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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Microscopic visualization and understanding of internal erosion of geo-materials: Development of experimental technique and particle based numerical method

Research Project

Project/Area Number 16K18146
Research InstitutionNagaoka University of Technology

Principal Investigator

福元 豊  長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (60757350)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords内部侵食 / 浸透流 / 個別要素法 / 混相流 / 可視化
Outline of Annual Research Achievements

本研究計画の目的は,貯水池堤体や河川堤防の崩壊といった深刻な地盤災害の引き金となる内部侵食現象を微視スケールで可視化して,それが土中で発生・進行する様子を詳細に把握することである.最終年度は,液浸法にPIV/PTV計測を組み合わせて土粒子と間隙水の挙動をレーザーシート上で2次元的に可視化する模型実験方法(研究A)と3次元的に内部侵食を把握可能とするための粒子ベースの数値計算手法(研究B)について,それぞれの高度化をおこなった.その結果,今年度は以下のような成果がそれぞれ得られた.
研究Aでは,試料作製方法や撮影方法を工夫しながら実験を繰り返すことで,昨年度までよりも固体領域(土粒子)と流体領域(間隙水)の境界が鮮明で精度の高い画像を取得できるようになった.また,層流から乱流に遷移する領域の浸透流を直接的に計測することで,レイノルズ数の大きさの変化にともなう間隙中の浸透流速の分布特性の変化を捉えることができた.浸透破壊の条件での浸透流と土粒子の両方の直接観察も試みたが,同じ撮影倍率の画像から両方の挙動を同時に抽出することは難しく,今後さらなる工夫が必要であることがわかった.
研究Bでは,今年度実施した研究Aの模型実験に対応させた条件での計算を実行するために,多孔質体流れの乱流域までを観察できるような数値解析モデルの導入をおこなった.模型実験の条件を模擬した詳細比較にまでは至らなかったが,今後の発展を見込むことができる進捗が得られた.

  • Research Products

    (12 results)

All 2019 2018 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Discrete particle simulation model for slaking of geomaterials including swelling clay minerals2019

    • Author(s)
      Yutaka Fukumoto,Satoru Ohtsuka
    • Journal Title

      International Journal of GEOMATE

      Volume: 16(54) Pages: pp.134-139

    • DOI

      https://doi.org/10.21660/2019.54.8230

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 水・地盤連成解析手法による落差工周辺の河床構造物の安定性評価2018

    • Author(s)
      楊 宏選,福元 豊,細山田得三,大塚 悟
    • Journal Title

      土木学会論文集B1

      Volume: 74(5) Pages: pp.I_655-I_660

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 2D numerical simulation of turbulent flow inside the soil by LBM2019

    • Author(s)
      Tomohiro Kitao, Yutaka Fukumoto, Kazunori Fujisawa, Akira Murakami
    • Organizer
      MPM 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 乱流モデルを組み込んだ流体計算手法を用いた浸透流の直接的シミュレーション2019

    • Author(s)
      北尾朋広,福元 豊,藤澤和謙,村上 章
    • Organizer
      第54回地盤工学研究発表会
  • [Presentation] 透明砂を用いた浸透流の直接計測手法による層流-乱流域の観察2019

    • Author(s)
      塩原祐希,宇井智章,福元 豊,大塚 悟
    • Organizer
      第54回地盤工学研究発表会
  • [Presentation] Coupled particle-fluid numerical simulation model for internal erosion of granular soils with a broad particle size distribution2018

    • Author(s)
      Yutaka Fukumoto, Satoru Ohtsuka
    • Organizer
      9th International Conference on Scour and Erosion
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Direct observation of seepage flow inside the soil matrix by using the method of RIMS2018

    • Author(s)
      Tomoaki Ui, Yutaka Fukumoto, Satoru Ohtsuka
    • Organizer
      Indo Japan Bilateral Symposium on Futuristic Materials and Manufacturing
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 模型実験との比較による土中の浸透流の直接数値解析手法の検証2018

    • Author(s)
      福元 豊,宇井智章,清野 颯,大塚 悟
    • Organizer
      第23回計算工学講演会
  • [Presentation] 土骨格中の浸透流の直接的観察手法の検討その1:RIMSを用いた模型実験2018

    • Author(s)
      宇井智章,清野 颯,福元 豊,大塚 悟
    • Organizer
      第53回地盤工学研究発表会
  • [Presentation] 土骨格中の浸透流の直接的観察手法の検討その2:模型実験と数値解析の比較2018

    • Author(s)
      福元 豊,宇井智章,清野 颯,大塚 悟
    • Organizer
      第53回地盤工学研究発表会
  • [Presentation] 砂粒子と間隙水を直接解いた2次元液状化シミュレーション2018

    • Author(s)
      北尾朋広,福元 豊,藤澤和謙,村上 章
    • Organizer
      2018年度農業農村工学会
  • [Remarks] 個人webページ

    • URL

      http://cds.nagaokaut.ac.jp/yutakafukumoto/main_japanese.html

URL: 

Published: 2019-12-27  

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