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，我们基于第一年的土壤 - 骨架 - 骨骼 - 骨架流体混合MPM和材料模型开发了不饱和土壤的混合MPM，并通过使用从地形数据创建的数值数字模型来确认其代表性性能。为了对两个准静态过程进行大规模的三维分析，直到由于降雨引起的孔隙水浸润而土壤结构变得不稳定，并使用衰减的沉积物流量，一种结合了隐式和动态MPMS的方法，使用了适合每个表达式的方法。隐式MPM使用简化的公式，并采用了允许同时插值和速度插值的稳定方法。此外，使用延长的B型单频道来实现复杂地面表面上的降雨边界条件，并使用短期流量分析中省略的边界粒子进行计算，而降雨的影响很小。土壤骨骼的材料模型被用作粘膜模型，旨在表达稳定的土壤结构过渡到流动沉积物的过程。同时，引入了校正方法，以抑制土壤骨架材料模型和不饱和模型的框架中过量体积膨胀和孔隙水压的产生。通过典型的验证示例，可以证实隐式MPM和动态MPM都可以正确表达不饱和多孔体的机械行为。在使用实用地形模型的计算中，比较了使用强度降低方法考虑孔隙水和单相mpm的影响混合MPM的结果，并且考虑到孔隙水的三维分布表明，不同的降落物位置和沉积物流动行为的三维分布比单相MPM比单相MPM表现出了与单一分析量的巨大分析。还证实，孔隙水的渗透性根据土壤层厚度的分布而变化，并且对滑坡行为有重大影响。