Dynamics of impact force wave in soil due to rock fall: paradigm shift of rock fall protection by using soils
| Project/Area Number |
20H02241
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22030:Geotechnical engineering-related
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
前田 健一 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50271648)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
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| Keywords | マイクロメカニクス / 落石 / トライポロジ / マルチスケール / 個別要素法 |
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| Outline of Research at the Start |
粒子～粒子骨格～連続体という「マルチスケールな視点」と離散的な粒子性と連続的な波動性の両面の特性を持つ「二重性の視点」という独創的な視点による考察である。
土の緩衝材を介して構造物に作用する伝達衝撃力の最大値を決めるのは、落石衝撃力の最大値だけでなく継続時間・波形性状の影響や粒子間回転・接点間の剥離・すべりを伴う不可逆な塑性応力波の伝播過程の応力減衰の影響が強いことを明らかにする点である。さらに、工学的価値が高く、簡易な衝撃力波形の推定方法も提案する。本成果は土の緩衝メカニズム解明の大きな突破口であり、地盤・衝撃・物理の力学の分野の壁を超えた学際的・学術的価値の高い独創的な研究成果をもたらす。
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| Outline of Annual Research Achievements |
画像解析を活用した測定を取り入れた新しい衝撃実験によって、土内部の局所的な変形挙動や伝達応力について、いままで見逃されていた現象の可視化に挑戦した。また、従来のように土を連続体レベルだけで捉えるのではなく、粒子レベル、粒子が連なった粒子骨格レベルといったマルチなスケールで観察し、それらの相互作用から緩衝メカニズムを深掘りした。そのために、個別要素法（以下DEM）解析も準備を開始した。さらに、衝撃力の緩衝挙動を粒子自体の特性が顕著に表れる粒状体としての性質（粒子性）と波として伝播する性質（波動性）の二重性で捉えることを視野に入れた。
従来の落石衝撃実験では構造物が主体であり、載荷に伴う土の密度変化や粒子破砕、粒子間に存在する間隙水の量とその速い移動や表面張力の影響については見逃されてきた。これらは粒状体の力学、地盤力学が得意とするところであり、小型の実験装置であるが、新たに実験方法や測定手法を考案し、多角的な視点から土の緩衝メカニズムの可視化に挑戦した。また、DEM解析により、非円形、非球形の粒子を用い土粒子の滑り・回転や接触力、粒子が連なり応力が集中する応力鎖の発生・消滅、衝撃力の波動挙動の相互作用を定量的に関係付けて説明する準備をした。落石対策工に作用する外力の評価の精度向上、土を利活用した緩衝層の衝撃応答メカニズムの解明、そして、対策工の長寿命化に効果的な補強方法の提案が研究課題である。そのために、大型模型実験・実物大模型実験と数値解析を用いて検討した。
1) 表土の跳ね返り特性に及ぼす落体特性と地盤力学的特性の影響を実験によって検討した。
2) 緩衝層の衝撃力伝達特性に及ぼす地盤力学的特性の影響および相似則の導出を検討開始した。
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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
コロナ禍であったが、実物大実験や室内実験も計画通りに進めることができた。申請前までの準備状況やポイントと絞った研究企画とウェブを活用した多様なディスカションができたことが進捗に良い影響をもたらすことことができたためと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画については特に変更はなく、今後も計画通りに進める。
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Report
(1 results)
Research Products
(17 results)
