表面土質力学による侵食モデリングと内部空洞の形状同定

利用表层土壤力学进行侵蚀建模和内部空腔形状识别

基本信息

批准号：
21H02304
负责人：
藤澤和謙
金额：
$ 10.73万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02304/
关键词：
農業水利施設侵食逆解析土質力学表面形状同定

项目摘要

本研究課題の目的は，ため池などの機能損失につながる水の作用による土の侵食について，高精度な現象予測を実現するとともに，水みち（パイピング）などの構造物内部の空洞領域を同定する逆解析手法を開発することで，農業水利施設（ダム・ため池）並びに社会基盤施設（堤防など）の防災・減災及びストックマネジメントに貢献することにある。同方面の研究における重要課題には，(1)侵食現象の予測精度の不足，(2)水みちなどの施設内部に存在する侵食箇所の同定が非常に困難であることの二つある。進展する侵食の「予測」と侵食箇所の「同定」は一体となって解決が図られるべきであり，そのために本研究課題では，水と土の境界付近で生じる土の挙動を正確に把握し，モデリングを行うとともに，侵食を受けた土内部の場所を同定できる逆解析方法の構築に取り組んだ。当該年度は本研究課題の初年度に対応し，土表面に位置する低拘束圧下の土粒子挙動を観察するための実験装置の準備，土の侵食過程をシミュレートできる解析手法の開発とコーディング，土内部の空洞や水みちを同定する逆解析法の開発を実施した。具体的には，実験準備については，土表面の土粒子挙動を観察するため，砂質土であれば粒子レベルまで見ることのできる高解像度ハイスピードカメラを搭載した準備実験を行った。侵食過程のシミュレーション及び逆解析については，変分マルチスケール法による乱流解析と浸透流解析のカップリング及び形状を逆解析できるベイズ推定方法の開発を実施した。

该研究项目的目的是实现对水作用引起的水土流失的高精度预测，水土流失可能导致水库等功能丧失，并进行反分析以识别水道等结构内部的空洞区域通过开发分析方法，我们的目标是为农业水利设施（水坝、水库等）和社会基础设施（堤坝等）的防灾、减灾和库存管理做出贡献。这项研究存在两个重要问题：（1）侵蚀现象预测缺乏准确性；（2）水路等设施内部的侵蚀点识别极其困难。侵蚀进展的“预测”和侵蚀点的“识别”应该一起解决，为此，该研究项目除了进行建模之外，还旨在准确了解水土边界附近发生的土壤行为。我们还致力于创建一种逆分析方法，可以识别土壤中遭受侵蚀的位置。今年是该研究项目的第一年，包括准备实验设备以观察低围压下土壤表面的土壤颗粒的行为，开发和编码可以模拟土壤侵蚀过程的分析方法，我们开发了一种逆分析方法来识别土壤内部的空腔和水道。具体来说，为了观察土壤颗粒在土壤表面的行为，我们使用可以看到沙土中颗粒水平的高分辨率、高速相机进行了预备实验。针对侵蚀过程的模拟和反演分析，我们开发了一种贝叶斯估计方法，可以使用变分多尺度方法将湍流分析和渗流分析耦合起来并反演形状。