Seepage/sediments flow simulations | 透水・流砂の３次元シミュレーション
Keywords: #multiscale numerical modeling #Navier-Stokes equation #SUPG/PSPG Stabilized Finite cover method #Discrete element method(DEM)

The water flow through the granular materials, known as "seepage", is a key mechanism for macro-scale geohazard. Once those granulars are mobilized by fluid, it is called as the "sediment transports". After the 2011 Great East Japan Earthquake due to tsunami-induced coastal morphological changes and their impacts on recovery processes and ecosystems. While sediment-laden flows exhibit highly nonlinear and complex rheological behavior, directly resolving particle-scale dynamics in fluid simulations is computationally intensive, particularly for macro-scale. This research therefore focuses on multiscale modeling of sediment–fluid mixtures, aiming to derive macroscopic effective properties, such as "apparent viscosity" and "permeability" from microscale flow mechanisms through numerical experiments.

砂や礫など土粒子の内部を浸透する水の流れ（透水・浸透流）は、堤防の決壊など、大きな災害発生のトリガーとなる現象でもあります。こうした土粒子が水流の作用で移動する「土砂移動」と呼ばれる現象は、東日本大震災の際、津波による沿岸部地形の変化や、これに伴う復旧活動や生態系への影響という点で大きく注目を浴びました。土砂が混じった状態は、通常の水と異なる流動挙動を示すものの、流体中の土砂運動を直接的に解析する計算コストは非常に高く、広範囲のシミュレーションでこれらを行うことは現実的ではありません。そこで、土砂・流体混合系の流動を解析し，そのミクロなレベルでの流動特性を「粘性（粘り気）」や「見かけの透水係数」のようなマクロな特性値として評価（マルチスケール数値実験）できないか、研究に取り組んできました。研究室の先生方や学生さんに加え，高瀬慎介先生（八戸工業大学）と共に取り組んできました。成果の一部は、学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点（JHPCN）の支援（課題代表：森口周二先生）によるもので、自身の修士学位論文内容、博士課程での研究活動成果（科研費　実績報告書）となってています。