| 研究概要 |
本研究は,基盤がずれた場合に表層地盤を通って発生しうる活断層の挙動を予測するための数値解析手法の開発を試みるものである.断層は表層地盤の中を進展する際に複雑な挙動を示すが,この挙動を観察するための新しいモデル実験を開発中である.このモデル実験は,透明な材料を使い亀裂進展を3次元的に観察するほか,光弾性を用いることで亀裂周辺の応力分布を推定するものである.亀裂進展は局所的な応力状態に支配されるため,応力分布の推定は重要である.しかし,3次元応力分布を推定する実験的手法はなく,光弾性を用いた全く新しい実験方法とデータ解析手法の開発を行っている.
実験のポイントは,1)光弾性材料を使って残留応力を除いたサンプルを作成すること,2)高精度で荷重をコントロールできる載荷システムを作ること,3)高い分解能でレーザ光を照射し受光する光学系システムを作ること,の3点である.サンプル作成に関しては,適切な熱処理を施すことで残冒応力のないサンプルを作ることに成功した.載荷システムに関しては,既存の載荷機をチューンアップすることで対応を図った.光学系システムに関しては,光学台・レーザ・レンズ群の位置等を微調整できる新しいシステムを開発した.この結果を受けて予備実験を行った.データ解析のポイントは,6つの自由度を持つ応力テンソルの3次元分布を逆解析する解析理論の構築と,その理論をコード化した数値解析手法の開発である.解析理論に関しては,荷重の微小な増分毎に照射・受光を行うことを想定し,光弾性の支配方程式である非線形積分方程式を線形化することに成功し,テンソル場の擬似ラドン変換を可能とした.解析データが画像であるためλ力データは膨大であることを考慮し,コードはデータ構造の変更が容易なC++を用いて行った.さまざまなサンプルとその応力状態を仮定した数値シミュレーションによって,理論とコードの妥当性・有効性を検証した.
以上,本研究の今年度の成果は次の2点として整理される.
1)3次元光弾性実験に対し,サンプルの作成のほか,載荷システム・光学系システムを具体的に開発し,予備実験を行ったたこと.
2)3次元物体中の応力分布を推定するための,解析理論を構築し,それに基づく数値解析手法をコード化し,数値シミュレーションによって妥当性・有効性を検証したこと.
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