2021 Fiscal Year Research-status Report
A seepage failure simulation of ground structure using a particle method for quasi-static and dynamic analysis.
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21K11918
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| Research Institution | Fujitsu Limited (Fujitsu Research) |
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Principal Investigator |
山口 裕矢 富士通株式会社(富士通研究所), その他部局等, 研究員 (20823579)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 地盤材料 / 土砂流動 / 多孔質体理論 / MPM / 固液遷移 / 弾塑性構成則 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(A)土骨格-間隙流体強連成混合MPMの開発
拡張B-splineと埋め込み境界法によって高度化された陰的時間積分によるMPMを，多孔質体理論に基づく固液混合体モデルに適用した．その際，変位場と圧力場の同次補間を可能とするために有限要素法で実績のある安定化手法をMPMの枠組みに応用した．多孔質弾性体モデルを対象とした基礎的な例題を通して手法の検証を実施し，拡張B-spline基底関数を実装することで，格子間における基底関数の勾配不連続性に起因する積分誤差，および物質表面付近の格子内粒子数が少ない状況で発生する剛性行列の悪条件を改善が改善されること，また，埋め込み境界法を導入することにより，物質表面の定義が不明瞭であるMPMにおいて，固液両相の境界条件を高精度の再現可能となることを確認した．同時に，有限要素法と同様の安定化手法がMPMにおいても有効であり，特に間隙流体の速度が大きい領域を表現可能となることを確認した．
(B)骨格構造から流動土砂への遷移を考慮した材料モデルの構築
先行研究の動向調査結果より，従来の地盤材料を対象とした塑性降伏関数を基礎としながら，粒状体流れを対象とした粘塑性構成則を導入したモデルを採用し，MPMの枠組みに実装した．加えて，流動域における体積膨張を抑制するための体積補正モデルを組み込み，対応可能な現象の幅を広げることを試みた．単相モデルに基づくMPMの枠組みで検証を実施し，流動領域の表現性能の向上を定性的に評価した．粘塑性構成則の採用により，従来の弾塑性構成則に基づくMPMでは考慮されていない土砂流動中のせん断応力の速度依存性を表現可能となることが確認された．
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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
(a)の固液混合MPMの開発については，当初の予定通り単相モデルに実装した拡張B-splineに基づくMPMを混合体モデルに応用し，基礎的な検証を実施した．(b)の材料構成則の開発については，単相モデルにおける性能検証に留まっているが，流動領域における表現性能を確認し，(a)で開発を進めているMPMにおいても応用可能であると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
(a)の固液混合MPMは弾性体モデルにおいて基礎的な検証を行ったため，(b)で開発された粘塑性構成則を含む非弾性体を対象として検証を行う．その際，土骨格の構造崩壊後の境界領域の変化を捕捉するために，境界粒子の再配置処理を導入する予定である．また，固液間相互作用のモデルについては，特に流動領域の表現性能の検証と併せ，必要に応じて改良を行う．
(b)の材料モデルは(a)と組み合わせた表現性能の検証と並行し，粘塑性構成則および体積補正モデルの修正を行う．固液連成解析においては固体単体の解析には見られないような変形・流動挙動が含まれると想定されるため，必要に応じて塑性降伏関数についても従来モデルの範囲内で変更を行う．
(a)(b)の基礎的な検証が終了次第，(c)模型実験の再現計算を実施し，土砂災害に見られるような地盤構造の崩壊から土砂流動化に至る一連の過程の表現を試みる．疑似3次元解析を想定しているが，高解像度の解析の際には並列計算が必要となるため，計算機の購入やレンタルを検討している．
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| Causes of Carryover |
所属機関の変更により計算サーバや可視化サーバの環境が変化したため，当初の購入予定が見送りとなり，物品費が少なくなった．また，COVID-19の影響によって学会がオンライン開催となり，当初予定していた旅費が少なくなった．次年度は比較的大規模な計算を実施予定のため，助成金のだいぶ部分をサーバなどに当てる計画である．
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