土粒子レベルの直接計算とマルチスケール解析による土構造物の動的特性の評価

通过土颗粒水平直接计算和多尺度分析评价土结构动力特性

• 批准号: 16J01584
• 负责人: 橘 一光
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J01584/
• 关键词: 直接数値解析; 非線形透水; マルチスケール; 直接数値シミュレーション; 透水; 地盤材料; 非Darcy流れ; 多孔質体; 固液連成解析

本年度は，前年度に再検討した研究方針に則り，多孔質体内部の間隙流れに関する知見との整合を取りつつ研究を進めるために，考察する透水現象については粒子の流動を制限した状態を対象とし，飽和状態における単相流れの直接数値シミュレーション手法を用いて，地盤材料を模擬した解析モデルに対する浸透流のシミュレーションを行った。堤体スケールの数値解析手法との連携は，粒子法を用いた連成解析の構想を検討して実施を計画していたが，本年度中途での辞退により完了には至っていない。当初の計画では，本年度の解析モデルにおいて不飽和状態を取り扱う予定だったが，前年度の飽和状態におけるシミュレーションによって解析モデルの改良点や検討事項が明らかになったため，本年度は飽和状態における解析モデルの取り扱いの高度化に重点を置いた。よって本年度は不飽和状態を取り扱わず，シミュレーションの対象を飽和状態のものに絞り込んだ上で，解析結果に大きな影響を与える内部構造の特徴量について昨年度から引き続き検討を行った。具体的には，ミクロスケールの乱流効果に由来する材料の透水性能逓減を定量的に捉えるため，シミュレーション結果を基に空間的な乱流の存在量を定量化し，透水係数の逓減との比較を試みた。これにより，レイノルズ数の比較的高い流れにおいて，乱流の存在量増加に伴う透水係数の逓減が確認され，透水係数の非線形性を説明するための物理的な根拠を示唆する成果が得られた。また，昨年度までに取り組んだ単一粒径の球充填構造に加えて，解析モデルの内部構造について異なる粒径の球から構成される充填構造を新たな解析対象として作成し，シミュレーションを行った。当該シミュレーションについてはまだ部分的な結果が得られたのみであるが，ミクロ領域における幾何形状と浸透流れの関連性について，より綿密な考察が可能となることが期待される。

This year, compared with the previous year, the research policy was reviewed, and the research on the integration of knowledge and understanding of interstitial flow in porous materials was carried out to investigate the phenomenon of water permeability, to control the flow of particles, to control the state of saturation, to control the flow of single-phase flow, and to use the method of direct numerical simulation. The material of the soil is analyzed. The method of numerical analysis of the dike body is used to analyze the conjecture of the particle method. The plan is implemented in the middle of the year. In the original plan, this year's analysis of the saturation state is scheduled to be divided into two parts. In the previous year's saturation state, the analysis of the saturation state is scheduled to be divided into two parts. In the current year's saturation state, the analysis of the saturation state is scheduled to be divided into two parts. This year, the unsaturated state is selected, and the saturation state of the object is determined. The analysis results show that the characteristics of the internal structure are greatly affected. Specifically, the reduction in water permeability of the material due to turbulence in the space is quantified and the reduction in water permeability coefficient is compared. In this paper, the results of the comparison of the high flow rate of the turbulent flow, the increase of the amount of turbulence, the decrease of the water permeability coefficient, the explanation of the non-linearity of the water permeability coefficient and the physical root of the water permeability coefficient are obtained. In addition, last year, we focused on selecting a group of ball filling structures with a single particle size to analyze the internal structure of the mold and create a new analysis object for the filling structure of balls with different particle sizes. When the results of the analysis are obtained, the geometric shape of the field and the correlation of the infiltration flow are closely investigated.

项目成果

3D Direct Numerical Simulation on Seepage Flow through Geomaterials

土工材料渗流的 3D 直接数值模拟

• 发表时间: 2016
• 作者: Ikkoh Tachibana;Shuji Moriguchi;Shinsuke Takase;and Kenjiro Terada
• 通讯作者: and Kenjiro Terada

粒子流体連成解析による地盤材料の透水係数の非線形特性分析

使用颗粒-流体相互作用分析对地面材料的水力传导率进行非线性特性分析

• 发表时间: 2017
• 作者: Tomita Takafumi;Nakajima Shuta;Danshita Ippei;Takasu Yosuke;Takahashi Yoshiro;橘一光，森口周二，高瀬慎介，寺田賢二郎，小高猛司
• 通讯作者: 橘一光，森口周二，高瀬慎介，寺田賢二郎，小高猛司

Pore-Scale Direct Numerical Simulation on Seepage Flow through Granular Structure

颗粒结构渗流的孔隙尺度直接数值模拟

• 发表时间: 2017
• 作者: Ikkoh Tachibana;Shuji Moriguchi;Shinsuke Takase;Kenjiro Terada;Takayuki. Aoki;Koji. Kamiya;Takeshi. Kodaka
• 通讯作者: Takeshi. Kodaka

A study on permeability coefficient of porous media using immersed boundary method

浸没边界法研究多孔介质渗透系数

• 发表时间: 2018
• 作者: Ikkoh Tachibana;Shuji Moriguchi;Kenjiro Terada;Takayuki Aoki
• 通讯作者: Takayuki Aoki

埋め込み境界法を用いた地盤材料の土粒子スケール透水シミュレーション

使用掩埋边界法对地面材料进行颗粒尺度渗透率模拟

• 发表时间: 2016
• 作者: 橘一光;森口周二;高瀬慎介;寺田賢二郎;神谷浩二;小高猛司
• 通讯作者: 小高猛司