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2012 年度 実施状況報告書

浸透による土粒子輸送現象の解明と解析手法の開発~土中の流砂力学の創造~

研究課題

研究課題/領域番号 23780247
研究機関京都大学

研究代表者

藤澤 和謙  京都大学, (連合)農学研究科(研究院), 講師 (30510218)

キーワード侵食 / 数値計算 / 浸透 / 浸透力
研究概要

浸透流によって輸送される土粒子の速度及び移動機構の把握に関連して,(1)水平方向に輸送される土粒子速度と浸透力の関係,(2)流動化した砂質土の数値シミュレーション手法の開発,(3)ダルシー相と流体相の同時解析手法の開発,の3項目に取り組んだ.
(1)については,昨年度に行った重力に抗して鉛直方向に運ばれる土粒子の移動速度とは異なり,摩擦力に抗して運ばれる土粒子の移動速度と浸透力の関係を実験的に調べた.その結果,固体としての砂が流動化する過程では,移動速度(変位速度)が増加するにつれて,輸送に必要な流体力が減少することが明らかとなった。
(2)については,砂と浸透水の連続式と運動方程式を慣性項を考慮して,動的な支配方程式を導くことにより,双曲型の連立偏微分方程式の形で流動化する砂の数値解析を試みた.数値解析手法には有限体積法にCWENOスキームと適用し,双曲型の問題を首尾よく数値計算することとした.その結果,一次元の問題については理論通りの計算結果を得た.現在は2次元の問題に取り組んでいる.
(3)については,侵食を扱う上では水の領域(流体相)と土中の浸透領域(ダルシー相)の両方の流れを解析し,土粒子に加わる流体力を正確に把握する必要があるため,上述の(2)の課題に追加して研究を開始したものである.研究代表者は流体相とダルシー相の両方で成立するDarcy-Brinkman式に着目し,これら2つの相における水の流れを簡単かつ安定的に計算することに成功した.

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

本研究は,土中で生じる土粒子の移動・輸送現象について定量的な把握を行うとともに,その現象を予測するための数値計算手法を開発することを目的としている.これまでは,おおよそ研究計画で予定した通りに進んでいる.数値解析においては,予定しているよりも進んでいるが,実験については摩擦抵抗の計測が直接的に行えていない点が課題として挙がっており,これについては次年度に継続する予定である.
以上から,数値解析と実験をトータルするとおおむね計画通りに進んでいると判断する.

今後の研究の推進方策

今後は,数値解析においては(1)砂の流動化現象を数値的に解析する手法の多次元化,(2)流体相とダルシー相の同時解析技術の発展,の2つに取り組む.これらについては,これまでにノウハウを積み重ねており,順調に進むものと考えられる.実験については,実験装置を工夫し,砂が固体から流動化する過程の摩擦力の変化の直接的な計測を行い,昨年度の実験データを補うものとする.

次年度の研究費の使用計画

該当なし

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (12件)

  • [雑誌論文] Relation between seepage force and velocity of sand particles during sand boiling2013

    • 著者名/発表者名
      K. Fujisawa, A. Murakami, S. Nishimura and T. Shuku
    • 雑誌名

      Geotechnical Engineering Journal of the SEAGS & AGSSEA

      巻: Vol.43, No.2 ページ: 8-16

  • [雑誌論文] 土の侵食速度を用いた堤体の越流破堤解析2012

    • 著者名/発表者名
      藤澤和謙,村上 章,西村伸一,珠玖隆行
    • 雑誌名

      土木学会論文集A2分冊(応用力学)特集号

      巻: 68 ページ: I_317-326

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 上向き浸透流による浸透破壊時の砂粒子の移動速度2012

    • 著者名/発表者名
      藤澤和謙,西村伸一,中谷亜友美,村上 章
    • 雑誌名

      農業農村工学会論文集

      巻: 281 ページ: 35-42

    • 査読あり
  • [学会発表] Navier-Stokes 方程式に基づく流体(層流)と浸透の同時解析2012

    • 著者名/発表者名
      児谷吉紘
    • 学会等名
      第67回農業農村工学会中国四国支部講演会
    • 発表場所
      岡山衛生会館(岡山)
    • 年月日
      20121101-20121101
  • [学会発表] CWENOスキームを用いた土質材料における浸透破壊現象の数値シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      福田啓五
    • 学会等名
      第67回農業農村工学会中国四国支部講演会
    • 発表場所
      岡山衛生会館(岡山)
    • 年月日
      20121101-20121101
  • [学会発表] 越水によって集中的に生じる堤体侵食の数値解析2012

    • 著者名/発表者名
      藤澤和謙
    • 学会等名
      平成24年度農業農村工学会大会講演会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌)
    • 年月日
      20120920-20120920
  • [学会発表] CWENOスキームを用いた土質材料の浸透破壊シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      辻村康佑
    • 学会等名
      平成24年度農業農村工学会大会講演会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌)
    • 年月日
      20120920-20120920
  • [学会発表] Navier-Stokes方程式に基づく浸透流及び層流の同時解析手法の開発2012

    • 著者名/発表者名
      川並俊輔
    • 学会等名
      平成24年度農業農村工学会大会講演会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌)
    • 年月日
      20120920-20120920
  • [学会発表] Comparison of numerical simulation and experimental observation of embankment breaching caused by overflow2012

    • 著者名/発表者名
      Fujisawa Kazunori
    • 学会等名
      The 7th Asian Young Geotechnical Engineers Conference
    • 発表場所
      徳島大学(徳島)
    • 年月日
      20120912-20120912
  • [学会発表] 土の侵食速度を用いた堤体の越流破堤解析2012

    • 著者名/発表者名
      藤澤和謙
    • 学会等名
      第15回応用力学シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋大学(名古屋)
    • 年月日
      20120904-20120904
  • [学会発表] Numerical analysis of embankment erosion caused by overflow using shallow water equations2012

    • 著者名/発表者名
      Fujisawa Kazunori
    • 学会等名
      The 6th International Conference on Scour and Erosion
    • 発表場所
      ENSAM ParisTech(パリ)
    • 年月日
      20120830-20120830
  • [学会発表] Navier-Stokes 方程式に基づく浸透と流体(層流)の同時解析手法の開発2012

    • 著者名/発表者名
      川並俊輔
    • 学会等名
      第 47 回地盤工学研究発表会
    • 発表場所
      八戸工業大学(八戸)
    • 年月日
      20120716-20120716
  • [学会発表] CWENOスキームを用いた流動化する土質材料の数値シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      辻村康佑
    • 学会等名
      第 47 回地盤工学研究発表会
    • 発表場所
      八戸工業大学(八戸)
    • 年月日
      20120716-20120716
  • [学会発表] 越水を受ける堤体の侵食過程に関する 3次元数値シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      藤澤和謙
    • 学会等名
      第 47 回地盤工学研究発表会
    • 発表場所
      八戸工業大学(八戸)
    • 年月日
      20120714-20120714
  • [学会発表] Numerical simulation of embankment breaching due to overflow based on erosion rate of soils2012

    • 著者名/発表者名
      Fujisawa Kazunori
    • 学会等名
      New Frontiers in Computational Geotechnics
    • 発表場所
      高山グリーンホテル(高山)
    • 年月日
      20120522-20120522

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公開日: 2014-07-24  

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