2025/02/23 更新

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フクモト ユタカ
福元 豊
FUKUMOTO Yutaka
所属
環境生命自然科学学域 准教授
職名
准教授
連絡先
メールアドレス

学位

  • 博士(農学)

研究キーワード

  • Particle-based methods

  • Computational geomechanics

研究分野

  • 社会基盤(土木・建築・防災) / 地盤工学

  • 環境・農学 / 地域環境工学、農村計画学

学歴

  • 京都大学   Graduate School of Agriculture   Division of Environmental Science and Technology

    2012年4月 - 2015年3月

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  • 京都大学   Graduate School of Agriculture   Division of Environmental Science and Technology

    2010年4月 - 2012年3月

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  • 京都大学   Faculty of Agriculture   Faculty of Agriculture

    2006年4月 - 2010年3月

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経歴

  • 岡山大学   学術研究院 環境生命自然科学学域   准教授

    2024年12月 - 現在

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  • 長岡技術科学大学   技学研究院 環境社会基盤系   准教授

    2022年4月 - 2024年11月

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  • 長岡技術科学大学   技学研究院(環境社会基盤工学専攻)   准教授

    2020年4月 - 2022年3月

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  • 長岡技術科学大学   技学研究院(環境社会基盤工学専攻)   助教

    2015年4月 - 2020年3月

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  • 日本学術振興会   特別研究員   DC1

    2012年4月 - 2015年3月

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所属学協会

委員歴

  • 農業農村工学会 研究委員会 委員  

    2024年12月 - 現在   

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  • 産学官テーマ推進委員会(真柄建設株式会社) 委員  

    2024年9月 - 現在   

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  • IWACOM-IV, Co-Organizer of OW8 (Advances in geotechnical engineering)  

    2024年9月   

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  • 第67回理論応用力学講演会 実行委員会 委員  

    2023年11月 - 2024年9月   

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  • 新潟県土木部・交通政策局 総合評価アドバイザー 委員  

    2022年4月 - 2025年3月   

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  • JGS北陸支部ユースネットワーク委員会 委員  

    2021年7月 - 2025年3月   

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  • 第57回地盤工学研究発表会実行委員会 / 開催準備委員会 幹事  

    2021年1月 - 2023年3月   

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  • 東日本高速道路株式会社新潟支社 土工技術検討会 委員  

    2020年12月 - 2024年11月   

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  • 国土交通省北陸地方整備局中越ブロック総合評価審査委員会 河川砂防部会 委員  

    2020年4月 - 2025年3月   

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  • 地盤工学会 令和元年台風19号災害調査団 千曲川流域災害調査団 団員  

    2019年10月 - 2020年6月   

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  • 土木学会 関東支部 新潟会 幹事  

    2019年4月 - 2022年3月   

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  • 地盤工学会 北陸支部 若手理論・計算力学普及委員会 副委員長  

    2018年8月 - 2022年3月   

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  • 土木学会 調査研究部門 土木学会論文編集委員会 C分冊編集小委員会 委員  

    2018年6月 - 2020年6月   

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  • 日本計算工学会 多元災害シミュレーション研究会 委員  

    2018年5月 - 現在   

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  • 日本地すべり学会 第57回日本地すべり学会研究発表会 実行委員会 委員  

    2018年1月 - 2018年9月   

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  • 国際地盤工学会技術委員会 TC103(Numerical Methods in Geomechanics)国内委員会 委員  

    2017年9月 - 現在   

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  • 文部科学省 科学技術・学術政策研究所 科学技術予測センター(NISTEP) 専門調査員  

    2017年4月 - 2022年3月   

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  • 地盤工学会誌読者モニター  

    2017年4月 - 2020年3月   

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  • 地盤工学会 北陸支部 幹事  

    2015年4月 - 2025年3月   

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  • 日本地すべり学会 新潟支部 幹事  

    2015年4月 - 2025年3月   

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  • インフラ再生技術者育成新潟地域協議会(ME新潟) 幹事  

    2015年4月 - 2018年3月   

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  • 地盤工学会誌編集委員 学生委員  

    2011年6月 - 2012年6月   

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論文

  • Investigating rock particle breakage using 3D coupled peridynamics-discrete element method: Emphasis on local surface features 査読

    N. S.S.P. Kalyan, Yutaka Fukumoto, Ramesh Kannan Kandasami

    Engineering Fracture Mechanics   312   2024年12月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Individual particle breakage within rock-based granular medium profoundly influences the overall macro-scale behavior of the assembly, with the strength being notably impacted by particle morphology and surficial features. However, the widely used numerical methods often oversimplify the realistic morphology, resulting in unrealistic particle breakage simulations. The current study addresses the limitation by specifically investigating the influence of local surface geometry on particle strength and breakage patterns. X-ray Computed Tomography (CT) images of particles were used to obtain the realistic geometry and Voronoi Parallel Linear Enumeration (VPLE), a morphology-preserving surface generation strategy was introduced to capture the complex surficial features. A coupled peridynamics-discrete element framework was proposed to simulate the breakage of individual rock based aggregates. The numerical framework was validated with Brazilian tests on basalt rock cores, and a rigorous comparison was made against other finite-discrete element methods. The study explores different extremes of particle morphology, considering the presence and absence of concavities in the breakage simulations. Robust computational geometry pipeline was employed to measure contact area and local radius of curvature during the breakage. The findings highlight that the concave features, along with the contact curvature significantly reduce the particle strength (≈40%) as opposed to the convex particle variants exhibiting higher strength. The presence of sharp surficial features led to multiple failure mechanisms, including initial asperity crushing and subsequent splitting failure. The present work strongly emphasizes the importance of considering realistic particle geometry in numerical simulations of granular materials undergoing crushing.

    DOI: 10.1016/j.engfracmech.2024.110585

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  • プログラミングで学ぶ一次元個別要素法(個別要素法による地盤材料のモデリングとその応用 第2回) 査読

    福元 豊, 内藤直人

    地盤工学会誌(Web)   72 ( 10 )   2024年10月

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  • 原子核乾板を用いた宇宙線イメージング技術による河川堤防の観測 査読

    北川暢子, 森島邦博, 福元豊, 安田浩保

    地盤工学会誌(Web)   72 ( 1 )   2024年

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  • Modified ultimate bearing capacity formula of strip footing on sandy soils considering strength non-linearity depending on stress level 査読

    Iqbal, T, Ohtsuka, S, Isobe, K, Fukumoto, Y, Kaneda, K

    Soils and Foundations   63 ( 3 )   1 - 15   2023年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.sandf.2023.101325

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  • 3-D coupled peridynamics and discrete element method for fracture and post-fracture behavior of soil-like materials 査読

    Yutaka Fukumoto, Taiki Shimbo

    Computers and Geotechnics   158   105372 - 105372   2023年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.compgeo.2023.105372

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  • Examination of the ultimate bearing capacity formula regarding size effect and relative density for sandy soils 査読

    T. Iqbal, S. Ohtsuka, Y. Fukumoto, K. Isobe

    Smart Geotechnics for Smart Societies   1318 - 1322   2023年1月

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    掲載種別:論文集(書籍)内論文  

    It is proven that the sandy soils exhibit the non-linear trend in the shear stress- normal stress space. This study discusses the assessment of the UBC of surface strip footing on sandy soils concerning size effect and relative density subjected to centric vertical and uniform surcharge loads. The RPFEM, based on the shear strength property of Toyoura sand, is employed in analyses. The findings are consonant with the centrifuge tests in the published references. The results are compared with the existing guidelines, and the modified UBC formula is proposed.

    DOI: 10.1201/9781003299127-192

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  • Influence of strip footing size on the ultimate bearing capacity formula for sandy soils 査読

    Iqbal, T, Ohtsuka, S, Isobe, K, Fukumoto, Y, Kaneda, K

    International Journal of GEOMATE   24 ( 102 )   1 - 9   2023年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.21660/2023.102.g12171

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  • Limit load space of rigid strip footing on cohesive-frictional soil subjected to eccentrically inclined loads 査読

    Quang N. Pham, Satoru Ohtsuka, Koichi Isobe, Yutaka Fukumoto

    Computers and Geotechnics   151   104956 - 104956   2022年11月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    In geotechnical engineering, the stability of strip footings under eccentrically inclined coupled loads is a major concern. The objective of this paper was to estimate the ultimate bearing capacity of a rigid strip footing, subjected to eccentrically inclined loads resting on cohesive-frictional soil, using the rigid plastic finite element method (RPFEM). In the numerical analysis, an interface element was introduced to properly evaluate the interaction between the footing base and the soil. The footing base was assumed to be rigid and rough, as it most often is in reality. Focus was placed on the effect of the soil properties (cohesive strength c, internal friction angle ϕ, and unit self-weight γ) and footing width B on the loading planes of the V-H-M limit load space (vertical load-horizontal load-moment) in order to consider the uniqueness of this limit load space. In particular, the effect of the two directions of the horizontal load, namely, positive and negative horizontal loads, on the V-H-M limit load space was clarified. The numerical results of the RPFEM showed that the negative horizontal load had a positive effect on supporting a higher bearing capacity than the positive horizontal load in the presence of a small eccentricity length. However, the results also showed a negligible effect on the bearing capacity for both directions of the horizontal load in the presence of a large eccentricity length. New equations were proposed to determine the V-H-M limit load space, predicted as functions of c/γB and ϕ, by taking into account the direction of the horizontal load. The applicability of the V-H-M limit load space was widely examined for several loading paths with different prescribed loads for V, H, and M. Consequently, the limit load space of the strip footing was clearly found to be unique for each value of c/γB and ϕ.

    DOI: 10.1016/j.compgeo.2022.104956

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  • Effect of water contents and initial crack lengths on mechanical properties and failure modes of pre-cracked compacted clay under uniaxial compression 査読

    Taiki Shimbo, Chisato Shinzo, Ukyo Uchii, Ryota Itto, Yutaka Fukumoto

    Engineering Geology   301   2022年5月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    This study investigated the effect of different water contents (w) and initial crack lengths on the mechanical properties (i.e., the unconfined compressive strength (UCS), deformation modulus, and mode II fracture toughness (KIIC)) and failure modes of pre-cracked compacted clay under uniaxial compression. In this study, 44 intact specimens and 72 pre-cracked specimens with different water contents (18%, 23%, and 28%) and initial crack lengths (0, 15 and 20 mm at 45°, i.e., the angle at which the maximum shear stress acts on the initial crack surface). The results showed that the UCS decreased with a long initial crack or high-water content. In contrast, the deformation modulus depends on water contents, but not on the initial crack length. KIIC was calculated. It was found to depend on the water content. Empirical correlation formulas between KIIC vs. w and KIIC vs. UCS were obtained. Furthermore, the failure modes of the compacted clay were classified into five types. In some specimens, wing cracks propagating from the initial crack disappeared due to contact and gliding of the crack surface by the shear stress, and only secondary cracks were observed at failure.

    DOI: 10.1016/j.enggeo.2022.106593

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  • DEMの高速化 査読

    福元豊, 西浦泰介

    地盤工学会誌(Web)   70 ( 1 )   2022年

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  • DEMと流れの連成解析 査読

    福元豊, 前田健一

    地盤工学会誌(Web)   70 ( 2 )   2022年

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  • Wide-area Land Subsidence of Kashiwazaki Plain due to the 2007 Niigata-ken Chuetsu-Oki Earthquake 査読

    S. Ohtsuka, K. Isobe, Y. Fukumoto

    Geotechnical Engineering   52 ( 4 )   1 - 7   2021年12月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Wide-area land subsidence occurred across the Kashiwazaki Plain, Niigata, Japan after the 2007 Niigata-ken Chuetsu-Oki Earthquake. The stratified ground subsidence meter clearly showed that a thick clayey layer had caused this subsidence after the earthquake. To examine the ground conditions, a boring survey was conducted at the site and the physical and mechanical properties of the ground were tested. Although leveling surveys are insufficient for surveying the behavior of the ground, the measurement data obtained at various points from these surveys are meritorious for grasping the spatial distribution and the time-dependent property of the land subsidence. In this study, by analyzing the instantaneous and the long-term amounts of land subsidence at each point from the time-series observation data, the correlation between geology and topography is reported and the cause of the land subsidence of the clayey soils after the earthquake is discussed. It is clarified that the existence of a marine clay layer greatly affected the long-term subsidence of the land.

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  • 3-D Particle Simulation Model for Weathering Processes of Geomaterials Under a Wet-Dry Cyclic Condition 査読

    Fukumoto, Y., Ohtsuka, S.

    Lecture Notes in Civil Engineering   125   624 - 631   2021年

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Lecture Notes in Civil Engineering  

    This study presents a 3-D particle simulation model based on the discrete element method for the weathering processes of geomaterials. We modeled their properties of swelling and shrinking by changing the diameter of spherical region which is consisting of clay minerals and several sand particles. A series of simulations of deformation of mudstone under wet-dry cyclic condition was performed so that the applicability of the proposed model can be validated.

    DOI: 10.1007/978-3-030-64514-4_64

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  • Validation of LBM simulation of saturated seepage flow through 3D-printed homogeneous porous medium for fluid-particle coupled analysis 査読

    Kitao, T., Fukumoto, Y., Fujisawa, K., Jewel, A., Murakami, A.

    Acta Geotechnica   16 ( 8 )   2643 - 2656   2021年

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    The accuracy of the pore-scale intergranular flow analysis by the lattice Boltzmann method (LBM), with the aid of the discrete element method (DEM), is investigated and compared with the experimental results of saturated seepage flows. Due to its simplicity and computational efficiency, a regularized Bhatnagar-Gross-Krook model is employed for the LBM to increase the numerical stability. After examining the performance of the numerical method by two well-known problems, namely the Hagen-Poiseuille flow and the flow past a stationary single sphere, a pore-scale numerical simulation of the saturated seepage flow is conducted. Permeability tests are carried out with an artificial porous medium prepared by a 3D printer, consisting of a sufficient number of resin particles. The experimental results are compared with those of the LBM numerical simulation, in which the pore structure of the porous medium is reproduced by the DEM. The numerical results are seen to have properly predicted the macroscopic properties obtained by the permeability tests, which have shown the prominent applicability of the LBM-DEM analysis to pore-scale intergranular fluid flows.

    DOI: 10.1007/s11440-021-01210-z

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  • 2-D coupled fluid-particle numerical analysis of seepage failure of saturated granular soils around an embedded sheet pile with no macroscopic assumptions 査読

    Fukumoto, Y., Yang, H., Hosoyamada, T., Ohtsuka, S.

    Computers and Geotechnics   136   104234 - 104234   2021年

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    The present paper reports the application of a 2-D coupled fluid-particle simulation model with no macroscopic assumptions to the seepage failure of saturated granular soils. The basic problem of the seepage failure of a horizontal ground with an embedded sheet pile, where the system size is set to be 200 × 100 mm and the average diameter of the soil particle is 550 μm, is numerically investigated. Both the seepage flow and the motion of the soil particles are directly solved by coupling the lattice Boltzmann method and the discrete element method. The goal of this study is to confirm that the 2-D direct simulation can be performed on the scale of a model experiment with soil particles that correspond in size to that of real sand. As a result of the analysis, it is shown that a typical series of behavior for seepage failure, where boiling and heaving initially occur on the downstream side near the sheet pile and finally lead to quicksand, can be seamlessly reproduced. Comparing the cases with different initial void ratios, it is found that the deformation area and the rates of the failure process can be varied according to the packing state. By tracking the velocity of each soil particle, it is visually shown that seepage failure begins to occur in the corner areas of the sheet pile much earlier than the onset of quicksand. By focusing on the fluid force acting on that particle, it is seen that the relatively large values for the hydrodynamic forces are concentrated on the upstream side before the beginning of uplift. In addition, by a comparison with two theories for the critical hydraulic gradient, the current limitations and problems of the proposed method are also summarized.

    DOI: 10.1016/j.compgeo.2021.104234

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  • Consideration on Limit Load Space of Footing on Various Soils Under Eccentric Vertical Load 査読

    Pham N. Quang, Ohtsuka Satoru, Isobe Koichi, Fukumoto Yutaka

    Challenges and Innovations in Geomechanics   126   75 - 84   2021年

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    掲載種別:論文集(書籍)内論文   出版者・発行元:Springer International Publishing  

    This study estimated on the bearing capacity of a footing against eccentric vertical load placed on two types of soil, namely, sandy soil and clayey soil, using the rigid finite element method (RPFEM). For the sandy soil, the study newly introduces an interface element into the footing-soil system to properly evaluate the interaction between the footing and the soil, which greatly affects the failure mechanism of the footing-soil system. For the clayey soil, the study improves the analysis procedure by introducing a zero-tension analysis into the footing-soil system. Two friction conditions of the footing surface were considered which are a perfectly rough and smooth conditions. The effect of the eccentric vertical load on the normal stress distribution at the footing base and the failure envelope in V-M plane is thoroughly investigated. According to the obtained results, it can be seen that changes in the normal stress distribution reflecting to both the eccentricity length and the friction condition were observed. Finally, new equations were proposed to determine the normalized V/Vult and the failure envelopes of both sand and clay.

    DOI: 10.1007/978-3-030-64518-2_10

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  • Numerical Investigation of Seepage Force Acting on Interfacial Bed Particles by DEM-LBM 査読

    Jewel, A., Fujisawa, K., Fukumoto, Y., Murakami, A.

    Lecture Notes in Civil Engineering   126   317 - 325   2021年

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Lecture Notes in Civil Engineering  

    The experimental investigations of seepage force on interfacial bed particles furnish only macroscopic phenomenological characteristics. Microscopic numerical analyses provide effective alternative tools to assess the hydraulic and deformation characteristics of cohesionless granular soils of seepage domain in a coupled fashion. The present study reports the application of a 3-D direct particle–fluid simulation model for seepage force on interfacial bed particles of cohesionless granular soils. The seepage force acting on particles comprising the uppermost layer of cohesionless granular soils bed is studied numerically from the micromechanical aspects without macroscopic assumptions. The particle scale calculations are modeled by a soft sphere model, such as the Discrete Element Method (DEM), and the flow of the pore fluid is directly solved at a smaller scale than the diameter of the soil particles by the Lattice Boltzmann Method (LBM). The interaction between the soil particles and the seepage flow is also considered by coupling these methods. A number of series of analyses until critical hydraulic gradient are accomplished. The result shows that the numerically predicted value for the seepage force coefficient of particles near the surface is reduced regardless of the hydraulic gradient. However, the numerical result is not in good agreement with the experimental result reported in (Martin and Aral 1971).

    DOI: 10.1007/978-3-030-64518-2_38

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  • 浸透流を含む河川の水理模型実験の相似性について 査読

    YANG Hongxuan, 福元豊, 細山田得三, 大塚悟

    土木学会論文集 A2(応用力学)(Web)   76 ( 2 )   I_411 - I_422   2020年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人 土木学会  

    浸透流と跳水を含む河川流を同時に計算する数値モデルの基礎方程式に基づいて,浸透流を含む河川の水理模型実験の相似性について調べた.理論的誘導と計算結果が,フルード相似を適用する河川の模型実験において河床壁面条件,河床粒径と河床材透水係数の相似に注意を払うべきと示した.1)河川流のフル ード相似を満たすのに長さ縮尺 1/N に従った河床の壁面相似が必要,2)掃流砂のシールズ相似を満たすのに縮尺 1/N に従った河床粒径が必要,3)浸透流の相似を満たすのに縮尺 1/1 または 1/√N に従った透水係数の相似が必要である.但し,縮尺が小さすぎると 1)の壁面相似と 2)の掃流相似が失われ,3)の縮尺 1/1 に従った透水係数は,透水係数が大きい模型実験の場合に浸透流の相対的な増大により河川流が影響される事態を招く.

    DOI: 10.2208/jscejam.76.2_i_411

    CiNii Article

    J-GLOBAL

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  • Bearing Capacity of Footing Resting on Sand for Eccentric Vertical Load 査読

    Quang, P.N., Satoru, O., Koichi, I., Yutaka, F.

    Lecture Notes in Civil Engineering   62   1135 - 1142   2020年

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Lecture Notes in Civil Engineering  

    This study estimated the bearing capacity of footing against eccentric vertical load on sandy soils by using two-dimensional rigid plastic finite element method (RPFEM). The study newly introduces an interface element into the footing-soil system to properly evaluate the interaction between the footing and the soil, which greatly affects the failure mechanism of the footing-soil system. Two friction conditions of the footing surface were considered, namely, a perfectly rough and smooth conditions. The effect of the eccentric vertical load on the contact stress distribution at the footing base and the failure envelope in V-M plane is thoroughly investigated. According to the obtained results, it can be seen that changes in the contact stress distribution reflecting to both the eccentricity length and the friction condition were observed. Finally, the new equation is proposed for the failure envelope through the comparison with those found in the literature.

    DOI: 10.1007/978-981-15-2184-3_148

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  • Limit load space of rigid footing under eccentrically inclined load 査読

    Pham, Q.N., Ohtsuka, S., Isobe, K., Fukumoto, Y.

    Soils and Foundations   60 ( 4 )   811 - 824   2020年

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    In geotechnical engineering, the stability of rigid footings under eccentrically inclined loads is an important issue. This is because the number of superstructures has increased and the situation of structures being subjected to eccentrically inclined loading is occurring more and more frequently. The objective of this paper was to evaluate the bearing capacity of a rigid footing on the free surface of uniform sandy and clayey soils under the action of eccentric and inclined loading using a finite element analysis by assuming that the soils follow the Drucker-Prager yield function. In the two-dimensional analysis of the footing-soil system, the rigid plastic finite element method (RPFEM) was applied to calculate the ultimate bearing capacity of the eccentric-inclined loaded footing. In the numerical analysis, an interface element was introduced to simulate the footing-soil system with the rigid plastic constitutive equation developed by the authors. The footing was considered to be rigid and rough, as it most often is in reality. This study thoroughly considered the effect of the soil properties on load inclination factors iγ and ic in order to investigate the validity of the current design methods. In particular, the effects of the horizontal load in two directions on the ultimate bearing capacity of the footing and the failure envelopes in the V-H-M space were clarified, namely, positive and negative horizontal loads. The results showed that the positive horizontal load had a negative effect on the bearing capacity, while the negative horizontal load had the opposite effect in the presence of eccentrically inclined loading. The failure mode of the footing-soil system was clearly seen in the difference between the two directions of horizontal load. Through a series of numerical analyses, new equations were proposed for load inclination factors iγ and ic, and for the failure envelopes in the V-H-M space, taking into account the direction of the horizontal load. The obtained limit load space was proved to be rational in comparison to those given in the literature. Furthermore, the applicability of the limit load space to different loading paths, and moreover, to the independently prescribed loads of V, H, and M, was examined. Consequently, the failure envelope for each type of soil in the V-H-M space was clearly seen to be unique.

    DOI: 10.1016/j.sandf.2020.05.004

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  • Stability analysis of caisson type seawall against tsunami in comparison with model tests 査読

    Satoru Ohtsuka, Y. Fukumoto, H. Yamazaki, K. Kaneda

    16th Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, ARC 2019   2020年

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    掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

    In the 2011 Great East Japan Earthquake, many caisson type seawalls were damaged by the tsunami. The stability assessment of seawalls against tsunami is a current important issue in earthquake engineering. This paper applied the rigid plastic finite element method to the stability assessment of seawalls by taking account of seepage force in the mound which supported the seawalls. The applicability of the analysis method was systematically verified through the comparison with the centrifuge model tests conducted by the Port and Airport Research Institute. The applicability of conventional design method was also discussed through case studies.

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  • Improvement in coupled DEM-LBM model for internal erosion of geomaterials with a broad particle size distribution 査読

    Yutaka Fukumoto, S. Ohtsuka

    16th Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, ARC 2019   2020年

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    掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

    This study presents an improvement in coupled particle-fluid numerical simulation model for the internal erosion of granular soils with a broad particle size distribution in order to investigate the mechanisms of the motion of fine soil particles inside the matrix of coarse soil particles from a microscopic point of view. In the model, the discrete element method (DEM) and the lattice Boltzmann method (LBM) are employed for the soil particles and for the seepage flow, respectively. On the basis of the coupled DEM-LBM model, two types of coupling schemes are newly combined. The coarse soil particles are simulated by the microscale-coupled method where the fluid flow is modeled at smaller scales than the soil particle diameter, while the fine soil particles are simulated by the macroscale-coupled method where the fluid flow is modeled at larger scales than the soil particle diameter. 3-D simulations of suffusion are performed, and the applicability of the proposed model to the internal erosion of granular soils is validated.

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  • 落差床止め工の流れ場および安定性について 査読

    楊宏選, 福元豊, 細山田得三, 大塚 悟

    第22回応用力学シンポジム   1 ( 1 )   149 - 150   2019年6月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:土木学会  

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  • Analysis for wide-area land subsidence of Kashiwazaki Plain due to the 2007 Niigata-ken Chuetsu-Oki earthquake 査読

    Satoru Ohtsuka, Koichi Isobe, Yutaka Fukumoto

    7th International Conference on Earthquake Geotechnical Engineering   1 ( 1 )   4195 - 4201   2019年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:International Society of Geotechnical Engineering  

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  • Group effect on ultimate lateral resistance of piles against uniform ground movement 査読

    Pham, Q.N., Ohtsuka, S., Isobe, K., Fukumoto, Y.

    Soils and Foundations   59 ( 1 )   27 - 40   2019年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    In earthquake engineering, pile foundations are designed to withstand the lateral loading that results from large displacements due to ground movement caused by strong earthquakes. The distress and failure of superstructures occurs when the lateral load exceeds the ultimate lateral resistance of the piles. The aim of this study is to estimate the ultimate lateral resistance of piles especially in terms of the group effect induced by the pile arrangement. Several experimental and numerical analyses have been conducted on pile groups to investigate the group effect when the groups are subjected to uniform large horizontal ground movement. However, the ultimate lateral resistance of the pile groups in these studies was calculated by applying load to the piles. The present study directly assesses the ultimate lateral resistance of pile groups against ground movement by systematically varying the direction of the ground movement. Although the load bearing ratio of each pile in a pile group, defined as the ratio of the ultimate lateral resistance of each pile in a pile group to that of a single pile, is an important design criterion, it was difficult to assess in past works. This study focuses on the load bearing ratio of each pile against ground movement in various directions. The use of the finite element method (FEM) provides options for simulating the pile-soil system with complex pile arrangements by taking the complicated geometry of the problem into account. The ultimate lateral resistance is examined here for pile groups consisting of a 2 × 2 arrangement of four piles, as well as two piles, three piles, four piles, and an infinite number of piles arranged in a row through case studies in which the pile spacing is changed by applying the two-dimensional rigid plastic finite element method (RPFEM). The RPFEM was extended in this work to calculate not only the total ultimate lateral resistance of pile groups, but also the load bearing ratio of the piles in the group. The obtained results indicate that the load bearing ratio generally increases with an increase in pile spacing and converges to almost unity at a pile spacing ratio of 3.0 with respect to the pile diameter. Moreover, the group effect was further investigated by considering the failure mode of the ground around the piles.

    DOI: 10.1016/j.sandf.2018.08.013

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  • Ultimate Lateral resistance of pile group in clayey soils against various directions of ground movement 査読

    Pham, Q.N., Ohtsuka, S., Isobe, K., Fukumoto, Y.

    Lecture Notes in Civil Engineering   18 ( 1 )   408 - 411   2019年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Lecture Notes in Civil Engineering  

    This study estimated the ultimate lateral resistance of pile group against horizontal ground movement by using two-dimensional rigid plastic finite element method (RPFEM). The effect of ground movement direction on the ultimate lateral resistance was investigated through the case studies. According to the results, it can be seen that changes in both the ultimate lateral resistance and the failure mode of ground around piles were observed. The effect of the pile spacing on load apportionment ratios was studiously investigated. Since each pile in the group affects other piles, it leads the load apportionment ratio significantly to depend on pile positions such as the front or back piles. Moreover, the load apportionment ratio of each pile went up with an increase in pile spacing, but it was obtained different remarkably among piles. The load apportionment ratio varied with the direction of the ground movement.

    DOI: 10.1007/978-981-13-2306-5_57

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  • 落差床止め工の流れ場および安定性について 査読

    YANG Hongxuan, 福元豊, 細山田得三, 大塚悟

    理論応用力学講演会講演論文集(Web)   75 ( 2 )   I_519 - I_530   2019年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本学術会議 「機械工学委員会・土木工学・建築学委員会合同IUTAM分科会」  

    落差床止め工まわりの流れ場とその安定性を解明するために,落差床止め工の固定床模型実験に対する数値計算を行った.数値計算の結果は模型実験によく一致している.数値実験の有効性が確認されてから,様々な条件の下で計算を行い,流れ場の特性と構造物の安定性を考察した.計算結果は,構造物の下に透水性の良い敷砂利があると揚圧が下がり,逆に構造物間の隙間がないと揚圧が上がることを示した.また,跳水位置で床止め工ブロックの受ける流体力が極大になり,跳水位置でブロックの破壊が始まる実験の観察に一致する.止水矢板の有無と配置位置の流れ場および構造物安定性への影響も調べられた.

    DOI: 10.2208/jscejam.75.2_i_519

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  • Discrete particle simulation model for slaking of geomaterials including swelling clay minerals 査読

    International Journal of GEOMATE   16 ( 54 )   134 - 139   2019年

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.21660/2019.54.8230

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  • 二次元固定床模型実験及びそれを再現する数値解析モデルによる床止め工の圧力と流速等の考察 査読

    楊 宏選, 山本陽子, 福元 豊, 細山田得三, 大塚 悟, 福島雅紀

    河川技術論文集   25   451 - 456   2019年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人 土木学会  

    DOI: 10.11532/river.25.0_451

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  • Ultimate bearing capacity of rigid footing under eccentric vertical load 査読

    Pham, Q.N., Ohtsuka, S., Isobe, K., Fukumoto, Y., Hoshina, T.

    Soils and Foundations   59 ( 6 )   1980 - 1991   2019年

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    In geotechnical engineering, the stability of rigid footings under eccentric vertical loads is an important issue. This is because the number of superstructure buildings has increased and the situation of structures being subjected to eccentric vertical loading is occurring more and more frequently. In this study, focus is placed on the ultimate bearing capacity of a footing against the eccentric load placed on two types of soil, namely, sandy soil and clayey soil, using a finite element analysis. For the sandy soil, the study newly introduces an interface element into the footing-soil system in order to properly evaluate the interaction between the footing and the soil, which greatly affects the failure mechanism of the footing-soil system. For the clayey soil, the study improves the analysis procedure by introducing a zero-tension analysis into the footing-soil system. Two friction conditions between the footing and the soils are considered; one models a perfectly rough condition and the other models a perfectly smooth condition. For a two-dimensional analysis of the footing-soil system, the rigid plastic finite element method (RPFEM) is applied to calculate the ultimate bearing capacity of the eccentrically loaded footing. The RPFEM is extended in this work to calculate not only the ultimate bearing capacity, but also the distribution of contact stress along the footing base. The study thoroughly investigates the effect of the eccentric vertical load on the ultimate bearing capacity in the normalized form of V/Vult and e/B where e is the length of the eccentricity and B is the width of the footing. Vult indicates the ultimate bearing capacity of the centric vertical load. The failure envelope in the plane of V/Vult and M/BVult is further investigated under various conditions for the sandy and clayey soils. M is the moment load induced by the eccentric vertical load. This study examines the applicability of the failure envelope obtained for the eccentric vertical load to the cases where two variables, V and M, are independently prescribed. The obtained results are coincident and indicate the wide applicability of the failure envelope in the normalized V-M plane in practice. Finally, in a comparison with previous researches, the numerical data in the present study lead to the derivation of new equations for the failure envelopes of both sandy and clayey soils.

    DOI: 10.1016/j.sandf.2019.09.004

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  • 河川を横断する落差工周囲の河川流と浸透流の相互作用 査読

    細山田得三, 楊宏選, 福元豊, 大塚悟

    第6回河川堤防技術シンポジウム   1 ( 1 )   49 - 52   2018年12月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:土木学会  

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  • Coupled particle-fluid numerical simulation model for internal erosion of granular soils with a broad particle size distribution 査読

    Yutaka Fukumoto, Satoru Ohtsuka

    Proc. of 9th International Conference on Scour and Erosion   9 ( 1 )   639 - 644   2018年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:Taylor & Francis Group  

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  • Effect of ground movement direction on ultimate lateral resistance of line alignment piles in clay 査読

    Quang N.Pham, Satoru Ohtsuka, Yutaka Fukumoto

    7th Gigaku2018   RD ( 057 )   1 - 1   2018年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:Nagaoka University of Technology  

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  • Identification of shear strength and seismic coefficient by back analyzing surficial slides in the 2004 Mid-Niigata prefecture earthquake 査読

    Bandara, S., Ohtsuka, S., Fukumoto, Y.

    Landslides   15 ( 11 )   1 - 12   2018年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Verlag  

    Sliding of natural and artificial slopes generally occurs during or following strong earthquakes. Such sliding is greatly affected by a combination of geological conditions and earthquake loading. Earthquake-induced landslides often cause more damage to infrastructure and human lives than the earthquake itself. Pseudo-static analysis is widely implemented as one of several design methods used in engineering practice to assess the seismic stability of natural and artificial slopes. However, the most important issue of pseudo-static analysis is to select the most appropriate method for measuring seismic coefficient. In order to investigate this, back analysis was conducted for surficial slides subjected to strong ground motion during the 2004 Mid-Niigata prefecture earthquake in Japan. This paper surveyed the stochastic properties of earthquake-induced surficial slides and clearly showed that the obtained results were applicable to back analysis of shear strength and seismic coefficient. In back analysis, soil properties such as soil strength and density and sliding depth were assumed as random variables owing to their uncertainties. Seismic coefficient is also assumed to be a random variable and varies with distance from the epicenter fault line. The analysis of 4504 recorded surficial slides clearly shows a unique relationship of landslide occurrence ratio with slope angle and distance from the epicenter fault line. This study’s results enhance the calculation of the shear strength of weathered soil covering slopes and the horizontal seismic coefficient through back analysis procedure. By considering possible stochastic properties of variables, some case studies were implemented in the back analysis.

    DOI: 10.1007/s10346-018-1029-6

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  • <論文・報告>個別要素法による2次元砂時計の再現シミュレーション 査読

    髙橋, 昂誠, 村上, 章, 藤澤, 和謙, 福元, 豊

    3   79 - 84   2018年3月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:京都大学学際融合教育研究推進センター高大接続科学教育ユニット  

    土の挙動を粒子レベルから数値的にシミュレートすることには, 幅広い需要と応用性があり, 本研究では, 2次元砂時計を流れ落ちる砂の挙動を粒子レベルからモデリングすることを試みた. まず, ガラスビーズを実験試料とし, 一面せん断試験から材料の摩擦特性を計測した後, 2 次元砂時計装置でのガラスビーズの流下挙動をPIV計測を通して観測した. 個別要素法による数値シミュレーションでは, 一面せん断試験の結果から, ガラスビーズの粒子間摩擦角と転がり摩擦係数を求め, 減衰係数を調整することで2次元砂時計実験の再現を試みた. 実験と数値解析では定性的な一致を得たものの, 一面せん断試験から得られた粒子間摩擦角と転がり摩擦係数を固定した上で, 減衰係数のみ変えて砂時計内を流れ落ちるガラスビーズの形状変化を正確に再現することは困難であった.

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  • 落差工による跳水・浸透流およびそれらの河床構造物の安定性に及ぼす影響 査読

    楊 宏選, 福元 豊, 細山田得三, 大塚 悟

    河川技術論文集   24   655 - 660   2018年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人 土木学会  

    DOI: 10.11532/river.24.0_655

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  • 3-D direct numerical model for failure of non-cohesive granular soils with upward seepage flow 査読

    Fukumoto, Y., Ohtsuka, S.

    Computational Particle Mechanics   5 ( 4 )   443 - 454   2018年

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The paper reports the application of a 3-D direct particle–fluid simulation model to the seepage failure of granular soils. The goal of this study is to numerically capture the process of the failure which is induced by the seepage flow from the micromechanical aspects with no macroscopic assumptions. In order to accomplish this goal, non-cohesive granular assemblies with an upward seepage flow and a variety of pressure gradients are investigated. The motion and the collision of the soil particles are calculated by a soft sphere model, such as the discrete element method, and the flow of the pore fluid is directly solved at a smaller scale than the diameter of the soil particles by the lattice Boltzmann method. By coupling these methods, the interaction between the soil particles and the seepage flow is also considered. As a result of the series of analyses, the numerically predicted value for the critical hydraulic gradient is found to be in good agreement with the theoretical value. In addition, the rapid change in the flow pattern around the critical hydraulic gradient can be microscopically captured. By observing the evolution of the force chains inside the soils, it is demonstrated that the failure process of the contact networks can also be reproduced by the simulation model presented here.

    DOI: 10.1007/s40571-017-0180-5

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  • 落差工による跳水・浸透流およびそれらの河床構造物の安定性に及ぼす影響 査読

    楊宏選, 福元豊, 細山田得三, 大塚悟

    土木学会論文集B1(水工学)   75   - - -   2018年

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    出版者・発行元:土木学会  

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  • Group effect on ultimate lateral resistance of piles in clayey soils against horizontal ground movement 査読

    Quang N.Pham, Satoru Ohtsuka, Koichi Isobe, Yutaka Fukumoto

    15th International Conference of the Internal Association for Computer Methods and Advances in Geomechanics,   1 ( 630 )   1 - 8   2017年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(その他学術会議資料等)   出版者・発行元:Internal Association for Computer Methods and Advances in Geomechanics  

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  • An effective direct numerical simulation model of granular soils and seepage flow by using DEM and LBM 査読

    Yutaka Fukumoto, Satoru Ohtsuka

    15th International Conference of the Internal Association for Computer Methods and Advances in Geomechanics,   1 ( 999 )   1 - 8   2017年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(その他学術会議資料等)   出版者・発行元:Internal Association for Computer Methods and Advances in Geomechanics  

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  • Comparison of sheared granular soils: Same void ratio but considerably different fabric 査読

    Fukumoto, Y., Ohtsuka, S.

    Geotechnical Engineering   48 ( 4 )   32 - 39   2017年

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    This paper reports a comparison of two types of sheared granular soil specimens, with almost the same void ratios but considerably different fabric, using the discrete element method in two dimensions. The specimens are prepared by applying two different methods of particle generation; one specimen is generated by placing the particles geometrically, while the other specimen is generated by placing the particles randomly. Then, computational direct shear tests are conducted in order to compare the yielding behaviours of the two specimens. The obtained bulk shear responses show different trends, even though the values for the void ratio at the initial state are almost the same. Toward the critical state, however, the initial differences in the stress state and the granular fabric gradually disappear and eventually reach almost the same state. The results reveal that not only macroscopic quantities, but also the contact force distribution and the angular variation in contact forces, have a unique critical state. In particular, the angular distribution of contact angles inside the shear band is also found to have a unique critical state.

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  • 3次元粒子-流体連成計算モデルによる土中の水みち拡大過程のシミュレーション 査読

    岡田紘明, 福元 豊, 藤澤和謙, 村上 章

    土木学会論文集A2   73 ( 2 )   I_429 - I_438   2017年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人 土木学会  

    内部侵食は観測が困難である土中で進行するため,問題の解決には数値計算が有用な手法となる.本研究では浸透流による水みちの拡大過程に焦点を当て,浸透流と土粒子の両方をLattice Boltzmann MethodとDiscrete Element Methodを連成させて直接解いた.粒子間の固着モデルを導入することで,粘性土の粘着特性を表現し,土粒子間の固着力を表すパラメータと土試料に作用する両端の圧力差を変えながら,繰り返しの検討を行った.その結果,土粒子間の固着力に大きさに応じて,土粒子集合体としての侵食に対する抵抗力の大きさが変化することを表すことができ,従来の2次元での応用例より再現性が高まることが確認できた.

    DOI: 10.2208/jscejam.73.i_429

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  • 浸透流と土粒子の直接数値計算のためのPS-MRT Lattice Boltzmannモデル 査読

    福元 豊, 大塚 悟

    土木学会論文集A2   72 ( 2 )   I_335 - I_343   2016年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人 土木学会  

    浸透流を伴う土のマイクロメカニクスを調べるために,浸透流と土粒子の両方をLattice Boltzmann Method(LBM)とDiscrete Element Method(DEM)を連成させて効率良く直接解くことが出来る数値計算手法について検討した.まずは,浸透流の計算に対する数値安定性を高めるために,Multiple Relaxation Timeモデル(MRTモデル)を導入した.また,3次元で土粒子の大きさ以下の解像度で浸透流を扱う場合は必然的に計算コストが高まるため,LBMの並列性の高さを損なわないような連成モデルとしてPartially Saturatedモデル(PSモデル)を選択した.そして,これらを新たに組み合わせたPS-MRT Lattice Boltzmannモデルの妥当性と地盤工学への適用性について検証した.

    DOI: 10.2208/jscejam.72.I_335

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  • Discrete element modeling of dry-stone masonry wall: Effects of block shape on seismic behavior 査読

    Y. Fukumoto, A. Murakami, J. Yoshida, H. Sakaguchi

    Computer Methods and Recent Advances in Geomechanics - Proceedings of the 14th Int. Conference of International Association for Computer Methods and Recent Advances in Geomechanics, IACMAG 2014   1607 - 1612   2015年

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    掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

    The shape effect of the blocks comprising a dry-stone masonry retaining wall under seismic loading was investigated through numerical simulations using the three-dimensional discrete element method. The variations in block shape, namely, cubic-shaped and wedge-shaped, were compared. For the numerical simulations, the seismic resistivity was higher in the wall of wedge-shaped blocks than in the wall of cuboid blocks, although the total mass was larger for the wall of cuboid blocks. These results are good agreement with the centrifuge model tests. Furthermore, a detailed investigation was performed by the discrete element model to explore the mechanism of the shape effect.We found that the surface area, which contributes to the frictional resistance between each stone block and the backfill, is the key parameter to mobilizing the anti-seismic strength of a dry-stone masonry retaining wall. © 2015 Taylor & Francis Group, London.

    DOI: 10.1201/b17435-284

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  • 粒子-流体連成の直接数値計算モデルを用いた Hole Erosion Testの2次元シミュレーション 査読

    藤名瑞耀, 福元 豊, 村上 章

    土木学会論文集A2   71 ( 2 )   I_567 - I_578   2015年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人 土木学会  

    土壌の内部侵食は観察が難しい現象であるため,数値シミュレーションによって現象の理解と予測をすることが有用となる.本研究では浸透流によるConcentrated leak erosionに焦点を当て,固体粒子の計算手法であるDEM(個別要素法)と流体の計算手法であるLBM(格子ボルツマン法)を組み合わせ,土と水のミクロな挙動を同時に解いた.Wan and FellのHET(Hole Erosion Test)を参考にした二次元モデルを作成し,浸透流を発生させて粒子の流出を観察した.勾配を変えながら繰り返し計算を行い,侵食に関する各パラメータを算出して既往の実験やHETを模擬したシミュレーションとの比較・検討を行った.固体粒子の取り扱いに関して新たな条件を導入したことで,従来に比べてより実験に近いシミュレーションを行うことができた.

    DOI: 10.2208/jscejam.71.I_567

    CiNii Article

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  • PS-MRT LATTICE BOLTZMANN MODEL FOR DIRECT SIMULATION OF GRANULAR SOILS AND SEEPAGE FLOW 査読

    Y. Fukumoto, S. Ohtsuka, A. Murakami

    PARTICLE-BASED METHODS IV-FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS   1 ( 1 )   537 - 544   2015年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:INT CENTER NUMERICAL METHODS ENGINEERING  

    We proposed a direct numerical simulation model of granular soils and seepage flow by combining the discrete element method and the lattice Boltzmann method. The MRT model was introduced in order to obtain stable solutions of fluid flow under high Reynolds number condition. The PS model, which retains a local operation at each fluid node and keep from intensive increasing the computational costs for the calculation of collision term, was also introduced as a solid-fluid coupled model. We show the effectiveness of the PS-MRT lattice Boltzmann model through several validation tests.

    Web of Science

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  • The effects of block shape on the seismic behavior of dry-stone masonry retaining walls: A numerical investigation by discrete element modeling 査読

    Fukumoto, Y., Yoshida, J., Sakaguchi, H., Murakami, A.

    Soils and Foundations   54 ( 6 )   1117 - 1126   2014年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:JAPANESE GEOTECHNICAL SOC  

    The shape effect of the blocks comprising a dry-stone masonry retaining wall under seismic loading was investigated through centrifuge model tests and numerical simulations using the three-dimensional discrete element method. Variations in block shape, namely, cubic-shaped and wedge-shaped, were compared. For both the physical experiments and the numerical simulations, seismic resistivity was higher in the wall of wedge-shaped blocks than in the wall of cuboid blocks, although the total mass was larger for the wall of cuboid blocks. Therefore, a detailed investigation was performed by the discrete element model to explore the mechanism of the shape effect. We found that the surface area, which contributes to the frictional resistance between each stone block and the backfill, is the key parameter to mobilizing the anti-seismic strength of a dry-stone masonry retaining wall. (C) 2014 The Japanese Geotechnical Society. Production and hosting by Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.sandf.2014.11.007

    Web of Science

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  • The role of rolling friction in granular packing 査読

    Fukumoto, Y., Sakaguchi, H., Murakami, A.

    Granular Matter   15 ( 2 )   175 - 182   2013年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:SPRINGER  

    In order to study the effects of the rolling friction of the particles on granular packing, we present a detailed analysis of circular disk assemblies with the rolling friction under macroscopic one-dimensional compression. The rolling friction of the particles produces a resisting moment to the rolling at each contact. A series of 2-D DEM simulations are performed with various values for the rolling friction parameter. We focus on several macroscopic and microstructural properties of granular media and analyze them as a functions of the rolling friction. From these results, we show that the rolling resistance, which results from the rolling friction of the particles, contributes to the inhibition of the rearrangement of the particles and increases the magnitude of the fabric anisotropy under packing. In addition, from both microscopic and macroscopic points of view, we describe that the stress state in a granular packing can vary considerably depending on the rolling resistance.

    DOI: 10.1007/s10035-013-0398-8

    Web of Science

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  • Failure criteria for geomaterials in simple discrete element modeling 査読

    Y. Fukumoto, A. Murakami, H. Sakaguchi

    Computer Methods for Geomechanics: Frontiers and New Applications   2   702 - 707   2011年

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    掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

    A simple model for the Discrete Element Method (DEM) is proposed so that boundary value problems in geotechnical engineering may be studied using DEM with fewer parameters. The interparticle contact bond model, which was suggested by Utili and Nova and reproduces the behavior of cohesive geomaterials, and the rolling friction model, which was suggested by Sakaguchi et al. and expresses the interlocking effect of grain shapes with circular particles, are introduced into the conventional contact model for the two-dimensional DEM. Both of these models require only one parameter. Parametric analyses, based on several direct shear tests, are performed to validate the proposed model and to obtain relationships between the failure criteria for geomaterials (c and w) and the corresponding micromechanical quantities.

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  • 地盤の破壊基準を表現するためのシンプルなDEMモデル 査読

    福元 豊, 阪口 秀, 村上 章

    土木学会論文集A2   67 ( 1 )   105 - 112   2011年

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Japan Society of Civil Engineers  

    土木分野で扱う大規模な境界値問題を個別要素法(以下,DEM)で解析することを念頭に,より少ないパラメータで地盤特性を適切に表現できるシンプルなDEMモデルを提案した.具体的には,地盤材料の破壊基準である粘着力と内部摩擦角を表現するために,通常の円形粒子のDEMで用いられる粒子接触関係に粒子間ボンドモデルと転がり摩擦モデルにそれぞれ修正を加えたものを導入した.両モデルを導入する際に必要とする追加パラメータはそれぞれ1つだけである.これらのモデルを反映させたDEMを用いて一面せん断シミュレーションでのパラメトリックスタディを行い,地盤材料の粘着力と内部摩擦角に対して所望の値を適切に表現するためのモデルとパラメータ決定方法を与えた.

    DOI: 10.2208/jscejam.67.105

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MISC

  • 風化を誘因とする土砂災害発生機構の解明に向けた粒子型の破壊解析技術の開発

    福元豊

    sabo   135   2024年

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  • 透明土を用いた攪拌羽根の回転による流動状態の可視化計測実験

    陳剣, 福元豊, 渡邉尚幸, CHERXIONG Laolue, 杉山博一, 西琢郎, 吉河秀郎, 齋藤亮

    土木学会全国大会年次学術講演会(Web)   79th   2024年

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  • 梁要素を連成したX-FEMによる地震時残留変形解析手法の開発

    新保泰輝, 森田凌羽, 渡邊直人, 福元豊

    計算工学講演会論文集(CD-ROM)   29   2024年

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  • 3次元Peridynamicsを用いた盛土の亀裂発生・進展形状に与える地震波特性の影響

    叶田知愛, 新保泰輝, 河村知記, 福元豊

    土木学会全国大会年次学術講演会(Web)   79th   2024年

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  • 摩擦を考慮した3次元Peridynamicsによる強制変位下での斜面崩壊解析

    岡凌也, 新保泰輝, 河村知記, 福元豊

    土木学会全国大会年次学術講演会(Web)   79th   2024年

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  • ペリダイナミクス法による複雑な形態を持つ粒子の破砕シミュレーション

    福元豊, KALYAN NSSP, KANDASAMI Ramesh Kannan, 新保泰輝

    計算工学講演会論文集(CD-ROM)   29   2024年

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  • 原子核乾板検出器を用いた河川堤防内部の宇宙線イメージング

    北川暢子, 森島邦博, 福元豊, 安田浩保, 今西智也, 宮田芙悠, 児玉滉人, 志水凱, 森井健登, 岸本和樹, 中野健斗, 西垣豪人

    日本写真学会誌   86 ( 1 )   2023年

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  • 鉛直荷重に対する砂地盤の極限支持力式の提案

    池田澪央, IQBAL Tahir, 大塚悟, 福元豊

    地盤工学研究発表会(Web)   58th   2023年

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  • ペリダイナミクス法による締固め粘土の亀裂発生から破壊後までを扱える数値計算モデル

    福元豊, 堀越晟冶, 新保泰輝

    地盤工学研究発表会(Web)   58th   2023年

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  • Photogrammetryを用いた圧縮試験中の供試体破壊形状の3次元キャプチャーシステムの開発

    内井右京, 新保泰輝, 福元豊

    計算工学講演会論文集(CD-ROM)   28   2023年

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  • Peridynamicsによる3次元地震応答亀裂進展解析手法の開発

    叶田知愛, 新保泰輝, 河村知記, 福元豊

    地盤工学研究発表会(Web)   58th   2023年

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  • 水理的屈曲度に着目した透明砂による異粒径の境界部の観察

    山本七輝, 大下倭駆, 福元豊, 大塚悟

    地盤工学研究発表会(Web)   58th   2023年

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  • Peridynamicsによる3Dプリント砂型供試体の圧縮試験の再現解析

    岡凌也, 新保泰輝, 河村知記, 福元豊

    地盤工学研究発表会(Web)   58th   2023年

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  • 3次元地震応答亀裂進展解析法を用いた盛土の地震時破壊解析

    新保泰輝, 叶田知愛, 河村知記, 福元豊

    日本地震工学シンポジウム論文集(CD-ROM)   16th   2023年

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  • Peridynamicsに基づく数値解析における円柱供試体内の応力分布の評価

    福元豊, 新保泰輝

    計算工学講演会論文集(CD-ROM)   28   2023年

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  • グラベルパイルによる砂質地盤の締固め効果に関する室内模型試験

    金子泰士, 笹川文弥, 大塚悟, 福元豊

    地盤工学研究発表会(Web)   57th   2022年

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  • 締固めた粘土の亀裂進展と破壊に関する3次元Peridynamics-DEM連成解析

    福元豊, 澤知行, 小室昂生, 堀越晟冶, 新保泰輝

    計算工学講演会論文集(CD-ROM)   27   2022年

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  • 屈折率マッチング技術とステレオ撮影を併用した浸透流速の3方向成分の計測

    平田壮, 大下倭駆, 福元豊, 大塚悟

    農業農村工学会誌   90 ( 7 )   2022年

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  • 個別要素法・格子ボルツマン法による土表面の流体力評価

    藤澤和謙, 小西亜実, 福元豊, 村上章

    計算工学講演会論文集(CD-ROM)   27   2022年

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  • 個別要素法・格子ボルツマン法を用いた土表面における流体力の評価

    小西亜実, 福元豊, 藤澤和謙, 村上章

    農業農村工学会誌   90 ( 7 )   2022年

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  • 弾塑性Peridynamicsを用いた亀裂を有する締固め粘土の再現解析

    新保泰輝, 新蔵千沙都, 河村知記, 福元豊

    地盤工学研究発表会(Web)   57th   2022年

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  • 砕石パイルによる緩い砂質地盤の締固め効果に関する模型試験

    金子泰士, 大塚悟, 福元豊

    地盤改良シンポジウム論文集(CD-ROM)   15th   2022年

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  • 格子ボルツマン法による砂の内部及び表面の浸透力計算

    藤澤和謙, 小西亜実, 福元豊, 村上章

    理論応用力学講演会講演論文集(Web)   66th   69   2022年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本学術会議 「機械工学委員会・土木工学・建築学委員会合同IUTAM分科会」  

    砂の表面に作用する浸透力の評価は、土砂輸送や土の侵食を力学的な観点から考える上で重要となる。ここでは、格子ボルツマン法を利用し、砂の粒子で構成される間隙を流れる浸透流をシミュレートすることで、砂(砂塊)の内部と表面の浸透力を数値的に計算する。その結果は,均一な粒形を持つ砂を想定した場合、表面の浸透力は内部のそれよりも小さくなることを示した。

    DOI: 10.11345/japannctam.66.0_69

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  • AIを用いた斜面の広域危険度評価の試み

    會川健朗, 片平耀款, 大塚悟, 福元豊

    日本応用地質学会北陸支部研究発表会論文集   2021   2022年

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  • 繰り返し圧密に対する粘性土の圧縮特性

    伊與和真, 大塚悟, 福元豊

    地盤工学研究発表会(Web)   57th   2022年

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  • Peridynamics-DEMによる締固めた粘土の圧裂引張試験の2次元シミュレーション

    小室昂生, 澤知行, 堀越晟治, 福元豊, 新保泰輝

    地盤工学研究発表会(Web)   57th   2022年

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  • 個別要素法・格子ボルツマン法を用いた土表面における流体力の評価

    後鳥友里, 小西亜実, 藤澤和謙, 福元豊

    地盤工学研究発表会(Web)   57th   2022年

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  • 機械学習と画像認識による危険斜面ブロック抽出の試み

    會川健朗, 片平耀款, 大塚悟, 福元豊, 岡滋晃, 鬼束俊一, 河村直明

    地盤工学研究発表会(Web)   57th   2022年

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  • 透明砂による間隙中の浸透流の異なる断面からの観察

    大下倭駆, 平田壮, 福元豊, 大塚悟

    地盤工学研究発表会(Web)   57th   2022年

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  • 透明砂を使った土粒子の間隙における浸透流速の3方向成分の計測

    平田壮, 関口泰徳, 福元豊, 大塚悟

    地盤工学研究発表会(Web)   56th   2021年

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  • PeridynamicsとDEMの連成による地盤材料の破砕挙動の数値計算モデル

    福元豊, 新保泰輝

    計算工学講演会論文集(CD-ROM)   26   2021年

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  • 粒子-流体連成モデルによる浸透破壊に関する小型模型実験の再現シミュレーション

    福元豊, 松田達也, 内藤直人

    地盤工学研究発表会(Web)   56th   2021年

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  • 個別要素法・格子ボルツマン法を用いた土表面における流体力の評価

    小西亜実, 福元豊, 藤澤和謙, 村上章

    農業農村工学会京都支部研究発表会講演要旨集   78th   2021年

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  • 屈折率マッチング技術とステレオ撮影を併用した浸透流速の3方向成分の計測

    平田壮, 大下倭駆, 福元豊, 大塚悟

    農業農村工学会京都支部研究発表会講演要旨集   78th   2021年

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  • Peridynamicsへのローカルな塑性乗数を用いたDrucker-Prager弾塑性モデルの実装

    新保泰輝, 河村知記, 福元豊

    計算工学講演会論文集(CD-ROM)   26   2021年

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  • 小型模型実験による矢板周りの浸透に伴う破壊過程の考察

    松田達也, 内藤直人, 福元豊

    地盤工学研究発表会(Web)   56th   2021年

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  • 機械学習による斜面の広域危険度評価手法の開発

    片平耀款, 大塚悟, 福元豊, 岡滋晃, 河村直明, 塚田智之

    地盤工学研究発表会(Web)   56th   2021年

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  • グラベルパイルによる砂質地盤の締固め効果に関する模型試験

    笹川文弥, 金子泰士, 中島啓太, 大塚悟, 福元豊

    地盤工学研究発表会(Web)   56th   2021年

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  • 基礎の寸法効果を考慮した中間土地盤の支持力式に関する検討

    DUNG Huynh Anh, SON Dang Hoang, 大塚悟, 福元豊

    地盤工学研究発表会(Web)   55th   2020年

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  • グラベル・パイルによる砂質地盤の締固め効果に関する模型試験

    中島啓太, 大塚悟, 福元豊

    地盤改良シンポジウム論文集(CD-ROM)   14th   2020年

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  • 3次元DEM-LBM連成解析による多孔質体中の流れのバリデーション

    藤澤和謙, 北尾朋広, 福元豊, 村上章

    計算工学講演会論文集(CD-ROM)   25   2020年

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  • 農業用水路トンネルの模型実験に対する個別要素法の適用性 査読

    柴田俊文, 田本敏之, 西村伸一, 珠玖隆行, 福元豊

    農業農村工学会論文集   88 ( 1 )   I_105 - I_116   2020年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人 農業農村工学会  

    老朽化した農業用水路トンネルの維持管理は社会的な懸案事項となっており,現時点でのトンネル変状の正確な把握が重要である.矢板工法で施工されたトンネルでは,施工中・施工後にトンネル覆工に背面空洞が発生することが多く,この空洞により劣化が進展する.そのため地山と背面空洞を有する覆工の挙動の正確な理解が必要である.本論文では,地山に背面空洞を有するトンネルを想定したモデルを用い模型実験により相互挙動を確認した.載荷実験では,背面空洞が90°の場合に,縦方向と横方向の内空変位量が大きくなることが明らかになった.また,変形挙動やひび割れ性状を検討するため,構成式にConcrete Particle Modelを用いた三次元の個別要素法により解析を行い,実験結果との比較を行った.比較検討により,本解析手法がトンネルの模型実験の変状を定性的に評価できることが明らかとなった.

    DOI: 10.11408/jsidre.88.i_105

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    その他リンク: https://ndlsearch.ndl.go.jp/books/R000000004-I030577228

  • グラベルパイル工法による砂質地盤の締固め効果に関する定量的評価の検討

    中島啓太, 新宮康希, 大塚悟, 福元豊

    地盤工学研究発表会(Web)   55th   2020年

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  • 屈折率マッチング技術を用いた浸透流の直接観察:土粒子配置を変えた検討

    関口泰徳, 塩原祐希, 福元豊, 大塚悟

    地盤工学研究発表会(Web)   55th   2020年

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  • 旧紫雲寺潟における自然堆積粘土の繰り返し圧密特性

    新宮康希, 衣川元貴, 大塚悟, 福元豊, 畠山正則

    地盤工学研究発表会(Web)   55th   2020年

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  • 3Dプリンターを利用した粒子-流体計算のバリデーション

    藤澤和謙, 北尾朋広, 福元豊, 村上章

    農業農村工学会大会講演会講演要旨集(CD-ROM)   2020   2020年

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  • 浸透流と跳水の影響を受ける護床工ブロックの流体力特性及びその安定性評価

    YANG Hongxuan, 山本陽子, 福元豊, 細山田得三, 大塚悟, 福島雅紀

    河川技術論文集   26 (CD-ROM)   401 - 406   2020年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人 土木学会  

    DOI: 10.11532/river.26.0_401

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  • 人工樹脂多孔質体を用いたLBM-DEM浸透流計算のバリデーション

    藤澤和謙, 北尾朋広, 福元豊, 村上章

    地盤工学研究発表会(Web)   55th   2020年

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  • 越流に対して粘り強い堤防補強工法の実験的研究

    坂本恭史, 大塚悟, 福元豊

    地盤工学研究発表会(Web)   54th   2019年

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  • 背面地盤の変状を考慮した石積構造物の2次元DEMモデル

    衛藤修平, 福元豊, 大塚悟

    日本地すべり学会研究発表会講演集(CD-ROM)   58th   2019年

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  • 画像の多重解像度解析に基づく平面ひずみ圧縮試験の微視的観察

    八重樫啓生, 大竹雄, 福元豊

    土木学会年次学術講演会講演概要集(CD-ROM)   74th   2019年

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  • 公益信託NEXCO関係会社高速道路防災対策に関する支援基金 平成30年度研究助成の概要(その1)地下水位の変動により発生する内部侵食現象と道路盛土の老朽化過程の解明

    福元豊

    高速道路と自動車   62 ( 9 )   2019年

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  • 粒子サイズの変化を考慮した3次元DEMモデルによる地盤材料の風化過程の数値解析

    福元豊, 輪島僚也, 立花賢吾, 大塚悟

    計算工学講演会論文集(CD-ROM)   24   2019年

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  • 乱流モデルを組み込んだ流体計算手法を用いた浸透流の直接的シミュレーション

    北尾朋広, 福元豊, 藤澤和謙, 村上章

    地盤工学研究発表会(Web)   54th   2019年

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  • グラベルパイルを用いた液状化対策工法の定量評価に関する検討

    新宮康希, 大塚悟, 福元豊, 栗田修平

    地盤工学研究発表会(Web)   54th   2019年

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  • 基礎の寸法効果を考慮した中間土地盤の支持力式に関する研究

    HUYNH Anh Dung, PHAM Ngoc Quang, 大塚悟, 福元豊, 保科隆

    地盤工学研究発表会(Web)   54th   2019年

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  • 透明砂を用いた浸透流の直接計測手法による層流-乱流域の観察

    塩原祐希, 宇井智章, 福元豊, 大塚悟

    地盤工学研究発表会(Web)   54th   2019年

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  • 膨張収縮を考慮した粒子計算モデルによる地盤材料の2次元風化シミュレーション

    立花賢吾, 輪島僚也, 福元豊, 大塚悟

    地盤工学研究発表会(Web)   54th   2019年

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  • 粒子・流体連成シミュレーションによる地震動載荷中の粒子挙動

    北尾朋広, 福元 豊, 藤澤和謙, 村上 章

    第75回農業農村工学会京都支部研究発表会   75th   2018年11月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)  

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  • 鉛直上向き浸透流の作用する非粘着性材料の限界掃流力についての2次元LBM-DEMシミュレーション

    森田健太郎, 福元 豊, 藤澤和謙, 村上 章

    平成30年度農業農村工学会大会講演会   2018   2018年9月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)  

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  • 砂粒子と間隙水を直接解いた2次元液状化シミュレーション

    北尾朋広, 福元 豊, 藤澤和謙, 村上 章

    平成30年度農業農村工学会大会講演会   2018   2018年9月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)  

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  • 3次元粒子―流体連成計算による粘性土の侵食モデル

    岡田紘明, 福元 豊, 森田健太郎, 藤澤和謙, 村上 章

    第53回地盤工学研究発表会   53rd   2018年7月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)  

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  • 模型実験との比較による土中の浸透流の直接数値解析手法の検証

    福元豊, 宇井智章, 清野颯, 大塚悟

    計算工学講演会論文集(CD-ROM)   23   2018年

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  • ケーソン海岸防波堤の津波に対する安定解析

    HO Sy Quoc, 高木大地, 大塚悟, 福元豊, 山崎浩之, 金田一広

    地盤工学研究発表会発表講演集(CD-ROM)   53rd   2018年

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  • グラベルパイルの砂質地盤の締固め効果に関する小型模型試験

    栗田修平, 猪狩貴寛, 大塚悟, 福元豊, 折戸清治

    地盤工学研究発表会発表講演集(CD-ROM)   53rd   2018年

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  • DEMモデルによる膨潤性を持つ泥岩のスレーキングシミュレーション

    輪島僚也, 福元豊, 大塚悟

    地盤工学研究発表会発表講演集(CD-ROM)   53rd   2018年

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  • 土粒子-浸透流連成の数値計算手法の高度化と内部侵食による道路盛土の劣化メカニズムの研究

    福元豊

    高速道路と自動車   61 ( 9 )   2018年

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  • 土骨格中の浸透流の直接的観察手法の検討 その1:RIMSを用いた模型実験

    宇井智章, 清野颯, 福元豊, 大塚悟

    地盤工学研究発表会発表講演集(CD-ROM)   53rd   2018年

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  • 土骨格中の浸透流の直接的観察手法の検討 その2:模型実験と数値解析の比較

    福元豊, 宇井智章, 清野颯, 大塚悟

    地盤工学研究発表会発表講演集(CD-ROM)   53rd   2018年

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  • 柏崎平野における地震後広域地盤沈下に関する検討

    坂本恭史, 長谷川拓也, 大塚悟, 福元豊

    地盤工学研究発表会発表講演集(CD-ROM)   53rd   2018年

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  • 背面空洞を有する農業用水路トンネルと地山の変状解析

    柴田俊文, 田本敏之, 西村伸一, 珠玖隆行, 福元豊

    土木学会年次学術講演会講演概要集(CD-ROM)   73rd   2018年

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  • 塑性圧作用時の農業用水路トンネルの変状解析

    柴田俊文, 田本敏之, 西村伸一, 珠玖隆行, 福元豊

    農業農村工学会大会講演会講演要旨集(CD-ROM)   2018   2018年

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  • 屈折率マッチング手法を応用した土骨格内部の浸透流の直接観察

    宇井智章, 福元豊, 大塚悟

    農業農村工学会大会講演会講演要旨集(CD-ROM)   2018   2018年

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  • 透明土を用いた浸透破壊に伴う土粒子と浸透流の直接観察

    宇井智章, 福元豊, 大塚悟

    農業農村工学会京都支部研究発表会講演要旨集   75th   2018年

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  • 粒子―流体連成計算モデルによる浸透破壊後のシミュレーション

    森田健太郎, 岡田紘明, 福元 豊, 藤澤和謙, 村上 章

    第74回農業農村工学会京都支部研究発表会   74th   2017年10月

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    記述言語:日本語  

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  • 粒子-流体連成計算モデルを用いた浸透破壊後の解析

    森田健太郎, 岡田紘明, 福元 豊, 藤澤和謙, 村上 章

    平成29年度農業農村工学会大会講演会   2017   2017年8月

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    記述言語:日本語  

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  • Darcy-Brinkman 式による浸透流解析とLES のカップリング計算

    藤澤和謙, 村上 章, 福元 豊

    平成29年度農業農村工学会大会講演会   2017   2017年8月

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    記述言語:日本語  

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  • 3次元粒子―流体連成モデルによる内部侵食の解析

    岡田紘明, 福元 豊, 藤澤和謙, 村上 章

    第52回地盤工学研究発表会   52nd   2017年7月

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    記述言語:日本語  

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  • 膨潤性粘土鉱物を含む地盤材料の粒子計算モデル

    福元 豊, 大塚 悟

    計算工学講演会論文集 Proceedings of the Conference on Computational Engineering and Science   22   4p   2017年5月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本計算工学会  

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  • コヒーレント構造モデルを導入したNavier-Stokes/Darcy流の同時解析

    藤澤和謙, 村上 章, 福元 豊

    第22回計算工学講演会   22   5p   2017年5月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本計算工学会  

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  • <論文・報告>粒子サイズを再現した砂柱の崩壊シミュレーション

    Yasuda Sana, Murakami Akira, Fujisawa Kazunori, Fukumoto Yutaka

    ELCAS Journal   2   91 - 94   2017年3月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:京都大学学際融合教育研究推進センター高大接続科学教育ユニット  

    砂柱の崩壊は,砂粒子が大きく移動することで,砂柱が大変形する,最も基本的な砂の破壊現象の一つである.本研究では,砂柱の崩壊現象を実験・観察し,砂粒子の動きを一粒毎に計算できるDEM(Discrete Element Method)(1, 2) を用いてこの現象を数値的に解析した.実験では,粒径が約1 mm のガラスビーズを実験材料とし,PIV(Particle Image Velocimetry)(3) 解析によって砂柱が崩壊するときの変位及び変形速度を得た.数値解析においては,粒子サイズを実験と合わせてパラメトリックスタディを行い,実験における砂柱崩壊の再現を試みた.その結果,砂柱崩壊現象のシミュレーションには,減衰係数が重要な役割を果たすことが明らかとなった. There is one crucial parameter that governs the simulation of sand column failure. Our goal was to identify the parameters for applicability of DEM (Discrete Element Method) to simulate the failure of sand columns, one of the most fundamental phenomena underlying sand failure. In this study, we conducted an experiment on the failure of sand columns. We chose glass beads that have a grain diameter of approximately 1 mm as the material for the experiment. We employed PIV (Particle Image Velocimetry) analysis to obtain the profile of displacement and the speed of transformation during the failure process. We have simulated the sand column failure process using DEM and tried to reproduce the deformation that we observed in our experiment. We made the particle size in our analysis the same as that in the experiment, and conducted a parametric study that involved changing parameters, such as the friction angle between particles, the damping coefficient, and rolling friction. Our results indicate that the damping coefficient plays a significant role in simulations of sand column failure.

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  • 締固めグラベルパイルによる宅地地盤の液状化対策効果に関する検討

    猪狩貴寛, 大塚悟, 福元豊, 折戸清治

    地盤工学研究発表会発表講演集(CD-ROM)   52nd   2017年

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  • 地盤中の細粒分移動を直接観察するための模型実験方法の検討

    清野颯, 宇井智章, 福元豊, 大塚悟

    農業農村工学会京都支部研究発表会講演要旨集   74th   2017年

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  • 内部侵食に伴う細粒分流出の小型模型装置内での観察

    清野颯, 福元豊, 大塚悟

    農業農村工学会大会講演会講演要旨集(CD-ROM)   2017   2017年

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  • 水中での砂柱崩壊実験に基づく土粒子-間隙水連成計算手法の高度化

    齋藤雅史, 福元豊, 大塚悟

    農業農村工学会大会講演会講演要旨集(CD-ROM)   2017   2017年

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  • 土粒子-間隙水連成計算モデルによる水中での砂柱の崩壊シミュレーション

    齋藤雅史, 福元豊, 大塚悟

    農業農村工学会京都支部研究発表会講演要旨集   74th   2017年

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  • 模型実験による地盤材料の侵食強さの評価方法の検討

    清野颯, 梅沢圭佑, 福元豊, 大塚悟

    地盤工学研究発表会発表講演集(CD-ROM)   52nd   2017年

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  • 膨潤性粘土鉱物を有する粘土鉱物の圧縮・膨張特性

    金田陽樹, 高木大地, 大塚悟, 福元豊

    地盤工学研究発表会発表講演集(CD-ROM)   52nd   2017年

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  • 粒状体モデルによる膨潤性粘土鉱物を含む泥岩の変形シミュレーション

    福元豊, 藤川聡司, 大塚悟

    地盤工学研究発表会発表講演集(CD-ROM)   52nd   2017年

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  • 土の侵食に対する強さを定量的に測定するための模型実験方法の開発

    福元豊

    農業農村工学会誌   85 ( 4 )   74 - 75   2017年

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  • 実物大スケールで応用するための3次元個別要素モデルによる地盤材料の強度定数の表現

    瓜谷匠, 福元豊, 大塚悟

    土木学会年次学術講演会講演概要集(CD-ROM)   72nd   2017年

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  • 公益信託NEXCO関係会社高速道路防災対策に関する支援基金 平成28年度研究助成の概要(その4)雨水浸透による道路盛土の内部侵食メカニズムの微視的解明と空洞進展の予測手法の構築

    福元豊

    高速道路と自動車   60 ( 11 )   2017年

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  • DEM-LBM 連成計算を用いた浸透破壊後の解析

    岡田紘明, 福元 豊, 藤澤和謙, 村上 章

    第73回農業農村工学会京都支部研究発表会   2016   2016年11月

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  • 粒子-流体連成計算による粘性土の内部侵食モデル

    藤名瑞耀, 福元 豊, 岡田紘明, 村上 章, 藤澤和謙

    第51回地盤工学研究発表会   51st   2016年9月

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  • 浸透流による土中の細粒分移動の粒子-流体連成シミュレーション

    福元 豊, 大塚 悟

    計算工学講演会論文集 Proceedings of the Conference on Computational Engineering and Science   21   3p   2016年5月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本計算工学会  

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  • 模型実験による土の侵食強さを表す物理量の抽出

    梅沢圭佑, 清野楓, 福元豊, 大塚悟

    農業農村工学会京都支部研究発表会講演要旨集   73rd   2016年

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  • ロックフィルダムの強震時変状の3次元個別要素法シミュレーション

    瓜谷匠, 福元豊, 大塚悟

    計算工学講演会論文集(CD-ROM)   21   2016年

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  • DEM-LBM連成計算を用いた浸透破壊後の解析

    岡田紘明, 福元豊, 藤澤和謙, 村上章

    農業農村工学会京都支部研究発表会講演要旨集   73rd   2016年

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  • 地震時の擁壁主働土圧に関する検討

    山根悠司, LE Hong Nguyen, 大塚悟, 福元豊

    地盤工学研究発表会発表講演集(CD-ROM)   51st   2016年

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  • 地盤材料の強度を表現する3次元粒状体モデルの検討と実物大スケールでの応用

    瓜谷匠, 福元豊, 大塚悟

    農業農村工学会京都支部研究発表会講演要旨集   73rd   2016年

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  • 粘性土を考慮した内部侵食モデルによる粒子-流体連成シミュレーション

    藤名瑞耀, 福元豊, 村上章, 藤澤和謙

    土木学会年次学術講演会講演概要集(CD-ROM)   71st   2016年

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  • 粒径差のある粒状体に対する内部侵食の数値計算モデル

    福元豊, 大塚悟

    地盤工学研究発表会発表講演集(CD-ROM)   51st   2016年

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  • 土の侵食特性の定量的な測定方法の検討

    梅沢圭佑, 福元豊, 大塚悟

    地盤工学研究発表会発表講演集(CD-ROM)   51st   2016年

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  • 粒子ベースの数値シミュレーション手法によるロックフィルダムの破壊挙動解析

    瓜谷匠, 福元豊, 大塚悟

    地盤工学研究発表会発表講演集(CD-ROM)   51st   2016年

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  • PS-MRT Lattice Boltzmannモデルによる土粒子と間隙水の直接計算

    福元 豊, 村上 章

    計算工学講演会論文集 Proceedings of the Conference on Computational Engineering and Science   20   3p   2015年6月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本計算工学会  

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  • 土粒子と間隙流を効率よく直接解くためのPS-MRT Lattice Boltzmannモデル

    福元豊, 村上章

    地盤工学研究発表会発表講演集(CD-ROM)   50th   2015年

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  • LBM-DEM連成計算モデルによるConcentrated leak erosionの二次元シミュレーション

    藤名瑞耀, 福元豊, 村上章

    農業農村工学会京都支部研究発表会講演要旨集   72nd   2015年

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  • 土の浸透破壊現象へのDEM-LBM連成計算の適用

    福元 豊, 藤名 瑞耀, 阪口 秀

    計算工学講演会論文集 Proceedings of the Conference on Computational Engineering and Science   19   3p   2014年6月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本計算工学会  

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  • 802 付加体形成過程のリアル砂粒子寸法での2次元DEMシミュレーション

    福元 豊, 堂埀 達也, 山田 泰広, 阪口 秀, 堀 高峰, 村上 章

    計算力学講演会講演論文集   2013 ( 26 )   "802 - 1"-"802-2"   2013年11月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会  

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  • 同じ間隙比で異なる構造を持つ砂のような粒状体のせん断挙動の比較

    福元 豊, 阪口 秀, 村上 章

    計算工学講演会論文集 Proceedings of the Conference on Computational Engineering and Science   17   4p   2012年5月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本計算工学会  

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  • 地盤強度定数c,φを表現するためのシンプルなDEMモデル

    福元 豊, 阪口 秀, 村上 章

    計算工学講演会論文集 Proceedings of the Conference on Computational Engineering and Science   16   4p   2011年5月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本計算工学会  

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  • 実務利用に向けたシンプルなDEMモデル (小特集 土構造物および土中構造物の数値解析とその適用)

    福元 豊, 阪口 秀, 村上 章

    水土の知   79 ( 5 )   349 - 352   2011年5月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:農業農村工学会  

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講演・口頭発表等

  • 土の基本的性質と浸透 招待

    金澤伸一, 福元 豊

    地盤工学会北陸支部 令和6年度土質力学講座(初級~応用レベル)第1回  2024年 

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  • Coupled Peridynamics-DEM for post-fracture behavior and its application to fragile material like soil 招待

    Yutaka Fukumoto

    IWACOM-IV  2024年 

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  • 地域環境科学特別講義II 招待

    福元 豊

    2024年度前期集中講義(京都大学農学研究科)  2024年 

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  • 浸透 招待

    福元 豊

    地盤工学会北陸支部 令和4年度土質力学講座(初級~応用レベル)第4回  2023年 

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  • 土木工学における粒子計算モデルの適用事例の紹介:城郭石垣の地震時安定性の評価 招待

    福元 豊

    地盤工学会北陸支部「現場技術者のための土質力学:第6回」講習会  2019年 

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  • 土に対する粒子ベースの直接的な数値モデリング 招待

    福元 豊

    地盤工学会北陸支部 地盤工学講演会  2019年 

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  • 構造物の安定性評価へのDEMの活用の試み:城郭の石垣&河川の護床ブロック 招待

    福元 豊

    学術情報メディアセンターセミナー  2018年 

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  • 浸透流と土粒子の直接数値計算モデルと地盤の侵食のシミュレー ション 招待

    福元 豊

    土木学会応用力学委員会計算力学小委員会  2017年 

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  • The effects of block shape on the seismic behavior of dry-stone masonry retaining walls: A numerical investigation by discrete element modeling 招待

    福元 豊

    平成28年度地盤工学会賞受賞者講演会  2017年 

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  • 浸透流中の土粒子のふるまいを調べるための数値計算モデル 招待

    福元 豊

    土木学会中国地区応用力学フォーラム  2016年 

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  • 粒子-流体連成の直接数値計算の地盤の浸透破壊現象への応用 招待

    福元 豊

    計算粉体力学研究会  2015年 

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受賞

  • 第27回計算工学講演会 若手優秀講演フェロー表彰

    2022年11月   日本計算工学会  

    福元 豊

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  • 令和3年度地盤工学会 北陸支部論文賞

    2022年4月   地盤工学会北陸支部  

    福元 豊

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  • 第56回地盤工学研究発表会 優秀論文発表者賞

    2021年9月   地盤工学会  

    福元 豊

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  • 第53回地盤工学研究発表会優秀論文発表者賞

    2018年9月   地盤工学会  

    福元 豊

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  • 平成28年度地盤工学会論文賞(英文部門)

    2017年6月   地盤工学会  

    福元 豊,吉田 順,阪口 秀,村上 章

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  • 平成28年度応用力学論文奨励賞

    2017年5月   土木学会応用力学委員会  

    福元 豊

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  • 平成28年度地盤工学会北陸支部奨励賞

    2017年4月   地盤工学会北陸支部  

    福元 豊

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  • 第19回応用力学シンポジウム講演賞

    2016年12月   土木学会応用力学委員会  

    福元 豊

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  • 平成28年度長岡技術科学大学教育活動表彰

    2016年10月   長岡技術科学大学  

    福元 豊

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  • 第50回地盤工学研究発表会優秀論文発表者賞

    2015年9月   地盤工学会  

    福元 豊

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  • 第48回地盤工学研究発表会優秀論文発表者賞

    2013年11月   地盤工学会  

    福元 豊

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  • 平成23年度農業農村工学会京都支部研究奨励賞

    2011年11月   農業農村工学会京都支部  

    福元 豊

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  • 第45回地盤工学研究発表会優秀論文発表者賞

    2010年9月   地盤工学会  

    福元 豊

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共同研究・競争的資金等の研究

  • 3次元地震応答亀裂進展解析が紐解く開口亀裂とすべり破壊による盛土の複合破壊機構

    研究課題/領域番号:24K07672  2024年04月 - 2027年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    新保 泰輝, 福元 豊

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    配分額:4550000円 ( 直接経費:3500000円 、 間接経費:1050000円 )

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  • 広域高解像度に対応した亀裂進展解析手法による地震時地盤破壊シミュレーション

    研究課題/領域番号:jh240006  2024年04月 - 2025年03月

    JHPCN  公募型共同研究 

    福元豊, 河村知記, 藤田 達大, 越野亮, Duttine Antoine,他学生

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  • 透明地盤を用いた攪拌羽根の回転による地盤挙動の可視化観測

    2023年 - 2024年

    受託研究(清水建設株式会社 技術研究所) 

    福元 豊

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  • 地盤材料の複合的な劣化機構に迫る「亀裂/細粒化/浸透」をつなぐ粒子型モデリング

    研究課題/領域番号:22K04307  2022年04月 - 2025年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    福元 豊, 新保 泰輝

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    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

    本研究の目的は,地盤材料が劣化する過程をマルチフィジックスな視点で捉えることで,その発生・進行要因の定量的な分類と整理を可能とすることである.とくに,亀裂,細粒化,浸透の3つの現象に着目し,土質試験と模型実験で得られた結果を踏まえて,亀裂-流体-粒状体を同時に考慮できる数値計算モデルを構築する.その過程で,課題A)「亀裂/細粒化」の粒子型モデリング,課題B)「細粒化/浸透」の粒子型モデリング,課題C)「亀裂/細粒化/浸透」の粒子型モデリングに取り組む.その結果,今年度は以下のような成果がそれぞれ得られた.
    課題Aについて,透明砂による模型実験では,異なる粒径を持つ土粒子の層境界部における浸透流の直接的な観察方法を新たに構築した.多孔質体の輸送特性を表す指標の1つである水理的屈曲度と幾何的屈曲度に着目した分析の結果,層境界部とその他の領域では両指標の関係に違いが見られることがわかった.
    課題Bについて,締固め粘土を用いた模型実験では,初期亀裂を持つ円柱形状の供試体に対して間接引張試験を実施した.初期亀裂角度と引張強度,亀裂形状の関係を主に調べた.また,次年度以降に実施するための三点曲げ試験機を新たに作成した.一方,数値計算モデルの開発では,Peridynamics法と個別要素法を連成した,破壊後の挙動まで取り扱うことができる数値計算モデルの検討を進めた.さらに,点載荷を受ける円柱供試体内の応力分布が理論解と一致することを確認したほか,上述した模型実験の再現計算を実施した.

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  • 河川堤防のミューオンイメージング:非破壊探査方法の革新と水―土の力学の深化

    研究課題/領域番号:21H05087  2021年08月 - 2024年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(B)

    福元 豊, 安田 浩保, 北川 暢子

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    配分額:18070000円 ( 直接経費:13900000円 、 間接経費:4170000円 )

    本研究では,原子核乾板を用いたミューオン計測技術に基づいて河川堤防に対する新しい非破壊探査方法を構築する(研究A:非破壊探査方法の革新)とともに,得られた計測結果と数値解析モデルを組み合わせて堤防盛土における水-土の力学への理解を深める(研究B:水-土の力学の深化)ことを計画している.今年度は以下のような成果がそれぞれ得られた.
    研究Aでは,2021年9月の研究開始以降,新潟県内の河川堤防において複数回の現地計測を実施した.また,ミューオンの検出器として用いる原子核乾板を樋管内に設置するための専用器具を開発した.今回選定した計測地点の1つでは樋門の施工時に堤体断面の土質構成が調査されているため,今後は計測結果との照合を行う予定である.
    研究Bでは,堤防盛土の経年劣化の要因となりうる浸透破壊や亀裂進展に関する数値解析手法を高度化した.浸透破壊に対するモデル開発では,格子ボルツマン法と個別要素法を連成したLBM-DEMによって,模型装置の寸法で浸透流と土粒子の両方に対する直接計算が可能であることを示した.また,亀裂進展に対するモデル開発では,地盤中で亀裂や破砕が蓄積する状況を扱う方法として,Peridynamicsと個別要素法を組み合わせたPD-DEMを提案し,検討中である.

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  • 素粒子現象から巨大構造物までを透視するマルチスケールミューオンイメージングの創成

    研究課題/領域番号:21H05084  2021年08月 - 2024年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(B)

    森島 邦博, 福元 豊, 堀井 泰之, 大谷 将士

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    配分額:1170000円 ( 直接経費:900000円 、 間接経費:270000円 )

    本領域の目的は、素粒子物理学、土木工学、加速器科学の専門家が集結し、ミューオン検出技術およびミューオン加速技術を高度化するとともに、可視化の対象を拡張することで、基礎研究から応用研究、将来の社会実装までを目指してミューオンイメージングを変革することである。
    総括班では、毎月1回の総括班会議をオンラインで開催することで、本領域を構成する計画研究の進展状況を把握しながら、各研究の方向付けや計画研究間の技術的な連携および融合による新しい研究の開拓の支援を進めた。具体的には、計画研究A01(堀井泰之、名古屋大学、ガス検出器を用いたリアルタイムミューオン検出による素粒子現象の探求)、計画研究A02(森島邦博、名古屋大学、原子核乾板によるピラミッド・火山の三次元ミューオンイメージングと対象の多彩化)、計画研究A03(福元豊、長岡技術科学大学、河川堤防のミューオンイメージング:非破壊探査方法の革新と水―土の力学の深化)、計画研究A04(大谷将士、大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構、ミューオン加速で切り拓くミューオンイメージングの新時代)の連携を支援した。このような取り組みにより、計画研究A02とA03では技術面での連携が開始された。
    外部評価委員会を設置することで、評価や助言を受ける体制を整えた。研究活動や成果を社会に積極的に発信するための領域ホームページ(Webサイト)を構築した。次年度の夏と冬に開催を企画している領域会議の準備体制を整えた。

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  • 唐津城石垣の解析検討業務-2次元DEM解析

    2021年 - 2022年

    受託研究(株式会社大崎総合研究所) 

    福元 豊

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  • 粘土鉱物の形態変化を考慮できる粒子計算モデルの構築とスレーキング現象の微視的理解

    研究課題/領域番号:19K15085  2019年04月 - 2022年03月

    日本学術振興会  科研費 若手研究  若手研究

    福元 豊

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    地盤材料のスレーキング現象を微視的な視点から理解するための粒子計算モデルについての検討を行った.粘土鉱物が占める領域の大きさの変化を考慮したDEM(個別要素法)モデルと,亀裂進展を伴う破砕挙動を考慮できるPeridynamicsとDEMを連成したモデルを,土質試験・模型実験との比較を通じて構築した.

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  • 豪雨/地震災害リスク予測・評価による農業水利施設(群)の動学的マネジメント

    研究課題/領域番号:18H03967  2018年04月 - 2021年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    村上 章, 西村 伸一, 藤澤 和謙, 渦岡 良介, 福元 豊, 鈴木 誠

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    配分額:32110000円 ( 直接経費:24700000円 、 間接経費:7410000円 )

    豪雨/洪水時には、表面流と浸透流の両者が堤体表面に作用することで、堤体の侵食、洗堀、泥濘化が発生する。これらは土の表面(土と水の境界部)に特化した現象であり、従来の土質力学の考え方では土の表面に生じる現象には対応することができず、土の表面で生じる現象のモデリングが必要となる(要素技術1に対応)。土の表面に作用する流体力(表面流および浸透流が表面の土粒子群に与える力学的作用)を正確に評価し、土の表面で生じる現象の精度ある予測を目指した。予測手段として間隙スケールの数値計算を採用し、計測された流体力と数値計算のそれとの比較検証を行った。具体的には、個別要素法により再現可能な粒子群からなる多孔質体を高精度3Dプリンタによって造形し、それを用いて透水試験と表面粒子の流体力測定を行った。
    <BR>
    堤体の密度、ため池水位、地震動などの条件を変えた遠心模型実験を実施した。ため池水位が急低下した後に地震動を受けた場合、ため池堤体上流側のり面で変状が生じることを確認した。さらに、微動アレー観測装置を購入し、動作確認とともに基礎的な実験を行った。表面波探査試験結果からせん断波速度構造を同定するため、三次元動的有限要素法を用いたインバージョン技術の開発を行った。汎用的に用いられているインバージョンは水平半無限地盤を想定しているため、実情に合わない場合が多い。本ツールの開発によって、表面波探査の汎用性を高めることが期待できる。
    <BR>
    豪雨時に河川水位上昇に伴う河川堤防の安全性を定量的に評価するために、河川堤防の湿潤破壊と越流破壊を対象とし、河川水位の計測データからハザード曲線と地下水を考慮した円弧すべり法によるフラジリティ曲線を推定し、年破壊確率を算定して維持補修計画に役立てるリスク指標を算定した。ここで、越流破壊まで河川水位が上昇すると、100%破壊すると仮定し、フラジリティ曲線に取り入れた。

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  • 熊本城文化財建造物下石垣の解析検討業務-2次元DEM解析

    2017年12月 - 2019年03月

    受託研究(株式会社大崎総合研究所) 

    福元 豊

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

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  • 落差工周辺の河床構造物の安定性評価のための水・地盤連成解析手法の高度化

    2017年04月 - 2020年03月

    平成29年度河川砂防技術研究開発公募(国土交通省) 

    大塚 悟

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    資金種別:競争的資金

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  • インドにおける灌漑システムの調査・診断・評価

    研究課題/領域番号:16H02763  2016年04月 - 2020年03月

    日本学術振興会  科研費 基盤研究(A)  基盤研究(A)

    村上 章

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    資金種別:競争的資金

    インドにおける農業水利施設の機能診断及び灌漑に関する水・窒素循環についての現地調査を実施した.インドのため池堤体や河川堤防の内部強度構造を調査し,インドのこれら土構造物の状態を考察し,日本における同等構造物との比較をおこなった.その結果は,乾期と雨期のある気候の地域では,硬い表層が形成され,高強度になることを示した.また,アッサム州の茶園において,地下水位,土壌水分,土壌温度,電気伝導度の現地観測を行い,鉛直1次元水・熱・窒素循環モデルによる数値シミュレーションを実施して,茶園における水・窒素循環を考察した.その結果,土壌改良と適切な浸透量を確保により,灌漑効率を向上できることを示した.

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  • 個別要素法による地盤材料のモデル化に基づく地盤挙動予測/実務設計への適用

    研究課題/領域番号:12J03347  2012年04月 - 2015年03月

    日本学術振興会  特別研究員奨励費  特別研究員奨励費

    福元 豊

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    粒子ベースのシミュレーション手法(DEMとLBM)を地盤・土構造物の破壊問題・動的問題へと適用を進めた.解析対象は地震時のダム堤体リップラップ(張石)変状問題(研究A-1)と石積み擁壁の安定問題(研究A-2 )とした.また,地盤のミクロな力学機構とマクロな挙動との関係性(研究B)についての研究も行った.
    研究A-1では,粒子ベースの数値シミュレーション手法をダム堤体のような実物大スケールの土構造物の大変形問題へと適用することの有用性を示した.この内容については,前年度までに当初から計画していた研究目標を達成しており,海外・国内学会での発表も既に終えている.
    研究A-2では,石積み擁壁の安定性と地震時変形を検討する上でDEMを用いた粒子ベースのモデル化が有効であることを示した.この内容は論文としてまとめ上げ,本年度中に地盤工学分野の国際誌である Soils and Foundationsに掲載された.また,同内容は国際会議においても発表した.
    研究Bでは,前年度までに,浸透流を伴う粒状体のマイクロメカニクスを調べるためのDEMとLBMを連成させた手法を開発した.本年度はこの手法を地盤材料の浸透破壊や侵食の問題へと適用するとともに,より応用範囲を広げるための安定計算手法の導入に取り組んだ.これらの成果は,複数の国内学会で発表した.来年度には,国内外での発表と併せて,本年度に得られた成果を国際誌と国内誌へ発表する予定である.

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