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A seepage failure simulation of ground structure using a particle method for quasi-static and dynamic analysis.

使用粒子法进行准静态和动态分析的地面结构渗流破坏模拟。

基本信息

批准号：
21K11918
负责人：
山口裕矢
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Fujitsu Limited (Fujitsu Research)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K11918/
关键词：
地盤材料土砂流動多孔質体理論 MPM 弾塑性構成則固液遷移

项目摘要

本年度は初年度に開発した土骨格―間隙流体混合MPM及び材料モデルを基礎として，不飽和土を対象とした混合MPMを開発し，実地形データより作成した数値モデルを用いた降雨誘発地すべりの数値解析を通してその表現性能を確認した．降雨による間隙水の浸透により地盤構造が不安定化するまでの準静的過程，および崩壊土砂が流動する動的過程の双方の過程の大規模３次元解析を実施するために，各々の表現に適した陰的MPMと動的MPMを組み合わせた手法を用いた．陰的MPMにおいては簡略定式化を採用し，変位と速度の同時補間を可能とする安定化法を採用した．また，複雑な地表面における降雨境界条件を実現するために拡張B-splineを用い，降雨の影響が小さい短時間の流動解析では境界粒子を省略して計算を実施した．土骨格の材料モデルは安定な地盤構造が流動土砂へ遷移する過程の表現を目的とした粘塑性モデルを採用した．同時に，過剰な体積膨張及び間隙水圧の発生を抑制するための補正手法を土骨格の材料モデルと不飽和モデルの枠組みで導入した．代表的な検証例題を通して，陰的MPMと動的MPMがいずれも不飽和多孔質体の力学的挙動を適切に表現可能であることが確認された．実地形モデルを用いた計算において，間隙水の影響を考慮した混合MPMと，強度低減法を用いた単相MPMの計算結果を比較し，間隙水の３次元的分布を考慮した混合MPMの計算結果では単相MPMとは異なる地すべりの発生箇所や土砂の流動挙動が見られ，地すべり解析における間隙水の影響の大きさが示唆された．また，土層厚の分布によって間隙水の浸透挙動も変化し，地すべりの挙動にも大きな影響があることが確認された．

This year, the development of soil cell-interstitial fluid mixture MPM and material mixture based on unsaturated soil and the development of mixed MPM based on topography and the use of rainfall induced ground and numerical analysis were confirmed. A large-scale three-dimensional analysis of both the quasi-static process of the instability of the ground structure due to the infiltration of interstitial water during rainfall and the dynamic process of the flow of collapsed soil and sand is implemented, and the combination of appropriate cloudy MPM and dynamic MPM is used for each performance. The MPM of Yin is simplified and fixed, and the speed and simultaneous compensation are possible and stable. The analysis of rainfall boundary conditions on the surface of the earth is carried out in the form of a B-spline. The effect of rainfall on short-term flow is analyzed in the form of boundary particles. The behavior of soil matrix material in the process of soil migration due to stable soil structure and viscoplasticity is studied. At the same time, excessive volume expansion and the generation of interstitial water pressure are suppressed. The correction method is introduced into the material of the soil matrix. The MPM and MPM in motion represent the proof examples of unsaturated porous materials, and the mechanical behavior of unsaturated porous materials can be confirmed. The calculation results of the three-dimensional distribution of the interstitial water are compared with those of the single-phase MPM. The results of the calculation of the three-dimensional distribution of the interstitial water are compared with those of the single-phase MPM. The distribution of soil thickness and pore water permeability change greatly, and it is confirmed that the soil thickness and pore water permeability change greatly.