模擬メタンハイドレート含有地盤の局所的圧縮変形の把握とそのシミュレーション

模拟甲烷水合物地面局部压缩变形的理解与模拟

基本信息

批准号：
16760393
负责人：
木元小百合
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

化学変化,熱,および変形を連成させた分解変形シミュレータを開発し,ハイドレート分解時の地盤変形挙動について考察した.ハイドレート開発時には,地盤中で水およびガスが発生し,急激な温度変化を伴うため,地盤変形を生じることが懸念される.特に土粒子間に存在するハイドレートが分解によって消失することに伴う土骨格の構造変化が重要である.本研究では,ハイドレート含有地盤を,土粒子・水・ガス・ハイドレートより構成される多相地盤として捉え,各相の連続体の質量保存則,運動量保存則,エネルギー保存則等の支配方程式を用いることにより,多相連成有限要素法を定式化し,ハイドレート分解時の地盤変形解析法の開発および分解シミュレーションを行った.不飽和地盤を取り扱うため,土の構成則に用いる応力変数の扱いが重要となるが,本研究では全応力から液相・気相の平均圧力を引いた,平均化骨格応力を導入した.また水分特性における構成式として,van Genughten式を用いた.ハイドレート分解に伴う,固相から液相・気相への相変化に関しては,各相の質量保存則に取り入れ,また分解に伴う吸熱量をエネルギー保存則中で考慮する.分解速度はKim and Bishnoiらによって提案されている実験式を用い,現在の圧力・温度と平衡状態での圧力・温度によって決定すると仮定した.解析では一次元要素を用いて,地盤中のハイドレートを加熱あるいは減圧によって分解させた際の変形,分解挙動のシミュレーションを行った.分解時には間隙圧力の変化,土構造骨格変化に伴って相当量の圧縮変形が生じる.特に減圧法による分解時には,分解による応力変化に加えて,減圧そのものの影響により,大きい沈下が生じた.

开发了分解变形模拟器，结合了化学变化，热量和变形，并检查了水合物分解过程中地面的变形行为。在水合发育过程中，地面会产生水和气体，并担心地面变形会发生。特别是，由于分解而导致的土壤颗粒之间的水合物消失引起的土壤结构的结构变化很重要。在这项研究中，含有水合物的地面由土壤颗粒，水，气体和水合物组成。通过使用诸如每个阶段连续体保护法的大规模保护法，势头保护法，能源保护法等等方程，我们制定了多相耦合有限元方法，以及用于分析水合分解过程中变形分析的方法的开发和分解模拟。为了处理不饱和的土壤，重要的是处理土壤组成定律中使用的应力变量。在这项研究中，我们通过从总应力中减去液体和气相的平均压力引入了平均的骨骼应力。此外，作为水分特征的组成方程，我们采用了一辆面包车。使用了Genoughten方程。从固相到与水合分解相关的液相变为液相和气相的相变为每个相的质量保护定律，并且在能量保护法中考虑了分解的热量。假定分解速率由当前压力和温度以及平衡状态下的压力和温度确定。在分析中，使用一维元素来模拟当通过加热或减压分解地面上的水合时的变形和分解行为。在分解过程中，随着孔隙压力的变化和土壤结构骨骼的变化，发生了大量的压缩变形。特别是，在使用解压缩方法减压期间，除了减压引起的压力变化外，由于解压缩本身的影响而发生了较大的沉降。