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

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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．