| 研究課題/領域番号 |
22K04307
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分22030:地盤工学関連
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| 研究機関 | 長岡技術科学大学 |
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研究代表者 |
福元 豊 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (60757350)
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| 研究分担者 |
新保 泰輝 石川工業高等専門学校, 環境都市工学科, 准教授 (20572697)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 浸透 / 亀裂 / 粒状体 / マルチフィジックス / 格子ボルツマン法 / Peridynamics法 / 個別要素法 / 粒子型モデル / 細粒化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
「亀裂／細粒化／浸透」に着目したマルチフィジックスかつ土粒子～土要素スケールの視点から，地盤材料の複合的な劣化機構の評価を可能とする．その手段として，これまでに研究代表者が検討してきた亀裂－粒状体の連成解析手法（科研費19K15085）と流体－粒状体の連成解析手法（科研費16K18146）のそれぞれを発展させて，組み合わせることで，亀裂－流体－粒状体をつなぐ新たな粒子型のモデリング手法を構築する．室内実験では再現が難しい条件下で，3次元での「亀裂／細粒化／浸透」の同時シミュレーションを実行することで，地盤材料の劣化要因の定量的な把握を目指す．
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は，地盤材料が劣化する過程をマルチフィジックスな視点で捉えることで，その発生・進行要因の定量的な分類と整理を可能とすることである．とくに，亀裂，細粒化，浸透の3つの現象に着目し，土質試験と模型実験で得られた結果を踏まえて，亀裂－流体－粒状体を同時に考慮できる数値計算モデルを構築する．その過程で，課題A)「亀裂／細粒化」の粒子型モデリング，課題B)「細粒化／浸透」の粒子型モデリング，課題C)「亀裂／細粒化／浸透」の粒子型モデリングに取り組む．その結果，今年度は以下のような成果がそれぞれ得られた．
課題Aについて，透明砂による模型実験では，異なる粒径を持つ土粒子の層境界部における浸透流の直接的な観察方法を新たに構築した．多孔質体の輸送特性を表す指標の１つである水理的屈曲度と幾何的屈曲度に着目した分析の結果，層境界部とその他の領域では両指標の関係に違いが見られることがわかった．
課題Bについて，締固め粘土を用いた模型実験では，初期亀裂を持つ円柱形状の供試体に対して間接引張試験を実施した．初期亀裂角度と引張強度，亀裂形状の関係を主に調べた．また，次年度以降に実施するための三点曲げ試験機を新たに作成した．一方，数値計算モデルの開発では，Peridynamics法と個別要素法を連成した，破壊後の挙動まで取り扱うことができる数値計算モデルの検討を進めた．さらに，点載荷を受ける円柱供試体内の応力分布が理論解と一致することを確認したほか，上述した模型実験の再現計算を実施した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
1年目である今年度は，当初の工程表の通り，課題Aと課題Bを並行して実施している．課題Aでは間隙中の浸透流の観察方法を改良することができ，また，課題BではPeridynamics法と個別要素法を組み合わせた数値計算モデルについての研究内容が論文として出版されるなど，両方の課題で一定の成果が得られた．よって，おおむね順調に進展している．
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| 今後の研究の推進方策 |
2年目は今年度と同様に，課題Aの「亀裂／細粒化」の粒子型モデリングと課題Bの「細粒化／浸透」の粒子型モデリングを同時に進捗させる．とくに，課題Aについては，透明砂による模型実験に対応させた3次元条件下での格子ボルツマン法と個別要素法の連成モデルによる数値計算を実施する．また，課題Aと課題Bの融合課題である課題Cについて，Peridynamics法と格子ボルツマン法と個別要素法を連成したモデルの開発に着手する．
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