物理計測と計算機力学の融合による土壌空隙径分布の推定

点击翻译按钮获取中文摘要

土壌中の水は、土壌の空隙をつたって移動する。したがって、その流動形態は、土壌の空隙がどのような形で存在しているかに強く影響される。土壌の空隙は、土壌の骨格を構成する土粒子の隙間であるから、その径は、土粒子の粒径分布や土粒子同士の接合の仕方と密接な関係がある。土粒子の粒径分布は物理的に計測可能であるが、実際の土壌において、個々の土粒子がどのように接合し、空隙がどのように分布しているか、非破壊的に調べることは非常に難しい。そこで本研究では、土壌の物理的計測と計算機力学を組み合わせることで、土壌の空隙分布を統計的に推定する手法を確立する。昨年度は、指定された土壌の粒径分布に従う粒子群を計算機上に模擬的に発生させ、これらを規定の容積に充填するシミュレーションを繰り返し行なって空隙径を測定し、その分布を統計的に推定する手法を開発した。本年度は、個別要素法による充填シミュレーションを高速に行なうための並列化処理プログラムの開発に取り組むとともに、土壌の小空隙部を通過する流れ(マトリクス流)と大空隙部を通過する流れ(パイプ流)を個別にモデル化しつつ連成して計算する手法を開発した。並列化処理プログラムの開発に関しては、近年普及してきたマルチコアタイプの計算機での利用を想定し、共有メモリ型計算手法の標準仕様であるOpenMPを用いた。また、マトリクス流とパイプ流を連成して計算する手法については、山腹斜面の複雑な形状を表現できるよう三次元一般化座標系を導入し、土壌小空隙部の水理特性とともに地形特性も考慮できるよう配慮した。後者の成果については、学術論文(1件)に取りまとめている。