耐越水堤防の総合的な性能評価を実現する地盤－構造－流体連成解析技術の開発

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本研究では河川の越水に起因した堤防の侵食・破堤に対する対策工の一つである、川裏法面のブロック被覆による耐越水堤防を対象として、その平時の変形およびその後の越流時の耐久性までを一気通貫に解析する数値シミュレーション技術の開発を目的としている。具体的には海外共同研究者であるUCバークレーのSoga教授が開発を進めてきた連続体の大変形解析手法の一つであるMaterial Point Method（MPM）を、研究代表者が従来開発してきた不連続体解析手法（Discontinuous Deformation Analysis: DDA）と組み合わせる。地盤と流体をそれぞれMPMで、ことによって、地盤－流体－構造間の相互作用下での挙動を解析する。被覆ブロックをDDAでモデル化する。令和4年度は、最終的な開発目標である。地盤－流体－構造間相互作用解析の要素技術として非圧縮粘性流体のためのMPMの開発を進めた。海外共同研究者とはオンラインで定式化、プログラム実装について打合せの上、プログラム実装を行った。従来提案されていた非圧縮性流体のためのMPMは、運動方程式と連続式を支配方程式としつつ、両式を分離して段階的に解く半陰解法によるものであった。一方で、陰解法ベースの不連続体解析手法であるDDAとの連成を考えたときには全ての未知数の同時性を満たすことが望ましい。そこで、運動方程式と連続式を同時に解く一体型解法を採用した完全に陰的なMPMを新たに定式化し、プログラム実装した。さらに、盛土内部の浸透現象を考慮するため、ダルシー則に基づく土と水の間の相互作用力を与えた定式化も行った。これにより、盛土の変形が無い状態では、堤防内部の浸透と越流を同時に解析することが可能になった。次年度は地盤の変形を表す固相のMPMとの連成を進めていく。