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The multi-scale dynamics in granular flow considering stick-slip phenomena

Research Project

Project/Area Number 17K18901
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Civil engineering and related fields
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

MAEDA Kenichi  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50271648)

Research Collaborator Muir Wood David  
Take Andy  
Project Period (FY) 2017-06-30 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2017: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Keywords土石流 / スティック・スリップ / マイクロメカニクス / マルチスケール / 粒状体 / フルード数 / 限界状態 / 配位数 / 流れ / 浮き上がり / 二重性 / 波動 / 衝撃力 / 緩衝 / 堆積 / 応力波 / 分級
Outline of Final Research Achievements

The mechanism of dry granular flow was examined in micro and macro views. First, flow behaviors of dry granular materials on a slope were examined using PIV image analysis and a DEM in two dimensions. The simu-lation results replicated the tendencies shown in the test model results. Relationships exist between macro and micro behaviors during phenomena such as velocity distributions in depth stratification and uplifts of large particles that change flow grades. Similarly, stress chains are transmission paths of contact forces, this study's discussion focus. The distribution of the averaged coordination number was found to correspond to the distribution of velocity, indicating three layers of structure. This stratification could be explained by the state parameter, a relative variable dependent on void ratio, mean normal stress, and critical state. Moreover, the stress chains formed from the riverbed concentrated the larger particles and pushed them upwards to-wards the flow surface.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究が,理学,工学などの幅広い分野で着目される粒状体流れの力学的体系や方向を大きく変革,転換するブレイクスルーの切欠になると考えられる。流れの代表的特徴をスティック・スリップとして捉え,その単純明快な物理モデルと粒子性と波動性の二重性で捉える視点によって粒状体力学の画期的な進展が図られたり,流れの合理的な特徴の表現や分類を可能にすることで,粒状体流れの様々な現象の統一的理解が促進される.
流れ中に巨石が表面に浮き上がる現象や分級のメカニズムに新たな統一的解釈を与えることで,さらに粒状体流れを捉える新しい原理や土砂災害軽減のための提案が期待される.

Report

(3 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Queens University(カナダ)

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  • [Int'l Joint Research] University of Bristol(英国)

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  • [Journal Article] 二次元個別要素法を用いた落石防護土堤の衝撃緩衝性能に関する数値解析2018

    • Author(s)
      田中敬大,前田健一,堀耕輔,牛渡裕二,川瀬良司,鈴木健太郎
    • Journal Title

      構造工学論文集

      Volume: 64A Pages: 1-8

    • NAID

      130007675722

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  • [Journal Article] 水平流れが作用する地盤への浸透現象に伴う過剰間隙水圧の発生要因分析2018

    • Author(s)
      鈴木 悠真,前田 健一,松田 達也,高木 健太郎
    • Journal Title

      土木学会論文集B2

      Volume: 74 Pages: 721-726

    • NAID

      130007504111

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  • [Journal Article] 数式のない土木の数値解析 地盤工学における粒子ベースの数値解析の可能性 -地盤を科学し好学するために-2017

    • Author(s)
      前田健一
    • Journal Title

      土木学会誌 ( 土木学会 )

      Volume: 102 Pages: 44-45

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 表層流れに起因する地盤の流動および間隙水圧変化に関するDEM-CFD解析2017

    • Author(s)
      山口敦志, 前田健一,松田達也 ,高木健太郎
    • Journal Title

      土木学会論文集B2(海岸工学)

      Volume: 73

    • NAID

      130006171868

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  • [Journal Article] PIVによる水平流れに起因した土粒子・土粒子群の微視的な流動挙動解析2017

    • Author(s)
      松田達也, 前田健一, 山口敦志,高木健太郎, 鶴ヶ崎和博, 宮本順司,角田紘子
    • Journal Title

      土木学会論文集B2(海岸工学)

      Volume: 73 Pages: 529-534

    • NAID

      130006171866

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  • [Presentation] Micro - macro modelling of piping progressive failure in river levee2018

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      Kenichi Maeda
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      IS-Atlanta 2018
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  • [Presentation] Micro - macro modelling of piping and internal erosion in river levee2018

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      Kenichi Maeda
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      9th International Conference on Scour and Erosion
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  • [Presentation] 地盤・流体・構造物の連成問題の解析・分析手法構築にむけて ~ 混成堤式防波堤マウンド下部からの吸出現象を例に ~2018

    • Author(s)
      前田健一
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      第65回海岸工学講演会
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      前田健一
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  • [Presentation] 堤防における土粒子-土-地盤構造と水の連成ダイナミクス2018

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      前田健一
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      土木学会応用力学シンポジウム
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  • [Presentation] 落石防護土堤の耐衝撃性能に及ぼす粘着力の影響に関する個別要素法解析2017

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      内藤直人, 前田健一, 田中敬大, 堀耕輔, 牛渡裕二, 鈴木健太郎, 川瀬良司
    • Organizer
      計算工学講演会論文集
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  • [Presentation] 一次元スティック-スリップ現象のマイクロメカニクスに着目した粒状体の流動挙動2017

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      前田健一,田中敬大,堀耕輔,西村柾哉
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      第52回地盤工学研究発表会
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  • [Presentation] 落石防護土堤の耐衝撃挙動に及ぼす落体質量と衝突速度の影響に関するDEM解析2017

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      堀耕輔, 前田健一, 内藤直人, 田中敬大, 牛渡裕二, 鈴木健太郎, 川瀬良司
    • Organizer
      第52回地盤工学研究発表会
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  • [Presentation] 表層流れによる地盤応力変化の解析的考察の試み2017

    • Author(s)
      山口敦志,前田健一,高木健太郎
    • Organizer
      第52回地盤工学研究発表会
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  • [Presentation] 個別要素法解析を用いた粒状体流れの流下・堆積挙動に及ぼす粒子特性の影響2017

    • Author(s)
      田中敬大,前田健一,内藤直人,堀耕輔
    • Organizer
      第52回地盤工学研究発表会
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  • [Book] 日本土木史2018

    • Author(s)
      日本土木史編集特別委員会 (担当: 分担執筆 )
    • Total Pages
      100
    • Publisher
      土木学会
    • ISBN
      9784810607970
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  • [Remarks] 前田研究室HP

    • URL

      https://www.maeda-lab.org/

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Published: 2017-07-21   Modified: 2022-02-22  

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