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最新弾塑性地盤力学に基づく圧縮/伸長/横ずれ場にある表層地盤の地形変動過程の再現

研究課題

研究課題/領域番号 23K22856
補助金の研究課題番号 22H01586 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分22030:地盤工学関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

野田 利弘  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (80262872)

研究分担者 中野 正樹  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00252263)
吉川 高広  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20771075)
淺岡 顕  公益財団法人地震予知総合研究振興会, 地震防災調査研究部, 副首席主任研究員 (50093175)
中井 健太郎  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (60402484)
山田 正太郎  東北大学, 工学研究科, 准教授 (70346815)
豊田 智大  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80899964)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2023年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2022年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
キーワード地形変動 / 断層 / 弾塑性 / 水~土連成 / 摩擦 / 座屈褶曲 / 分岐理論 / 上負荷面 / stick-slip現象 / 有限変形 / 衝上断層 / Imbrication / デコルマ
研究開始時の研究の概要

本研究では,変動地形学・構造地質学分野において分類・整理されてきた種々の浅部地質構造,とくに種々の変形(伸張・圧縮・横ずれ)場で生じる様々な浅部地質構造(listric断層,imbrication,Riedelせん断等)の発生機構を弾塑性数値地盤力学の立場から解明することを目的とする.これを達成するために,以下に示す項目を順次実行する.
1)三主応力試験および断層模型実験の実施,2)大規模三次元解析の実現に向けた解析手法の高度化・高速化,3)横ずれ場・伸張場・圧縮場においては発達する地質構造の数値シミュレーション

研究実績の概要

変動地形学・構造地質学において観察された諸地形を力学的視点から体系的に理解することが求められているが,殊に表層地盤における地形の形成過程は構成材料の非線形性・応力履歴依存性に大きく依存するため,その機序の十分な解明には至っていないのが現状である.本研究の目的は,1)表層地盤の応力状態を模擬した室内試験による地形形成過程に及ぼす土被り圧および中間主応力の影響評価,2)断層変位に伴う表層近傍での変形の局所化(断層発生)過程の再現と数値解析による検証を通じて,表層近傍において種々の変形場(伸張・圧縮・横ずれ)の下で生じる諸地形の形成メカニズムを系統的に解明し,弾塑性・非線形力学の立場から実際の表層付近で生じる一連の力学現象に統一的視座を与えることであった.
本年度は,とくに項目2)の一環として,水平圧縮作用下にある地盤において生じる「座屈集曲」に着目し,その波長決定メカニズムについて,分岐理論の観点から考察を行った.具体的には,地盤の有限変形に伴い刻々と変化してゆく系の接線剛性マトリクスの固有値変化に着目し,最初にゼロ固有値を達成するモードの抽出・比較を行った.さらに,同じく項目2)の一環として,断層面において生じる摩擦を非古典塑性論の枠組みのもとで記述する「時間依存性上下負荷面摩擦モデル」を提案し,その性能を検証した.同モデルは,動摩擦力の静止摩擦力に対する上回りを構造の「嵩張り」と捉え,その発展則として,静止摩擦発揮後の動摩擦への遷移過程(軟化)と,時間経過に伴う動摩擦から静止摩擦への回復過程(硬化)を記述するものである.同モデルを搭載した数値解析手法により,典型的な摩擦由来の過渡現象であるstick-slip現象や安定すべりが解かれることを示した.

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

水平圧縮を受ける地盤の固有値解析を通して,地盤が非一様な堆積構造を有する場合において,部材長非依存の座屈褶曲の発生が説明可能であり,その波長が地層の剛性比や層厚に応じて変化することを系統的に示したほか,部材長非依存の波長は超高等方拘束圧作用下にある地盤においても説明可能であることを示した.また,本研究において提案した上下負荷面摩擦モデルによりstick-slip現象/安定すべり現象の再現にも成功した.これらは,断層における地震動の周期的発生やスロースリップを統一的枠組みのもとで説明できる可能性を示唆している.以上より,研究は順調に進行しているといえる.

今後の研究の推進方策

項目2)については,弾塑性有限変形解析・固有値解析および提案した摩擦モデルの適用を通して,引き続き地形形成過程の再現解析にあたるとともに,一連の研究成果を国際誌に投稿してゆく.

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Super/sub-loading surface model for constitutive equation of friction2024

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Toyoda, Ryo Yasuike, Toshihiro Noda
    • 雑誌名

      Tribology International

      巻: 191 ページ: 109080-109080

    • DOI

      10.1016/j.triboint.2023.109080

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 弾性地盤の有限変形に伴う接線剛性マトリクスの固有値変化に着目した座屈褶曲の波長決定因子の解明2023

    • 著者名/発表者名
      豊田智大,野田利弘,大西和也
    • 学会等名
      第28回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 分岐理論に基づく剛性の異なる堆積構造に起因した座屈褶曲の波長決定メカニズムの解明2023

    • 著者名/発表者名
      野田利弘,豊田智大,大西和也
    • 学会等名
      第58回地盤工学研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 上負荷面概念に基づく摩擦係数の「嵩張り」を考慮した弾塑性摩擦モデルの提案2023

    • 著者名/発表者名
      安池亮,豊田智大,野田利弘
    • 学会等名
      第58回地盤工学研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 弾性堆積盆地の三次元的な幾何形状が地震動の増幅特性に及ぼす影響の数値的検討2023

    • 著者名/発表者名
      松本雅紀,野田利弘,豊田智大
    • 学会等名
      第35回中部地盤工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Simulation of lateral compression-induced fault topographies based on the non-linear elasto-plastic soil mechanics2023

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Toyoda, Toshihiro Noda, Kazuya Onishi
    • 学会等名
      15th World Congress on Computational Mechanics &8th Asian Pacific Congress on Computational Mechanics
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 地盤の幾何学的非線形性に起因して超高拘束圧作用下で生じる座屈褶曲の形成機構の理解2023

    • 著者名/発表者名
      豊田智大,野田利弘,大西和也
    • 学会等名
      土木学会第78回年次学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 時間依存性下負荷面摩擦モデルを適用した速度型動的微小変形解析手法の開発2023

    • 著者名/発表者名
      安池亮,豊田智大,野田利弘
    • 学会等名
      土木学会第78回年次学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Simulation of lateral compression-induced fault topographies based on the non-linear elasto-plastic soil mechanics2022

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Toyoda, Toshihiro Noda, Kazuya Onishi
    • 学会等名
      15th World Congress on Computational Mechanics &8th Asian Pacific Congress on Computational Mechanics
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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