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2022 年度 実績報告書

粒子ー流体間のマイクロ力学プロセスによる土砂・地盤流動現象の統一的解釈

研究課題

研究課題/領域番号 21H01418
配分区分補助金
研究機関京都大学

研究代表者

澤田 純男  京都大学, 防災研究所, 教授 (70187293)

研究分担者 藤澤 和謙  京都大学, 農学研究科, 教授 (30510218)
吉田 望  関東学院大学, 総合研究推進機構, アドバイザー (50405891)
竹林 洋史  京都大学, 防災研究所, 准教授 (70325249)
新垣 芳一  東電設計株式会社(新領域研究開発推進室), 新領域研究開発推進室, 課長代理 (90704354)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワード流動現象 / 土砂 / 地盤 / 相変化
研究実績の概要

液状化による側方流動や土石流の流下量といった土粒子を含む流動現象は,その力学プロセスの理解が本質的に難しいことから,これまで統一的な観点で体系化されていない.本課題は,土粒子が流体により輸送される現象(粒子フロー)として土石流から地盤の流動現象までを統一的に扱う方法論を研究するものである.土石流や掃流/浮遊砂のような水理現象と地盤の流動現象の違いは,本質的には粒子密度の違いと粒子ー間隙流体間の相対速度の違いによるものであり,この違いにより粒子フロー様態が異なるためと考える.このミクロなプロセスを,土骨格相から浮遊土粒子相への相変化としてモデル化することで,連続体として,すなわち現在広く実用化されている有限要素解析に直接応用できるように実現化することを目指している.
令和4年度には,液状化時に繰り返し生じる剛性の回復と劣化を表現できるモデルを提案し,サイクリックモビリティ時に剛性劣化と剛性回復を繰り返す特徴的な挙動を,内部浸食と再堆積の繰り返しで表現できるようになった.さらに,透明なアクリル容器を用いたリングせん断試験を実施し,せん断帯付近では粒子に回転運動が生じており,これと供試体全体の鉛直運動,すなわちダイレイタンシーとの対応を確認した.また,非排水三軸繰り返し試験データを利用して,土の変形特性のモデル化を機械学習を取り入れた手法により試み,深層学習と従来の構成モデルとを組み合わせることで,試験データの再現性を向上させつつ,学習データに含まれない挙動を安定して出力できるモデルを実現した.

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

当初の計画通り研究が進められており,概ね順調である.

今後の研究の推進方策

今年度は,前年度実施した可視型リングせん断試験機による液状化試験を通して得られた結果を,画像解析手法を用いて更に分析すると共に,流体解析と個別要素法を組み合わせた手法により再現解析を行い,液状化時の土構造の弱化メカニズムの解明や安定性の評価を行う.また,水理試験装置や土質試験装置を利用した侵食/堆積プロセスに関する実験を引き続き実施し,河川における浸食現象と液状化地盤中の内部浸食との同異点について検討する.さらに相変化を伴う液状化地盤が地中構造物に与える影響について検討する.

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2022

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] GOVERNING EQUATIONS CONSIDERING PHASE CHANGE FROM SOLID TO FLUID OF SOIL GROUND BASED ON THREE-PHASE SATURATED SOIL MODEL2022

    • 著者名/発表者名
      KURIMA Jun、SHINGAKI Yoshikazu、GOTO Hiroyuki、SAWADA Sumio
    • 雑誌名

      Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A1 (Structural Engineering & Earthquake Engineering (SE/EE))

      巻: 78 ページ: I_198~I_205

    • DOI

      10.2208/jscejseee.78.4_I_198

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 深層学習と数理モデルの組み合わせによる土の繰返しせん断特性の表現法2022

    • 著者名/発表者名
      ショーバック ジェイコブ英輔、栗間 淳、後藤 浩之、三上 武子、吉田 望、澤田 純男
    • 雑誌名

      AI・データサイエンス論文集

      巻: 3 ページ: 201~208

    • DOI

      10.11532/jsceiii.3.J2_201

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Initiation process of tension cracks in soil embankment on liquefied sandy ground investigated from centrifuge model test2022

    • 著者名/発表者名
      Harada Yomi、Goto Hiroyuki、Sawada Sumio
    • 雑誌名

      Soil Dynamics and Earthquake Engineering

      巻: 161 ページ: 107444~107444

    • DOI

      10.1016/j.soildyn.2022.107444

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] STRAIN LOCALIZATION DUE TO SLOSHING BEHAVIOR OF LIQUEFIED SOIL GROUND2022

    • 著者名/発表者名
      ITO Yuya、KURIMA Jun、GOTO Hiroyuki、SAWADA Sumio
    • 雑誌名

      Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A1 (Structural Engineering & Earthquake Engineering (SE/EE))

      巻: 78 ページ: I_57~I_69

    • DOI

      10.2208/jscejseee.78.4_I_57

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] SIMPLIFIED DESIGN METHOD MODELING EARTH PRESSURE DURING AND AFTER EARTHQUAKES ACTING ON SEMI-UNDERGROUND STRUCTURES2022

    • 著者名/発表者名
      IGARASHI Toru、SAWADA Sumio、GOTO Hiroyuki
    • 雑誌名

      Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A1 (Structural Engineering & Earthquake Engineering (SE/EE))

      巻: 78 ページ: 490~507

    • DOI

      10.2208/jscejseee.78.3_490

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of injection on bed shear stress and turbulence characteristics in a closed conduit flow2022

    • 著者名/発表者名
      A. Jewel, K. Fujisawa and A. Murakami
    • 雑誌名

      Paddy and Water Environment

      巻: 20 ページ: 467-482

    • DOI

      10.1007/s10333-022-00905-7

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A methodology to control numerical dissipation characteristics of velocity based time discontinuous Galerkin space-time finite element method2022

    • 著者名/発表者名
      V. Sharma, K. Fujisawa, A. Murakami and S. Sasakawa
    • 雑誌名

      International Journal for Numerical Methods in Engineering

      巻: 123 ページ: 5517-5545

    • DOI

      10.1002/nme.7078

    • 査読あり
  • [学会発表] 深層学習と数理モデルの組み合わせによる土の繰返しせん断特性の表現法2022

    • 著者名/発表者名
      ショーバックジェイコブ英輔,栗間淳,後藤浩之,三上武子,吉田望,澤田純男
    • 学会等名
      第3回AI・データサイエンスシンポジウム
  • [学会発表] 飽和土三相系モデルに基づく地盤の固体・流体間の相変化を考慮した液状化解析2022

    • 著者名/発表者名
      栗間淳,新垣芳一,後藤浩之,澤田純男
    • 学会等名
      第42回地震工学研究発表会
  • [学会発表] 土の弾塑性挙動を考慮した半地下構造物に作用する地震時土圧2022

    • 著者名/発表者名
      森元康,後藤浩之,栗間淳,澤田純男,五十嵐徹
    • 学会等名
      令和4年度土木学会全国大会年次学術講演会
  • [学会発表] 土の弾塑性挙動を考慮した半地下構造物に作用する地震時土圧2022

    • 著者名/発表者名
      森元康,後藤浩之,栗間淳,澤田純男,五十嵐徹
    • 学会等名
      2022年度土木学会関西支部年次学術講演会
  • [学会発表] Wildlife 液状化アレーの間隙水圧記録に対する再検討2022

    • 著者名/発表者名
      吉田望
    • 学会等名
      日本地震工学会第17回年次大会
  • [学会発表] 固相/液相の平均化方程式と土水境界の取り扱い2022

    • 著者名/発表者名
      藤澤和謙
    • 学会等名
      第57回地盤工学研究発表会
    • 招待講演
  • [学会発表] 幾何学的非線形性に対応する速度型Space-Time有限要素法2022

    • 著者名/発表者名
      清水 紫媛,藤澤 和謙
    • 学会等名
      2022年度 (第71回) 農業農村工学会大会講演会
  • [学会発表] 一般化速度型Space-Time有限要素法と動的応答解析2022

    • 著者名/発表者名
      黒田有紀,Vikas Sharma,藤澤和謙
    • 学会等名
      2022年度 (第71回) 農業農村工学会大会講演会

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公開日: 2023-12-25  

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