粒子ー流体間のマイクロ力学プロセスによる土砂・地盤流動現象の統一的解釈

利用颗粒和流体之间的微机械过程统一解释沉积物和地面流动现象

基本信息

批准号：
21H01418
负责人：
澤田純男
金额：
$ 10.82万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01418/
关键词：
流動現象土砂地盤相変化

项目摘要

液状化による側方流動や土石流の流下量といった土粒子を含む流動現象は，その力学プロセスの理解が本質的に難しいことから，これまで統一的な観点で体系化されていない．本課題は，土粒子が流体により輸送される現象(粒子フロー)として土石流から地盤の流動現象までを統一的に扱う方法論を研究するものである.土石流や掃流/浮遊砂のような水理現象と地盤の流動現象の違いは，本質的には粒子密度の違いと粒子ー間隙流体間の相対速度の違いによるものであり，この違いにより粒子フロー様態が異なるためと考える.このミクロなプロセスを，土骨格相から浮遊土粒子相への相変化としてモデル化することで，連続体として，すなわち現在広く実用化されている有限要素解析に直接応用できるように実現化することを目指している．令和4年度には，液状化時に繰り返し生じる剛性の回復と劣化を表現できるモデルを提案し，サイクリックモビリティ時に剛性劣化と剛性回復を繰り返す特徴的な挙動を，内部浸食と再堆積の繰り返しで表現できるようになった．さらに，透明なアクリル容器を用いたリングせん断試験を実施し，せん断帯付近では粒子に回転運動が生じており，これと供試体全体の鉛直運動，すなわちダイレイタンシーとの対応を確認した．また，非排水三軸繰り返し試験データを利用して，土の変形特性のモデル化を機械学習を取り入れた手法により試み，深層学習と従来の構成モデルとを組み合わせることで，試験データの再現性を向上させつつ，学習データに含まれない挙動を安定して出力できるモデルを実現した．

含有土壤颗粒的流动现象，例如由于液化而引起的横向流量和碎屑流的流量，直到现在尚未从统一的角度进行系统化，因为基本上很难理解动态过程。这个问题是研究一种统一将土壤流作为现象（颗粒流）统一处理的方法，其中土壤颗粒通过流体传输。液压现象（例如碎屑流，清除/浮动的沙子和土壤流动现象）之间的差异本质上是由于颗粒密度的差异和粒子气体流体之间的相对速度，粒子流量模式由于粒子密度的差异而不同。通过将该微量准则建模为从土壤骨架相变为浮动土壤颗粒相的相变，我们旨在将其视为连续体，即将其直接应用于有限元分析中，该分析目前已被广泛使用。在2022年，我们提出了一个模型，该模型可以表达液化过程中反复发生的刚度和恶化的复发，并且我们能够通过反复的内部侵蚀和重新上调在环状迁移率期间反复僵硬降解和刚度恢复的独特行为。此外，使用透明的丙烯酸容器进行了环形剪切测试，并围绕剪切带旋转颗粒，并在整个样品的垂直运动之间进行对应关系，即扩张。此外，使用未排水的三轴重复测试数据，我们尝试使用合并机器学习的方法对土壤的变形特性进行建模，并通过将深度学习与常规组成型模型相结合，我们实现了一个模型，该模型可以提高测试数据的重复性，同时还可以在训练数据中包括稳定的输出行为。