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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Dynamics of impact force wave in soil due to rock fall: paradigm shift of rock fall protection by using soils

Research Project

Project/Area Number 20H02241
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

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)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywordsマイクロメカニクス / 落石 / トライポロジ / マルチスケール / 個別要素法
Outline of Annual Research Achievements

画像解析を活用した測定を取り入れた新しい小型及び実物大衝撃実験によって、土内部の局所的な変形挙動や伝達応力について、いままで見逃されていた現象の可視化への挑戦を継続した。また、従来のように土を連続体レベルだけで捉えるのではなく、粒子レベル、粒子が連なった粒子骨格レベルといったマルチなスケールで観察し、それらの相互作用から緩衝メカニズムを昨年度に引き続き、深掘りした。そのために、個別要素法解析を実施した。さらに、衝撃力の緩衝挙動を粒子自体の特性が顕著に表れる粒状体としての性質(粒子性)と波として伝播する性質(波動性)の二重性で捉えることを視野に入れている。
従来の落石衝撃実験では構造物が主体であり、載荷に伴う土の密度変化や粒子破砕、粒子間に存在する間隙水の量とその速い移動や表面張力の影響については見逃されてきた。これらは粒状体の力学、地盤力学が得意とするところであり、小型の実験装置であるが、新たに実験方法や測定手法を考案し、多角的な視点から土の緩衝メカニズムの可視化に挑戦した。また、DEM解析により、非円形、非球形の粒子を用い土粒子の滑り・回転や接触力、粒子が連なり応力が集中する応力鎖の発生・消滅、衝撃力の波動挙動の相互作用を定量的に関係付けて説明する準備をした。落石対策工に作用する外力の評価の精度向上、土を利活用した緩衝層の衝撃応答メカニズムの解明、そして、対策工の長寿命化に効果的な補強方法の提案が研究課題に継続して取り組んだ。
1) 表土の跳ね返り特性に及ぼす落体特性と地盤力学的特性の影響を回転とすべりの間に成り立つ拘束条件の一つを実験によって明らかにした。
2) 緩衝層の衝撃力伝達特性に及ぼす地盤力学的特性の影響および相似則について跳ね返り現象について接触時の塑性変形と損失エネルギーとのトラボロジ関係を明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

コロナ禍であったが、実物大実験や室内実験も計画通りに進めることができた。申請前までの準備状況やポイントと絞った研究企画とウェブを活用した多様な
ディスカションができたことが進捗に良い影響をもたらすことことができたためと考えている。

Strategy for Future Research Activity

研究計画については特に変更はなく、今後も計画通りに進める。

  • Research Products

    (18 results)

All 2022 2021 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] 土堤材料や重錘質量を変化させた小型落石防護土堤への重錘衝突実験2022

    • Author(s)
      杉山直優,前田健一,牛渡裕二,鈴木健太郎,今野久志,内藤直人
    • Journal Title

      構造工学論文集

      Volume: 68A Pages: 985-998

    • DOI

      10.11532/structcivil.68A.985

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 敷砂緩衝層の落石エネルギー吸収効果の評価を目的とした実規模落体衝突実験および二次元DEM解析2022

    • Author(s)
      磯合 凌弥, 前田 健一, 杉山 直優, 菅原 正則, 今野 久志, 内藤 直人
    • Journal Title

      構造工学論文集

      Volume: 68A Pages: 999-1012

    • DOI

      10.11532/structcivil.68A.999

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 落石捕捉性能把握に向けた実規模落石防護土堤の落体衝突実験2021

    • Author(s)
      杉山直優,前田健一,鈴木健太郎,今野久志,峯祐貴,磯合凌弥
    • Journal Title

      構造工学論文集

      Volume: 67A Pages: 864-877

    • DOI

      10.11532/structcivil.67A.864

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ROCKFALL KINETIC ENERGY DAMPING PERFORMANCE OF GRANULAR LAYER AND ITS DEM SIMULATION2022

    • Author(s)
      Kenichi Maeda, Naoto Naito, Kentaro Suzuki and Ryoji Kawase
    • Organizer
      RocExs2020 7th Interdisciplinary Workshop on Rockfall Protection
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] STRESS WAVE PROPAGATION BEHAVIOR OF SAND CUSHION WITH DIFFERENT LOADING DURATION USING TWO-DIMENSIONAL DISCRETE ELEMENT METHOD2022

    • Author(s)
      Naoto Naito, Kenichi Maeda, Kentaro Suzuki and Hisashi Konno
    • Organizer
      RocExs2020 7th Interdisciplinary Workshop on Rockfall Protection
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Multi-scale geo-mechanics on scour2022

    • Author(s)
      K. Yasue, K. Maeda, T. Matsuda
    • Organizer
      20th International Conference of Soil Mechanics and Foundation Engineering
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 落体反発挙動の評価に向けた敷砂による実物大緩衝層への鉛直落下実験2022

    • Author(s)
      磯合凌弥,前田健一,杉山直優,今野久志,中瀬仁,牛渡裕二
    • Organizer
      第62回地盤工学会北海道支部技術報告会
  • [Presentation] 落石捕捉性能把握に向けた落石防護土堤への重錘衝突実験2022

    • Author(s)
      杉山直優,前田健一,磯合凌弥,今野久志,菅原正則
    • Organizer
      第62回地盤工学会北海道支部技術報告会
  • [Presentation] 質量や落下高さを変化させた実規模落石防護土堤への重錘衝突実験2022

    • Author(s)
      木村絢,前田健一,杉山直優,磯合凌弥,今野久志,鈴木健太郎
    • Organizer
      第62回地盤工学会北海道支部技術報告会
  • [Presentation] 実規模土砂流下実験による待ち受け対策工に作用する応力分布2022

    • Author(s)
      木村絢,前田健一,杉山直優,磯合凌弥,内藤直人,難波正和
    • Organizer
      令和3年度土木学会中部支部研究発表会
  • [Presentation] 敷砂による実物大緩衝層への落体衝突実験及び二次元DEM解析2021

    • Author(s)
      杉山直優,前田健一,峯祐貴,磯合凌弥,山内翼,今野久志
    • Organizer
      第26回計算工学講演会
  • [Presentation] 二次元DEMに基づく衝突体の回転が敷砂緩衝層の緩衝効果に及ぼす影響2021

    • Author(s)
      杉山直優,前田健一,峯祐貴,磯合凌弥,牛渡裕二,高橋浩司,今野久志
    • Organizer
      第56回地盤工学研究発表会
  • [Presentation] 実規模斜入射実験による土堤ポケット部における落石エネルギー吸収効果の評価2021

    • Author(s)
      磯合凌弥,前田健一,峯祐貴,杉山直優,菅原正則,山内翼,今野久志
    • Organizer
      第56回地盤工学研究発表会
  • [Presentation] 実規模斜入射実験による落体反発挙動及びエネルギー減衰に対する被衝突体の影響2021

    • Author(s)
      磯合凌弥,前田健一,峯裕貴,杉山直優,牛渡裕二,菅原正則,今野久志
    • Organizer
      令和3年度土木学会全国大会第76回年次学術講演会
  • [Presentation] 落石捕捉性能把握に向けた実規模落石防護土堤の落体衝突実験2021

    • Author(s)
      杉山直優,前田健一,鈴木健太郎,今野久志,峯祐貴,磯合凌弥
    • Organizer
      構造工学シンポジウム
  • [Presentation] 敷砂による実物大緩衝層への落体衝突実験及び二次元DEM解析2021

    • Author(s)
      杉山直優,前田健一,峯祐貴,磯合凌弥,山内翼,今野久志
    • Organizer
      構造工学シンポジウム
  • [Book] 水理模型実験の理論と応用 -波動と地盤の相互作用-2021

    • Author(s)
      有川太郎 外
    • Total Pages
      177
    • Publisher
      土木学会
    • ISBN
      978-4-8106-1037-6
  • [Remarks] 前田研究室

    • URL

      https://www.maeda-lab.org/

URL: 

Published: 2022-12-28  

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