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2021 年度 実施状況報告書

斜面崩壊土砂の応力波伝播に着目した堆積ダイナミクスの解明とその評価手法の高度化

研究課題

研究課題/領域番号 21K14239
研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

内藤 直人  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10816200)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
キーワード急傾斜地 / 斜面崩壊 / 崩壊土砂 / 到達距離 / 衝撃力 / 応力波 / 粒状体 / 個別要素法
研究実績の概要

本研究の目的は,実験的検討と数値解析的検討により斜面崩壊土砂の堆積ダイナミクスを明らかとし,崩壊土砂の到達範囲・衝撃力の新しい評価手法を検討,提案することである。
2021年度の研究実施計画は,実験的検討として,実規模スケールの土砂流下実験を実施し,崩壊土砂の堆積ダイナミクスを定量的に計測すること,数値解析的検討として,個別要素法(DEM)に地盤の粘着力を簡易的に導入した不飽和DEMモデルを開発し,実規模土砂流下実験の再現解析により解析モデルの妥当性を確認することである。数値解析にDEMを用いることで,低拘束圧下で大変形・破壊・衝撃等を伴う離散的な土砂流下現象を粒子レベル,粒子骨格レベル,崩壊土砂全体レベルまでマルチなスケールで現象を観察できるため,斜面崩壊土砂の堆積ダイナミクスの理解を促進することが期待できる。
実験では,実規模スケールの土砂流下実験として,高さ約30m,勾配50度の斜面において,50立米の湿潤土砂を流下させる実験を計画どおり実施できた。斜面から平坦部にかけて障害物がない流下土砂の到達距離を調べるケースと,斜面法尻に待受け対策工を設置して壁面衝撃力を計測するケースを実施した。実験では,高速度カメラ撮影とPIV画像解析により,斜面上および平坦部の土砂表面流速を計測し,SfM画像処理技術により流下土砂の最終堆積形状の三次元モデルを生成した。また,感圧シートにより待受け構造物に作用する衝撃圧分布を計測した。
数値解析では,効率的に検討を進めるために計算コストと不飽和土の再現性を両立するモデルとして,地盤の粘着力を簡易的に導入した不飽和DEMモデルを開発することができた。また,解析モデルの妥当性を確認するために,実規模土砂流下実験で得られた土砂表面流速,最終堆積形状,壁面衝撃圧力分布と比較し,開発した数値解析モデルが実験の各種計測項目を概ね再現できることを示した。

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

今年度は,計画どおり実規模土砂流下実験を実施・計測することができ,また,地盤の粘着力を簡易的に導入したDEMモデルの開発も順調に進んだうえに,実規模実験の再現解析により解析モデルの妥当性を確認することができた。これらは次年度に実施予定の斜面崩壊土砂の堆積ダイナミクス解明に必要不可欠なデータおよび検討ツールであり,今年度はその前段階としての研究を計画的に遂行できたと言える。

今後の研究の推進方策

次年度は,斜面勾配,流下長さ,崩落量,土砂粒径,斜面粗度,先着堆積土量等をパラメータとした系統的な土砂流下模型実験により各種パラメータが崩壊土砂の堆積ダイナミクスに及ぼす影響を網羅的に調べ,今年度得られた実規模実験結果も踏まえて,斜面崩壊土砂の流下現象に対するDEMモデリング手法を構築する。また,開発したDEMモデルによる数値解析的検討として,実験では検討できない多様な斜面・崩壊条件や複雑な現象を思考実験的に理想・単純化した条件で数値実験を実施し,土砂のエネルギー減衰と密接に関係する土中の衝撃力伝達挙動という新しい着眼点からアプローチすることで斜面崩壊土砂の堆積ダイナミクスを明らかにする。これにより崩壊土砂の到達範囲・衝撃力の新しい評価手法を検討,提案を目指す。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 敷砂緩衝層の落石エネルギー吸収効果の評価を目的とした実規模落体衝突実験および二次元DEM解析2022

    • 著者名/発表者名
      磯合凌弥 , 前田健一 , 杉山直優 , 菅原正則 , 今野久志 , 内藤直人
    • 雑誌名

      構造工学論文集

      巻: 68A ページ: 999-1012

    • DOI

      10.11532/structcivil.68A.999

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 土堤材料や重錘質量を変化させた小型落石防護土堤への重錘衝突実験2022

    • 著者名/発表者名
      杉山直優 , 前田健一 , 牛渡裕二 , 鈴木健太郎 , 今野久志 , 内藤直人
    • 雑誌名

      構造工学論文集

      巻: 68A ページ: 985-998

    • DOI

      10.11532/structcivil.68A.985

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 落石挙動予測の高度化に向けた堆積層のエネルギー減衰性能評価2021

    • 著者名/発表者名
      内藤直人 , 前田健一
    • 雑誌名

      地盤工学会誌

      巻: 69(6) ページ: 16-19

    • 査読あり
  • [学会発表] STRESS WAVE PROPAGATION BEHAVIOR OF SAND CUSHION WITH DIFFERENT LOADING DURATION USING TWO-DIMENSIONAL DISCRETE ELEMENT METHOD2022

    • 著者名/発表者名
      Naoto Naito , Kenichi Maeda , Kentaro Suzuki , Hisashi Konno
    • 学会等名
      7th Interdisciplinary Workshop on Rockfall Protection (RocExs)
    • 国際学会
  • [学会発表] ROCKFALL KINETIC ENERGY DAMPING PERFORMANCE OF GRANULAR LAYER AND ITS DEM SIMULATION2022

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Maeda , Naoto Naito , Kentaro Suzuki , Ryoji Kawase
    • 学会等名
      7th Interdisciplinary Workshop on Rockfall Protection (RocExs)
    • 国際学会
  • [学会発表] 斜面崩壊土砂の壁面衝撃圧力に関する実規模土砂流下実験とDEM解析2022

    • 著者名/発表者名
      高坂晏志 , 内藤直人 , 松田達也 , 前田健一 , 木村絢 , 難波正和
    • 学会等名
      令和4年度土木学会全国大会第77回年次学術講演会
  • [学会発表] 実規模土砂流下実験におけるワイヤロープ支持式防護柵による崩壊土砂の速度減衰効果2022

    • 著者名/発表者名
      木村絢 , 前田健一 , 杉山直優 , 磯合凌弥 , 内藤直人 , 難波正和
    • 学会等名
      令和4年度土木学会全国大会第77回年次学術講演会
  • [学会発表] 落石防護土堤の破壊挙動に及ぼす落石の載荷速度の影響に関するDEM解析2022

    • 著者名/発表者名
      ARIF DANIEL BIN AZMI , 内藤直人 , 松田達也 , 石原寛也 , 前田健一 , 牛渡裕二
    • 学会等名
      第34回中部地盤工学シンポジウム
  • [学会発表] 粒子形状と安息角の関係に関する基礎的検討2022

    • 著者名/発表者名
      内藤直人 , 大村拓夢 , 宮脇惇 , Arif Daniel Azmi , 中瀬仁 , 梶山慎太郎 , 中田幸男
    • 学会等名
      第57回地盤工学研究発表会
  • [学会発表] 実規土砂流下実験における土砂流の先端及び後続の流動挙動2022

    • 著者名/発表者名
      木村絢 , 前田健一 , 磯合凌弥 , 杉山直優 , 内藤直人 , 難波正和
    • 学会等名
      第57回地盤工学研究発表会
  • [学会発表] 不飽和状態の斜面崩壊土砂の流下・堆積挙動に関する個別要素解析2022

    • 著者名/発表者名
      高坂晏志 , 内藤直人 , 松田達也 , 木村絢 , 前田健一 , 難波正和
    • 学会等名
      第66回理論応用力学講演会
  • [学会発表] 異なる斜面勾配が法尻における岩塊群の速度減衰挙動に及ぼす影響とその流況分析2022

    • 著者名/発表者名
      山田泰弘 , 大村拓夢 , 内藤直人 , 松田達也 , 三浦均也
    • 学会等名
      令和3年度土木学会中部支部研究発表会
  • [学会発表] 実規模土砂流下実験による待ち受け対策工に作用する応力分布2022

    • 著者名/発表者名
      木村絢 , 前田健一 , 杉山直優 , 磯合凌弥 , 内藤直人 , 難波正和
    • 学会等名
      令和3年度土木学会中部支部研究発表会
  • [学会発表] 粘着力を考慮した個別要素法による実規模土砂流下実験の再現解析2022

    • 著者名/発表者名
      高坂晏志 , 内藤直人 , 松田達也 , 三浦均也 , 木村絢 , 磯合凌弥 , 難波正和
    • 学会等名
      令和3年度土木学会中部支部研究発表会
  • [学会発表] 岩盤斜面崩壊で生じる岩塊群飛散域の到達距離に及ぼす崩落条件の影響2022

    • 著者名/発表者名
      宮脇惇 , 内藤直人 , 三浦均也 , 松田達也 , 大村拓夢
    • 学会等名
      令和3年度土木学会中部支部研究発表会
  • [学会発表] 岩塊群流動挙動の斜面法尻における速度減衰に及ぼす岩塊径の影響2022

    • 著者名/発表者名
      内藤直人 , 大村拓夢 , 山田泰弘 , 三浦均也 , 松田達也
    • 学会等名
      第13回構造物の衝撃問題に関するシンポジウム
  • [学会発表] 異なる斜面条件における岩塊群の堆積距離に及ぼす岩塊サイズの影響2021

    • 著者名/発表者名
      大村拓夢 , 内藤直人 , 山田泰弘 , Arif Daniel Azmi , 三浦均也 , 松田達也
    • 学会等名
      第33回中部地盤工学シンポジウム
  • [備考] 豊橋技術科学大学 地盤力学研究室

    • URL

      http://www.geomech-lab-tut.org

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公開日: 2022-12-28  

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