多相連成災害の素過程を解明する計算力学手法の構築

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多相連成災害の素過程を解明する計算力学手法の構築するため，以下のような研究を進めた．(1) 鉛直上昇流による飽和粒子層の内部流動化に対する流体・固体連成計算底面から局所的に流入する鉛直上昇水流(平均流速約0.77 m/s) により，粒子層で内部流動化が発生し，最終的に水流が粒子層を貫通して崩壊に至る過程を対象として，実験および粒子スケールの流体・固体連成計算を行った．実験では，2 種類の礫粒子（粒径約7 mm と4 mm）および粒径約7 mm のガラスビーズを用いて，高速ビデオで粒子の動きを撮影し，超小型間隙水圧計による計測を行った．一方，計算では個々の粒子を四面体要素で表現する粒子モデルを利用し，最小粒径粒子の計算では，粒子モデル数を21,936，流体計算セル数を117,504,000 として，粒子周辺の流体計算に十分な分解能を設定し，2,176 プロセスの並列処理により演算を高速化した．実験および計算結果を用いて，粒子層内に生ずる過剰間隙水圧の時間的・空間的分布を比較するとともに，計算結果を利用した粒子移動パターンを示し，一連の過程が進行する力学的な要因や，粒子形状および粒径による現象の相違について考察を加えた．(2) 密度流の数値解析における圧力計算の前処理法C-HSMAC 法における圧力ポアソン方程式の求解に前処理付きBi-CGSTAB法を用い，その効果について考察した．その結果，前処理により計算時間が短縮されることが確認できた．特に，Multigrid 法を前処理として用いた場合に，C-HSMAC 法の反復回数が他の解法と比べて大幅に少なくなるケースが存在しており，この現象も計算時間の短縮につながっていると考えられる．