• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2023 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, 特任教授 (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, 工学総合研究所, 研究員 (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)
栗間 淳  東京大学, 生産技術研究所, 助教 (50981859)
鍬田 泰子  神戸大学, 工学研究科, 教授 (50379335)
後藤 浩之  京都大学, 防災研究所, 教授 (70452323)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワード流動現象
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.粒子フロー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,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3~4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,内部浸食と再堆積として表現するモデルを提案した.さらに,透明容器を用いたリングせん断試験を実施し,せん断帯付近の粒子運動を解明した.また,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,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.
令和5年度には,提案モデルの解析には大変形解析が必須だがメッシュベースの手法では限界があるため,メッシュベースと粒子法のハイブリッド法であるMaterial Point Method(MPM)を動的解析に適用するため吸収要素であるPerfectly Matched Layer(PML)を導入する手法と,Space-Time有限要素法を利用して任意のメッシュ移動を許容する手法を開発した.また,提案モデルのパラメータを求める新しい要素試験法として,小型の非排水飽和土を入れた模型を振動台で加振して液状化させた後,模型側壁を引張載荷することにより粘性を計測する方法について検討した.これに加えて土質試験結果を原位置の力学特性を求めるための補正法を提案し,さらに粘着性材料の含有率が流動特性に与える影響について,水路実験を実施することによって検討した.

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

令和6年度には,前年度に開発した2つの解析法を用いて,液状化した地盤が大きく変形して発生する噴砂現象等が表現できるかどうかを検討するため,提案モデルを用いた大変形解析を実施する.また,前年度より新たに開発を始めた要素試験法を改良し,液状化状態を保持しながら粘性と抵抗を正確に計測できる方法を開発する.
さらに,前年度には試験機のトラブルで実施できなかった,リングせん断試験機を用いた実験を令和6年度には実施し,特に液状化初期の固相から液相に変相する状態を可視化することによって,提案モデルの妥当性と改良の方法を検討する.また,リングせん断実験と水路実験の結果から,マクロな現象として土石流と,ミクロな現象としての液状化の類似点と相違点を明らかにし,この知見を提案モデルに反映できるような方法論について検討を行う.

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of California, Berkeley(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of California, Berkeley
  • [雑誌論文] INFLUENCE OF EXCITATION DIRECTION ON FLOATATION OF BURIED PIPES DURING LIQUEFACTION2023

    • 著者名/発表者名
      YAGAMI Kou、KUWATA Yasuko、OMURO Hideki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of JSCE

      巻: 79 ページ: n/a~n/a

    • DOI

      10.2208/jscejj.22-13010

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Arbitrary mesh‐moving velocity‐based space‐time finite element method for large deformation analysis of solids2023

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Shion、Sharma Vikas、Fujisawa Kazunori
    • 雑誌名

      International Journal for Numerical Methods in Engineering

      巻: 124 ページ: 5504~5532

    • DOI

      10.1002/nme.7352

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 任意移動メッシュと亜弾性構成式を導入した速度型 Space-time 有限要素法による固体の大変形解析2023

    • 著者名/発表者名
      清水 紫媛、藤澤 和謙、Sharma Vikas
    • 雑誌名

      日本計算工学会論文集

      巻: 2023 ページ: 20230004

    • DOI

      10.11421/jsces.2023.20230004

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] INTEGRATING PERFECTLY MATCHED LAYER THEORY AS ABSORBING BOUNDARY CONDITIONS IN MATERIAL POINT METHOD FOR ELASTIC WAVE PROPAGATION2024

    • 著者名/発表者名
      Jun Kurima, Bodhinanda Chandra, Kenichi Soga
    • 学会等名
      18th World Conference on Earthquake Engineering
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluating Sand Particle Behavior in Liquefaction through Video Analysis of Ring Shear Experiments with a Transparent Shear Box2024

    • 著者名/発表者名
      Keigo Kimura, Jun Kurima, Hiroyuki Goto, Sumio Sawada, Gonghui Wang
    • 学会等名
      8th International Conference on Earthquake Geotechnical Engineering
    • 国際学会
  • [学会発表] 実験的研究に基づく粘着性・非粘着性ラハールの数値モデルの開発2024

    • 著者名/発表者名
      常松佳恵, 片岡香子, 竹林洋史
    • 学会等名
      令和5年度京都大学防災研究所研究発表講演会
  • [学会発表] 可視化リングせん断試験の動画計測に基づく液状化時の砂粒子運動解析2023

    • 著者名/発表者名
      木村圭吾,栗間淳,後藤浩之,澤田純男,王功輝
    • 学会等名
      土木学会全国大会第78回年次学術講演会
  • [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2023

    • 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
      第58回地盤工学研究発表会
  • [学会発表] 可視化リングせん断試験の動画計測に基づく液状化時の砂粒子運動解析2023

    • 著者名/発表者名
      木村圭吾,栗間淳,後藤浩之,澤田純男,王功輝
    • 学会等名
      第58回地盤工学研究発表会
  • [学会発表] アンタキヤ・アシ川周辺の液状化とそれによる構造物被害2023

    • 著者名/発表者名
      鍬田泰子,MOHAMMADI Nima,AKYOL Erdal
    • 学会等名
      第16回日本地震工学シンポジウム
  • [学会発表] 室内試験で得られた繰返しせん断試験の補正2023

    • 著者名/発表者名
      吉田望
    • 学会等名
      第16回日本地震工学シンポジウム
  • [学会発表] 速度型 Space-Time有限要素法によるALE大変形解析2023

    • 著者名/発表者名
      清水紫媛,藤澤和謙,Sharma Vikas
    • 学会等名
      第28回計算工学講演会
  • [学会発表] Numerical analysis of Darcy-Brinkman equations around soil-water interface2023

    • 著者名/発表者名
      藤澤和謙
    • 学会等名
      第70回海岸工学講演会
  • [学会発表] 変分マルチスケール有限要素法による堤体侵食解析2023

    • 著者名/発表者名
      藤澤和謙,Sharma Vikas
    • 学会等名
      土木学会第11回河川堤防技術シンポジウム
  • [備考] 吉田望,若松加寿江,陶野郁雄:令和6年能登半島地震被害調査報告

    • URL

      https://www.kiso.co.jp/yoshida/yoshida/Earthquake/eq002/%E8%83%BD%E7%99%BB%E5%8D%8A%E5%B3%B6%E5%9C%B0%E9%9C%87%E8%A2%AB%E5%AE%B3%E8%AA%BF%E6%9F%BB%E5%A0%B1%E5%91%8A.pdf

URL: 

公開日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi