Multi-scale Ground Failure Simulator Based on the Particle Method in Consideration of Phase Transition

考虑相变的基于粒子法的多尺度接地故障模拟器

基本信息

批准号：
21J12338
负责人：
辻勲平
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

１．非解像型連成モデルによる防波堤マウンドの浸透崩壊解析と連成モデルの限界の把握前年度に引き続き，津波による防波堤の浸透崩壊に着目した，非解像型連成モデル（流体：半経験的な浸透流解析，土粒子：半経験的な抗力により駆動）による流体-土-構造連成解析を行った．ここでは，従来の非解像型連成モデルによる侵食の表現性能の限界を把握し，Terzaghiの限界動水勾配による定量的な破壊判定と，侵食による土粒子の流失を簡易的に考慮したDEMの密度補正を組み合わせることで，地盤の破壊までは定量的に評価し，破壊後の流動的な土砂挙動は定性的に表現するシミュレータの開発を達成した．２．粒子法による解像/非解像型ハイブリッドタイプの半解像型モデルの提案昨今着目される内部侵食（浸透流による土粒子の移動に起因した地盤内部での侵食）を表現し，侵食の数値実験が可能な新たな連成モデルの開発に取り組んだ．ここでは，表面の流体力を精緻に求める流体-固体連成問題として解く解像型連成モデルと，流体は平均的な浸透流として解き，土粒子には抗力を作用させる非解像型連成モデルを組み合わせたハイブリッドタイプの半解像型連成モデルを粒子法の範疇で開発した．提案モデルによる数値実験から，従来のモデルの欠点（解像型：莫大な計算コスト，非解像型：侵食の表現性能）を補う新たなモデルによって初めて内部侵食で特徴的な強い間隙流れや小粒子の噴出を表現できることを確認した．本研究課題の実施を通し，目的であった水-土粒子-空気三相連成解析には至らなかったものの，従来の連成モデルの適用限界を把握したほか，粒子法の高精度化と新たな半解像型連成モデルの開発を行い，地盤の侵食を始めとする水-土の2相が複雑に影響して発生する地盤の微視的な素過程を，効率よく高詳細に表現できる新たなシミュレータを構築することができた．

1.使用非解析耦合模型分析防波堤土墩的渗流破坏并了解耦合模型的局限性继续去年，非解析耦合模型（流体：半经验）我们进行了流体-土壤-结构相互作用分析使用渗流分析（土壤颗粒：由半经验阻力驱动）。在这里，我们掌握了传统非解析耦合模型侵蚀表示性能的局限性，根据太沙吉临界水力梯度定量确定破坏，并开发了一种简单考虑侵蚀引起的土壤颗粒冲刷的 DEM。通过密度校正方法，我们开发了一种模拟器，可以定量评估地面破坏并定性表达破坏后土壤的流体行为。 2.提出使用粒子法的混合分辨率/非分辨率型半分辨率模型表达最近引起关注的内部侵蚀（由于渗流导致土壤颗粒运动而引起的地面内部侵蚀），并量化其量我们致力于开发一种允许进行实验的新耦合模型。在这里，我们将讨论解决流固耦合问题的解析耦合模型，该模型精确确定表面上的流体力，以及将流体求解为平均渗流并对土壤颗粒施加阻力的非解析耦合模型。我们开发了一种混合型半解析耦合模型，该模型结合了粒子方法下的组件模型。使用该模型进行的数值实验表明，新模型弥补了常规模型的缺点（分辨率型：计算量大，非分辨率型：侵蚀表征性能），可以解决内部强孔隙流和小流量的特性。我们第一次证实了可以表达粒子的喷射。通过本研究项目的实施，虽然我们未能达到对水、土壤颗粒和空气进行三相耦合分析的目标，但我们能够掌握传统耦合模型的适用范围，并且能够提高粒子方法的准确性并开发新模型，以有效地高度详细地表达由于水和水两相的复杂影响而发生的地面微观基本过程。土壤，包括地面侵蚀，我们能够构建一个可以做到这一点的新模拟器。