表面土質力学による侵食モデリングと内部空洞の形状同定

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本研究課題の目的は，ため池などの機能損失につながる水の作用による土の侵食について，高精度な現象予測を実現するとともに，水みち（パイピング）などの構造物内部の空洞領域を同定する逆解析手法を開発することで，農業水利施設（ダム・ため池）並びに社会基盤施設（堤防など）の防災・減災及びストックマネジメントに貢献することにある。同方面の研究における重要課題には，(1)侵食現象の予測精度の不足，(2)水みちなどの施設内部に存在する侵食箇所の同定が非常に困難であることの二つある。進展する侵食の「予測」と侵食箇所の「同定」は一体となって解決が図られるべきであり，そのために本研究課題では，水と土の境界付近で生じる土の挙動を正確に把握し，モデリングを行うとともに，侵食を受けた土内部の場所を同定できる逆解析方法の構築に取り組んだ。当該年度は本研究課題の初年度に対応し，土表面に位置する低拘束圧下の土粒子挙動を観察するための実験装置の準備，土の侵食過程をシミュレートできる解析手法の開発とコーディング，土内部の空洞や水みちを同定する逆解析法の開発を実施した。具体的には，実験準備については，土表面の土粒子挙動を観察するため，砂質土であれば粒子レベルまで見ることのできる高解像度ハイスピードカメラを搭載した準備実験を行った。侵食過程のシミュレーション及び逆解析については，変分マルチスケール法による乱流解析と浸透流解析のカップリング及び形状を逆解析できるベイズ推定方法の開発を実施した。