案されているが，提案するモデルは二種類の弾塑性構成式が複合負荷と称する状態で挙動する点において既往のモデルにはない性質を示す。砂質土を対象に，室内要素試験とその再現解析を実施し，提案する構成式の諸特性と実験結果の再現能力の高さを示した。
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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
慣性力を考慮した水～土連成有限変形解析によって，破壊に伴う地盤振動の発生を再現することができることを示したという点，また破壊領域の大きさが発生する地盤振動に与える影響につい定性的傾向を掴むことができたという点で当初の目的を達成することができている。
また，横ずれ断層に対する既往の模型実験を参考に，フラワー構造を伴うリーデルせん断帯の発生シミュレーションを実施し，その再現に成功しているという点においても当初の目的を達成することができている。上記の解析が2次元解析であるのに対し，この解析は3次元の比較的大規模な解析であり，数値計算上の高速化の実績も示すことができたといえる。
また，地盤材料を対象とした構成式の高度化も初年度の研究目的の一つであったが，その点においても，これまでにはない二重硬化型の弾塑性構成式の提案を行っており，飛躍的な成果が上げられたと考えている。上述した横ずれ断層に対する上部地盤のフラワー構造を伴うリーデルせん断帯の発生シミュレーションでは，正のダイレイタンシー挙動が重要であることが明らかになっているため，提案する構成式による定量的なダイレイタンシー挙動の再現が，境界値問題を解いた際の地盤挙動の再現能力をより高めていくものと考えている。これまでに行った提案する構成式のパフォーマンスの確認は主に砂を対象にしたものであるため，岩盤のように硬い材料を対象にしてこの構成式の再現能力を示すことが，次年度以降に示すべき課題の一つであると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究は，基本的には，申請時に掲げた計画に沿って進めてゆく予定である。
初年度は主に横ずれ断層を対象とした解析を実施したが，正断層や逆断層に対する解析も実施し，既往の研究で言われている性質を確認してゆく。また，初年度は主に，破壊パターンの再現に主眼をおいて計算を実施したが，二年目では，破壊に伴い発生する地盤振動の特性についても詳しく調べてゆく。また，初年度は模型実験を対象に解析スケールを決定したため，二年目では実スケールの断層を想定した解析も実施する。さらに，初年度の解析に用いた地盤材料物性は既往の排水支持力解析で用いたことのある値を与えていたが，二年目では，初年度に提案した構成式を用いて，地盤の材料特性と発生する破壊および地盤振動の特徴について関係性を明らかにしてゆく。
また，二年目の目標の一つとして，海底活断層の破壊シミュレーションがある。このシミュレーションを実施し，海底活断層の破壊が巨大津波を引き起こしうるか検証する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
申請時に計画した金額を，実際に交付された金額が下回っていたため，購入を予定していたものを再検討した結果，二年目に高圧三軸用セルを購入することにした。
繰り越した助成金を主に高圧三軸用セルの購入に充てる。
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