2018 Fiscal Year Annual Research Report
The multi-scale dynamics in granular flow considering stick-slip phenomena
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17K18901
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
前田 健一 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50271648)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | マルチスケール / 粒状体 / 流れ / スティック・スリップ / 限界状態 / フルード数 / 浮き上がり |
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| Outline of Annual Research Achievements |
粒状体の流れの代表的特徴をスティック・スリップ現象として捉え、流れに潜む粒子性と波動性の二重性（量子力学的捉え方）を見出した。流れ挙動に及ぼす粒度や粒形、間隙水の有無、河床粗度、傾斜角の影響について、内部の可視化模型実験と数値解析を用いて調べた。限界状態土質力学の成果も活かし、流れの応力・ひずみ・間隙比の関係を統一的に捉えることを試みた。また、伝播流速を用いて流れの特徴・分類を表現するフルード数の定義もおこなった。これらを基に以下の成果を挙げた。
１）大きな粒子の浮き上がり、分級のメカニズムの解明とスティック・スリップ流れ中の二重性
乾燥流れでも大きな粒子が浮き上がったり、先端に集まったりする現象がみられた。応力鎖の発生・消滅条件や安定性は、流れ中の流体の特性、摩擦性材料の特性、河床粗度が重要な影響を与えるが分かった。応力鎖のダイナミクスから浮き上がり条件を解明した。
２）応力鎖のダイナミクスと限界状態の概念を取り入れた流れのモデリング：限界状態の正体
応力鎖という代表的な構造単位の力学特性を記述し、連続体近似を用いることで、粒状体の変形・破壊挙動を記述するモデルを構築を試みた。その際に、スティック・スリップモデルを応力鎖の成長過程記述のために導入した。発生した応力鎖がどのように安定して遠方まで成長できるのかを検討した。また、粒状体の特徴的な概念で状態を記述するのに有益な限界状態は地盤力学の拠り所の一つである「限界状態」の持つ意味を応力鎖のダイナミクスという視点から考察し、モデル構築をより簡明化した。さらに、粒子法などの連続体数値解析に導入し、実験結果との比較などから提案モデルの検証・修正を行う。砂防分野の被害予測や新対策方法の提案に役立てる方向性を示した。
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[Book] 日本土木史2018
Author(s)
日本土木史編集特別委員会 (担当： 分担執筆 )
Total Pages
100
Publisher
土木学会
ISBN
978-4-8106-0797-0
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