軟岩や地盤の大変形〜崩壊過程をシミュレートする流動要素法の開発

亀裂性岩盤や砂質地盤に対し,岩盤ブロックや土粒子を要素にとり,個々の要素の自由な離散や回転運動を許す個別要素法(DEM)が有効であったように,連続体として柔らかく変形する軟岩や地盤に対しては,例えば斜面崩壊や地滑り,切土や盛土における地盤変形,地下開発に伴う内空変位や地盤沈下の問題など,重力場における地盤要素の大変形・流動現象としての考察が有効であると思われる.そこで,「DEMの基本となっている運動方程式の陽形式時間差分による遂次解法を活かし,隣接要素と常に連続性を保ちながら,各要素に塑性的大ひずみを許す形で,全体としての大変形から流動・崩壊までをシミュレートできる手法(流動要素法と名付け,FLEMと略す)を開発した.本研究では,解析手法の原理と基本的事項の検討を経て,一般的な解析用ソフトの開発,実用化に向けての機能の拡張と代表的な適用例の提示までを行った.まず,解の収束性と精度の検討を実施し,要素形状,構成則,緩和係数としての節点質量と粘性定数がFLEMの収束性と解の精度に与える影響について,実用面から検討した.ついで,一軸圧縮モデルの解析あるいは盛土の変形問題への適用などを通じて,要素試験的な解析から実施施工段階の問題まで幅広くかつ微小変形から大変形領域まで精度よく所期の変形状態を再現できることを示した.さらに,大変形領域における幾何学的非線型性の問題など理論的な面からも検討を加えた.また,さらなる拡張を目指して,間隙水連成,すべり・開口など破壊面の発生を伴う問題などの基礎段階から応用段階への進展も行なった.

亀裂性岩盤や砂質地盤に対し,岩盤ブロックや土粒子を要素にとり,個々の要素の自由な離散や回転運動を許す個別要素法(DEM)が有効であったように,連続体として柔らかく変形する軟岩や地盤に対しては,例えば斜面崩壊や地滑り,切土や盛土における地盤変形,地下開発に伴う内空変位や地盤沈下の問題など,重力場における地盤要素の大変形・流動現象としての考察が有効であると思われる.そこで,「DEMの基本となっている運動方程式の陽形式時間差分による遂次解法を活かし,隣接要素と常に連続性を保ちながら,各要素に塑性的大ひずみを許す形で,全体としての大変形から流動・崩壊までをシミュレートできる手法(流動要素法と名付け,FLEMと略す)を開発した.本研究では,解析手法の原理と基本的事項の検討を経て,一般的な解析用ソフトの開発,実用化に向けての機能の拡張と代表的な適用例の提示までを行った.まず,解の収束性と精度の検討を実施し,要素形状,構成則,緩和係数としての節点質量と粘性定数がFLEMの収束性と解の精度に与える影響について,実用面から検討した.ついで,一軸圧縮モデルの解析あるいは盛土の変形問題への適用などを通じて,要素試験的な解析から実施施工段階の問題まで幅広くかつ微小変形から大変形領域まで精度よく所期の変形状態を再現できることを示した.さらに,大変形領域における幾何学的非線型性の問題など理論的な面からも検討を加えた.また,さらなる拡張を目指して,間隙水連成,すべり・開口など破壊面の発生を伴う問題などの基礎段階から応用段階への進展も行なった.