A seepage failure simulation of ground structure using a particle method for quasi-static and dynamic analysis.
| Project/Area Number |
21K11918
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 60100:Computational science-related
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| Research Institution | Fujitsu Limited (Fujitsu Research) |
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Principal Investigator |
山口 裕矢 富士通株式会社(富士通研究所), その他部局等, 研究員 (20823579)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 地盤材料 / 地すべり / 多孔質体理論 / 粒子法 / 弾塑性構成則 / 土砂流動 / MPM / 固液遷移 |
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| Outline of Research at the Start |
近年の豪雨災害による地滑りや堤防決壊の過程では，土の間隙構造や含水率が動的に変化し，それに応じた土骨格と間隙流体の相互作用力が発生するため，非常に複雑な力学特性が示される．更に，その挙動は安定状態にある構造に水が浸透する過程から，構造が崩壊し，土砂流動化する過程を含有する．本研究では，このように時空間的スケールが幅広い地盤構造崩壊の一連の挙動を表現可能な数値シミュレーション手法の開発を目的として，土骨格と間隙流体の混合体モデルを基礎とした粒子法を構築し，上述した現象の再現を試みる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は昨年度開発・検証を実施した異なる時間積分に基づくシミュレーション手法を用いた地すべり解析における材料パラメータの影響について検証を行った。数値標高データに基づく地形モデルを用いた３次元解析において、土の強度や間隙水の浸透特性に関するパラメータの数値についてケーススタディを実施し、異なる地すべりモード及び土砂流動距離が得られることが確認された。併せて、特に地すべり挙動への影響が大きいパラメータが確認され、解析設定における重要性が示唆された。また、提案手法の精度・計算効率の向上を目的として、飽和土を対象とした陰的時間積分に基づく土骨格-間隙流体混合解析手法のモデル及び計算スキームを改良した手法を構築した。より多様な地盤材料や幅広い時間スケールの問題へ対応するために、従来研究の多くで採用されている簡略的定式化を適用せず、完全定式化を採用した粒子法を開発した。また、複雑な地表面形状や構造との連成を視野に入れ、拡張B-splineと併せて境界条件の陰的付与手法を実装した。同時に、安定化有限要素法を応用した手法の導入によって、完全定式化における数値的不安定性を少ない計算コストで抑制することを可能とした。検証の結果、地盤構造が大きく変化し、液状化するような状況において、開発した手法によれば従来の簡易的定式化と比較してより幅広い挙動を表現可能であることが確認された。また、メッシュ法との比較により、メッシュ法では表現不可能な大変形問題に対して、提案手法は高い精度を維持しながら適用可能であることを確認した。
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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
コロナ感染症の影響によって学会や研究会への参加が延期されていたため、研究発表が予定より遅れているが、提案手法の有効性に関する検証や、改良手法の構築は進行しており、基礎となる技術開発については問題は生じていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
改良を進めている陰的時間積分に基づく飽和土の計算手法について、流動化した土砂による構造物への影響を評価するために、メッシュ法の構造流体連成解析手法を応用し、土砂と構造の連成解析スキームを導入する計画である。同時に、流動化した土砂の複雑な境界条件を表現するために、粒子配置の動的更新や連成における境界粒子間の接触判定手法を検討する。構築した手法の表現性能を検証するために、有効応力の消失による地中構造物の浮上や、流動土砂の影響による構造物の損傷や倒壊を伴う地盤災害を例題として扱うことを予定している。
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Report
(3 results)
Research Products
(5 results)
