HOME > サービス > 土砂災害の影響検討

土砂災害の影響検討

集中豪雨や地震の作用によって傾斜地が不安定化し、崩壊土砂の流出を伴う土砂災害や、火山の噴火に伴う溶岩流による火山災害によって生じる被害が問題となっています。土石流や溶岩流の被害範囲の推定や、影響評価は避難体制の策定や予防・対策工の設置、既存構造物の評価において重要であり、対象サイト毎の影響評価シミュレーションが望まれています。

弊社は、土砂災害の影響検討を対象とした流体や混相体の流動シミュレーションを実施・提供します。

流動シミュレーションの方針

流動体の形態に応じたモデル化

土砂災害は発生機構や地域によって多様であり、その形態や規模は巨礫を含む岩石流動から鉄砲水のような流体状のものまで様々です。このような流動体は対象とする現象に応じてモデル化する必要があり、固相は離散体の衝突や摩擦を考慮可能な個別要素法、液相は自由表面流れに適した粒子法を用いてシミュレーションを実施します。流動体に応じたモデル化を行うことで、巨礫による閉塞を考慮した流れから、衝突や摩擦が支配的な流れ、流体的作用が支配的な流れまで幅広く対応可能です。

地形の条件設定

実地形メッシュに基づく境界面に地震動等による強制変位を設定し、流動体の複雑な動的挙動を予測できます。 また、境界面に粗度を設定することで、土砂や溶岩が地表面から受ける抵抗を考慮できます。

地形や堤体との接触作用

運動エネルギーの大きな流動体が、地形や堤体と接触・衝突することによって生じる圧力や衝突荷重を、数値シミュレーションにより算出することで地形や構造物への影響を評価できます。

解析事例

土石流の固液混相流解析シミュレーション

土砂災害の発生時には降雨や地震の作用によって地下水位が上昇しており、土石流等の流動現象は固相と液相の混相流となっています(更に気相の作用も生じています)。このような混相流の挙動は複雑であり、相ごとに分けてモデル化を行った解析事例を紹介します。シミュレーションでは堤体に衝突した流体が飛沫を生じ、また捕獲しきれなかった礫群が堤体を乗り越えていく過程が示されています。


解析モデル全体
(レイトレーシング法によるレンダリング)

堤体付近より土石流を観察
(レイトレーシング法によるレンダリング)



巨礫を含む土石流と砂防ダム

固液混相流の中央断面での圧力分布


地形を考慮した土石流の解析シミュレーション

地形を考慮した土石流の解析事例をご紹介します。地表面には粗度を設定しており、土石流は地形に追随した流れとなっています。土石流は山腹から麓に向かって樹木を倒しつつ流れています。土石流によって押し流され、途中の橋でせき止められた樹木により、流路の閉塞が生じています。


粒子法による地形を考慮した土石流の解析シミュレーション

火山の噴火に伴う溶岩流解析シミュレーション

1986年に伊豆大島で発生した、三原山の溶岩流の解析事例です。実地形メッシュ上の火口位置から流体粒子を押し出し、溶岩流を再現しています。溶岩は三原山北側の斜面の谷筋に沿って、扇状に広がりながら流れていきます。被覆範囲は、実測の傾向と概ね整合する結果となりました。


粒子法による溶岩流解析シミュレーション

キーワードの補足説明

個別要素法(DEM)

対象を剛体として取り扱い、剛体間の重なりを許容するソフトな接触モデルを導入することで、接触点毎に作用力伝達系の運動方程式を立て、多体接触問題を解き明かす離散体解析手法。個々の運動方程式は連立せずに陽的に解き進めることが一般的であり、粉のような多量の粒状体の解析や不連続面を有する岩盤等の解析に用いられています。

粒子法(SPH,MPS,…)

対象を粒子でモデル化し任意の影響半径内の粒子点で支配方程式を満たすように離散化を行う解析手法。影響半径内の物理量の分布としてカーネル関数を設定して積分を行います。ラグランジュ記述であり積分点数の多さから大変形や自由表面の表現に優れる一方で計算時間が長いのが特徴です。連続体解析手法であり固体から流体まで圧縮性・非圧縮性問わず適用されています。

↑ページの先頭へ