Multi-scale Ground Failure Simulator Based on the Particle Method in Consideration of Phase Transition
| Project/Area Number |
21J12338
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 25030:Disaster prevention engineering-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
辻 勲平 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 粒子法 / SPH / DEM / 浸透崩壊 / 内部侵食 / 半解像型連成モデル / 個別要素法 / 侵食 / 非解像型連成 / 解像型連成 |
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| Outline of Research at the Start |
豪雨に伴う堤防・斜面崩壊などの地盤災害は，元を辿れば地盤内の微視的な素過程（土粒子・水・空気の相互作用）に起因する．本研究では，地盤内で生じる本質的な素過程を粒子法による数値解析により観察し，巨視的な地盤の崩壊挙動を表現するマルチスケール・相転移型地盤崩壊シミュレータを構築する．
まず，地盤内の微視領域を直接モデル化した数値解析から，土粒子の接触・摩擦，間隙水の流れ，表面張力に伴う架橋力などの素過程を取得する．そして，これら素過程に対し均質化法などの空間平均化を講じ，従来の巨視的な地盤力学へと紐づけるマルチスケールモデリングを確立，固体相から流体相へと状態を変える崩壊前後の相転移条件を提示する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．非解像型連成モデルによる防波堤マウンドの浸透崩壊解析と連成モデルの限界の把握
前年度に引き続き，津波による防波堤の浸透崩壊に着目した，非解像型連成モデル（流体：半経験的な浸透流解析，土粒子：半経験的な抗力により駆動）による流体-土-構造連成解析を行った．ここでは，従来の非解像型連成モデルによる侵食の表現性能の限界を把握し，Terzaghiの限界動水勾配による定量的な破壊判定と，侵食による土粒子の流失を簡易的に考慮したDEMの密度補正を組み合わせることで，地盤の破壊までは定量的に評価し，破壊後の流動的な土砂挙動は定性的に表現するシミュレータの開発を達成した．
２．粒子法による解像/非解像型ハイブリッドタイプの半解像型モデルの提案
昨今着目される内部侵食（浸透流による土粒子の移動に起因した地盤内部での侵食）を表現し，侵食の数値実験が可能な新たな連成モデルの開発に取り組んだ．ここでは，表面の流体力を精緻に求める流体-固体連成問題として解く解像型連成モデルと，流体は平均的な浸透流として解き，土粒子には抗力を作用させる非解像型連成モデルを組み合わせたハイブリッドタイプの半解像型連成モデルを粒子法の範疇で開発した．提案モデルによる数値実験から，従来のモデルの欠点（解像型：莫大な計算コスト，非解像型：侵食の表現性能）を補う新たなモデルによって初めて内部侵食で特徴的な強い間隙流れや小粒子の噴出を表現できることを確認した．
本研究課題の実施を通し，目的であった水-土粒子-空気三相連成解析には至らなかったものの，従来の連成モデルの適用限界を把握したほか，粒子法の高精度化と新たな半解像型連成モデルの開発を行い，地盤の侵食を始めとする水-土の2相が複雑に影響して発生する地盤の微視的な素過程を，効率よく高詳細に表現できる新たなシミュレータを構築することができた．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(25 results)
