飽和地盤の浸透破壊問題のためのMPM－FDM連成解析
土構造物や自然地盤の高動水勾配下での水の流れによる浸透破壊は，深刻な地盤災害へと繋がり得る力学現象である。本研究では飽和地盤を対象として，その浸透破壊現象を解析するための数値解析手法を提案した。Material Point Method（MPM）で飽和多孔質体としての地盤の大変形を，Darcy-Brinkman 式を支配方程式とし，移流項に有理関数 CIP（Constrained Interpolation Profile）法を採用した有限差分法（Finite Difference Method：FDM）で水の非圧縮性流れと浸透流を解析し，両者の相互作用を考慮する連成手法を開発した。一次元の浸...
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| Published in | 地盤工学ジャーナル Vol. 19; no. 1; pp. 57 - 68 |
|---|---|
| Main Authors | , |
| Format | Journal Article |
| Language | Japanese |
| Published |
公益社団法人 地盤工学会
01.03.2024
|
| Subjects | |
| Online Access | Get full text |
| ISSN | 1880-6341 |
| DOI | 10.3208/jgs.19.57 |
Cover
| Abstract | 土構造物や自然地盤の高動水勾配下での水の流れによる浸透破壊は，深刻な地盤災害へと繋がり得る力学現象である。本研究では飽和地盤を対象として，その浸透破壊現象を解析するための数値解析手法を提案した。Material Point Method（MPM）で飽和多孔質体としての地盤の大変形を，Darcy-Brinkman 式を支配方程式とし，移流項に有理関数 CIP（Constrained Interpolation Profile）法を採用した有限差分法（Finite Difference Method：FDM）で水の非圧縮性流れと浸透流を解析し，両者の相互作用を考慮する連成手法を開発した。一次元の浸透問題とボイリング問題を通じて，開発手法の妥当性を確認した上で，飽和地盤に根入れされた矢板の周りのボイリング解析を行い，浸透破壊現象への適用性を検討した。 |
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| AbstractList | 土構造物や自然地盤の高動水勾配下での水の流れによる浸透破壊は，深刻な地盤災害へと繋がり得る力学現象である。本研究では飽和地盤を対象として，その浸透破壊現象を解析するための数値解析手法を提案した。Material Point Method（MPM）で飽和多孔質体としての地盤の大変形を，Darcy-Brinkman 式を支配方程式とし，移流項に有理関数 CIP（Constrained Interpolation Profile）法を採用した有限差分法（Finite Difference Method：FDM）で水の非圧縮性流れと浸透流を解析し，両者の相互作用を考慮する連成手法を開発した。一次元の浸透問題とボイリング問題を通じて，開発手法の妥当性を確認した上で，飽和地盤に根入れされた矢板の周りのボイリング解析を行い，浸透破壊現象への適用性を検討した。 |
| Author | 橋本, 涼太 上園, 浩志 |
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| ContentType | Journal Article |
| Copyright | 2024, 公益社団法人 地盤工学会 |
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| EISSN | 1880-6341 |
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| Publisher | 公益社団法人 地盤工学会 |
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| References | 18) Ergun, S.: Fluid flow through packed columns, Chemical Engineering Progress, Vol. 48, pp. 89-94, 1952. 24) 藤澤和謙, 有本慎一, 村上章：Darcy-Brinkman 式を用いた非圧縮流れとDarcy 流の同時解析手法, 農業農村工学論文集, Vol. 81, No. 5, pp. 419-428, 2013. 19) Steffen, M., Kirby, R. M., Berzins, M.: Analysis and reduction of quadrature errors in the material point method (mpm), International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol. 76, pp. 922-948, 2008. 2) 岡村未対, 陣内尚子, 小野哲治, 大藪剛士, 塚田秀太郎：2018年7月高水での肱川堤防に生じたパイピングの進展度調査, 土木学会論文集C（地圏工学）, Vol. 76, No. 4, pp. 363-373, 20 20. 13) Pan, S., Yamaguchi, Y., Suppasri, A., Moriguchi, S., Terada, K.: Mpm-fem hybrid method for granular mass-water interaction problems, Computational Mechanics, Vol. 68, pp. 155-173, 2021. 15) Xiao, F., Yabe, T., Ito, T.: Constructing oscillation preventing scheme for advection equation by rational function, Computer Physics Communications, No. 93, Vol. 1, pp. 1-12, 1996. 3) 海堀正博, 長谷川祐治, 山下祐一, 崎田博史, 中井真司, 桑田志保, 平松晋也, 地頭薗隆, 井良沢道也, 清水収, 今泉文寿, 中谷加奈, 柏原佳明, 加藤誠章, 鳥田英司, 平川泰之, 吉永子規, 田中健路, 林拙郎：平成30年7月豪雨により広島県で発生した土砂災害, 砂防学会誌, Vol. 71, No.4, pp. 49-60, 2018. 22) 嶋田宗将, 西口浩司, 岡澤重信, 坪倉誠：ラグランジュマーカ ー粒子を用いたオイラー型流体－構造統一連成解法, 第33回数値流体力学シンポジウム, E11-4, 2019. 23) 肥後陽介, 音田慎一郎, 高野大樹, 山内敏貴：表面流による土のせん断破壊挙動としての表面侵食の解釈, 土木学会論文集B1（水工学）, Vol. 74, No. 5, pp. I_901-I_906, 2018. 10) Abdelrazek, A. M., Kimura, I., Shimizu, Y.: Simulation of the e rosion and seepage failure around sheet pile using two-phase W C-SPH method, 土木学会論文集A2（応用力学）, Vol. 72, No. 2, pp. I_495-I_504, 2016. 21) Takewaki, H., Nishiguchi, A. and Yabe, T.: Cubic interpolated pseudo-particle method (CIP) for solving hyperbolic-type equations, Journal of Computational Physics, Vol. 61, No. 2, pp.261-268, 1985. 5) Fujisawa, K., Murakami, A., Nishimura, S.: Numerical analysis of the erosion and the transport of fine particles within soils lea ding to the piping phenomenon, Soils and Foundations, Vol. 50, No.4, pp. 471-482, 2010. 14) Bars, M. L., Worster, M. G.: Interfacial conditions between a pure fluid and porous medium implications for binary alloy solidification, Journal of Fluid Mechanics, No. 550, pp. 149-173, 2006. 9) Kodaka, T., Oka, F., Morimoto, R.: Seepage failure analyses of sandy ground using a liquefaction analysis method based on fini te deformation theory, Computational Mechanics-New Frontiers f or the New Millennium, pp. 387-392, 2001. 4) Pol, J. C., Kanning, W., Jonkman, S. N.: Temporal development of backward erosion piping in a large-scale experiment, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 147, No. 2, pp. 04020168-1-04020168-11, 2021. 7) Cundall, P. A., Strack, O. D. L.: A discrete numerical model for granular assemblies, Géotechnique, Vol. 29, No. 1, pp. 47-65, 1979. 12) Higo, Y., Oka, F., Kimoto, S., Morinaka, Y., Goto, Y., Chen, Z.: A coupled mpm-fdm analysis method for multi-phase elasto-plastic soils, Soils and Foundations, Vol. 50, No. 4, pp. 515-53 2, 2010. 17) Forchheimer, P. Z.: Wasserbewegung durch Boden, Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure,Vol. 45, pp. 1782-1788, 1901. 11) Sulsky, D., Chen, Z., Schreyer, H. L.: A particle method for history-dependent materials, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 118, No. 1-2, pp. 179-196, 1994. 20) Iaconeta, I., Larese, A., Rossi, R. and Guo, Z.: Comparison of a material point method and a galerkin meshfree method for the simulation of cohesive-frictional materials, Materials, Vol. 10, 1150, 2017. 25) 藤澤和謙, 西村伸一, 中谷亜友美, 村上章：上向き浸透流による浸透破壊時の砂粒子の移動速度, 農業農村工学会論文集, V ol. 80, No. 5, pp. 409-416, 2012. 1) 矢部川堤防調査委員会：矢部川堤防調査報告書, 入手先＜https://www.qsr.mlit.go.jp/chikugo/gaiyou/yabe/teibochosa/index.html ＞ （参照 2023.10.03） 6) Wang, D. Y., Fu, X. D., Jie, Y. X., Dong, W. J., Hu, D.: Sim ulation of pipe progression in a levee foundation with coupled s eepage and pipe flow domains, Soils and Foundations, Vol. 54, No. 5, pp. 974-984, 2014. 16) Drumheller, D. S.: On theories for reacting immiscible mixtures, International Journal of Engineering Science, Vol. 38, No. 3, pp. 347-382, 2000. 8) Fukumoto, Y., Yang, H., Hosoyamada, T., Ohtsuka, S.: 2-D coupled fluid-particle numerical analysis of seepage failure of saturated granular soils around an embedded sheet pile with no macroscopic assumptions, Computers and Geotechnics, Vol. 136, 104234, 2021. |
| References_xml | – reference: 1) 矢部川堤防調査委員会：矢部川堤防調査報告書, 入手先＜https://www.qsr.mlit.go.jp/chikugo/gaiyou/yabe/teibochosa/index.html ＞ （参照 2023.10.03） – reference: 20) Iaconeta, I., Larese, A., Rossi, R. and Guo, Z.: Comparison of a material point method and a galerkin meshfree method for the simulation of cohesive-frictional materials, Materials, Vol. 10, 1150, 2017. – reference: 25) 藤澤和謙, 西村伸一, 中谷亜友美, 村上章：上向き浸透流による浸透破壊時の砂粒子の移動速度, 農業農村工学会論文集, V ol. 80, No. 5, pp. 409-416, 2012. – reference: 15) Xiao, F., Yabe, T., Ito, T.: Constructing oscillation preventing scheme for advection equation by rational function, Computer Physics Communications, No. 93, Vol. 1, pp. 1-12, 1996. – reference: 17) Forchheimer, P. Z.: Wasserbewegung durch Boden, Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure,Vol. 45, pp. 1782-1788, 1901. – reference: 9) Kodaka, T., Oka, F., Morimoto, R.: Seepage failure analyses of sandy ground using a liquefaction analysis method based on fini te deformation theory, Computational Mechanics-New Frontiers f or the New Millennium, pp. 387-392, 2001. – reference: 21) Takewaki, H., Nishiguchi, A. and Yabe, T.: Cubic interpolated pseudo-particle method (CIP) for solving hyperbolic-type equations, Journal of Computational Physics, Vol. 61, No. 2, pp.261-268, 1985. – reference: 24) 藤澤和謙, 有本慎一, 村上章：Darcy-Brinkman 式を用いた非圧縮流れとDarcy 流の同時解析手法, 農業農村工学論文集, Vol. 81, No. 5, pp. 419-428, 2013. – reference: 23) 肥後陽介, 音田慎一郎, 高野大樹, 山内敏貴：表面流による土のせん断破壊挙動としての表面侵食の解釈, 土木学会論文集B1（水工学）, Vol. 74, No. 5, pp. I_901-I_906, 2018. – reference: 4) Pol, J. C., Kanning, W., Jonkman, S. N.: Temporal development of backward erosion piping in a large-scale experiment, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 147, No. 2, pp. 04020168-1-04020168-11, 2021. – reference: 11) Sulsky, D., Chen, Z., Schreyer, H. L.: A particle method for history-dependent materials, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 118, No. 1-2, pp. 179-196, 1994. – reference: 5) Fujisawa, K., Murakami, A., Nishimura, S.: Numerical analysis of the erosion and the transport of fine particles within soils lea ding to the piping phenomenon, Soils and Foundations, Vol. 50, No.4, pp. 471-482, 2010. – reference: 6) Wang, D. Y., Fu, X. D., Jie, Y. X., Dong, W. J., Hu, D.: Sim ulation of pipe progression in a levee foundation with coupled s eepage and pipe flow domains, Soils and Foundations, Vol. 54, No. 5, pp. 974-984, 2014. – reference: 8) Fukumoto, Y., Yang, H., Hosoyamada, T., Ohtsuka, S.: 2-D coupled fluid-particle numerical analysis of seepage failure of saturated granular soils around an embedded sheet pile with no macroscopic assumptions, Computers and Geotechnics, Vol. 136, 104234, 2021. – reference: 10) Abdelrazek, A. M., Kimura, I., Shimizu, Y.: Simulation of the e rosion and seepage failure around sheet pile using two-phase W C-SPH method, 土木学会論文集A2（応用力学）, Vol. 72, No. 2, pp. I_495-I_504, 2016. – reference: 13) Pan, S., Yamaguchi, Y., Suppasri, A., Moriguchi, S., Terada, K.: Mpm-fem hybrid method for granular mass-water interaction problems, Computational Mechanics, Vol. 68, pp. 155-173, 2021. – reference: 2) 岡村未対, 陣内尚子, 小野哲治, 大藪剛士, 塚田秀太郎：2018年7月高水での肱川堤防に生じたパイピングの進展度調査, 土木学会論文集C（地圏工学）, Vol. 76, No. 4, pp. 363-373, 20 20. – reference: 7) Cundall, P. A., Strack, O. D. L.: A discrete numerical model for granular assemblies, Géotechnique, Vol. 29, No. 1, pp. 47-65, 1979. – reference: 22) 嶋田宗将, 西口浩司, 岡澤重信, 坪倉誠：ラグランジュマーカ ー粒子を用いたオイラー型流体－構造統一連成解法, 第33回数値流体力学シンポジウム, E11-4, 2019. – reference: 16) Drumheller, D. S.: On theories for reacting immiscible mixtures, International Journal of Engineering Science, Vol. 38, No. 3, pp. 347-382, 2000. – reference: 14) Bars, M. L., Worster, M. G.: Interfacial conditions between a pure fluid and porous medium implications for binary alloy solidification, Journal of Fluid Mechanics, No. 550, pp. 149-173, 2006. – reference: 19) Steffen, M., Kirby, R. M., Berzins, M.: Analysis and reduction of quadrature errors in the material point method (mpm), International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol. 76, pp. 922-948, 2008. – reference: 12) Higo, Y., Oka, F., Kimoto, S., Morinaka, Y., Goto, Y., Chen, Z.: A coupled mpm-fdm analysis method for multi-phase elasto-plastic soils, Soils and Foundations, Vol. 50, No. 4, pp. 515-53 2, 2010. – reference: 3) 海堀正博, 長谷川祐治, 山下祐一, 崎田博史, 中井真司, 桑田志保, 平松晋也, 地頭薗隆, 井良沢道也, 清水収, 今泉文寿, 中谷加奈, 柏原佳明, 加藤誠章, 鳥田英司, 平川泰之, 吉永子規, 田中健路, 林拙郎：平成30年7月豪雨により広島県で発生した土砂災害, 砂防学会誌, Vol. 71, No.4, pp. 49-60, 2018. – reference: 18) Ergun, S.: Fluid flow through packed columns, Chemical Engineering Progress, Vol. 48, pp. 89-94, 1952. |
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| StartPage | 57 |
| SubjectTerms | Darcy-Brinkman式 MPM-FDM連成解析 RCIP法 浸透破壊 非圧縮性流れ |
| Title | 飽和地盤の浸透破壊問題のためのMPM－FDM連成解析 |
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