2017 Fiscal Year Annual Research Report
土-水境界面における土質力学と水理学の接続による内部侵食現象の解明と予測
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17H03889
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
藤澤 和謙 京都大学, 農学研究科, 准教授 (30510218)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 侵食 / レオロジー / 土質材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度において，次のの3つの課題に取り組んだ．(1)浸透流が砂粒子の限界掃流力，pick-up rateに及ぼす影響を明らかにする．(2)流動的に運動する砂質材料のレオロジーを明らかにする．(3)土の内部侵食シミュレータを開発する．
(1)について，上向きの浸透流が生じている状態の砂地盤に表面流を作用させ，限界掃流力を測定した．その結果，限界掃流力は（上向きの）動水勾配の増加に従って小さくなることが明らかとなった．この結果を詳細に検討することで，上向きの浸透流速の増加によって砂地盤に作用する掃流力は小さくなり，砂地盤表面に作用する浸透力は砂内部のそれの半分程度となることが示唆された．
(2)については，当該年度は粉体の流動性測定装置を設備備品として購入・設置し，低拘束圧下における摩擦角（せん断強度）及び流動性の測定を行った．具体的には，材料には珪砂5号及び6号を使用し，拘束圧（垂直応力）を0.01kP～20kPaとかなり小さい拘束圧下において，せん断速度を変化させて，せん断強度を測定した．その結果，せん断速度の増加に従って少し摩擦角が小さくなるものの，得られる摩擦角は通常の一面せん断試験から得られるものと大きくは変わらないことが明らかとなった．また，流動性の測定においては，砂塊の表面において粘性を有する挙動を確認し，その粘性係数を実験に基づいて算定した．
(3)については，Space-Time有限要素法による固体の動的変形プログラムが完成し，ベンチマーク問題を通してその精度検証を行った．このプログラムは，現在のところ微小変形のみに対応する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
次の(1)～(3)の研究課題：(1)浸透流が砂粒子の限界掃流力，pick-up rateに及ぼす影響を明らかにする，(2)流動的に運動する砂質材料のレオロジーを明らかにする，(3)土の内部侵食シミュレータを開発する，について当初の計画通り進んでいる．
(1)については，浸透流が限界掃流力に及ぼす影響を実験的に明らかにした．(2)については実験装置の設置を終え，珪砂を対象として摩擦角と流動性の測定を実施した．(3)については，順調に計算コードの実装を進めている．
特に(2)については，当初は試験的な実験を予定していたが，予定よりも精密な実験を進めることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
上記の研究課題(1)～(3)について，継続的に研究課題の遂行を進める．
(1)については，さらに実験データの取得を重ねるとともに，微視的な観点からその結果の解釈を進める．(2)については，今後，通気ユニットを追加購入する予定であり,これにより幅広い間隙状態において砂の流動性を測定する．(3)については，現在のところ微小変形の計算にとどまっているが，移動メッシュの導入を実現し，大変形問題へのチューニングを図る．
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