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．

今年，我们在第一年开发的土壤骨架-孔隙流体混合MPM和材料模型的基础上，开发了非饱和土的混合MPM，并使用根据实际地形数据创建的数值模型来计算降雨引起的滑坡的数值。我们通过分析确认了它的表现力。为了对由于降雨导致孔隙水渗入而导致地面结构变得不稳定的准静态过程和塌陷土体流动的动态过程进行大尺度三维分析，我们将使用以下表达式：我们使用了一种结合了合适的隐式 MPM 和动态 MPM 的方法。在隐式 MPM 中，我们采用了简化的公式，并采用了能够同时插值位移和速度的稳定方法。此外，采用扩展B样条实现复杂地表的降雨边界条件，在降雨影响较小的短期流分析中，计算中省略了边界粒子。采用粘塑性模型作为土壤骨架的材料模型，旨在表达从稳定的土壤结构到流动的土壤的转变过程。同时，在土骨架材料模型和非饱和模型的框架内引入了抑制过度体积膨胀和孔隙水压力产生的修正方法。通过代表性验证实例，证实隐式 MPM 和动态 MPM 都能恰当地表达不饱和多孔材料的力学行为。在使用真实地形模型的计算中，我们比较了考虑孔隙水影响的混合MPM和使用强度折减法的单相MPM的计算结果，计算出了考虑了三者影响的混合MPM。结果表明，滑坡发生位置和泥沙流动行为与单相 MPM 不同，表明孔隙水对滑坡分析的影响很大。还证实，孔隙水的渗透行为根据土层厚度的分布而变化，这对滑坡的行为有很大影响。