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

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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。